基于大數據分析的ETC系統優化探析

李從凡

摘要：隨著安裝OBU車輛的不斷增加，用戶對ETC系統可靠性、過車速度和通行能力有了更高要求。而當前ETC系統還存在諸多問題，影響其實用性及效率，文章主要基于大數據分析對ETC系統進行問題定位，并提出相應的優化措施。

關鍵詞：大數據；ETC系統；優化

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）36-0206-02

1 概述

ETC技術作為一種智能化的自動收費技術，經過多年的發展，已經得到了普遍推廣[1-2]。但隨著安裝OBU車輛的不斷增加，用戶對ETC系統可靠性、過車速度和通行能力有了更高要求。

2 現狀分析

2.1 交易耗時統計

整個ETC的交易過程可分為以下幾個階段：OBU喚醒→讀OBU數據→讀卡數據→扣款→抬桿。ETC的交易總時間為各階段時間之和。

據以上圖表分析可知：

1） 所有車道布局下，抬桿時間占車輛過車時間的大部分，對總通過時間起決定性作用。

2） OBU喚醒時間占比也比較大。尤其在廣深高速前置式大車流量模式（天線通訊區調小）下，OUB喚醒時間占比超過30%。云梧高速中小車流量模式（天線通訊區調大）下OUB喚醒時間明顯減少。

3） B4-C6為粵通卡合法性驗證及費率計算時間，占總交易時間的2～4%。從統計分析來看，這部分時間占比非常少，優化空間不大。

4） 整個最短通行時間的98%由硬件設備決定，縮短交易時間應從關鍵設備著手。

2.2 過車速度統計

各模式下的過車速度如下：

通過上表的統計分析，過車速度處于20km/h水平。采用雙天線或相控陳天線車速相差不大，車流量大少對通行速度影響也不明顯。但后置方式對速度提升有一定作用。可能的原因是在連續過車模式下，車速主要是司機駕駛習慣影響。

3 理論分析

3.1 交易時間分析

1） 喚醒時間

該環節時間在交易過程中占有的比例比較大。OBU的喚醒一方面受OBU靈敏度和天線的信號強度影響大；在采用最靈敏地感和最佳OBU、天線的情況下。理論值極限在80ms左右。

2） 讀卡信息過程

依據實際統計數據，B2～B4幀耗費的時間在120ms左右。該時間區段內完成OBU信息讀取（25ms）、標識信息讀取（25ms）、卡片信息讀取（70ms）三個關鍵環節。

3） 抬桿時間

抬桿時間與設備性能有關，主流快速欄桿抬桿時間為600ms。該時間在整過過車過程中占有較大的比例，快速攔桿是提升過車速度關鍵之一。

3.2 理論速度分析

理論速度受限于理論上的最短交易時間。參考下面的車道布局來分析：

從上圖看，天線的交易區為10m， 過車速度最終取決于車輛在通訊區內需要停留的時間，該時間為喚醒時間+交易時間之各。

理論上，通訊區后端與欄桿機的最短距離決于車輛在通訊區的速度和抬桿時間的乘積。直觀地說，如果車輛通過通訊區的速度達到10m/s， 而抬桿時間為0.6s，則相距6m就可以了。

按上述思路，我們計算現有產品的理論速度：

理論總耗時（T）=理論最少喚醒時間+最少讀卡時間+最少寫卡時間=0.080+0.120+0.100=0.300s；

天線通訊區（S）=10m

理論速度（V） =S/T=10/0.3=33m/s=120km/h

V：車輛速度 S：天線通訊區長度 T：交易時間

從以上分析，國標理論速度達到120以上是有可能，但考慮到天線實際穩定交易區域可能在6米左右，國標實際達到60以應該都是可行的。但考慮到在40km/h情況下，600ms抬桿時間內車輛可前進6.7m，而在60km/H時，車輛會前進9.6m。因此結合前置的車道布局，欄桿到天線后通訊區邊沿為7.5米，理論速度在40km/h左右。

4 問題定位

根據理論計算和實際測試，ETC系統通行速度達到40km/h以上是無難度的，如果純從交易速度上考慮，100公里以上速度的自由流交易也是可行。但通過對ETC車道海量日志的分析，發現理論與實際速度之間相差甚遠。產生此問題根源可定位于以下幾個方面：

4.1 欄桿機性能不夠

快速欄桿機作為ETC系統關鍵設備，抬桿耗時對通行速度影響大。主流設備抬桿耗時為600ms，當車輛以40km/h行駛時，車輛需在欄桿機前6.7m完成交易。在現有前置車道布局中，通訊區近端邊沿距欄桿機距離不到7.5m，40km/h的車速已達到極限速度。在前置車道布局中，欄桿機成為制約通行速度提高的關鍵。

4.2 天線通訊區控制不合理

根據實際數據分析，在車中等車流量，天線功率調到最大，天線通信區達到10m左右，此時完成交易耗時（OBU喚醒+交易）平均為450ms，交易時車速可達80km/h。在大車流量，天線功率調到中等，天線通信區控制在6m左右，此時完成交易耗時平均為750ms， 交易時車速僅能達到28.8km/h。

