淺論高速公路ETC領域中的智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術特點及發(fā)展趨勢和應對策略

交通運輸部科學研究院 張永軍 剛紅潤

淺論高速公路ETC領域中的智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術特點及發(fā)展趨勢和應對策略

交通運輸部科學研究院 張永軍 剛紅潤

高速公路ETC領域中的智能交通系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展和建設，取得了很大的成就。但是如何把握國家積極推動物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在交通領域中的應用時機，更好地利用智能交通系統(tǒng)獲得的經(jīng)驗和成就，來進行交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設，并根據(jù)技術發(fā)展趨勢，采取相應的應對策略。

智能交通；智能交通系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)；RFID

1.引言

智能交通是交通運輸?shù)闹悄芑侵笇⑾冗M的信息技術、電子通訊技術、自動控制技術、計算機技術以及網(wǎng)絡技術等有機地運用于整個今天運輸管理體系而建立的一種實時、準確、高效的交通運輸綜合管理和控制系統(tǒng)。到目前為止，它的發(fā)展經(jīng)歷了智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)兩個階段。本文基于國家相繼制定相關政策法規(guī)和促進物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的研究和應用時機，結合目前公路道路交通領域中的應用現(xiàn)狀，指出智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間的技術區(qū)別，以及在實際推廣應用中對行業(yè)主管部門和用戶帶來的沖擊和影響，并根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的下一步發(fā)展趨勢，進行積極地應對。

2.智能交通、智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關系

智能交通是交通運輸?shù)闹悄芑侵笇⑾冗M的信息技術、電子通訊技術、自動控制技術、計算機技術以及網(wǎng)絡技術等有機地運用于整個交通運輸管理體系而建立的一種實時、準確、高效的交通運輸綜合管理和控制系統(tǒng)。它的突出特點是以信息的采集、處理、發(fā)布、交換、分析、利用為主線，為交通運輸參與者提供多樣化的服務，本質(zhì)上是利用高科技使傳統(tǒng)的交通模式變得更加智能化，更加安全、節(jié)能、高效率。

智能交通系統(tǒng)的前身是智能車輛道路系統(tǒng)，它的主要特點是從功能到信息的應用模式，即形成由上而下的信息采集應用模式，由基本獨立的交通運輸業(yè)務功能域需求推動應用，基于應用需求構建各自的信息采集渠道。

智能交通系統(tǒng)“功能->信息”采集及應用模式會導致四大弊端：(1)功能系統(tǒng)推廣成本較大，難以形成規(guī)模效益和可持續(xù)發(fā)展；(2)信息編碼、通信接口標準不一，不能實現(xiàn)全國形成信息聯(lián)網(wǎng)；(3)信息只是作為工具使用一次即作廢，信息的潛在巨大資源價值沒有挖掘利用；(4)交通運輸要素信息的重復采集，導致社會資源浪費。

交通運輸物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術在交通運輸領域中的應用，目的是實現(xiàn)交通運輸系統(tǒng)的智能化管理和最優(yōu)化運行。具體來講，交通運輸物聯(lián)網(wǎng)是基于RFID技術、傳感網(wǎng)技術、泛在通信與網(wǎng)絡等物聯(lián)網(wǎng)技術，將交通要素唯一化接入互聯(lián)網(wǎng)絡，實現(xiàn)交通要素的互聯(lián)互通，實時獲取交通要素的運行狀態(tài)和功能狀況，通過實時仿真和決策，促使交通要素間的互動和協(xié)同運作，實現(xiàn)整個交通系統(tǒng)的智能化管理和最優(yōu)化運行；同時利用對實時數(shù)據(jù)的運算處理，獲取對社會大眾有價值的交通運輸信息，提升交通運輸行業(yè)服務化水平，推進行業(yè)縱深化發(fā)展。

交通運輸物聯(lián)網(wǎng)能有效建立“信息->功能”應用模式，即基于云計算的由下而上的信息資源開發(fā)應用模式。交通運輸物聯(lián)網(wǎng)的各個組成系統(tǒng)和各種功能都是基于標準化的交通運輸信息標識、采集及存儲開發(fā)的。實時、全面、準確的交通信息是實現(xiàn)交通運輸智能化的關鍵，也是交通運輸物聯(lián)網(wǎng)成功實施的重要前提和基本保障，是交通運輸物聯(lián)網(wǎng)的靈魂。實際上，在許多系統(tǒng)中采集的大量信息除了用于生產(chǎn)運營業(yè)務管理外，同時還可以服務于政府部門的宏觀管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和大眾信息服務。

從智能交通、智能交通系統(tǒng)以及交通運輸物聯(lián)網(wǎng)三者的基本概念來看，智能交通系統(tǒng)和交通運輸物聯(lián)網(wǎng)都屬于智能交通的范疇，它們都推動著交通運輸?shù)牟粩嘀悄芑皇侵悄芙煌ㄏ到y(tǒng)屬于智能交通發(fā)展的第一個階段，而交通運輸物聯(lián)網(wǎng)屬于第二階段。[1]

它們之間的主要區(qū)別簡單歸納如表1。

3.智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)目前在高速公路ETC領域上的技術應用特點

智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在高速公路ETC領域里都得到了很大的應用和發(fā)展。目前國內(nèi)的不停車電子收費系統(tǒng)，從技術層面區(qū)分，主要分為兩大派系，一類是基于DSRC技術為基礎的5.8G有源電子終端現(xiàn)場業(yè)務交易系統(tǒng)，它屬于智能交通系統(tǒng)的典型應用技術代表；另一類是以RFID技術為基礎的無源電子標簽后臺業(yè)務交易系統(tǒng)，它屬于交通物聯(lián)網(wǎng)的典型應用技術代表。

