کاربرد RFID در خودرو

با نگاهی به گسترش فناوری اطلاعات و ارتباطات در جهان و انقلاب انفورماتیک به آسانی در یافت می شود که می توان با به کار گیری راهکارهای انقلاب انفورماتیک به ارائه خدمات مطلوبتر با کمترین هزینه در شهرهای الکترونیکی پرداخت . در این میان فناوری RFID نقش بسزایی در جهت استفاده  بهینه از سرمایه و امکانات دارد. فناوری برچسب هوشمند یا RFID بیانگر سیستمهایی است که از امواج رادیویی برای انتقال اطلاعات مربوط به هویت  یک شیء استفاده می کند. این فناوری موفق شده است تا قابلیت  و کارایی خود را به عنوان یک ابزار مقرون به صرفه در بهبود عملکرد و کاهش زمان و هزینه های نیروی انسانی و منابع در بسیاری از موارد ثابت نماید.از جمله مشکلاتی که امروزه در شهرهای پرجمعیت وجود دارد افزایش ترافیک شهری و افزایش تصادفات بر اثر سرعت غیر مجاز می باشد استفاده از RFID می تواند گام موثری جهت کاهش تصادفات و کنترل ترافیک شهری باشد.

یکی از اهداف شهرهای الکترونیک جلوگیری از اتلاف منابع  در شهرها و انجام امور شهروندان در کوتاهترین زمان ممکن و جلوگیری از تداخل و ناهماهنگی ها و ارائه خدمات مناسب به شهروندان  می باشد .با توجه به روند رو به افزایش جمعیت کلانشهرها می توان به بسیاری ازمشکلات  از قبیل افزایش ترافیک و تصادفات اشاره کرد.استفاده از RFID در وسایل نقلیه و بزرگراهها باعث ایجاد راه حلهایی برای کنترل دستیابی به وسایل نقلیه و مدیریت عبور و مرور و مدیریت پارکینگها می شود.  برچسبهای RFID نصب شده بر روی اتومبیل قادر هستند که هر نوع اطلاعاتی نظیر رنگ،پلاک،سریال موتور، نام و اطلاعات حساب صاحب خودرو و دیگر اطلاعات مهم را در حافظه خود ذخیره کنندلذا مامورین نیروی انتظامی می توانند با استفاده از یک برچسب خوان اطلاعات کاملی را از خودرو به دست آورند همچنین می توانند وسائط نقلیة به سرقت رفته را شناسایی و محل دقیق آنها را به آسانی تعیین کنند. با نصب پایانه های برچسب خوان در ابتدای بررگراهها می توان از تعداد اتومبیل های موجود در آنها خبر دار شد و در صورت شلوغ بودن آنها از ورود اتومبیل های بیشتر که موجب ترافیک می گردند جلوگیری کرد.و یا حتی می توان پرداخت عوارض را خودکار کرد  .این سیستم شامل پایانه هایی است که مجهز به reader های ( قرائتگرهای) برای جمع آوری سیگنال های ارسالی از سمت فرستنده می باشند در کشور ما ایران نیز می توان  وسایل نقلیه و بزرگرا ها را را به این سیستم مجهز نمود.این  فرستنده ها به شیشه جلوی اتومبیل چسبانده می شوند با عبور اتومبیل از زیر برچسب خوانها می توان  مدت زمان سفرها و تعداد اتومبیل ها  و سرعت اتومبیل را محاسبه و همچنین می توان میانگین زمان سفر را بدست آورده و این اطلاعات را برای عموم منتشر ساخت.. در این مقاله سعی شده پیشنهادی در جهت اجرای یک پروژه پایلوت که خود می‌تواند منشا تحول و ایجاد زیرساختهای مناسب، در زمینه استفاده از فناوری RFID در وسائط نقلیه باشد، ارائه گردد.

