隨著機動車保有量的大幅提升，由此引發(fā)的交通問題越來越嚴重，傳統(tǒng)方法也越來越難以對車輛進行有效管理。設計了一種雙機匹配識別系統(tǒng)，將RFID與視頻識別融為一體，實現(xiàn)信息的自動采集以及前端匹配識別，達到在城市交通道路上對車輛的精確管理。該系統(tǒng)中射頻識別部分采用ISO18000-6C協(xié)議標準的閱讀器、控制器、標簽，視頻識別部分采用車牌識別一體機，可支持前端攝像、識別、儲存等功能。

0引言

隨著國民經(jīng)濟水平的提高以及道路交通的發(fā)展，智能交通已經(jīng)成為交通科技領域的研究重點。車牌識別作為智能交通的核心組成部分，在交通管理的智能化方面起著重要作用。目前，主要的道路車輛監(jiān)控技術是圖像或視頻識別，這種違章視頻抓拍和電子攝像頭監(jiān)管技術在使用中存在一定缺陷，即無法精確地抓拍到每一輛車。射頻識別技術(Radio Frequency Identification Devices，RFID)是一種非接觸式的自動識別技術，利用射頻識別技術可彌補視頻識別的不足，為車輛信息的數(shù)字化、車輛識別的自動化以及車輛管理的智能化提供了一個很好的智能平臺。

本文以城市道路車輛為主要研究對象，通過采集電子標簽和視頻車牌號碼，進行雙機匹配識別?？勺詣訉νㄐ熊囕v進行監(jiān)控，約束駕駛員的違章行為，提高交通管理水平，減少交通事故的發(fā)生。

1 RFID電子標簽識別系統(tǒng)

一套完整的RFID系統(tǒng)的組成部分主要有：電子標簽、閱讀器、天線、應用系統(tǒng)軟件。如圖1所示。

(1)電子標簽

電子標簽將耦合元件和存儲芯片等模塊一并被封裝在一張卡內(nèi)，通過對每張電子標簽操作，可隨時對標簽內(nèi)信息進行存儲和管理，對于特定的信息還可以用加密等方式進行保護。本設計采用遵循ISO18000-6C國際標準的電子標簽，每張電子標簽存儲區(qū)域分為四部分：RESERVED區(qū)、EPC區(qū)、TID區(qū)、USER區(qū)，所有存儲體的邏輯尋址均從00h開始。RESERVED區(qū)用于存儲kill和access功能所需密碼；EPC區(qū)用于存儲識別標簽附著對象的代碼；TID區(qū)用于存儲標簽出廠時寫入的唯一序列號；USER區(qū)用于存儲用戶特有的數(shù)據(jù)。本設計中EPC區(qū)只作為電子標識使用，并且將車牌號、電子ID號、車身顏色、車輛類型、按照一定的編碼規(guī)則存儲在USER區(qū)。編碼規(guī)則如圖2所示。

(2)RFID閱讀器

RFID閱讀器主要對電子標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)進行讀取和寫入，利用空間電磁場實現(xiàn)對標簽內(nèi)容的讀取和向標簽發(fā)送控制命令等作用。閱讀器的另一個重要作用是決定整個RFID系統(tǒng)的工作頻率，閱讀器的工作頻率和功率將直接決定閱讀器與電子標簽的通信距離。一般的閱讀器包括天線、射頻模塊、控制模塊以及與計算機相連的各類接口模塊。

(3)天線

天線是無線射頻系統(tǒng)的關鍵部分，其主要功能是將電子標簽發(fā)射的電磁波轉(zhuǎn)化為電流信號傳送給閱讀器，同時將閱讀器的電流信號轉(zhuǎn)化成電磁信號通過天線發(fā)射出去。當電子標簽進入有效的工作區(qū)域時，接收閱讀器發(fā)出的射頻脈沖經(jīng)過整流后給電容充電，當電容電壓經(jīng)過穩(wěn)壓后就可以作為標簽的工作電壓，進而使電子標簽有足夠的能量將自身編碼信息通過內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去。閱讀器天線接收標簽發(fā)送過來的調(diào)制信號，經(jīng)過天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器信號處理模塊，進行解調(diào)和解碼后將有效信息送至后臺主機系統(tǒng)進行相關處理。主機系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算識別該標簽的身份，針對不同的設定做出相應的處理和控制，最終發(fā)出指令信號控制閱讀器完成不同的讀寫操作。

