文图｜朱剑欣 王军华 林万华

目前，内嵌国产超高频RFID 芯片的电动自行车数字号牌已在广东、石家庄、南京等地开展了试点应用，取得良好的示范成效。期间，不少地方提出将机动车号牌用反光膜和电动自行车数字号牌结合的技术构想，在电动自行车号牌具备数字化的同时赋予其安全特性，可以大幅提高电动自行车在夜间的视认性，减少交通事故的发生。但在实际使用中发现，将现有机动车号牌用反光膜直接应用在电动自行车数字号牌上并不能取得预期的效果。为此，本文针对两者的结合进行了如下针对性的研究和实验。

一、反光电动自行车数字号牌原理

反光电动自行车数字号牌是指同时具有反光膜和超高频RFID 数字芯片的电动自行车号牌，与普通号牌相比，需要兼顾反光和射频识别功能，在数据安全和交通安全上具有极大的优势。

（一）反光膜原理

反光膜是一种已制成薄膜可直接应用的逆反射材料，根据其反光单元的结构，一般分为玻璃微珠型反光膜和微棱镜型反光膜两大类。如图1 所示，玻璃微珠型反光膜主要优点是具有较好的逆反射性和耐腐蚀性，制作成本相对较低，但同时存在表面质量差、气泡和杂质较多、耐冲击性较差等缺点，一定程度上限制了玻璃微珠反光技术的发展。如图2 所示，微棱镜型反光膜的模板结构设计、模板制作精度、固化工艺路径以及基材性能决定了其具有更高的逆反射系数和更强的反光效果，但微棱镜型反光膜模板制作精度和固化工艺要求高，生产成本也相对较高。

图1 玻璃微珠型反光膜结构示例

图2 微棱镜型反光膜结构示例

从图1、图2 可知，反光膜由多种层叠的材料组成，一般最外层为透明的保护膜，又称面层，用于防止反光膜受到外界环境的侵蚀；中间层为反射层，包含了玻璃微珠层或者棱镜层；最内层为粘胶层和剥离层，起到连接反射层和外界的作用。反光膜通过微珠或棱镜结构形成光学反射结构，并通过空气介质或其他反射层介质形成全反射面。国内的机动车号牌用反光膜以蓝色、黄色、浅绿色为主，白色反光膜主要在警用号牌上。电动自行车号牌属于地方事权，目前主要推行电动自行车数字号牌的城市以白色、绿色、黄色、蓝色号牌为主，其中白色号牌居多。机动车号牌用反光膜的主要参数依据是《机动车号牌用反光膜》（GA 666——2018）（以下简称GA 666——2018），该标准针对逆反射系数等性能进行了详细规定，目前反光电动自行车数字号牌的研究也可以参考相关技术指标。

（二）射频识别原理

电动自行车数字号牌使用国家自主可控的超高频无源RFID 芯片作为电动自行车数字身份载体，电动自行车在行驶过程或其他交通场景中，接收由路面识读设备发送的920MHz ～925MHz 前向超高频信号，通过电磁场产生感应电流并获取能量，从而对存储在芯片中的信息进行编解码，调制后发送反向信号，识读设备读取信息、解码后，与数字号牌进一步通讯，并将最终得到的信息传至中央信息系统作相关数据处理。因为省去了供电系统，所以号牌整体的外观和安装方式都简洁可控，且自身结构简单、成本低、故障率低，预期使用寿命可以达到10 年以上，契合电动自行车的使用周期。特别是目前电动自行车数字号牌中内嵌的RFID 芯片使用了国密SM7 算法，空中接口协议包含了身份和口令认证等加密流程，因此比常规RFID 通信耗费更多的能量，对识读灵敏度要求也更高。

二、反光电动自行车数字号牌的设计要素和难点

（一）设计要素

反光电动自行车数字号牌需要满足的设计要素主要包含以下几项：

1.防伪性能：作为电动自行车的可信身份标识，防篡改防复制是其必备的功能。防伪有多种方式，例如在号牌上印防伪标签、随机防伪标识等，而通过具备唯一性的安全芯片结合加密后的二维码，是从根本上解决数字号牌防伪的最有效方式。

2.耐候性能：号牌需要在室外使用，因此应适应各种高低温和湿度环境，并且在轻微撞击情况下不应发生断裂。对于反光电动自行车数字号牌来说，其反光膜的附着方式和粘度等就面临较为严峻的考验。

3.反光性能：融合反光设计，有效提升车辆夜间行车安全。更进一步，为提升电动自行车的数字化管理模式，反光数字号牌应尽量能提升夜间识别的效果。

4.识读性能：使用具备国密算法的超高频RFID芯片，具备数据的唯一性和可靠性，应能实现路面电动自行车数据的自动和有效采集，且采集效率和成功率均应满足路面应用需求，做到电动自行车高速运动下的可靠识读。

（二）难点和解决思路

本文主要探讨的是反光性能，但需要注意的是，超高频RFID 芯片使用电磁场传播信号，该特性决定了其无法穿透全金属介质，而目前市面上的反光膜大都包含金属成分，如何兼顾反光和识读性能是反光电动自行车数字号牌研究过程中的最大难点。目前有两种方案：一是使用不含金属层的反光膜以免对RFID信号造成屏蔽，此方案可从根本上解决问题。目前主流产品是通过空气胶囊介质形成反射层，但这种类型的反光膜可靠性相对较差，表面在受到按压或碰撞后会明显损坏反射层，需要进行保护，导致工艺成本升高和反射效果降低。除了空气薄膜外也有企业通过其他非金属介质作为反射层，但同样存在成本较高和反光膜粘贴牢固程度较低的问题。二是降低反射层金属密度以确保超高频信号的穿透方案。降低反射层金属密度，一定会对反光效果造成影响，逆反射系数也同样会降低，且由于反射层依然含有金属成分，对数字号牌的整体识读性能也会产生影响，但因其成本较低、可操作性较高，却是目前更可能实现和量产的解决方案。为比较两套方案优劣，本文分别针对微棱镜、玻璃微珠反光膜产品进行实验，鉴于目前电动自行车数字号牌以白色居多，故实验对象选用白色反光膜。