تاریخچه RFID

سابقه RFID از دهه 1930 قابل پیگیری است. البته ریشه تکنولوژی RFID به سال 1897 بازمی‌گردد. زمانی که مارکونی رادیو را اختراع کرد. در دهه 1930، هم نیروی هوایی و هم نیروی دریایی ایالات متحده با مشکل شناسایی کامل اهداف زمینی در دریا و هوا روبرو شدند. در سال 1937 آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی ایالات متحده(NRL) سیستم شناسایی دوست یا دشمن(IFF) را ابداع کرد که واحدهای دوست هواپیماها را از هواپیماهای دشمن تشخیص می‌داد. این تکنولوژی به اساس سیستمهای کنترل ترافیک هوایی در اواخر دهه 1950 تبدیل شد. استفاده از شناسایی رادیویی در دهه 1950 بدلیل هزینه بالا و اندازه بزرگ اجزاء سیستم عموما منحصر به ارتش، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و شرکتهای تجاری بزرگ بود. طی اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970 شرکتهایی نظیر Sensormatic و Checkpoint Systems کاربردهای جدیدی از RFID را با پیچیدگی کمتر مطرح کردند. این شرکتها ساخت تجهیزات مراقبت کالای الکترونیکی(EAS) را جهت حراست اموال در لباس فروشی‌ها و کتابخانه‌ها آغاز کردند. اولین سیستمهای RFID تجاری که به نام سیستمهای برچسب یک بیتی نیز شناخته می‌شدند، در  ساخت و نگهداری ارزان بودند. برچسبها به باطری احتیاج نداشتند و براحتی به اموال متصل می‌شدند تا هنگامی که به برچسب‌خوانی  که معمولا در درب خروجی قرار داشت، نزدیک می‌شدند، آلارمی به صدا در می‌آمد.

طی دهه 1970 صنایعی نظیر تولید و حمل و نقل، پروژه‌های تحقیق و توسعه را جهت یافتن راهی برای استفاده از سیستمهای RFID مبتنی بر مدارات مجتمع آغاز کردند. کاربردهایی نظیر اتوماسیون صنعتی، شناسایی حیوانات و رهیابی وسایل نقلیه مورد توجه قرار گرفتند. در طول این دوره، برچسبهای مبتنی بر مدارات مجتمع به توسعه و قابلیت حافظه‌های قابل نوشتن، افزایش سرعت خواندن و پشتیبانی از فواصل طولانی‌تر مجهز شدند. بیشتر این کاربردها، مبتنی بر طراحی خاص بوده و بر اساس روشی استاندارد ساخته نمی‌شدند.

در اوایل دهه 1980، فناوری‌های پیچیده‌تری در کاربری‌ها مورد استفاده قرار گرفت؛ از شناسایی ماشینهای ریلی در ایالات متحده تا رهیابی حیوانات مزارع در اروپا. سیستم‌های RFID همچنین در مطالعات حیات وحش مورد استفاده قرار گرفت.

در دهه 1990، سیستم‌های وصول عوارض راه الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفتند و طی اواخر دهه 1990 و اوایل دهه 2000، فروشندگانی نظیر  Wal-Mart، Target و Metro Group و آژانسهای دولتی نظیر وزارت دفاع ایالات متحده(DOD) به ترویج و لزوم استفاده از RFID روی آوردند.

معرفی RFID

RFID  مخفف سه واژه Radio Frequency Identification می باشد. سیستم شناسایی که از فرکانس رادیویی استفاده می کند و قادر به تبادل داده ها به وسیله برقراری اطلاعات بین برچسب  و قرائتگر  می باشد. اصولاً سامانه های RFID از سیگنالهای الکترونیکی و الکترو مغاطیسی برای خواندن و نوشتن داده ها بدون تماس بهره گیری می کنند.

به طور کلی سه نوع tag  RFID وجود دارد که عبارتند از:

 tag های Passive :برچسب غیر فعال در حالت غیر فعال باقی می ماند تازمانی که توسط امواج یک برچسب خوان فعال شوند و انرژی الکتریکی خود برای ارسال امواج رادیویی را از امواج برچسب خوان بگیرند. بر اساس میزان قوت سیگنال مورد نیاز برچسبهای غیر فعال معمولاً برای کاربردهای با برد کوتاه در حد چند سانتی متر استفاده می شوند و به برچسب خوانهای قوی نیاز دارند این برچسبها معمولاً بسیار سبک و کم حجم اند و تا هزاران بار قابل استفاده اند .البته از معایب آنها می توان به میزان حافظه محدود از 32 بیت تا 128 بیت اشاره نمود و اینکه حافظه آنها فقط خواندنی است و قابل تغییر نمی باشد.

