信息物理系統(tǒng)CPS通過集成先進(jìn)的感知、計(jì)算、通 信、控制等信息技術(shù)和自動控制技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與信息空間中人、 機(jī)、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運(yùn)行的按需響應(yīng)、快速迭代、動態(tài)優(yōu)化。我們把信息物理系統(tǒng)定位為支撐兩化深度融合的一套綜合技術(shù)體系，這套綜合技術(shù)體系包含硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)云等一系列信息通信和自動控制技術(shù)， 這些技術(shù)的有機(jī)組合與應(yīng)用，構(gòu)建起一個能夠?qū)⑽飳?shí)體和環(huán)境精準(zhǔn)映射到信息空間并進(jìn)行實(shí)時反饋的智能系統(tǒng)，作用于生產(chǎn)制造全過程、全產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品全生命周期，重構(gòu)制造業(yè)范式。

　　射頻識別，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。  RFID（射頻識別）技術(shù)的發(fā)明人查理·沃爾頓（Charlie Walton）已經(jīng)2011年過世. RFID技術(shù)已經(jīng)在我們生活中廣泛的應(yīng)用．今天我們來講一下高速公路上的ETC．

　　RFID標(biāo)簽分為被動、半被動（也稱作半主動）、主動三類。

　　被動式

　　被動式標(biāo)簽沒有內(nèi)部供電電源。其內(nèi)部集成電路通過接收到的電磁波進(jìn)行驅(qū)動，這些電磁波是由RFID讀寫器發(fā)出的。當(dāng)標(biāo)簽接收到足夠強(qiáng)度的訊號時，可以向讀寫器發(fā)出數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅包括ID號（全球唯一標(biāo)示ID），還可以包括預(yù)先存在于標(biāo)簽內(nèi)EEPROM中的數(shù)據(jù)。

　　由于被動式標(biāo)簽具有價格低廉，體積小巧，無需電源的優(yōu)點(diǎn)。市場的RFID標(biāo)簽主要是被動式的。

　　半主動式

　　一般而言，被動式標(biāo)簽的天線有兩個任務(wù)，第一：接收讀寫器所發(fā)出的電磁波，藉以驅(qū)動標(biāo)簽IC；第二：標(biāo)簽回傳信號時，需要靠天線的阻抗作切換，才能產(chǎn)生0與1的變化。問題是，想要有最好的回傳效率的話，天線阻抗必須設(shè)計(jì)在“開路與短路”，這樣又會使信號完全反射，無法被標(biāo)簽IC接收，半主動式標(biāo)簽就是為了解決這樣的問題。半主動式類似于被動式，不過它多了一個小型電池，電力恰好可以驅(qū)動標(biāo)簽IC，使得IC處于工作的狀態(tài)。這樣的好處在于，天線可以不用管接收電磁波的任務(wù)，充分作為回傳信號之用。比起被動式，半主動式有更快的反應(yīng)速度，更好的效率。

　　主動式

　　與被動式和半主動式不同的是，主動式標(biāo)簽本身具有內(nèi)部電源供應(yīng)器，用以供應(yīng)內(nèi)部IC所需電源以產(chǎn)生對外的訊號。一般來說，主動式標(biāo)簽擁有較長的讀取距離和較大的記憶體容量可以用來儲存讀寫器所傳送來的一些附加訊息。

　　射頻識別技術(shù)包括了一整套信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，包括：

　　射頻識別標(biāo)簽，又稱射頻標(biāo)簽、電子標(biāo)簽，主要由存有識別代碼的大規(guī)模集成線路芯片和收發(fā)天線構(gòu)成，主要為無源式，使用時的電能取自天線接收到的無線電波能量；射頻識別讀寫設(shè)備以及 與相應(yīng)的信息服務(wù)系統(tǒng)，如進(jìn)存銷系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)等。

　　將射頻識別技術(shù)與條碼（Barcode）技術(shù)相互比較，射頻類別擁有許多優(yōu)點(diǎn)，如：

　　可容納較多容量、通訊距離長、難以復(fù)制、對環(huán)境變化有較高的忍受能、可同時讀取多個標(biāo)簽等。

　　相對地有缺點(diǎn)，就是建置成本較高。不過透過該技術(shù)的大量使用，生產(chǎn)成本就可大幅降低。

　　主動式標(biāo)簽與被動式標(biāo)簽的特征

　　ETC系統(tǒng)概述

　　主動標(biāo)簽傳輸距離遠(yuǎn)需要電源的.  按標(biāo)簽特點(diǎn)ETC中安裝在車輛上是主動式. 那事實(shí)的確是這樣的. 在車輛自動識別技術(shù)的發(fā)展過程中，實(shí)驗(yàn)和實(shí)施了多種不同的自動識別技術(shù)，如感應(yīng)線圈識別技術(shù)、聲表面波識別技術(shù)、條形碼識別技術(shù)、紅外通信識別技術(shù)和射頻識別技術(shù)等，但最終主流歸結(jié)到采用射頻識別技術(shù)作為ETC系統(tǒng)的車輛自動識別技術(shù)。 ETC系統(tǒng)，即通常所說的不停車收費(fèi)系統(tǒng)，它是以現(xiàn)代通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)為主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)車輛不停車自動收費(fèi)的智能交通電子系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過路側(cè)天線與車載電子標(biāo)簽之間的專用短程通信，進(jìn)行車輛自動識別和有關(guān)收費(fèi)數(shù)據(jù)的交換，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)不停車自動收費(fèi)的全電子收費(fèi)管理系統(tǒng)。射頻識別系統(tǒng)是利用安裝在車內(nèi)的射頻卡(無線電收發(fā)裝置)存儲車輛編號及相關(guān)信息，安裝在車道的射頻天線可與該無線電收發(fā)裝置以專用短程通信(DSRC)方式交換信息，并對其存儲內(nèi)容進(jìn)行讀寫操作，從而識別出當(dāng)前通行車輛。 不停車收費(fèi)系統(tǒng)有三個主要特點(diǎn)，不停車、無人操作和無現(xiàn)金交易。ETC技術(shù)在國外已有較長的發(fā)展歷史，美國、歐洲等許多國家和地區(qū)的電子收費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)局部聯(lián)網(wǎng)并形成規(guī)模效益。目前，關(guān)東高速已全面實(shí)現(xiàn)了ETC收費(fèi)，只保留部分車道進(jìn)行ETC和半自動混合收費(fèi)。絕大部分的商業(yè)運(yùn)營車輛已經(jīng)裝備了ETC車載單元，我國很多地區(qū)已經(jīng)開始使用ETC系統(tǒng)對高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)進(jìn)行升級。

