История радиочастотной идентификации и её применение в настоящее время

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Радиочастотная идентификация (RFID) является способом автоматической идентификации объектов. Посредством радиосигналов происходит считывание информации, которая хранится в RFID-метках.

Разработки систем радиочастотной идентификации велись во второй половине ХХ века. Американский изобретатель Марио Кардулло [13] в 1971 году представил властям Нью-Йорка и другим потенциальным покупателям транспондер с 16-рязрядной памятью и через 2 года запатентовал это устройство. А в 1980-х годах Чарльз Уолтон получил несколько патентов по технологии RFID. Одним из таких патентов был US4384288 [14] на систему автоматической идентификации, в которой переносимый идентификатор (транспондер или метка) генерирует сигнал в радиочастотном диапазоне для идентификации пользователя. Идентификатор может генерировать сигнал постоянно или работать только при поступлении запроса.

В 1990-х годах специалисты IBM разработали ультравысокочастотную систему UHF RFID, которая обладала более высокой скоростью и увеличенной до 6 метров дальностью действия.

В 1999-2001 годах эта система получила дальнейшее развитие в Массачусетском Технологическом Институте, профессоры которого развивали идею размещения транспондеров на товарах для фиксации их перемещений. Для удешевления транспондеров было решено записывать только серийный номер, а прочую информацию с привязкой к номеру хранить в базе данных. Это по сути изменило способ применения меток-транспондеров в системах поставок товаров, так как до этого сама метка являлась небольшой базой данных.

Работа профессоров превратила радиочастотную идентификацию в сетевую технологию, объекты производств и торговли стали автоматически обмениваться информацией. Были разработаны стандарт EPC (Electronic Product Code) и сетевая архитектура для поиска в сети Интернет данных, привязанных к RFID-метке.

В настоящее время RFID-системы представляют собой считывающее устройство и транспондер (RFID-метка). RFID-метка состоит из 2 частей:

- интегральную схему, которая обрабатывает и хранит в энергонезависимой памяти информацию и модулирует/демодулирует радиочастотные сигналы;

- антенна для приема сигнала от считывателя.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Метки RFID могут быть активными, пассивными или пассивными с батареей (BAP). Активная метка имеет встроенный аккумулятор и периодически передает ID-сигнал. Пассивная метка с небольшой батареей активируется при наличии считывателя RFID. Обычная пассивная метка дешевле и меньше, потому что у нее нет батареи; вместо этого транспондер использует радиоволну, переданную считывателем.

Рисунок 37 – пассивная RFID-метка

RFID-считыватель передает закодированный радиосигнал для опроса метки, которая получает сообщение, а затем отвечает своей информацией. Это может быть только уникальный серийный номер или может быть связанная с продуктом информация, такая как номер партии, дата производства или другая конкретная информация. Так как RFID-метки имеют индивидуальные серийные номера, RFID-считыватель может различать несколько меток, которые могут находиться в пределах диапазона считывателя, и читать их одновременно.

Системы RFID могут быть классифицированы по типу меток и считывателей. Система PRAT имеет пассивный считыватель, который принимает только радиосигналы от активных транспондеров.

Система ARPT имеет активный считыватель, который передает сигналы опроса и получает ответы от пассивных меток.

Система ARAT использует активные считыватели, направляющие с сигналы опроса активным и пассивным BAP меткам.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Стационарные считыватели настроены для создания конкретной зоны опроса, которая может жестко контролироваться. Это позволяет получить определенную область чтения, когда теги входят и выходят из зоны опроса. Мобильные считыватели могут быть ручными или смонтированными на транспортных средствах.

Рисунок 38 – стационарный и ручной RFID-считыватели

 Дальность работы RFID-системы зависит от ее частоты, что указано
в таблице 8.

Таблица 8 - Зависимость дальности работы RFID-системы от частоты.