   tag های Semi-passive: بسیار شبیه tag های Passive است ؛ با این تفاوت که باتری کوچکی در آن­ها وجود دارد و انرژی لازم برای فعال شدن مدار داخلی آن­ها را فراهم می­سازد.

   tag های Active : این برچسبهاانرژی مورد نیازشان توسط یک باطری داخلی تامین می شود و جهت برقراری ارتباط دارای یک پردازنده، یک حافظه و حسگر می باشند.  این برچسبها عمر بالایی دارند این نوع همچنین برا ی فواصل بیشتر مناسب اند (از 100 سانتیمتر تا 30 متر و بیشتر)بر خلاف بر چسبهای غیر فعال نوع فعال به صورت مداوم در حال ارسال سیگنال هستند و حافظه آنها قابلیت خواندن و نوشتن دارد و به اندازه 1MB  هم می رسد این برچسبها سنگین تر ,گرانتر و دارای عمر مفید کمتری نسبت به نوع غیر فعال هستند.

اهداف طرح کاربرد RFID در خودرو

§         پیشرفت تکنولوژی کشور همگام با دیگر کشورهای بزرگ جهان

§         غلبه بر نقاط ضعف و مشکلات موجود در وسایل نقلیه و بزرگراه های کشور

§         جمع آوری عوارض راه بدون دخالت انسان و با سرعت بیشتر

§         عدم نیاز به ماموران اخذ عوارض , مفید برای مناطق دورافتاده و ساعات شب

§         کاهش هزینه ها

§         کاهش خطا

§         برآورد سرعت وسایل نقلیه در بزرگراه ها و جلوگیری از تخلف

§         جریمه وسایل نقلیه بدون دخالت انسان

§         راهی برای کشف وسایل نقلیه دزدی و دارای تخلف

§         مکان یابی

§         کمک به وسایل نقلیه که دچار مشکل شدند

§         ارائه گزارشات و آمار قوی و دقیق

§         نظارت بر ترافیک

§         یکپارچگی

§         انتشار اطلاعات جدید و مورد نیاز رانندگان بر روی تابلوهای الکترونیکی از نتایج داده های سرورهای RFID

§         تعیین مدت زمان سفرها و اتومبیل های شخصی در جاده

§         مدیریت مواقع ضروری و حوادث و رویدادها

§         مدیریت بر حمل و نقل جاده ای

§         ترکیب RFID با GPS برای دستیابی به مزایایی همچون کاهش تصادفات

§         امنیت

معرفی سامانه AVI مبتنی بر شناسایی راننده

 با ورود فـناوری AVI به عـرصه‌های امنیت این الزامات با معرفی سیستم‌های مبتنی بر شناسایی راننده دگرگون شده است مفهوم یا دیدگاه جدید این است که استفاده توأمان فـناوری‌های شناسایی خودرو و تأیید هـویت راننده به عـنوان یک ساختار ترکیبی قـفـل و کلید باعث خواهد شد که مثلاً یک خودرو هـیچگاه به سرقـت نرود و یا در صورت سرقـت امکان تردد با آن ممکن نباشد، یا جلوی انواع تقـلبات و تخلفات در سامانه‌ها و خودروهای ناوگانی (مانند تاکسی)، پارکینگ‌ها و امثال آن گرفـته شود. تگ AVI مبتنی بر راننده، شامل یک کارت شناسایی الکترونیکی شخصی (بدون تماس) است. تگ‌خوان از فاصله دور، علاوه بر شناسایی کد خودرو، محتویات کارت شناسایی الکترونیکی راننده را نیز خوانده و آن را برای کنترلر اصلی ارسال می‌کند. این مسافت، زمان کافی برای پردازش اطلاعات توسط کنترلرهای امنیتی به منظور صدور اجازه ورود خودرو و آزاد کردن راهـبندها را فراهـم می‌سازد. در این سیستم تگ مخصوص شناسایی خودرو در حقـیقـت به منزله قـفـل و کارت الکترونیکی راننده یا شناسایی شخصی به منزله کلید برای صدور اجازه عـبور عـمل می‌کنند. درصورتی که راننده خودرو را ترک کند و یا راننده غـیرمجاز در خودرو باشد، به دلیل عـدم ارسال ID راننده، سیستم امنیتی اجازه عـبور را نخواهـد داد.
سامانه‌های AVI مبتنی بر شناسایی راننده از راه دور، به سرعـت کاربردهای خود را در جاهایی که شناسایی و تأیید هـویت راننده بدون متوقف کردن خودرو ضروری است پیدا کرده‌اند.

