ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta Dopravní Využití technologie RFID v parkovacích systémech Semestrální práce z předmětu ITS Vypracoval: Lukáš Vopařil Školní rok: 2012/2013
Obsah Obsah... 2 Úvod... 3 1 Použitá technologie... 3 1.1 Funkce... 3 1.2 Mezi hlavní výhody RFID patří... 4 1.3 Základní komponenty... 4 1.4 Pasivní RFID Tag... 5 2 Princip systému... 6 2.1 Scenář 1 dlouhodobě předplacené parkování... 7 2.2 Scénář 2 Krátkodobé parkování na veřejném parkovišti... 7 3 Výhody... 8 3.1 Uživatel... 8 3.2 Provozovatel... 8 4 Možnosti rozvoje... 8 Závěr... 9 Seznam obrázků... 10 Zdroje... 10 2
Úvod S příchodem moderních automobilů, zvyšující se poptávce po parkovacích místech a samozřejmě vyšší nároky na komfort uživatelů je nutné zajistit kvalitní, rychlé a spolehlivé odbavovací systémy pro parkovací plochy veřejné i soukromé. V dnešní době se využívají klasické systémy založené na principu papírových lístků a pro dlouhodobé využívání jsou to například čipové karty. Bohužel tyto systémy neposkytují dostatečný komfort při využívání. Řidiči jsou často nespokojeni s nutností stahování okénka, pečlivé najíždění k čtecímu zařízení, či pouhá starost o čipovou kartu nebo lístek. Řidič je vždy nucen auto zastavit, což se projevuje prodloužením doby odbavení a také zvýšením nečistot vypouštěných do ovzduší. Tato semestrální práce se bude zabývat systémy, které mají za úkol všechny tyto nedostatky řešit. Využitím moderní technologie RFID u parkovacích systému jsme schopní komunikovat se čtecím zařízením na vzdálenost několika metrů. 1 Použitá technologie RFID neboli Radio Frekvenční Identifikace je bezkontaktní automatická identifikace sloužící k přenosu a ukládání dat pomocí elektromagnetických vln. Systémy radiofrekvenční identifikace (RFID) jsou schopny: zaznamenávat, uchovávat, poskytovat objektivní informace o objektech v reálném čase. Tuto technologii lze najít v různých odvětvích průmyslu jako je kontrola výrobních procesů, logistika, dodávky a expedice, v obchodních řetězcích, ale i v identifikaci zvířat, ať už jde o jednotlivé domácí mazlíčky, tak i velké stáda dobytku. RFID systémy najdete rovněž i v automobilovém průmyslu, pivovarnictví (sledování KEG sudů) ve zdravotnictví. Dá se říci, že RFID zvyšuje kvalitu, rozšiřuje možnosti procesu identifikace ve všech oblastech a odvětvích průmyslu, bezpečnosti, dopravy atd. Samotná technologie vychází z principu radaru a její historie zasahuje až do 20. let minulého století, kdy se k navigaci letadel se začaly používat rádiové vysílače, tzv. radiomajáky. V devadesátých letech, s vytvořením prvních standardů, nastaly podmínky pro mezinárodní využívání RFID. 1.1 Funkce Čtecí zařízení prostřednictvím antény vysílá periodicky na svém nosném kmitočtu elektromagnetickou vlnu (rádiovou vlnu) do okolí. Objeví-li se ve vhodné vzdálenosti od antény tag, který je naladěn na stejnou frekvenci, je tato vlna přijata anténou tagu. Indukované napětí na anténě tagu, vyvolá střídavý elektrický proud, který je usměrněn a nabíjí kondenzátor v tagu. Uložená 3
energie je použita pro napájení logických a rádiových obvodů tagu. Když napětí na kondenzátoru dosáhne minimální potřebné úrovně, spustí řídící obvody uvnitř tagu a ten začne odesílat odpověď čtecímu zařízení. Vysílání tagu je realizováno zpravidla pomocí dvoustavové ASK (Amplitude Shifting Key) modulace, která je realizována změnou zakončovací impedance antény transpondéru (anténa je buď přizpůsobena, nebo zakončena nakrátko). Modulace představuje důkladné ovlivňování tří parametrů signálu, a to je výška, frekvence a fáze amplitudy. Pomocí modulace vlny vysílané ze čtečky lze Obrázek 1 - Diagram kumunikace jednotlivých komponent systému do tagu i zapisovat (pokud to umožňuje). Analýzou těchto vln kdekoliv v dosahu čtečky můžeme zpětně zrekonstruovat zprávu přijaté vlny - demodulace. Odrazy, které vznikají změnou impedance antény, jsou detekovány čtečkou a interpretovány jako logické úrovně 1 a 0. Dostatečná energie pro nabití kondenzátoru v transpondéru a schopnost detekovat přijatou odpověď transpondéru čtečkou jsou tak hlavní hardwarové podmínky fungování RFID systému. S rostoucí vzdáleností mezi čtečkou a transpondérem postupně klesá kvalita RFID signálu. Narůst šumu v základním signálu vede až k nemožnosti úspěšné detekce přijaté zprávy. 