ETC技術助推我國智慧高速公路發展

陳維翰

(長安大學 公路學院 西安市 710064)

我國高速公路大力推行ETC技術，極大地提高現有高速公路基礎設施能力，初步構建我國高速公路數字化、網絡化和智能化基本框架，為我國邁向智慧高速公路奠定堅實基礎。當前ETC技術帶來的便捷出行體驗，正在激發人們加快智慧高速公路建設的迫切愿望，全面總結推行ETC技術工作成效，可為我國未來智慧高速公路建設指引方向。

1 完善全國高速公路一體化運營機制和部省協同管理體制

取消省界收費站后，現有高速公路收費系統實行一體化運營管理。全面推行的ETC收費改變了原有以人工為主、按出入路段總計扣費模式，所有收費均納入統一結算系統，精準計費按ETC門架系統分段進行相應計費，再由省級或國家級ETC聯網中心完成拆分結算。在一體化收費運營體制下，我國已經構建高效、協調的全國高速公路聯網運營模式，交通部管控全國高速路網的引領示范作用得到充分發揮，跨省、跨區域高速公路協同管理機制正在不斷完善，原有屬地化管理造成信息不暢通、步調不一致等種種障礙已經消除。

當前，交通運輸部路網監測與應急處置中心正在組建收費公路全網運營服務主體，提供體制機制保障，加強中央、省部兩級平臺的服務能力和水平。將來在全國高速公路運營服務主體指導下，全國高速公路一體化運營和省部協同管理模式將得到更好完善，為探索智慧高速公路管理體制和運營機制奠定堅實基礎。

2 促進各省高速公路的標準化體系建設

2019年全面推行ETC工作促進各省高速公路行業規范、技術標準和設備規格的成熟落地，標準化體系建設取得顯著成效。2019年交通運輸部印發新修訂的《收費公路車輛通行費車型分類》，各省在全國統一收費標準框架下，紛紛出臺本省高速公路收費新標準，目前已全部正式實施。各省還加快制訂高速公路地方標準、行業準則，統一高速公路管理行為。2019年，連經濟落后的青海省都正式實施《高速公路不停車電子收費系統(ETC)車道建設技術規范》、《高速公路聯網視頻監控技術規范》、《高速公路收費車道通用外圍設備接口技術要求》等5項高速公路管理地方標準，其它省份均已基本完成。

各級政府也十分重視ETC配套項目的技術標準和設備規范的統一。為保證技術標準和產品質量，在技術設計、道路改造、設備采購方面，各省都采用招投標方式進行，堅持標準先行、質量過硬。考慮到未來我國車聯網很大可能采用5G +C-V2X技術，為保護本輪基建投資能夠向未來智慧高速公路平滑過渡，各省大量采購具有開放架構、能夠兼融5G技術的華為、中交國通、新華三等ETC門架系統，為今后我國選擇發展5G+C-V2X技術奠定基礎。

本輪高速公路標準化建設尤其強調全國一盤棋、規范接口層，重點解決原有屬地化管理造成的機制、技術障礙。如因各地運營方式、原有設備不同和道路通信系統不穩定，造成采集數據難以整合、傳輸、處理和共享，導致道路信息“碎片化”嚴重，不能實現統一云計算入口，無法實現信息化、智能化管理等問題都已得到徹底解決。

3 提升高速公路數據采集能力

全路段感知是實現智慧高速公路的前提，去年的ETC技術改造重在加強道路數據采集能力。已經大量安裝的ETC門架系統可以采集行駛車輛的各種數據，包括車牌圖像的快速識別，也可擴展至車輛運行狀態，如速度、人員、環境的監測。附載設備主要有攝像頭、補光燈、ECT天線、車道控制器，其中最重要的是智能高清攝像頭。據智能交通世界網粗略統計，此次省界收費站取消工作完成后，全國高速公路將新增超過10萬臺高清監控設備，將極大擴展高速公路視頻監控點位覆蓋面。盡管系統上所采用的視頻方案可能不盡相同，但300萬高清是起點，700萬高清和900萬高清都可能會大量采用[1]。