کاربرد RFID در کنترل سرعت

همانطور که می‌دانیم بخش وسیعی از تصادفات بر اثر سرعت غیر مجاز وسائط نقلیه اتفاق می‌افتد و در این راستا نیروی انتظامی جهت کنترل سرعت علاوه بر استفاده از علائم راهنمایی و رانندگی و حضور در خیابانها، بزرگراه‌ها و جاده‌ها از دوربینهای کنترل و ثبت سرعت و همچنین سیستم‌های GPS استفاده می‌کند. استفاده از برچسبهای RFID نصب‌شده روی اتومبیل کمک دیگری در جهت پایش سرعت وسائط نقلیه و همچنین شناسایی متخلفین است. با ثبت اطلاعاتی نظیر نوع، رنگ، پلاک، سریال موتور و هر مورد دیگری در حافظه برچسب، می‌توان با استفاده از یک برچسب‌خوان اطلاعات مزبور را بازیابی کرد. این برچسب می‌تواند داخل پلاک خودرو جاسازی‌شده و با توجه به آنکه اطلاعات لازم خوردو در بانک‌های اطلاعاتی نیروی انتظامی موجود می‌باشد، این اطلاعات در حافظه برچسب ذخیره گردد.

با وجود دو برچسب‌خوان در فاصله‌ای مشخص از هم می‌توان سرعت وسائط نقلیه را محاسبه و ثبت کرد. بدین ترتیب که با عبور وسیله نقلیه از برچسب‌خوان اول، اطلاعات آن ثبت شده و همراه زمان عبور به مرکز ارسال می‌شود. پس از عبور وسیله نقلیه از برچسب‌خوان دوم مجددا اطلاعات آن ثبت شده و همراه زمان عبور به مرکز ارسال می‌شود. با تفریق زمان عبور وسیله نقلیه از برچسب‌خوان اول از زمان عبور همان اتومبیل از برچسب‌خوان دوم و تقسیم نتیجه بر فاصله دو برچسب‌خوان سرعت وسیله نقلیه مشخص می‌شود. این برچسب‌خوانها می‌توانند در مناطق حساس و خطرساز جاده‌ها یا خیابان‌ها نصب شده و با استفاده از شبکه GSM فعال در اکثر نقاط کشور اطلاعات را ارسال نمود.

کنترل تردد  و ترافیک بزرگراهها

بعضی از بزرگراهها و خیابانها مسیرهای اصلی رفت و آمد در شهرهای پرجمعیتی ازجمله تهران و شیراز می باشند .شلوغی آنها کار کنترل ترافیک را برای نیروی انتظامی بسیار مشکل می کند لذا راه حلی که به نیروی انتظامی کمک شایانی در امر کنترل ترافیک می کند استفاده از برچسبهای هوشمند می باشد.با نصب پایانه های برچسب خوان در ابتدا و انتهای بزرگراهها می توان تعداد اتومبیل موجود درآنها را محاسبه نمود با عبور هر اتومبیل از زیر پایانه ورودی و دریافت سیگنال از برچسب اتومبیل اطلاعات به مرکز فرستاده می شود و در نر م افزار به کار رفته در سرور مرکز یک عدد به تعداد اتومبیلها اضافه می گردد و با خروج اتومیل از بزرگراه و ارسال سیگنال  به پایانه ای که در انتهای بزرگراه است یکعدد از تعداد اتومبیلها کاسته می شود اگر این عدد از تعداد ظرفیت بزرگراه بیشتر باشد به طور اتوماتیک راهبند اتوبان بسته می شود تا زمانی که تعداد ماشینها به حد نساب برسند و این اطلاعات برای رانندگان توسط تابلوهای پیغام پویا (DMS ) که درنقاطی ازبزرگراه و در سطح شهر قرار دارد و برای ارائه اطلاعات جدید ترافیک نصب شده اند ارسال می شود. بدین وسیله با نمایش خیابانهای پرترافیک رانندگان می توانند از قبل مسیر خود را تعیین کنند.  اگر اتومبیلی در زمان تعیین شده از reader خروجی عبور نکند احتمال اینکه آن ماشین دچار مشکل شده است داده می شود و می توان به کمک آن شتافت .برای این کار از تگهای passive  با باندفرکانسی 850-950 استفاده می شود دارای برد 30 فوت و سرعت بالا می باشد.