1.2 Mezi hlavní výhody RFID patří bezkontaktní povaha technologie, která nevyžaduje pro identifikaci objektu jeho přímou viditelnost, ani přesné polohování, přenosu dat z čipu nebrání ani špatné optické či atmosférické podmínky, rychlost čtení, aktivní technologie pak přinášejí nové možnosti funkcionality identifikačního procesu. 1.3 Základní komponenty transpondér tzv. RFID tag, který je tvořen čipem, což je elektronický paměťový obvod, cívkou či anténou a vpřípadě aktivních nebo semipasivních tagů, je vybaven i vlastním zdrojem energie (baterií). Všechny 4 Obrázek 2 - Rozložení RFID tagu
tyto součásti jsou pak umístěny na vhodně konstruované podložce z plastu nebo papíru, čtecí zařízení tzv. RFID reader (nebo také čtečka), který je tvořen vysílacím/přijímacím obvodem s dekodérem, anténou. V některých případech může být čtečka vybavena i vlastním operačním systémem se základní softwarovou funkcionalitou. Obrázek 3 - Ukázka čtecího zařízení řídící software (middleware), díla podpůrné systémy (řídící počítače, databáze, telekomunikační sítě) a systémy na strategické úrovni řízení. RFID tagy můžeme dělit na základě používaných rádiových frekvencí nebo podle technického provedení na AKTIVNÍ a PASIVNÍ. V našem systému budeme využívat: 1.4 Pasivní RFID Tag RFID tag neobsahuje vlastní zdroj energie a je závislý na dodávce energie z antény čtecího zařízení. Čtecí zařízení šíří pomocí antény elektromagnetické pole, které slouží jako zdroj energie pro RFID tag a také jako komunikační kanál ve směru od čtecího zařízení k RFID tagu. Primárním účelem nasazení pasivního RFID je identifikace objektů. Komunikace mezi pasivním RFID tagem a čtečkou (Obrázek 2). Obrázek 4 - Komunikace mezi čtečkou a RFId tagem 5
2 Princip systému Díky schopnosti technologie RFID nám umožní detekovat příjezd nebo odjezd konkrétního vozidla detekce na delší vzdálenost bez nutnosti zastavení vozidla a přiložení lístku nebo čipové karty. Obrázek 5 - Ilustrační obrázek systému na RFId čtečkami a tagy Na obrázku č. 5 můžeme pozorovat ilustrační rozmístění čteček a RFID tagů. Důležitou částí procesu je včasné zachycení a zpracování informací z RFID Tagu, aby vozidlo nemuselo výrazně ovlivňovat rychlost jízdy. Toto nám zaručuje technologie RFID, která disponuje potřebnými vlastnostmi. Tyto vlastnosti jsou již dostatečně prověřeny a běžně se využívají například v logistice (skenování palet, kamionů atd.). Nyní zde nastíním základní scénáře, jakým způsobem může systém pracovat. 6
2.1 Scenář 1 dlouhodobě předplacené parkování 1. Registrace nového uživatele a. Uživateli parkovacího místa je přidělen RFID Tag, který je registrován v systému správy parkovacích míst. b. Každý RFID tag obsahuje unikátní identifikační číslo (UID), pomocí kterého se identifikuje v systému. c. Uživatel si může vybrat mezi přenosným nebo nepřenosným tagem. d. Přenosný tag je umístěn na přední sklo v horním rohu a je možné ho přesunout do jiného vozidla. e. Nepřenosný tag je většinou umístěn ve vozidle již z výroby - ušetření nákladu na tag. f. Možnost registrace více tagů (automobilů, osob) na jedno parkovací místo. 2. Uživatel vjíždí do garáží a. Před vjezdem do garáží jsou umístěny stacionární čtečky a jejich antény RFID. b. Při vjetí do přibližovací zóny je RFID tag aktivován a odesílá své UID. c. Na základě přijatého UID systém vyhodnotí, zda vozidlo může vjet do garáže. d. Po vyhodnocení vysílá potřebné signály k umožnění plynulému vjezdu do garáže (zvednutí závory). 3. Uživatel odjíždí z garáže a. Před výjezdem z garáže jsou umístěny čtečky stacionární a antény. b. Při vjetí vozidla do přibližovací vzdálenosti je aktivován RFID tag, který odešle své UID. c. Systém vyhodnotí přijaté UID a uloží informace do systému. (např.: délka parkování) d. Po vyhodnocení vysílá signál k plynulému odjezdu z garáže. (zvednutí závory) 4. Uživatel již dále nechce využívat garáž a. Přenosný RFID Tag si uživatel nechává a může ho využít u jiných systému. b. RFID Tag je v systému zablokován, tedy zařízení na něj nebude reagovat. 