三、实验和模拟

（一）样品选择

分别使用微棱镜、玻璃微珠两种反光材料的反光膜粘贴在电动自行车数字号牌上，再加上不使用反光膜的电动自行车数字号牌，组成7 种电动自行车数字号牌样品。需要说明的是，白色反光膜受限于实验材料的工艺，很难做到纯白色，相对偏灰白色。其中，样品1 使用常规金属反射层的白色微棱镜反光膜，且未降低反射层金属密度；样品2 使用常规金属反射层的白色玻璃微珠反光膜，且未降低反射层金属密度；样品3 使用空气囊型白色微棱镜反光膜，不含任何金属成分；样品4 使用空气囊型白色玻璃微珠反光膜，不含任何金属成分；样品5 使用含金属反射层的白色微棱镜反光膜，调整并降低反射层金属密度；样品6使用含金属反射层的白色玻璃微珠反光膜，调整并降低反射层金属密度；样品7 不使用反光膜，使用常规白色电动自行车数字号牌。

（二）表面色测试

由于反光膜的逆反射系数与表面色直接相关，故首先要进行表面色的测试。参考GA 666——2018 中关于机动车号牌反光膜的要求，白色反光膜的色品坐标和亮度因数应在表1 规定的范围内。

表1 白色反光膜表面色

针对7 种样品使用分光测色仪进行测试，得到表2 的表面色实验结果。从中可以看出，所有样品的色品坐标均在表1 的色品坐标范围内，且亮度因素均大于0.27，符合GA 666——2018 的要求。其中样品7 是不使用反光膜的常规白色电动自行车数字号牌，表面光亮，存在镜面反射，且反射率较高，所以其亮度因数较大，但实际上反射光线中的逆反射光却很少，并不能实现号牌的反光效果。另外需要注意的是，由于白色反光膜在机动车号牌上应用相对较少且单一，因此GA 666——2018 中针对白色的亮度因数范围较大，实际测试过程中还是能够明显看出样品1～6 整体都是偏灰白色的。

表2 样品表面色实验结果

（三）逆反射系数测试

同样参考GA 666——2018 中关于机动车号牌反光膜的要求，白色反光膜的逆反射系数应大于或等于表3的规定值。

表3 白色反光膜最小逆反射系数

使用逆反射系数测试设备（ROAD VISTA 933）对7 种样品进行测试，得到表4 的实验结果。从中能够看出，微棱镜反光膜的逆反射系数整体要优于玻璃微珠型反光膜；使用不含金属介质的空气囊型反光膜逆反射系数明显优于含金属但降低反射层金属密度的反光膜；样品5 和样品6 降低反射层金属密度后，其逆反射系数已经不足以达到GA 666——2018 的要求；样品7 为普通号牌，几乎不存在反光。实际上，样品5 和样品6 已经能看出明显反光效果，但是否能够应对夜间安全反光要求，需要进一步实验。

表4 样品逆反射系数实验结果

因此，考虑到逆反射系数也受表面保护层、色度等因素影响，在改善工艺后，使用金属反射层反光膜的逆反射系数应该可以有进一步的提升。

（四）识读性能测试

反光电动自行车数字号牌的识读性能，可使用灵敏度作为衡量指标，因为灵敏度直接关系到实际电子标识系统的识读距离、识读稳定性等。参考行业标准《射频与视频一体化车辆识别设备通用规范》（GA/T 1976——2021）中关于电动自行车基准电子标识的要求，数据识读灵敏度小于或等于-18dBm 为佳。

使用灵敏度测试仪对7 种样品进行实验，该仪器放置于暗室内，设置测试模式为《信息技术 射频识别800/900MHz 空中接口协议》（GB/T 29768——2013）测试，反向链路参数设置为320K-Miller2，得到表5的测试数据。从灵敏度实验结果能够看出，若不降低反射层金属密度，则样品1 的微棱镜反光膜以及样品2的玻璃微珠反光膜对射频信号会产生明显的屏蔽效果，无法正常识读；样品3 和样品4 使用空气囊型反光膜对射频信号无明显影响，仅有略微下降，且整体灵敏度能够满足《射频与视频一体化车辆识别设备通用规范》（GA/T 1976——2021）的要求；而在降低反射层金属密度后，微棱镜和微珠工艺的反光电动自行车数字号牌能够稳定识读，但灵敏度还是出现了明显的变化，识读效果会受到一定的影响。

表5 灵敏度实验结果

四、结语

综上，经测试和实验验证，不含金属介质的反光膜性能更适用于电动自行车数字号牌，而通过调整降低含金属反光膜的反射层金属密度来确保920MHz ～925MHz 超高频信号的穿透也是可行的，但仍然需要改进工艺和设计。这验证了反光电动自行车数字号牌的一种实现方式，也为后续的技术革新提供了研究方向。但反光电动自行车数字号牌的研究也不仅仅局限于反光膜的研究，号牌材料、射频芯片、印刷涂层等均可能影响到产品的整体效果。因此，在充分考虑电动自行车和应用系统的实际应用环境和设计需求基础上，需进一步把握好电动自行车数字号牌的未来发展方向，只有这样，才能真正有效提升反光电动自行车数字号牌的整体技术水平。