淺談無人智能高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的建立

肖倫營

（福建省高速公路信息科技有限公司，福建 福州 350000）

1 概述

隨著科技發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步，“無人”風(fēng)刮起，無人超市、無人加油站、無人餐廳等一大批新技術(shù)涌現(xiàn)。近些年，隨著國民經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸業(yè)務(wù)的快速增長，高速公路也迎來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

2 高速公路收費(fèi)系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)和ETC兩種收費(fèi)方式，但交通擁堵問題日益嚴(yán)重，而目前我國ETC系統(tǒng)主要針對(duì)高速公路封閉式單車道有欄桿模式的電子收費(fèi)，采用的是雙片式電子標(biāo)簽（OBU+雙界面CPU卡），雖然CPU卡電子錢包的現(xiàn)場消費(fèi)模式功能較多，但由于交易時(shí)間過長，使得車速通常要控制在30km/h以下，而系統(tǒng)的交易速度、數(shù)據(jù)通信速率、微波通信距離，以及封閉式的單車道模式等都無疑給ETC智能交通的暢通添了阻礙。

3 無人智能高速公路的實(shí)現(xiàn)

3.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)

采用電子車牌和高清攝像機(jī)相結(jié)合的模式，支持多種觸發(fā)方式如線圈、視頻、雷達(dá)等，實(shí)現(xiàn)車輛號(hào)牌識(shí)別、圖片抓拍，讀取電子車牌信息等車輛特征數(shù)據(jù)采集記錄并作為無人智能高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的入口信息。

（1）攝像機(jī)提升穩(wěn)定性。高清攝像機(jī)采用CCD+ISP+ DSP架構(gòu)設(shè)計(jì)，集高清視頻采集、視頻處理、車牌識(shí)別等功能于一體，準(zhǔn)確的抓拍車牌等重要車輛收費(fèi)信息。

（2）支持多種車輛特征識(shí)別?？谙到y(tǒng)可實(shí)現(xiàn)車身顏色識(shí)別、號(hào)牌識(shí)別、車標(biāo)識(shí)別、車型識(shí)別、尤其是新型車牌，以及事件檢測和特征抓取等功能，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)數(shù)據(jù)的可靠性及用于分析排查數(shù)據(jù)。

（3）分析應(yīng)用與數(shù)據(jù)挖掘相結(jié)合。除了攝像機(jī)的基本功能外，數(shù)據(jù)中心集中部署二次識(shí)別系統(tǒng)來保證識(shí)別的準(zhǔn)確率，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行車輛判別，更準(zhǔn)確的分析假套牌車、跟車關(guān)聯(lián)性等。

（4）電子車牌提供更多車輛信息，確保收費(fèi)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。利用RFID的技術(shù)特點(diǎn)，所有車輛上使用電子車牌，電子車牌作為車輛信息的載體，跟個(gè)人銀行進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過裝射頻識(shí)別讀寫器，對(duì)各輛機(jī)動(dòng)車電子車牌上的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集或?qū)懭?，達(dá)到車輛與收費(fèi)系統(tǒng)通信的目的。

3.2 智能計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)

（1）智能計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)。即在這種收費(fèi)系統(tǒng)下，通過EWTC（電子不停車收費(fèi)）車道的車輛利用電子車牌的車載設(shè)備（OBU）和收費(fèi)路側(cè)設(shè)備（RSU）之間進(jìn)行信息交換，其中交換的信息包括車輛信息、稱重信息等，經(jīng)過收費(fèi)系統(tǒng)對(duì)采集來的信息分析處理，然后完成費(fèi)用的計(jì)算和扣除。