(4)應用系統(tǒng)

應用系統(tǒng)主要由中間件和應用軟件組成。中間件由主機、服務器、通信硬件接口組成，常用于搭建計算機網(wǎng)絡資源，能讓各種應用技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與信息共享。應用軟件處于硬件平臺的上層，是一種系統(tǒng)軟件或獨立程序。應用程序?qū)﹄娮訕撕炦M行數(shù)據(jù)處理是通過RFID中間件來來實現(xiàn)的，中間件通過應用程序接口（API）連接到應用程序端口，從而實現(xiàn)應用程序—中間件—閱讀器—電子標簽的指令和數(shù)據(jù)傳輸，進而達到對電子標簽的讀寫工作。

2 視頻車牌識別系統(tǒng)

視頻識別技術是一種以計算機視覺技術和視頻圖像處理為基礎，對路面運動物體進行監(jiān)測分析的技術能夠檢測到受監(jiān)控路面的車輛并自動提取車輛牌照信息（含漢字字符、英文字母、阿拉伯數(shù)字及號牌顏色）后進行處理。一般完整的視頻車牌識別系統(tǒng)包括前端系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、后臺系統(tǒng)。

(1)前端系統(tǒng)是由路面交通視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、隧道交通視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和高點交通視頻監(jiān)控子系統(tǒng)組成。主要實現(xiàn)的功能有：視頻獲取與回傳，采用高清視頻電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)監(jiān)控攝像設備獲取視頻，并對視頻流進行采樣，分析得到車牌號碼，以國際通用的編碼格式，將視頻數(shù)字化傳回后臺系統(tǒng)。

(2)通信系統(tǒng)采用有線或無線等方式傳輸，將前端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交付后端系統(tǒng)。

(3)后端系統(tǒng)主要用于將前端系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進行解析，實現(xiàn)視頻監(jiān)控、回放、系統(tǒng)管理、查詢等功能。

3 RFID與視頻雙機識別系統(tǒng)構建

3.1 RFID系統(tǒng)的基本工作流程

本設計采用遵循ISO18000-6C國際標準的閱讀器，當攜帶電子標簽的目標車輛出現(xiàn)在閱讀器的工作范圍內(nèi)時，閱讀器所發(fā)出的磁場對區(qū)域內(nèi)所有的電子標簽進行讀寫操作，當每一個電子標簽接收到閱讀器發(fā)出的信號，依據(jù)收到信號進行解析，返回含有目標信息的高頻載波信號，經(jīng)過卡內(nèi)模擬射頻模塊發(fā)射出去，接收天線接收到電子標簽發(fā)來的載波信號，經(jīng)過閱讀器解碼器解析提取出相應信息，最終實現(xiàn)系統(tǒng)對目標車輛的自動識別和信息采集。實現(xiàn)過程如圖3所示。

3.2 雙機系統(tǒng)識別過程

在本設計中，由于RFID系統(tǒng)識別的距離較遠可達到20 m～25 m，所以整個雙機識別系統(tǒng)會先從射頻系統(tǒng)執(zhí)行。首先進行清點操作，清點操作主要是用于檢測射頻區(qū)域內(nèi)是否有電子標簽存在。為了避免因車輛速度過快而檢測不到的情況，每次清點操作間隔會盡可能短，約為0.2 s。檢測區(qū)域長度一般5 m～15 m左右，所以當車輛在小于180 km/h速度的情況下，至少可以檢測到一次，但通常情況下清點操作可以檢測到數(shù)次至數(shù)十次，這由車輛的速度決定。在檢測到區(qū)域內(nèi)的電子標簽后，可獲取到射頻區(qū)域內(nèi)電子標簽的數(shù)量以及每個標簽EPC碼（Electronic Product Code），由于EPC碼作為標簽的唯一標識，進而通過EPC碼定位到對應標簽，讀取標簽的USER區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，將得到的內(nèi)容存入臨時列表中。