因此，維持較高通行速度需要天線通信區控制在10m以上。廣深高速因車流量比較大，為防止跟車，人為調節天線通信區到6米，是通行速度低，體驗差關鍵所在。

5 優化思路

據以上分析，ETC通行速度達到40以上完成不存在問題。而實際的過車速度與理論速度相比卻非常低，主要因不合量車道布局和各種異常影響了平均通行速度。改善ETC系統通行效果，提升用戶體驗，關鍵是如何優化車道布局，減少異常報警來入手。基于上述考慮，在現有標準下的ETC，我們提出以下改善思路。另外，基于未來ETC的發展，我們提供一些可能的思路供參考。

5.1 優化ETC車道布局

1） 前置雙天線車道優化

按車輛交易完成后所外位置距欄桿盡可能遠的思路。車道布局總長度延長到21.5m， 遠區天線通信區與欄桿機的距離延長5m， 保證車輛交易完成時距欄桿10米以上。前區天線往來車方向前移5米。可根據實際天線立柱前移或加長前區線前臂長度。加隔離帶，防止誤闖車進入，同時后天線附近預留異常車輛引導出口，盡快疏通異常車輛。

2） 前置相控陳天線車道優化

采用“前相控陣天線+后普通天線+6線圈”布局。此方案有以下幾個優勢：

提高過車速度。遠區換成相控陣天線，地感增加到6線圈，線圈總長22米。再次方案中系統可以提早打開天線進行交易，讓車輛在車道遠區就完成交易。假設車輛的車速20km/h，OBU喚醒時間+交易時間為1秒，車輛可在第二個線圈完成交易，此時欄桿抬起，車頭離欄桿機約15米，車輛可快速通過車道。

減少跟車干擾和旁道干擾。相控陣天線通訊范圍可調整的特性，能在擴大遠區天線交易范圍的同時確保對跟車問題的控制。相比普通天線，相控陣天線在控制天線范圍，減少跟車概率的方面上有明顯優勢。

5.2 優化ETC收費流程

ETC車道重點是完成收費，只要能計算出費率就允許車輛通行，取消部分合法性驗證；通過配合事后防逃稽查工作來打擊逃費車輛。基于上述思路，針對“無卡”、“余額不足”、“無效入口”、“拆卸”等幾類報警進行收費流程優化。

1） 余額不足

可考慮由聯合電子對于誠信客戶允許一定的透支額度。收費系統收費流程適當進行修改，當扣款發現余額不足時，儲值卡升級為記帳卡使用，并在流水中做好未付標識。聯合電子在下次車主充值時追繳未付費用。

2） 拆卸

收費系統取消拆卸報警，但在ETC流水中記錄拆卸狀態。加強事后的稽查工作，如果確實為逃費，則按逃費車輛處理。

3） 無效入口

充分發揮營運平臺的作用，在ETC系統中增加車輛入口信息查詢功能。當入口無效時，自動根據車牌識別的車牌或OBU中車牌查詢車輛最近一次的入口信息，并計費。

營運平臺以支持入口信息查詢，但查詢效率可能暫難滿足ETC要求。但構建一個由中心平臺和收費車道協調收費的系統應是未來ETC收費的一種創新模式。

4） 無卡

在無卡報時，同樣可以通過統一入口信息查詢平臺確定入口信息并計費。并形成未付的收費流水，事后由專營公司根據OBU進行追繳。

5.3 構建基于私有云的ETC收費平臺

引入互聯網+思維，構建基于私有云的大數據平臺，實現ETC入口信息的在線查詢，支持入口信息多來沿。

5.4 規范標志標線

“無電子標簽”報警占ETC交易異常比重很大，主要因標志標線不清造成無標簽車輛誤入。為防止車輛的誤入，按相關要求規范安裝ETC的標志標線，包括ETC車道地面標線和文字、ETC 預告標志、ETC車道指示標志、非ETC車輛禁行標志、ETC輔助標志。

5.5 未來ETC改進思路

1） 在ETC已經全覆蓋的情況下，建立車輛（OBU）對應的電子帳號，取消實體卡片，用OBU作為通行介質，采用后付費模式。具全是采用OBU來攜帶入口信息和標識信息，出口從OBU中讀取入口信息進行計費。

2） 入口信息多元化方向發展。未來的ETC系統，在出品可集成多種方式來識別車輛的入口信息。只要在收費網構建一個基于云的數據中心，可通過車牌查詢、GPS（需開發收費APP）等多種方式確定入口。

6 結束語

當前ETC系統服務面不斷擴大，以滿足當前車輛的增長[3]，為提升ETC系統的可靠性，還需要我們不斷對其進行分析，尤其是利用當前的大數據優勢來分析其不足之處，并利用先進技術對其進行優化，以提升其可靠性、過車速度和通行能力。

參考文獻：

[1] 孫露， 姜川， 柳磊，等. 基于滬寧高速公路大數據分析平臺的ETC堵逃應用探討[J]. 中國交通信息化， 2015（s2）：27-28.

[2] 王勝華， 楊菁， 段進紅，等. 江西省高速公路聯網收費車輛通行交通大數據分析與應用探討[J]. 中國交通信息化， 2017（1）：87-89.

[3] 李燕軍. “互聯網+ETC“用戶服務應用探討[J]. 城市建設理論研究：電子版， 2015（25）：33.