Частота	Дальность работы
120-150 кГц	10 см
13, 56 МГц	10-50 см
860-960 МГЦ	1-12 м

 

Преимуществами радиочастотной идентификации являются:

Устойчивость к воздействию окружающей среды. Существуют RFID-метки, обладающие повышенной прочностью и сопротивляемостью жёстким условиям рабочей среды. Транспондер является наиболее приемлемым средством идентификации при многократном использовании, так как нет необходимости размещать на внешней стороне отслеживаемого объекта. Пассивные RFID-метки имеют практически неограниченный срок эксплуатации.

Считывание данных метки возможно при любом её расположении.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

RFID-считывателю не требуется прямая видимость метки, чтобы считать её данные. Метки могут читаться через упаковку, что делает возможным их скрытое размещение. Для чтения данных метке достаточно хотя бы ненадолго попасть в зону регистрации, перемещаясь, в том числе, и на довольно большой скорости.

Поддержка чтения нескольких меток. Промышленные считыватели могут одновременно считывать более сотни RFID-меток в секунду, используя так называемую антиколлизионную функцию.

Данные RFID-метки возможно перезаписывать много раз;

RFID-метка может считываться на значительно большем расстоянии, чем штрих-код.

Недостатки радиочастотной идентификации:

Несанкционированное считывание RFID-меток представляет собой угрозу конфиденциальности. Неавторизованные пользователи могут потенциально использовать информацию RFID для идентификации или отслеживания потребителей, объектов и их содержимого. А некоторые страны, стремясь стандартизировать и облегчить обработку паспортов, внедрили RFID в паспортах, несмотря на проблемы безопасности. Конфиденциальность данных в британских паспортах с RFID-чипами была нарушена за 48 часов. [15] А дальнейшие усилия позволили клонировать данные паспорта;

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Отсутствие глобальной стандартизации. Частоты, используемые в США, несовместимы с частотами в Европе или Японии. Кроме того, ни один новый стандарт еще не стал столь же универсальным, как штрих-код;

Работоспособность метки утрачивается при частичном механическом повреждении;

Подверженность помехам в виде электромагнитных полей.

В настоящее время технология RFID применяется в самых разных сферах деятельности:

системы контроля и управления доступом;

отслеживание товаров, транспортная и складская логистика;

отслеживание людей и животных;

сбор транспортных платежей;

системы управления багажом;

регистрация транспортных средств;

системы отслеживания трафика на улицах городов для адаптивного управления светофорами.

3.2. Применение радиочастотной идентификации для фиксации административных правонарушений
 и управления дорожным движением

В 2004 году британские производители регистрационных знаков начали внедрение активных RFID-меток в соответствии с программой E-Plates. [16]
Сеть считывателей включает в себя считыватели фиксированного местоположения (на обочине дороги) и портативные считыватели (в транспортных средствах и ручных устройствах).
Ключевым преимуществом является то, что система обеспечивает зашифрованный и безопасный идентификационный код, который зарегистрирован в базе данных транспортных средств Министерства транспорта Великобритании. Этот код предотвращает фальсификацию, клонирование или другие формы мошенничества.

Власти Малайзии в 2006 году внедрили проект по оснащению регистрационных знаков активными RFID-метками, батарея которых рассчитана на 10 лет, а дальность действия составляет 100 метров. [17]

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Департамент транспортного контроля Бермудских островов в 2007 году озадачился проблемой большого количества автомобилей двигающихся без лицензий. [18] Было принято решение о внедрении RFID-системы, которая будет использоваться в первую очередь для контроля коммерческих транспортных средств работающих в определенных зонах без лицензий.

В 2012 году специалисты Университета Бремена опубликовали информацию о своей совместной с производителями регистрационных знаков и RFID-систем разработке - Электронный идентификатор транспортного средства (EVI), в которой применяются более компактные и дешевые пассивные транспондеры, в отличие от активных. [19] Эта разработка может служить для электронного взимания платежей и комплексного управления трафиком.

Были созданы прототипы, в которых металлическая пластина регистрационного знака служит антенной. На автомобильных полигонах протестированы решения с несколькими скоростями движения, высотами антенн и сценариями движения. Несколько транспортных средств двигались по двум полосам в одном направлении. Считывающие устройства были установлены на высоте 5 метров. Скорость движения варьировалась от 10 км/ч до 260 км/ч, чтобы доказать возможность применения технологии на немецких скоростных магистралях. На скорости около 260 км/ч регистрационный RFID-знак был распознан RFID-считывателем.