ایجاد پارکینگهای خودکار

با نصب برچسب خوان در جلوی درب ورود و خروج پارکینگها می توان از تعداد اتومبیلهای موجود در پارکینگ اطلاع کسب کرد و این را با نصب تابلو در جلوی درب ورودی پارکینگها به رانندگان دیگر اعلام کرد و با پرشدن ظرفیت پارکینگ درب پارکینگ به طور اتوماتیک بسته می شود درهنگام ورود اتومبیل به پارکینگ مشخصات خودرو  به همراه ساعت ورود به پارکینگ در پایگاه داده ذخیره می شود و برچسب خوان یک شماره ID به اتومبیل اختصاص می دهد و در هنگام خروج با توجه به ساعت ورود اتومبیل هزینه را به طور اتوماتیک از حساب صاحب اتومبیل کسر می کند و یک تاییدیه به راننده تحویل داده می شود و ID اختصاص داده شده و دیگر اطلاعات را دور می ریزد. همان طور که قبلاً توضیح داده شد برچسبهای هوشمند قادر به ذخیره سازی اطلاعاتی مانند مشخصات خودرو و مشخصات صاحب خودرو می باشند. و یا درسامانه  AVI مبنی بر شناسایی راننده  علاوه بر شناسایی کد خودرو، محتویات کارت شناسایی الکترونیکی راننده از جمله شماره حساب و موجودی قابل بازیابی است . در صورت خالی بودن حساب صاحب خودرو این سیستم اطلاعات خودرو را در لیست سیاه می برد و به مرکز می فرستد و تا زمانی که پرداخت نشود  نه تنهااجازه ورود به پارکینگهای دیگر را ندارد بلکه قادر به انجام هیچ عملیاتی که مربوط به برچسب هوشمند است نمی باشد. برای این کار نیز از تگهای passive  استفاده می شود.

رد یابی وسایل حمل و نقل عمومی

با الصاق برچسب های اشاره شده بر روی ناوگان اتوبوسرانی و نصب مانیتورهایی مناسب در ایستگاهها زمان ورود اتوبوسها  به ایستگاه به طور دقیق قابل پیش بینی خواهد بود توسعه این تکنولوژی در اتوبوسرانی کار زمانبندی و کنترل حرکت  اتوبوسها و به دنبال آن افزایش سرعت خدمت دهی و کاهش معضلات ترافیکی را به همراه خواهد داشت. همچنین می توان از این سیستمها در ردیابی وسایل نقلیه عمومی مانند تاکسی ها و اتوبوسها و تعیین مکان دقیق آنها استفاده نمود و این کار مبالغ قابل توجهی در زمینه بازرسی خطوط مذکور صرفه جویی صورت خواهد گرفت همچنین می توان در ردیابی کانتینرها و ماشین های حمل زباله و کنترل و مدیریت آنها استفاده کرد این کار برنامه‌ریزی و تخصیص بهینه ناوگان و همچنین اطلاع‌رسانی بروز به مشتریان را امکان پذیر می کند. برای این عملیات از تگهای active  با باند فرکانسی 850-950  و برد 30-50 فوت استفاده می شود  این تگها دائم در حال ارسال سیگنال می باشند واطلاعات آنها توسط نزدیکترین reader خوانده و به مرکز فرستاده می شود. به طور مثال برای اطلاع ازمکان اتوبوسهای  با توجه به اینکه که هر اتوبوس دارای یک کد منحصر به فرد می باشد و این کد برای تگ خوانها قابل تشخیص است .

