基于路徑識別的高速公路ETC技術研究

文/付珺

1 前言

在高速公路聯網收費遇到發展問題的同時，安裝ETC 的車輛數量也在逐漸增多，借助ETC 和路徑識別技術，解決聯網收費存在的問題逐漸成為智慧交通建設發展的一種可行方案。

2 高速公路ETC 現狀及需求

從2020年1月1日起，全國29 個聯網省份的487 個省界收費站全部取消，在ETC 的支持下通過省界的時間將大幅降低，而部分收費站將保留一定數量的MTC（人工半自動收費方式）與ETC 方式相結合。收費金額根據我國及各省交通運輸部門有關規定，統一制定費率，按照車型、行駛路徑、行駛里程確定正常小車、客車等車輛的收費標準，對貨車采用計重收費，其中行駛里程按照最短路徑確定。我國高速公路聯網收費長期采用最短路徑法作為計算方式，但當今高速公路建設數量不斷增加，車輛行駛密度擴展，最短路徑法計算得到的通行費時常出現問題，這為高速公路發展帶來了影響，不利于高速公路的發展。借助二義性路徑問題，在ETC 等信息技術的幫助下將實際路徑計算出來，按照實際路徑進行收費，而這其中最為關鍵的就是路徑識別技術。隨著高速公路快速擴展，對高速公路聯網收費的需求變化，包括：聯網收費建設規模及質量，需要現有ETC 收費系統能夠精確收費、迅速拆分賬，避免車輛在通行費征收方面出現不公平問題。公眾服務需求，ETC收費建設過程中民眾就曾提出對通行費顯示的要求，也進而發現了通行費收取不合理的問題。那么在路徑識別應用后，相關參數信息也應該可以通過系統軟件呈現給公眾。

雖然ETC 普及建設迅速，但是在短時間內依然無法取代MTC，在路徑識別處理上需要能夠統一解決ETC 和MTC 的方案。收費或是拆分賬都是建立在精準數據之上的，若識別精度不高導致用戶在同一路徑中收費出現差異，依然會造成不公平的問題，而且在交通運輸量日益增長的背景下，識別速率也要有所保證[1]。建設信息化數據中心，大數據是未來智慧交通發展的主要依據，高速公路信息化建設也是基于路徑識別的高速公路ETC 技術應用的基礎，只有更為全面且豐富的信息系統，才能為路徑識別、路網車輛行駛、收費數據提供強有力的支撐。

3 高速公路中路徑識別方式

3.1 最短路徑法

最短路徑法作為傳統高速公路交通收費的基礎方式必然有其存在的道理，其原理是以假定路徑中任意兩個節點作為路網出行交通流量中的行程與長度，并忽視其他路線上行駛路徑計算與識別，這使得最短路徑法雖然有計算便捷的優勢，但在實際路徑識別應用中最短路徑法過于理想化，特別是在多路徑段內行程時間和交通量并不固定，難以憑借兩個節點計算出最短路徑。而且最短路徑也會受駕駛者的行駛行為影響而出現差異，這使得最短路徑法在現階段高速公路通行費收取和拆分時會出現一些問題，仍需進一步改進和完善。

3.2 車牌識別法

在高速公路聯網收費信息化、智能化設備的支持下路徑識別技術已經能完成一定的計算工作，車牌識別是利用一車一牌的基礎來形成車輛牌照識別，在車輛進入高速公路收費站后，識別系統就會記錄車輛通過時間、通過的站點以及車輛牌照等信息，并將相關信息傳輸至高速公路聯網收費的數據中心，在車輛經過后續站點后依然會繼續記錄相關信息，并與首次記錄的信息進行核對，確保數據的準確性，這樣就可以為車輛通行提供準確的數據，進而達到區分車輛路徑識別的作用。車牌識別的優勢在于體系較為成熟，短時間內就能達到良好的使用效果。但是在技術上還存在缺陷，當前圖像抓拍與車輛識別受外界因素的干擾影響較大，比如在惡劣天氣、交通流量較大時會對車輛識別產生一定影響，需要人工對相關數據進行核查。不過，這種缺點卻能夠有效適應當前ETC 與MTC 并行的收費模式。

3.3 電子標簽法

電子標簽是高速公路ETC 技術應用的關鍵，原理是車輛設有標識站的路段時以電子標簽的形式記錄代碼信息，不同路段自然記錄的代碼信息也不一樣，數據中心通過分析不同代碼信息來確定車輛的行駛路徑，從而實現精準收費。現階段電子標簽法的應用種類主要有三種。

首先，基于移動網絡的IC 卡，可以簡單理解為在ETC 模塊中設置帶有SIM 卡的復合通行卡，而且當前高速路段上也仍在使用IC 卡系統，為避免資源浪費可以將IC 卡功能與ETC 技術相互結合。可以自動將移動定位寫入卡中，無須設置過多的路徑關鍵點便能識別路徑，優勢在于可實現連續的軌跡識別。缺點在于需要良好的移動網絡作為支撐，還需要對現階段所使用的ETC 技術進行調整。