（2）EWTC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)布局。EWTC系統(tǒng)主要采用入口計(jì)重，出口收費(fèi)的模式，采用雙天線稱臺(tái)后置的方案，主要設(shè)備包括路測單元RSU、信息顯示屏、報(bào)警器、圖像抓拍攝像機(jī)、字符疊加器、車輛檢測器、車輛分離器、計(jì)重設(shè)備等，計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)備為室外露天獨(dú)立設(shè)置，固定前置安裝，可以檢測機(jī)動(dòng)車輛各軸的軸型、軸載荷和總載荷、車輛總重等。計(jì)重設(shè)備由稱體、車輛分離器、輪胎識(shí)別器、中央控制機(jī)、軟件以及輔助設(shè)備等部分組成的獨(dú)立系統(tǒng)。車輛快速通過稱臺(tái)時(shí)稱重傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)中央控制機(jī)處理后在信息顯示器上顯示，然后通過接口傳輸給收費(fèi)系統(tǒng)。

3.3 多車道自由流聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)

多車道自由流（MLFF）是指多車道配置，自由流運(yùn)作的一種通行方式，在行駛過程中可以“自由”地變更車道，甚至跨線、并馳、超車行駛等。

當(dāng)安裝有電子車牌的車輛經(jīng)過系統(tǒng)控制區(qū)域時(shí)，MLFF路側(cè)設(shè)備與車內(nèi)的OBU經(jīng)安全認(rèn)證后完成信息交互，形成交易記錄；同時(shí)完成車輛定位，并且觸發(fā)抓拍設(shè)備進(jìn)行抓拍，識(shí)別車牌號(hào)碼，與電子車牌信息進(jìn)行比對(duì)，提高準(zhǔn)確率。交易記錄、車輛定位與車型識(shí)別信息、車輛圖像與車牌識(shí)別結(jié)果上傳至車道計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)特點(diǎn)：在不能對(duì)車輛行駛狀態(tài)提出過多限制的應(yīng)用中，萬集科技提出了每車道一發(fā)（Tx）多收（Rx）、交通斷面多發(fā)（Tx）多收（Rx）多車道自由流系統(tǒng)的完整解決方案?，F(xiàn)以三車道自由流系統(tǒng)為例，闡述該方案的先進(jìn)性及特點(diǎn)。路側(cè)單元（RSU）由MLFF控制器、多臺(tái)交易模塊和若干定位模塊組成，定位模塊之間通過現(xiàn)場總線連接，并連接到RSU控制器上。每車道安裝一個(gè)交易模塊，每個(gè)交易模塊通過專用線纜與MLFF控制器連接。

（1）以寬天線協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)交通斷面信號(hào)完全覆蓋。采用寬天線協(xié)同工作方式實(shí)現(xiàn)交通斷面信號(hào)完全覆蓋，寬天線確保處于交易區(qū)域內(nèi)安裝在不同車輛中的電子標(biāo)簽無交易盲區(qū)。

（2）采用同步控制，確保發(fā)射信號(hào)不干擾。同步控制確保瞬時(shí)只有唯一RSU處于發(fā)射狀態(tài)，這樣就消除了重疊區(qū)域信號(hào)帶來的交易失敗的風(fēng)險(xiǎn)。該方案解決了信號(hào)質(zhì)量與信號(hào)覆蓋相互矛盾的問題，對(duì)各種自由行使?fàn)顟B(tài)下車輛的成功交易提供了基礎(chǔ)保障。

（3）動(dòng)態(tài)跟蹤OBU運(yùn)動(dòng)軌跡，避免通信區(qū)域邊緣交易。由于交易區(qū)域在車道斷面幾乎與定位區(qū)域重合，RSU可動(dòng)態(tài)跟蹤OBU的運(yùn)動(dòng)軌跡，確保交易是在信號(hào)最佳的RSU交易區(qū)域中完成，解決了由于通信區(qū)域邊緣的信號(hào)不穩(wěn)定造成的交易失敗問題，從而提高了車輛行駛狀態(tài)的適應(yīng)性。

4 存在問題

4.1 交易時(shí)間問題

在ETC自由流應(yīng)用中，存在著車流量大、車輛行駛速度大的特點(diǎn)，意味著車輛在交易區(qū)域內(nèi)停留的時(shí)間短，留給RSU與OBU進(jìn)行交易通信的時(shí)間就很短。要解決該類問題，一方面是要從技術(shù)上盡可能地縮短RSU與OBU的單次交易時(shí)間；另一方面，可以通過適當(dāng)?shù)丶哟驞SRC設(shè)備微波交易區(qū)域范圍的手段來解決該問題。

