基于UHF频段RFID技术的实名制火车票研究

摘 要： 针对现行的基于二维码技术的实名制火车票容易造成信息泄露存在安全隐患的问题，介绍了采用内嵌UHF RFID芯片的电子火车票技术，设计了符合实际应用的UHF频段RFID电子火车票系统并对系统的关键技术进行了研究。RFID电子火车票不仅能存储更多的个人信息，具有更高的防伪级别，而且可以实现对旅客运输的有效管理，便于各项客运数据的统计工作，与铁路售票系统联网还可以实现自动售检票，提高工作效率和自动化水平，满足当前铁路高速、高密度的运营需要。
关键词： 射频识别；UHF RFID；电子火车票；防碰撞

现行的纸质二维码火车票存在一个弊端：车票丢弃会导致个人信息泄露，不法分子可能破解二维码，利用图像处理设备制造假票，这将给铁路部门和乘客造成很大的损失。除防伪能力差之外，二维码火车票的自动识别率低，自动检票速度受到限制，而且极易受到污染和磨损。射频识别（RFID）技术具有非接触识读、读写距离远、可识别运动目标、安全性高、适应恶劣环境等诸多优点[1]。应用基于RFID技术的电子火车票，实现实名制的同时以上问题都可迎刃而解。
在我国铁路客运领域，广深铁路线最早使用RFID纸质火车票，该RFID火车票的射频频率属于高频（HF）频段的13.56 MHz范围，从目前的使用状况来看，HF RFID火车票存在着成本高、识别距离短、安全等级低等问题。超高频（UHF）频率范围通常是指433 MHz、860 MHz～960 MHz、UHF频段的RFID，具有波长适中、空间衰耗小、识别距离远、识别速度快、有较强的防碰撞能力的优点。近年来UHF RFID技术得到了快速的发展，而且IC智能卡技术不断成熟，UHF RFID标签价格也不断降低，因此UHF RFID技术在物流、供应链管理等领域获得了广泛的应用[2-3]。本文对UHF RFID火车票进行了研究，提出了系统的构架，并对其中的关键技术进行了研究。
1 UHF RFID系统基本原理
UHF频段的RFID系统使用电磁波通过读写器与标签间的耦合进行通信。图1显示了一个基本的UHF RFID系统。UHF RFID系统的组成至少包括两个部分：电子标签和读写器。读写器的作用是产生和发射电磁波信号并接收由电子标签反射回来的电磁波信号。电子标签是待识别物体的数据载体，内部存有一定格式的电子数据。UHF RFID系统的工作原理是：读写器经天线以电磁波的形式向外发射查询信号，标签接收到信号后激活其控制系统，然后将存储的信息调制到载波上经标签天线反射出去。读写器收到反射信号并对其进行解调和解码，然后送给微控制器。微控制器根据得到的数据判断标签的合法性，做出相应的处理和控制，然后传给中央信息系统进行数据处理或应用。

2 UHF RFID火车票系统
该系统包括中央管理系统、售票系统、检票系统和验票系统，如图2所示[4-5]。

（1）中央管理系统提供票务管理系统支持、密钥管理系统支持和数据库存储功能，主要负责管理乘客信息、处理票务数据和管理下层应用系统，并且对旅客提供相关的信息查询服务。
（2）售票系统负责售票，包括人工售票系统和自动售票终端，设备核心部件是UHF RFID读写器。乘客购票时需出示身份证，通过二代身份证阅读器扫描乘客身份证，乘客的身份信息及照片将被存入车站系统的后端数据库中，并与RFID电子车票上的唯一代码相对应，然后将乘客信息及乘车信息写入车票内的RFID标签[6]。
（3）检票系统负责检票，表现为门禁系统，负责验证乘客身份，持有伪造车票和无效车票的乘客将无法通过门禁。RFID电子车票进入检票系统的RFID有效识别区即可被自动识别。自动检票机内的阅读器通过RS232或网络与上层的应用软件进行通信，既可以执行应用系统软件的指令，也可以将阅读器解码后的标签应答信息上传至上位机的应用系统软件。
（4）验票单元是人工辅助环节，乘务人员在列车上可使用手持读写器进行验票，读写器通过天线与电子车票内的标签进行通信，乘客的个人信息便能在屏幕中显示出来，然后与身份证信息对照即可完成验票。如果乘客需要延站或者补票，也可以由手持读写器完成信息的再次读写。
3 UHF RFID火车票系统设计
3．1 UHF RFID电子火车票设计
内嵌UHF RFID标签的电子火车票是整个系统的数据载体，一个UHF RFID标签唯一对应一个序列号并与乘客信息关联。UHF FRID标签芯片的设计是电子车票设计的重点。
电子标签分为无源、有源和半有源3种。UHF RFID电子火车票采用无源标签，标签工作的能量来自读写器发射的电磁波，标签芯片的功耗直接影响标签的读写距离。所以，必须采用超低功耗的电路设计方法，才能满足UHF RFID系统的工作要求。图3是UHF RFID标签芯片的功能框图，主要包括4个部分：射频前端、模拟前端、数字基带和存储单元。