3.1 基于DSRC技術的不停車電子收費系統(tǒng)

車輛進入RSU主機射頻區(qū)以后，車載OBU設備被激活喚醒。接著車載OBU設備響應RSU主機的交易指令，經(jīng)過多次的業(yè)務交易指令，先后完成了車載OBU設備的身份認證和扣款交易，如果交易成功，由現(xiàn)場控制單元進行相應的系列控制，從而完成抬桿放行[2]。

現(xiàn)場的交易信息經(jīng)過幾天或者若干時間后，通過網(wǎng)絡將交易信息上傳給后臺的數(shù)據(jù)庫，進行存儲，如圖1所示。

表1

表2

圖1

圖2

3.2 基于RFID技術的不停車電子收費系統(tǒng)

車輛進入RSU主機射頻區(qū)以后，RFID電子標簽被激活喚醒，接著RSU主機接收RFID電子標簽發(fā)射的ID后，通過網(wǎng)絡傳輸傳遞給智能處理層，后臺系統(tǒng)進行業(yè)務交易，先后完成RFID電子標簽的身份認證和扣款交易，如果交易成功，由現(xiàn)場控制單元進行相應的系列控制，從而完成抬桿放行如圖2所示。

3.3 兩種技術系統(tǒng)的應用比對

這兩種不停車電子收費系統(tǒng)的技術路線在很多方面存在差異，如表2所示。

4.高速公路ETC領域上的技術發(fā)展趨勢和應對策略

隨著技術的迅猛發(fā)展，全球，包括中國，大力推動的物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術政策正在逐漸地深刻影響著高速公路ETC領域的技術應用，由此作為指導的行業(yè)管理部門和運營的高速公路運營單位需要進行相應地了解和采取相應的應對策略。

4.1 技術發(fā)展趨勢

目前應用設備的技術發(fā)展趨勢是應用終端簡單化，無源化和免維護，業(yè)務交易通過網(wǎng)絡傳輸和云計算技術，在后臺完成處理。作為在高速公路ETC應用而言，僅僅需要獲取車輛的ID即可，通過日益發(fā)達的網(wǎng)絡傳輸，借助云計算技術等強大的功能，不僅可以完成最基本的電子收費，而且可以完成其它更多的功能，從而使得運營部門和主管部門把更多的精力放在行業(yè)的發(fā)展上。

作為目前炒來炒去的“車車間”和“車路間”通訊，都是以專用的車載OBU設備為載體，這種技術路線就是發(fā)展數(shù)據(jù)處理功能強大的設備終端，而這不是交通行業(yè)信息化部門制定標準并推動技術的優(yōu)勢。

隨著技術的迅猛發(fā)展，以發(fā)展設備終端強大處理功能的技術路線，已經(jīng)被“騰云（計算）駕物（聯(lián)網(wǎng)）”的技術路線所取代。終端設備的發(fā)展趨勢有以下特征：

A.顯示屏折疊化，設備尺寸小型化

終端設備在不久的將來，顯示屏會變得和計算機一樣大，但是折疊的，這樣設備將會小型化。

B.設備僅由RFID、顯示屏和網(wǎng)絡芯片三部分組成

設備具有一個代表自己身份的RFID，用手指在顯示屏上完成所有的操作請求，通過網(wǎng)絡芯片將請求通過網(wǎng)絡傳輸以及云計算技術進行處理。

4.2 應對策略

目前越來越多的領域正在采用“物聯(lián)網(wǎng)+云計算”的技術，因為這不僅是全球和國家推動的技術政策，確實也符合技術發(fā)展到一個新的階段帶來的相應變化。高速公路ETC的技術應用也不例外，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)逐步會取代目前的智能交通系統(tǒng)。那么如何適應這個過渡階段，采取什么樣的策略哪？首先對于高速公路ETC的應用，可以考慮將以RFID為代表的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術與以DSRC為代表的智能交通系統(tǒng)技術進行融合，及早進行準備，這樣雖然每一個ETC收費口會增加3-5萬元的RSU設備費用，但是卻可以減少車載OBU的數(shù)目，讓更多的車輛選用廉價的電子標簽，從而讓整個系統(tǒng)的費用迅速將下來。其次，對于“車車間”和“車路間”通訊，可以采用和工信部以及全國電子設備廠商合作的方式推動，將“車車間”和“車路間”的應用成為一個純民間應用，激活民間的群智群力，這樣才會像手機的發(fā)展一樣，價格又低，功能又強，徹底擺脫由交通部門去發(fā)展信息產(chǎn)品的劣勢。

5.結束語

交通運輸物聯(lián)網(wǎng)以面向交通要素的方式來實現(xiàn)整個交通運輸領域物聯(lián)，將整個交通系統(tǒng)看作交通工具（汽車、火車、飛機等）、交通對象（旅客、貨物）以及交通基礎設施（道路、鐵路、港口、機場、航線等）所構成的整體，它們之間存在的功能交互構成了整個交通系統(tǒng)的功能域。高速公路ETC的技術發(fā)展趨勢，也必然是按照這個思路和方向發(fā)展，從而提高高速公路安全監(jiān)管及應急處置能力，提升社會經(jīng)濟效益。

[1]中國工程院.“物聯(lián)網(wǎng)及其在重要領域的應用”咨詢研究項目課題之四——物聯(lián)網(wǎng)在交通運輸領域的應用[C].中國工程院重大咨詢項目,2011,01.

[2]收費公路聯(lián)網(wǎng)電子不停車收費技術要求,2011-02-23.

張永軍（1973—），男，北京人，碩士，助理研究員，現(xiàn)供職于交通運輸部科學研究院，研究方向：RFID在交通運輸領域內(nèi)的應用。