4.2 鄰道干擾問題

影響交易成功率的另一大問題，就是相鄰ETC收費(fèi)車道的鄰道干擾問題。根據(jù)DSRC傳播的特點(diǎn)，如果自由流系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射功率太大，系統(tǒng)中各RSU之間就會(huì)產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生誤標(biāo)。所以，可以從微波信號(hào)強(qiáng)度檢測的角度，采用動(dòng)態(tài)跟蹤0BU定位技術(shù)來解決鄰道干擾問題。

4.3 信號(hào)碰撞問題

自由流狀態(tài)下，由于多個(gè)RSU必須同時(shí)與多個(gè)OBU進(jìn)行交易，這樣就提高了DSRC信號(hào)出現(xiàn)碰撞的幾率，從而引起數(shù)據(jù)重傳，增大了交易的失敗率。通過同步控制技術(shù)，防止RSU下行信號(hào)碰撞，并通過通信協(xié)議來限定時(shí)間窗口，降低RSU與OBU之間的信號(hào)碰撞。

4.4 行駛狀態(tài)多樣問題

在自由流的應(yīng)用中，由于車輛行駛狀態(tài)多樣，保證交易成功率是比較困難的。動(dòng)態(tài)跟蹤OBU運(yùn)動(dòng)軌跡，以交通斷面為單位，只要保證RSU之間能夠無縫地將信號(hào)接續(xù)下去，就可以從根本上解決這一問題。

4.5 OBU定位技術(shù)

在多車道自由流系統(tǒng)中，未交易車輛的識(shí)別是一個(gè)難題，系統(tǒng)需要精確定位已交易車輛的位置，車輛定位的目的是確定車載電子標(biāo)簽在通訊區(qū)域中的物理位置，并與視頻抓拍系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)違章車輛的稽查。但由于車輛的自由流行駛，通信區(qū)域會(huì)相互重疊，因此，車輛實(shí)際從哪條車道通過很難判斷。在交易過程中，可以通過檢測OBU發(fā)射微波信號(hào)的強(qiáng)度，并結(jié)合有效的定位算法來進(jìn)行OBU的精確定位。但未安裝OBU車輛的識(shí)別問題，這就需要精確定位交易車輛，配合車輛跟蹤系統(tǒng)，對(duì)通過車輛車牌等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的識(shí)別存儲(chǔ)，結(jié)合已識(shí)別車輛的信息，共同確定、識(shí)別出已通過的未安裝OBU的車輛。

5 結(jié)語

技術(shù)能夠引領(lǐng)未來，在智能交通領(lǐng)域，通信技術(shù)的日新月異不斷影響著收費(fèi)方式的變革。而無人智能高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的組建，顛覆了傳統(tǒng)的收費(fèi)方式，使車輛擺脫了速度、車道、行駛狀態(tài)等的束縛。其實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)是專用短程通信技術(shù)（DSRC技術(shù)），其由電子車牌標(biāo)簽以及電子標(biāo)簽讀寫天線組成。同時(shí)，DSRC設(shè)備也是關(guān)鍵設(shè)備，尤其是“5.8GHz”將成為未來發(fā)展的一個(gè)主要趨勢。融合電子車牌、EWTC、智能識(shí)別系統(tǒng)等多種智能化產(chǎn)品而建立的無人智能高速收費(fèi)系統(tǒng)將完全能被很好的實(shí)現(xiàn)并替代現(xiàn)有的收費(fèi)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋蕾.高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)分析[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2004，3.

[2]許宏科，趙祥模.關(guān)可高速公路收費(fèi)系統(tǒng)理論及應(yīng)用[J].電子工業(yè)出版社，2003，7.

[3]葉紅蕓，張健.ETC多車道自由流實(shí)現(xiàn)方案[J].中國交通信息化，2013，9.