Несмотря на отличные результаты тестирования, разработчики отмечают, что улучшения в области считывания  пассивных RFID-меток все еще могут быть достигнуты за счет модернизации чипов и антенн.

В 2014 году дорожная полиция Азербайджана приобрела RFID-систему, которая позволит осуществлять наблюдение за транспортным потоком. Даже если регистрационный знак загрязнен, система автоматически определяет автомобили, которые находятся в розыске, а также водителей, которые не оплатили штрафы. [20] Регистрационные знаки с RFID-метками в Азербайджане применяются с 2011 года.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Компания по регистрации и идентификации транспортных средств Tö nnjes, производитель регистрационных знаков Kirpestein BV Automotive и производитель RFID микросхем NXP Semiconductor в 2016 году сообщили, что они завершили работу над пробной версией пассивных ультравысокочастотных RFID-знаков, благодаря которым возможно эффективно идентифицировать движущиеся транспортные средства даже в самых сложных условиях. [21]

Эти три фирмы протестировали свою технологию на военной базе Нидерландов, используя различные тяжелые военные транспортные средства, движущиеся с высокой скоростью, чтобы имитировать некоторые из самых сложных обстоятельств, в которых, возможно, потребуется прочитать регистрационные знаки.

Испытание проводилось в течение одного года, чтобы определить, могут ли департаменты регистрации транспортных средств в Нидерландах и по всей Европе, использовать технологию IDePlate, которая включает
RFID-метку в металлический регистрационный знак, для отслеживания и идентификации транспортных средств. Tö nnjes обеспечивала интеграцию и программное обеспечение для управления данными от считывателя, а также автоматизированную камеру. Kirpestein использовала спецификации IDePlate для интеграции чипа DNA UCODE в каждый из своих регистрационных знаков, используемых во время теста. Все 100 транспортных средств, участвовавших в испытаниях, были оснащены номерами IDePlate, а также с RFID-наклейками IDeStix, которые предназначены для крепления на ветровые стекла.

Идентификационный номер IDePlate и RFID-наклейка лобового стекла IDeStix, предназначены для повышения безопасности и надежности регистрации транспортных средств для правительств, упрощая считывание регистрационного знака транспортного средства, даже если это транспортное средство движется. Технологии затрудняют подделку номерных знаков, объясняют компании, поскольку каждая пластина требует аутентичного считывания RFID-метки, в то время как использование RFID-наклейки на лобовое стекло может служить третьим номером, который можно сравнить с двумя металлическими знаками транспортного средства, чтобы гарантировать, что металлические пластины не были заменены или подделаны.

Два считывателя, четыре антенны и цифровая камера были установлены на платформе, расположенной по дороге. Считыватели захватывали и расшифровывали данные, собранные из транспондеров, затем перенаправляли эти данные вместе с изображениями камер на программное обеспечение Tö nnjes, размещенное на локальном выделенном сервере.

Важной особенностью меток является безопасность, обеспечиваемая чипом DNA UCODE, который передает только свой уникальный идентификационный номер после аутентификации считывателя, который посылает ему сигнал.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Первоначальное тестирование 60 проезжающих автомобилей показало, что 35 из них были надлежащим образом идентифицированы с помощью изображений камеры, и что 49 были идентифицированы в в одиночку RFID-считывателями. Сочетание данных позволило идентифицировать 59 из 60 транспортных средств, которые передвигались со скоростью до 150 км/ч.

По состоянию на март 2018 года в Гондурасе и на Каймановых островах работает данная система. Она поможет двум странам идентифицировать транспортные средства и, в некоторых случаях, отслеживать их движения на автомагистралях и других дорогах. [22]

Регистрационный знак с поддержкой RFID защищен от подделки, так как чип UCODE использует криптографическую аутентификацию на основе стандарта расширенного шифрования (AES). При каждом запросе генерируется новый расчет AES на основе уникального ключа криптографии.