　　ETC 系統(tǒng)是通過安裝于車輛上的車載單元 (On Board Unit，OBU) 和安裝在收費(fèi)站車道上的路邊單元 (Road Side Unit，RSU) 之間進(jìn)行無線通信和信息交換，整個系統(tǒng)主要由 RSU 和 OBU 設(shè)備、中心管理系統(tǒng)和其他輔助設(shè)施組成。OBU 中存有車輛的識別信息，一般安裝于車輛前面的擋風(fēng)玻璃上，中國標(biāo)準(zhǔn)的 OBU 采用雙片式結(jié)構(gòu)，OBU 硬件完成無線通信功能，供電方式有鋰電池、太陽能.  涉及電子支付的功能由智能 IC 卡實(shí)現(xiàn)，RSU 安裝于收費(fèi)站，中心管理系統(tǒng)有大型數(shù)據(jù)庫，存儲大量注冊車輛和用戶的信息。當(dāng)車輛通過收費(fèi)站口時，RSU 發(fā)出詢問信號，OBU 做出響應(yīng)，并進(jìn)行雙向通信和數(shù)據(jù)交換，中心管理系統(tǒng)獲取車輛識別信息，根據(jù)不同情況來控制管理系統(tǒng)產(chǎn)生不同的動作，如計(jì)算機(jī)收費(fèi)管理系統(tǒng)從該車的預(yù)付款項(xiàng)賬戶中扣除此次應(yīng)交的過路費(fèi)，或送出指令給其它輔助設(shè)施工作，例如違章車輛攝像系統(tǒng)，自動控制欄桿或其它設(shè)施。

　　我們安裝在車上真實(shí)的OBU

　　收費(fèi)站中RSU

　　ETC系統(tǒng)是通過遠(yuǎn)距離、非接觸采集射頻卡的信息，實(shí)現(xiàn)車輛在快速移動狀態(tài)下的自動識別從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動化管理。目前，該系統(tǒng)的要求是，遠(yuǎn)距離讀卡器能識讀至少十米的距離。由于技術(shù)要求和實(shí)際情況的不同，所采用的讀卡器的型號也不同。在我國選用5.8 GHz頻段具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，我國通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系靠近歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系，無線電頻率資源的分配大致相同。其次，5.8 GHz頻段背景噪聲小，而且解決該頻段的干擾和抗干擾問題要比解抉915 MHz，2.45 GHz容易。再次，5.8 GHz頻段的設(shè)備供應(yīng)商較多，有利于我國ETC系統(tǒng)的設(shè)備引進(jìn)，有利于降低系統(tǒng)成本，也有利于將來開展智能運(yùn)輸系統(tǒng)領(lǐng)域的其他服務(wù)。

　　● RSU 不斷發(fā)送攜帶喚醒信號的 BST 信號，喚醒信號由

　　15-17 個周期 14 KHz 方波構(gòu)成

　　● OBU 被喚醒，加電工作

　　● OBU 接收到 BST 信號，向 RSU 發(fā)送 VST 信號

　　● RSU 與 OBU 首先通過 BST/VST 正常完成初始化

　　● 通過 OBU 的 MAC 地址建立點(diǎn)對點(diǎn)通信

　　● RSU 讀取 OBU 的車輛信息

　　● RSU 將獲取的信息傳送給車道計(jì)算機(jī)驗(yàn)證信息合法性

　　● RSU 從 OBU 的 IC 卡獲取信息，例如入口信息，并傳送給車道計(jì)算機(jī)

　　● 車道計(jì)算機(jī)計(jì)算費(fèi)額，從 OBU 的 IC 卡中扣除費(fèi)額

　　● 車道計(jì)算機(jī)形成交易記錄，通過 RSU 寫入 OBU

　　● 交易完成，OBU 回到睡眠狀態(tài)

　　國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)是 GB/T 20851

　　● ENV 12253 Road transport and traffic telematics-Dedicated short-range communication-Physical layer using microwave at 5,8 GHz

　　● ETSI EN 300 674-1 Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Road Transport and Traffic Telematics (RTTT); Dedicated Short Range Communication (DSRC) transmission equipment (500 kbit/s/250 kbit/s) operating in the 5,8 GHz Industrial, Scientific and Medical (ISM) band; Part 1: General characteristics and test methodsfor Road Side Units (RSU) and On-Board Units (OBU)

　　今天我們簡單介紹了物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)之應(yīng)用ETC系統(tǒng). 很多有趣的事物就在我們身邊, 多去想想他們的原理, 都有所收獲.