2.2 Scénář 2 Krátkodobé parkování na veřejném parkovišti 1. Uživatel vjíždí do parkoviště a. Uživatel musí být vybaven RFID tagem na skle předního okna pořizovací cena cca. 50 kč. b. RFID brána před vjezdem do parkoviště přečte UID RFID tagu ve vozidle. c. Systém uloží unikátní číslo do databáze systému s příslušnými informacemi. (čas) d. Pokud systém má toto číslo, vozidlo je vpuštěno na parkoviště. e. Vše probíhá v reálném čase a vozidlo nemusí zastavovat. f. Vozidlo zaparkuje. 7
2. Platba za využití parkovacích služeb a. Uživatel vezme svůj RFID tag a přiloží ho k platebnímu automatu. b. Automat vypočte na základě UID a času vjezdu uložené v databázi, částku za parkovné. c. Uživatel uhradí parkovné. 3. Odjezd z parkoviště a. Uživatel opět vrátí RFID tag na místo ve vozidle a odjíždí z parkoviště. b. RFID brána před výjezdem z parkoviště přečte UID RFID Tagu. c. Systém vyhodnotí, zda je služba uhrazena. d. Pokud ano, je plynule vypuštěn z parkoviště. e. Pokud ne, je upozorněn, že neuhradil za parkovné a je nucen tuto částku uhradit. 3 Výhody 3.1 Uživatel a. Zvýšení komfortu, žádné zastavování, najíždění, stahování okénka b. Úspora paliva a zdravější životní prostředí c. Nulová nebo minimální pořizovací cena RFID tagu d. Multifunkční využití RFID Tagu u více systémů e. Možnost využití RFID Tagu již z výroby vozidla f. Odpadá nutnost uchovávání parkovacích lístků a čipových karet 3.2 Provozovatel a. Rychlejší odbavování vozidel b. Plynulejší odbavování vozidel c. Levné RFID Tagy d. Možnost použití tagu již z výroby e. Zvýšení oblíbenosti parkoviště u uživatelů f. Snížení administrativní a personální náročnosti (řešení ztráty lístku atd.) 4 Možnosti rozvoje Možnost využití hybridních systémů pro maximální pokrytí potřeb klasický + RFID Při zavedení aktivních RFID tagů možnost využití elektronické peněženky. Není nutnost využití platebních automatů, bezhotovostní operace přímo v čipu. Napojení na internetové portály a dobíjení kreditu přes internet. Další periferní využití díky RFID tagům, jako je například - Kontrola zda má auto povolení v oblasti parkovat. 8
Závěr Technologie RFID je bezesporu zajímavá a velice perspektivní technologie. Můžeme sledovat její využití v mnoha zajímavých oblastech. Jednou z nich je systém řízení vjezdu a výjezdu na parkoviště. Popsal jsem systém, který částečně ulehčuje velmi praktickou a hojně využívanou část přepravy osobním automobilem - parkování. Tento systém efektivně využívá rychlou komunikaci na dálku za nízké pořizovací náklady. Například RFID tag je oproti OBU jednotce DSRC několikanásobně levnější. Zavedení tohoto systému by do budoucna řešilo každodenní problémy milionů lidí s parkovacími lístky nebo čipovými kartami. Dále by urychlilo a zefektivnilo celý parkovací systém. Jako další z mnoha výhod můžeme také jmenovat snížení emisí a úspory paliva. 9
Seznam obrázků Obrázek 1 - Diagram kumunikace jednotlivých komponent systému... 4 Obrázek 2 - Rozložení RFID tagu... 4 Obrázek 3 - Ukázka čtecího zařízení... 5 Obrázek 4 - Komunikace mezi čtečkou a RFId tagem... 5 Obrázek 5 - Ilustrační obrázek systému na RFId čtečkami a tagy... 6 Zdroje [1] Ing. Martina Sommerová, Logistická Akademie, Základy RFID Technologie, Dostupný z WWW: <http://rfid.vsb.cz/miranda2/export/sites-root/rfid/cs/okruhy/informace /RFID_pro_Logistickou_akademii.pdf> [2] Zeydin PALA and Nihat INAN, Smart Parking Applications Using RFID Technology, Dostupný z WWW: <http://k612.fd.cvut.cz/vyuka/its/rfid/1%20smart%20parking%20-%20rfid.pdf > [3] Mohammad Shaifur Rahman, Youngil Park, and Ki-Doo Kim, Relative Location Estimation of Vehicles in Parking Management Systém, Dostupný z WWW: http://k612.fd.cvut.cz/vyuka/its/rfid/1%20smart%20parking%20-%20rfid.pdf [4] Zhang, X., Qiu, Parking Guidance system based on RFID Technology, Dostupný z WWW: http://80.www.scopus.com.dialog.cvut.cz/ (Brána EIZ) 10