由于清點操作每0.2 s進行一次，所以會得到大量重復數(shù)據(jù)，需要去掉多余數(shù)據(jù)，只留下第一次進入天線射頻區(qū)域的記錄，此記錄第一個數(shù)據(jù)段為毫秒級的時間戳，第二個數(shù)據(jù)段為USER區(qū)的內(nèi)容，將維護后的數(shù)據(jù)存入原始ID數(shù)據(jù)庫。

視頻識別系統(tǒng)采用動態(tài)觸發(fā)方式，攝像頭可設置觸發(fā)位置和車道寬度。當車輛行駛至觸發(fā)位置時，進行觸發(fā)拍照，一次觸發(fā)最少得到3張照片，即一張車牌照片、一張違章照片、還有一張全景照片。將車牌照片進行定位、字符分割、字符識別等處理，得到車輛號牌等信息，將號牌信息存入視頻識別數(shù)據(jù)庫。

原始ID數(shù)據(jù)庫作為整套雙機識別系統(tǒng)的核心部分，將每次拍照的到的視頻車牌號碼與5 s內(nèi)的電子標簽數(shù)據(jù)進行遍歷逐一匹配。匹配主要內(nèi)容為視頻識別號碼與USER區(qū)車牌號內(nèi)容。

匹配結果分為匹配成功和匹配失敗兩類。如果匹配成功，說明視頻號碼找到與之對應的電子標簽號碼，故不存在車輛套牌情況，屬于合法車輛，將本次識別的車牌信息與電子標簽信息，一并存入對應關系數(shù)據(jù)庫。匹配失敗包含兩種情況：一種是由于硬件系統(tǒng)識別問題，光線或角度問題導致視頻系統(tǒng)或射頻系統(tǒng)識別錯誤；二是在視頻和射頻系統(tǒng)都正常工作的情況下，匹配不成功，說明存在號牌造假、套牌等情況，該車為違法車輛。將視頻識別信息與標簽信息，分別存進兩個獨立的數(shù)據(jù)庫中。在兩個數(shù)據(jù)庫中，存儲數(shù)據(jù)的第一段為毫秒級時間戳，這樣有益于數(shù)據(jù)庫的管理，降低后期人工執(zhí)法的難度。同時，為了保證采集的視頻識別號碼遍歷整個數(shù)據(jù)庫的速度，故需將原始ID數(shù)據(jù)庫定期進行清除，大約為1.5 min清空一次。雙機系統(tǒng)工作流程圖如圖4所示。

4 實驗結果

該雙機識別系統(tǒng)中RFID部分采用中興ZXRIS 6700閱讀器，ZXRID 6602發(fā)卡器，ZXRID 2621陶瓷標簽。閱讀器最大通信距離25 m，最大傳輸速率為前向160 Kb/s、反向640 Kb/s。視頻識別部分采用?？礽DS-2CD9361-S型攝像機，500萬像素，可實現(xiàn)動態(tài)觸發(fā)、前端解析。

在單向雙車道的實際道路中，由于電子標簽的安裝數(shù)據(jù)量較小，約為100張，所以可以很好地實現(xiàn)雙機匹配識別功能，能夠?qū)⒌玫降臄?shù)據(jù)按照規(guī)定的編碼規(guī)則存入數(shù)據(jù)庫。對于匹配失敗的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中進行高亮提示。本系統(tǒng)安裝便利，組網(wǎng)簡單，操作簡單，可為大規(guī)模雙機識別技術的推廣提供應用參考。