其次，RFID 路徑識別技術，采用RFID 有源電子標簽+復合通行卡的模式寫入標識信息，當前已有成熟應用，比如在廣東、浙江等地的MTC 系統，RFID 路徑識別技術的優勢在于能夠提高路徑識別的準確性，利用RFID 有源電子標簽獲取車輛的行駛路線，從而實現路徑識別，進而能夠對通行費用進行合理拆分。缺陷在于路徑識別信號容易被屏蔽，誤標率較高，系統穩定性較差，且根據部分省份應用RFID 的經驗來看，前期建設投入成本較大[2]。

最后，5.8GHz 路徑識別，其原理是當車輛經過5.8GHz 標識站后會自動標識復合通行卡、車載OBU 和ETC 卡，以此確定行駛路徑。此方式成熟、應用簡單，在大多數ETC 系統中都有著良好的識別率，交通運輸部門對相關技術已經提出了要求。但也有明顯的問題，便是MTC 系統無法應用此方法，其對車輛信息化以及高速公路聯網的要求較高。

4 基于路徑識別的高速公路ETC 技術應用

4.1 總體框架

ETC 車輛從ETC 車道可以正常進入路網，而MTC車輛從MTC 車道領取復合通行卡后進入高速公路聯網內布設的標識點時，DSRC 技術便會將信息寫入ETC 車載設備中，而MTC 車輛則寫入復合通行卡內。當車輛進入ETC 入口時會清除掉OBU 中所記錄的路徑信息，并將此車道入口的信息記錄在OBU 中，在清楚之前路徑信息時，對于OBU 只需清除標識點計數即可，但是面對復合通行卡就要清除整個路徑信息文件。而在收費站出口，ETC 車輛不停車自動繳費駛離，MTC 車輛則需要在MTC 車道交回復合通行卡。路徑識別系統會讀取非現金支付卡內的入口信息、OBU 及卡內路徑信息，從而計算通行費用。一般來說需要先判斷路徑信息所記錄標識點的位置，并找出進入高速公路后到出口之間的所有標識點序列，根據卡內路徑信息、入口信息、OBU以及標識序列計算通行路徑，并核對車輛信息符合后，計算出通行費并完成扣款，在扣款的同時清除標識點。如果在省內或跨省出入中沒有標識點數據，則按照最短路徑進行收費。

4.2 ETC 技術處理流程

基于路徑識別的ETC 技術應用本質是為了強化收費拆分的準確性，分析車輛從入口收費站到出口收費站的行駛過程中經過的若干標識點，根據車輛的行駛路徑計算出通行費。

傳統車輛通行費計算是按照最短路徑收費進行計算，計算也是基于最小收費額。而基于路徑識別的通行費計算就要對標識點序列中每個節點序列中相鄰標識點分段計算最短收費路徑以及最小收費額。通行費計算要與高速公路收費規定相吻合，采用整數計算且個位取0 或5，在計算中也應設定個位數≤2.5 取0，2.5＜個位數＞7.5 則取5，≥7.5 則為10。在對相鄰標識點路徑進行分析時，需要確定車輛在該分段中的路徑是否精確，計算出每個路段的收費金額，模糊路段采用最小收費額。然后根據車輛從標識點入口到出口的順序合并車輛行駛路徑以及收費總額，將兩個數值與最短行駛路徑及最小收費額進行對比，計算出路徑中每個路段的清分比例，如果行駛路徑中存在較多模糊路段，則需要進行二次清分。不過，在軟件系統的計算中也可以借助歷史數據經驗的方式得出清分比例，進而確保車輛通行費拆分的合理性。

4.3 ETC 系統優化改造

基于路徑識別的高速公路ETC 技術關鍵在于行駛路徑上標識點設定以及ETC 系統的優化這兩方面。通常來看標識點的設置是在多條高速公路形成的環網上，以兩個樞紐交界處為基準點設置一個標識站，標識站本身要盡可能設置在直線路段且周圍不能有遮擋，便于設置天線控制器、路徑識別設備、網絡交換機等設備，能夠將識別信息快速傳遞到收費站的數據中心。

ETC 系統的優化更為關鍵，是支撐路徑識別的重要基礎。數據中心系統應當能夠對路網中所有標識站進行遠程監控，通常情況下會定期選擇某一車輛進行同步跟蹤服務，來判斷標識信息與實際行駛信息的差別，若采用人工智能技術，也可以提供學習經驗。車輛在經過標識站后，ETC 車載設備便會在識別區內將標識信息記錄，對標識點上傳的路徑識別數據進行處理，而標識站也會將數據傳輸至路段中心管理系統，當車輛進入路段收費站后便將獲取的信息與ETC 車載設備存儲的信息進行比對，這就需要路段高速公路路網具有較高水平的數據管理服務器，能夠對大量路徑識別信息進行統一處理。另外，為了確保高速公路聯網數據安全，還應當設置網絡安全系統。

5 結語

通過對路徑識別系統的分析和研究，可以了解到在路徑識別技術的支持下，當前高速公路正向著智能化、信息化延伸發展，為人們的日常出行帶來便利。同時高速公路ETC 技術是高速公路經濟收益的主要來源，在路徑識別幫助下能夠更加精準地得出行駛路徑，減少通行費收取和拆分不合理現象的發展，為高速公路ETC的持續發展提供支撐。