 

Гондурас приобрел 3 миллиона наборов пластин и наклеек. Правительство планирует приобретать стационарные RFID-считыватели, которые будут развернуты на некоторых дорогах общего пользования, а также RFID-считыватели для мобильных приложений. Страна намерена установить эти устройства на нескольких контрольно-пропускных пунктах, где она будет фиксировать идентификационные номера и идентификаторы ветрового стекла и подтверждать их соответствие.

На Каймановых островах система была введена в эксплуатацию в 2017 году, и примерно 50 000 автомобилей теперь оснащены регистрационными знаками с поддержкой RFID и наклейками на ветровом стекле. Планируется установить от 5 до 10 считывателей контрольно-пропускных пунктов, предоставленных Tö nnjes. Компания поставляет программное обеспечение, которое фиксирует данные транспондеров и передает эту информацию, связанную с идентификаторами транспортного средства, в базу данных правительства.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Турция также опробовала технологию на испытательном курсе дорожной полиции страны. А в России отслеживалось движение маршрутных автобусов по всему городу Казань. Кроме того, Tö nnjes и Kirpestein ведут переговоры с правительством Нидерландов о проведении испытаний под открытым небом.

Кроме того, управление сухопутного транспорта филиппинского министерства транспорта, заказало у Tö nnjes 3, 25 миллиона регистрационных знаков для автомобилей и мотоциклов. Правительство также приобретает RFID-наклейки IDeSTIX для 775 000 автомобилей, а IDeSTIX Headlamp Tag - 1, 7 миллиона мотоциклов.

В январе 2014 года Международная дорожная федерация (IRF) наградила TransCore и Департамент транспорта Нью-Йорка премией IRF Global Road Achievement Award за развертывание адаптивной системы управления дорожного движения в Нью-Йорке. [23]

 

Проект Midtown in Motion, начатый в Манхэттене в 2011 году, снизил затраты времени в пути на 10% по всей области влияния. Департамент транспорта стремится применять аналогичные подходы к другим районам Нью-Йорка. Был построен современный центр управления дорожным движением; организована комплексная сеть беспроводной связи; по всему городу была развернута программа модернизации контроллеров светофорных объектов.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

В настоящее время город находится в состоянии, когда возможно подключать практически любое устройство информационной транспортной системы к своей беспроводной сети, включая RFID-считыватели транспондеров E-ZPass, которые установлены на 80% автомобилей в Нью-Йорке. Благодаря этому RFID-считыватели используются в качестве эффективного средства для мониторинга транспортного потока, что позволяет в режиме реального времени изменять режимы работы светофорных объектов и сокращать затраты времени.

«Midtown in Motion была запущена в 2011 году с заявленной целью улучшения мобильности и сокращения задержек из-за пробок на дорогах», - говорит заместитель директора NYCDOT по системному проектированию Мохамад Талас.

«В результате этого стратегического развертывания за последнее время мы смогли разработать соответствующий активный и адаптивный контроль светофорных объектов основываясь на мониторинге трафика с использованием транспондеров технологии E-ZPass», - утверждает Талас.

Данные из сети датчиков используются для анализа транспортного потока во время инцидентов и в разное время суток. Полученная база данных используется для создания двухуровневой стратегии.
На первом уровне «алгоритм адаптивного управления» реагирует на данные о транспортном потоке в реальном времени, корректируя фазы светофора.
На втором уровне операторы центра управления дорожным
движением реагируют на инциденты соответствующими действиями,
 такими как активация предварительно определенного режима работы светофорного объекта или запрос в Департамент полиции Нью-Йорка.

Учитывая развитие технологий радиочастотной идентификации и увеличивающееся количество государств, которые применяют RFID-системы в организации дорожного движения, следует задуматься над внедрением такой системы в России.

Внедряя новый стандарт регистрационных знаков в России, целесообразно включить в структуру металлических пластин регистрационных знаков пассивные RFID-метки.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Это в первую очередь позволит стационарным системам и патрулям полиции идентифицировать транспортное средство в плохих погодных условиях, а также, если регистрационный знак загрязнен или намеренно скрыт водителем для того, что бы избегать оплаты парковки и штрафов за административные правонарушения.