各省高速公路多加裝技術領先的華為信息采集設備。如今智能攝像機領域70%的產品都使用華為研發的海思芯片，依托其強大芯片技術，華為軟件定義攝像機具備每幀200+車輛畫面抓拍、非約束場景準確識別技術，可以輕松實現道路特征的全天候實時采集。使用華為軟件定義攝像機的高清車牌視頻卡口還具有車牌、車型特征抓拍率99%、車牌識別準確率95%的超強能力。該機還可靈活快速裝載和集成第三方智能算法，實現監控數據并行調度和前端路側邊緣節點毫秒級精準智能分析，具備道路瞬間精準的全時空交通對象感知能力。華為ETC門架系統的開放架構、多維感知設計理念，也為今后增裝各類傳感器提供了條件，可以輕松采集環境、氣象、基礎設施運行、特殊事件等種類信息。

ETC門架系統中的路側單元RSU也是重要的數據采集設備，可以與車載OBU電子標簽之間進行通信，獲取道路、車流的動態數據，構成車路協同V2X系統的重要環節。但當前高速公路布置的RSU數量有限、密度不夠，未來交通燈、人行道都要加裝RSU，才能實現車路協同V2X技術的落地。

4 大力增強高速公路通信路網的傳輸能力

本次ETC技術實施全面升級了現有高速公路的通信傳輸網絡。截止去年年終，我國已經安裝24588套ETC門架系統，它們和尚存的收費站等智慧站點共同提高了高速公路通信網絡覆蓋面。為保證網絡傳輸能力，在ETC門架通信系統組網架構上，各省普遍采用主備雙鏈路方案。主用鏈路以“新敷設光纜-ETC門架-路側一體機柜-高速公路收費專用通信光纜-收費站站級”模式組成以太網環網，備用鏈路為在收費站配置4G路由器，將運營商的專線網絡留為后備。同時改造現有高速公路收費專用通信傳輸網絡，為支持ETC智慧站點之間的數據高效穩定傳輸，滿足ETC門架接入高清車牌識別等多個數據傳輸和運營管理需求，各省多采用具備波分復用功能和多業務承載能力的OTN光傳送網[2]。對于超長距離的傳輸網絡，還加載通信中繼站，保證網絡信號穩定性。在支持路—車之間的通信交互上，主要采用DSRC技術，通過RSU天線和車載OBU電子標簽進行通信。

目前新建高速公路ETC通信傳輸網絡已經能夠滿足全程自由流收費技術的需要，正向車路協同融合網絡體系演進。本次大量采用的華為高速公路通信傳輸網絡采用開放架構，既滿足當前需要，又面向支持車聯網技術需要。在更大帶寬層面，華為構建高可靠大容量的骨干通信承載網，可以保障自由流收費、物聯感知、車路協同等大流量視頻、圖像、數據業務的通信帶寬。在更低延時層面，華為推出的一系列解決方案可以滿足自由流收費、車路協同、云網平臺數據交互、路網監測等業務高可靠、低時延要求。在隔離性層面，華為在高速公路ETC門架系統、收費車道前端業務接入、入口治超站的各個場景，通過有線及無線的通信接入網絡方案，支持路網前端的全息感知[3]。

5 提高高速公路智能決策能力

經過ETC系統改造，我國現有高速公路的技術設備距離智慧高速公路需要尚遠，還處于智慧高速公路的初級階段，但已具備初級智能管理能力，可以輔助人工決策指揮。去年各省大量安裝的ETC門架和智能一體化機柜都具有邊緣計算功能，基本實現智慧公路設備的初級智能化。華為智慧站點的路側邊緣計算單元，能夠進行智慧站點的費率計算、離線收費、車牌識別后驗證等業務，還支持實時的車輛收費稽查和V2X智能終端的云—邊協同架構。中交國通ETC門架系統一體化智能機柜采用的ARM一體化數據采集器具備“數字濾波+信號時間戳+離線存儲+斷點續傳”多種數據處理機制，確保監控系統對數據采集更精準[4]。

現有ETC技術還具有云計算、大數據分析能力。為支持省、部兩級ETC收費中心的海量收費拆分結算業務，擁有超級計算、存儲能力的云平臺技術被廣泛使用。華為ETC技術在后端構建高速公路聯網收費云中心、大數據平臺，能夠支持數據接入、數據分析、數據共享、人工智能四層功能。華為還構筑云—邊協同實時精準收費稽查大數據云平臺。通過ETC門架系統邊緣計算節點對車牌識別圖片、路側單元讀取的車輛信息進行實時分析比對，異常信息實時上報省中心并同步至相關出入口收費站進行實時管控，通過“省中心-ETC門架”云邊協同，實現實時、精準收費稽查[5]。在大數據處理分析方面，華為還推出業界最高性能ARM-based處理器—鯤鵬920。

正是運用邊緣計算、云計算能力，現有ETC 技術能夠實現海量交通數據的快速處理，已經具備初級人工智能能力。它可以通過道況實時分析，提前預判擁堵、事故狀態，為指揮中心和出行者及時提出解決方案，提供車輛分流、事故救援的精準信息服務，節省出行時間，降低事故發生率。

6 加快我國智慧高速公路的試點工作

2018年國務院發布《關于加快推進新一代國家交通控制網和智慧公路試點的通知》，但受限于經費投入太大，各地智慧高速公路試點工作進展緩慢。本次ETC技術普遍實施初步展示智慧高速公路的優越性能，激起人們對智慧高速公路時代的更多期待，推動智慧公路試點工作的加快實施。

目前路網建設方面，北京、浙江、廣東、河北、江蘇等9個試點省市，基本完成圍繞基礎設施智能化、路運一體化車路協同、“互聯網+”路網綜合服務等六大方向的道路提升工程。浙江智慧高速公路建設樣板滬杭甬高速公路將于年底完工，新建全長約149.5km的杭紹甬智慧高速公路復線項目已經開工。5G技術運用方面，湖南湘江新區100km智慧高速公路正式啟用，部分路段布置5G網絡和路側通信設備，提供支持5G+C-V2X車路協同通信技術測試場景。延崇高速公路北京段智慧工程也交工驗收，道路兩側大量裝置5G基站，未來將支持自動駕駛。汽車試驗區方面，工信部正在支持杭州、武漢、無錫、廣州、長沙等地建設智能網聯汽車測試示范區。2019年9月13日，我國首次在上海舉行高速公路實際交通環境下的智能網聯汽車道路測試。這些試點工作為后續智慧高速公路的升級改造、相關技術標準的修訂和未來商業運營提供寶貴經驗，加快我國智慧高速公路建設進程。

7 帶動通信5G和智能汽車產業加速發展

此次實施ETC技術改造了我國高速公路路網和通信網，同時也帶動5G和智能汽車產業的發展。雖然現行ETC系統多采用DSRC技術，但已為兼融5G提供開放架構。我國5G 技術領先全球，2019年5月，騰訊公司發布《5G時代車路協同創新應用白皮書》；2019年7月，中國5G推進組發布《LTE-V2X安全技術白皮書》； 2020元月，工信部部長苗圩表示：“在中國我們在道路的改造方面堅決地推行5G+LTE-V2X”[6]。今年是5G商用元年，5G 助推智慧交通發展顯示出強勁勢頭。目前基于5G技術的京禮高速公路即將完工，新增的智能感知定位設備和5G基站將與路燈桿形成綜合體，提供數據交換和定位服務，支持車路協同技術應用。可見我國未來的車聯網技術將采用5G+C-V2X技術，由此帶動5G技術在交通行業的大發展。

ETC技術還帶動智能汽車行業。現行ETC系統中的電子標簽OBU只是初級形態，僅滿足于ETC自由流收費，未來它可以成為智慧交通系統中的車載終端，承載對基礎設施、道路運輸及車流的綜合感知，還可與后臺云平臺、路邊基站相聯，實現信息交互，成為車路協同V2X技術構建的“智能電子標簽+智能路側設備+云端信息服務平臺”基礎框架的前端中心。金溢科技劉詠平博士認為，從ETC走向V2X，是未來交通與汽車實現智能化融合的一條有效路徑。當前研發具備移動通信功能的車載智能電子標簽已成為熱點。2019年9月，中興通訊V2X-OBU通過V2X協議一致性測試。2019年10月，華為公司發布全球首款商用5G工業模組MH5000，具備支持5G+C-V2X 車載終端的通信能力。

8 結語

我國智慧高速公路建設可分為初、中、高三級水平，當前實施的ETC技術雖然著眼于提高道路通行率，但它對路網、通信網、車輛識別技術的改造已達到高速公路數據化、信息化、智能化的初級水準。通過全方位采集車輛數據、通信網高速傳輸、邊緣計算和云平臺人工智能預判，可以為指揮者和出行人提供智能導航和精準路況信息服務，從而降低事故率，實現道路快速施救。本輪ETC技術的大力實施，對提高我國高速公路的管理水平，加強相關基礎設施建設，帶動5G技術和智能汽車產業的加速發展，讓人們擁有更加便捷的出行體驗，可謂貢獻卓著。作為車聯網V2X技術的初級形態，ETC技術正為其未來大規模應用部署提供平滑過渡，真正成為助推我國智慧高速公路建設的引擎。