جلوگیری از سرقت اتومبیل

امروزه بسیاری از خودروها به سیستمهای کنترل دسترسی و کنترل از راه دور باز و بسته کردن درب خودرو مجهزند سوئیچها عموماً دارای یک تگ مخفی و چیپ کنترل کننده هستند هنگامی که سوییچ در جای خود قرار می گیرد  تگ داخل آن ارزیابی شده و تنها زمانی خودرو روشن می شود که کد صحیح قرائت شده باشد طبق اعلام گارتز در سال 1999 بیش از 50% چیپهای RFIDبا فرکانس کمتر از 128khz برای این کاربرد استفاده شده اند و در سال 2001 60 میلیون تگ برای این منظور  به فروش رسیده است در آینده این مسیر به سمت کاربردسیستم های غیر فعال ورود بدون  کلید PKE تغییر جهت خواهد داد این سیستم از یک تگ RFID استفاده می کند تا زمانی که مالک خودرو دستگیره در را لمس می کند قرائت می شود .

برای این کار یک reader در اتومبیل تعبیه می شود و یک برچسب RFID که در داخل کلید قرار می­گیرد  (یک برچسب passive با فرکانس LF )و برچسب خوان به سیستم روشن کننده اتومبیل متصل است و و قادر به شناسایی id  موجود در تگ می باشد و تا زمانی که کلید مورد نظر، نباشد ماشین روشن نمی شود همچنین می توان برای reader تعریف کرد که نسبت به RIFD موجود در گواهینامه یا کارت شناسایی راننده عکس العمل نشان دهد و تنها زمانی که راننده گواهینامه خود را به همراه دارد ماشین روشن شود ویا اگر چندین نفر از یک اتومبیل استفاده می کنند می توان id  موجود در RFIDگواهینامه هر کدام را برای reader تعریف نمود البته برای تغییر دادن اطلاعات reader  نیاز به یک رمز عبور می باشد که این رمز عبور تنها در اختیار صاحب اصلی اتومبیل می باشد بدین صورت می توان از سرقت اتومبیل توسط افراد ناشناس جلوگیری کرد .

محاسبه زمان سفر

 با استفاده از این فناوری مدت زمان سفر اتومبیل قابل اندازه گیری است و می توان  زمانی را که یک اتومبیل به مقصد می رسد را محاسبه کرد این فناوری برای سیستم حمل و نقل کانتینرها و تنظیم زمان سفر در زنجیره تامین کاربرد دارد  . برای این کار از تعدادی reader  که در فاصله مشخصی از یکدیگر در کنار جاده نصب شده اند استفاده می شود. این فرستنده های کنار جاده با استفاده از تکنولوژی AVI ( Automate Vehicle Identification )به اطلاعات دسترسی می یابند .یکبار که  شماره ID وسیله نقلیه توسط reader های کنار جاده خوانده شد آن عدد به رمز تبدیل می شود به سرور FDOT فرستاده می شود و به طور موقت ذخیره می گردد. دورتر reader بعدی همان شماره ID تگ را خواهد خواند دوباره به رمز تبدیلش می کند و اطلاعات آنرا به سرور می فرستد. بعد از دریافت توسط سرور از دو reader جدا , زمان سفر را محاسبه , ذخیره می کند و شماره ID رمز شده را دور می اندازد. اولین reader ها در اواسط 2004 در فلوریدا نصب شده اند. Reader ها در حدود نیم مایل کنار اتوبان قرار گرفته و علاوه بر تعیین مدت زمان و سفرها, جریان داده ها را به قسمت مربوط به نظارت بر ترافیک در بخش حمل ونقل فلوریدا ارسال می کردند برای این کار از همان تگهایی که در پرداخت عوارض مورد استفاده قرار می گیرد استفاده می شود. تگ RFID از نوع Active مانند e-Plate’s e-tag رنج وسیعتری را ارائه می دهد. یک reader تک می تواند در آن واحد 12 عدد از تگها را که بر روی ماشین ها نصب شده اند در حال حرکت در هر سرعتی و یک فاصله بیشتر از 100 متر شناسایی کند. سیستم امنیتی آن دارای قسمت رمزگذاری 128 بیتی می باشد.