Согласно исследованию А.А. Ларионова и Р.Н. Целикина [24]  дальность считывания информации из радио-метки должна быть не менее 10–15 метров, наиболее подходящими для реализации системы идентификации являются RFID-системы, использующие пассивные метки
стандарта EPC Class 1 Gen2, функционирующие в диапазоне
UHF (860–930 МГц).

Модуль RFID-считывателя состоит из микроконтроллера, приемника, передатчика и вспомогательных узлов.

Микроконтроллер формирует информационный сигнал для  передатчика, за тем происходит частотно-импульсное формирование выходного сигнала передатчика. Через усилитель выходной сигнал передатчика поступает на электронный коммутатор, который управляет режимом работы модуля. Далее выходной сигнал передатчика поступает на антенну для передачи в эфир.

 

 

RFID-считыватель должен обладать следующими характеристиками:

частота выходного сигнала – 860—930 МГц;

максимальная мощность выходного сигнала – 31, 5 дБм;

минимальная мощность выходного сигнала - 5 дБм;

шаг регулировки выходной мощности – 0, 5 дБм;

управление выходной мощностью – от 5 дБм до 31, 5 дБм;

дальность считывания пассивной RFID метки – не менее 10 м;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

дальность записи пассивной RFID метки – не менее 2 м;

коэффициент усиления антенны - не менее 6 дБ;

скорость считывания пассивных RFID меток – не менее 200 шт/с;

объем передаваемой информации – не менее 500 бит;

скорость перемещения меток – не менее 20 м/с;

ток потребления – не более 3 А;

напряжение питания – от 5 В до 12 В;

интерфейс – RJ45, RS-232, USB, UART.

Для реализации работы системы радиочастотной идентификации транспортных средств, состоящая из адаптеров, интерфейсов, приложений и шин. Адаптеры необходимы для подключения комплексов автоматической фиксации нарушений, RFID-считывателя, камер наблюдения и другого возможного оборудования. Приложения осуществляют обработку полученных данных от подключенного оборудования. По интерфейсам организуется связь платформы с базами данных, центрами управления дорожным движением, полицейскими патрулями. Взаимодействие различных компонентов платформы осуществляются через программную шину.

Приложения, интерфейсы и адаптеры могут выполняться на одном или нескольких физических серверах. Например, RFID-модуль и видео-модуль могут выполняться на отдельных устройствах, подключаемых к серверу, на котором выполняются приложения и интерфейсы.

 

Вывод по главе 3

RFID-системы имеют большое значение для городских транспортных систем. Анализируя по радио-меткам транспортные потоки можно оперативно принимать решения для изменения дорожной ситуации, что очень необходимо городам России в настоящее время.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВКР 230301.705.18

Применение радиочастотной идентификации может использоваться для установления точного времени нахождения автомобиля в зоне платной парковки, и в целом значительно упростит администрирование платных парковочных пространств, которые существуют во многих российских городах.

Может быть автоматизирован проезд жителей многоэтажных домов в свои дворы, защищенные шлагбаумами и боллардами, которые будут открываться при распознавании радиосигнала от RFID-меток, которые в локальной базе данных закреплены за жителями домов.

Возможно использование радиочастотной идентификации для фиксации средней скорости движения транспортного средства между двумя точками. Устройства для выполнения данной задачи значительно компактнее, чем обычные комплексы фото-фиксации.

RFID в совокупности с обязательным применением регистрационных знаков типа Г на маршрутных транспортных средствах и легковых такси позволит автоматически привлекать к административной ответственности лиц, которые в нарушение ПДД оставляют в местах остановки маршрутного транспорта свои автомобили, даже если регистрационный знак будет намеренно скрыт. Для этого необходимо устанавливать системы фото-фиксации с RFID-считывателями на места остановки маршрутного транспорта, и в ПДД РФ для посадки и высадки пассажиров в
местах остановки маршрутного транспорта установить лимит времени, например, 40 секунд.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: