汽車電子標識在汽車試驗場運營管控中的應用

施 磊，朱 遙

（中汽研汽車試驗場股份有限公司，江蘇 鹽城 224100）

基于射頻識別的汽車電子標識技術從開始研究到應用推廣已發展十余年。2014年至2017年，由公安部交通管理科學研究所牽頭組織，多部委聯合參與的機動車電子標識國家標準工作組開展了一系列研究驗證工作，包括在國內各汽車試驗場進行的極限速度、極限高低溫和高濕環境的標準驗證測試。2017年12月，國家發布了機動車電子標識通用規范、安全技術要求、讀寫設備規范等六項國家標準。在2021年3月公安部發布的《道路交通安全法（修訂建議稿）》第十二條中規定“準予登記的機動車應當符合機動車國家安全技術標準，并按規定安裝電子標識。”另外，在2018年3月交通運輸部發布通知，也明確了省內高速公路多義性路徑識別系統建設目標，以實現車輛按實際路徑收費。

場地試驗是汽車產品研發的核心環節，隨著汽車產業的發展、市場環境競爭的加劇、汽車研發周期和質量要求的提升，國內綜合性汽車試驗場地資源愈加緊缺。汽車試驗場為整車性能集成開發測試提供各類試驗道路，每條道路上可同時開展多廠家、多車型、多工況的試驗項目。雖然每條道路都有對應的管理規則，但是對于道路內車輛的活動是否遵循管理規則的監管，試驗場大多缺少可靠有效的手段。基于汽車電子標識技術，通過路端識別設備及云端系統平臺，可對試驗道路內試驗車輛進行全自動、全天候、準確可靠地識別和管理規則符合性地判定，并可實時將違規和異常情況報送調度員，從而實現場地安全管理和高效運行的主動調度。

1 車輛識別技術

在社會道路交通監管和汽車試驗場管理中，當前主要有三種車輛識別技術的應用，在不同的應用場景下各有優劣。

1.1 基于視頻圖像的物理車牌識別技術

交通管理部門對社會車輛的監管目前主要利用基于視頻圖像的物理車牌識別技術。通過監控設備對車輛進行抓拍，將抓拍到的圖像進行處理，取出有效的車牌區域后對區域內字符進行分割和識別，進而完成車牌信息的識別，工作流程如圖1所示。由于對車牌識別是在監控設備抓拍的靜態圖片上進行的，因此對視頻圖像監控設備抓拍的圖片質量要求較高，但視頻圖像監控設備容易受到光線、霧霾、沙塵、燈光等外界環境因素的影響，對于假牌、套牌等違法行為也無法準確辨別。研究表明，基于視頻圖像的物理車牌識別平均準確率約為80%，環境良好時的準確率約為95%，系統對通信網絡的要求較高，并且數據傳輸和查詢壓力相對較大。

圖1 車牌識別系統工作流程圖

1.2 基于車載GPS模塊的5G高精定位技術

隨著智能網聯汽車的發展，目前部分汽車試驗場和智能網聯汽車測試示范區為實時監管試驗車輛，逐步建立了覆蓋測試區域的5G高精定位車輛運行監控管理平臺。由于試驗場內各道路之間距離較小，且在運營管控中需要區分車道，所以傳統的全球定位系統（Global Positioning System, GPS）定位無法滿足需求。為實現實時精準的車輛信息獲取，首先需要在測試區域內布置5G移動通信網路作為車載單元（On Board Unit, OBU）（GPS模塊）與各系統之間的通信載體；其次需要建設連續運行參考站（Continuously Operating Refe- rence Stations, CORS）用于解算實時動態（Real Time Kinematic, RTK）信息，實現RTK數據的交互；而后OBU獲取RTK數據后結合自己GPS位置信息解算實現厘米級定位，并通過5G網絡將精準的位置信息發送至系統；最后系統接收OBU的數據信息并結合高精度地圖進而實現車輛實時位置顯示。該技術同樣會受環境、行駛路徑、天氣等多種因素影響，定位可靠性、準確性及連續性存在信號丟包等不可控性。通過驗證發現，基于車載GPS模塊的5G高精定位技術試驗車輛的識別平均準確率約為97%，氣象環境較差時的準確率約為95%，對未安裝車載終端OBU的車輛或OBU無供電時的識別率為0。其架構圖如圖2所示。

圖2 5G高精定位車輛運行監控管理平臺體統架構圖

1.3 基于汽車電子標識的識別技術

汽車電子標識俗稱“電子車牌”，是安裝于汽車前擋風玻璃內側的射頻識別（Radio Frequency IDentification, RFID）標簽（無源標簽卡或OBU）。如圖3所示，當安裝有電子標識的車輛進入讀寫器天線的讀取范圍后，電子標識將信號發送給路側讀寫器，讀寫器接收信號并對其解調處理，從而實現非接觸、不停車地車輛自動識別和監控。汽車電子標識具有唯一性，其識別過程精準快速，且其芯片中儲存的信息安全可靠，使用壽命超過10年。基于5.8 GHz DSRC技術的路徑識別系統，通過標識站點與OBU的雙向通信，可實時采集車輛信息，進而廣泛應用于高速公路聯網收費防逃費、交通誘導及出行信息服務、營運車輛監管等。研究表明，基于該技術對200 km/h速度下行駛車輛的識別準確率大于99%，并且基本不受天氣、環境和時間影響。

圖3 電子車牌識別系統的基本工作流程

1.4 汽車試驗場運營管控中的應用對比分析

汽車試驗場各試驗道路進出口都有安裝道閘系統，用以管控車輛進出道路并記錄道路用時以結算費用，但對試驗車輛在道路內的活動，調度員僅可通過監控系統進行隨機察看，監管模式相對被動。汽車試驗場一般為24小時連續運行，且場內大多是研發階段的試驗車輛，所以幾乎沒有物理車牌且部分車輛也不具備安裝物理車牌的條件，車輛進出道閘主要通過車端OBU或車卡與道閘通信感應。各條試驗道路相對獨立且封閉，試驗車輛的行駛工況多變且相互間存在一定的影響沖突。所以，及時、準確、可靠地識別試驗道路內的所有車輛，才能建立場內測速、違規監管、流量統計、里程統計、特殊計費結算依據等工作的有效手段。結合汽車運營管控的需要，從不同維度對三種車輛識別技術的應用對比分析大體如表1所示。

表1 車輛識別技術在汽車試驗場運營管控中的應用對比

2 汽車電子標識技術應用可行性驗證

精準掌控試驗道路內所有車輛及人員的活動是汽車試驗場安全管控的基礎。汽車廠家為開發驗證車輛的安全性、操乘性及可靠耐久性等，試驗車輛的行駛工況相比于社會道路一般會非常嚴苛和極限。高速環道作為汽車試驗場的主體設施，是一條用于試驗車輛連續高速行駛的環形封閉道路。由于高速環道內的試驗車輛行駛速度較高、車流量較大、試驗類型繁多、行駛工況復雜，所以在道路管理規則中明確規定了各個車道的最高和最低限速，并且限制了超高速（超過200 km/h）試驗開展的時段。本文以高速環道為例，通過集成電子標識識別設備和測速雷達，并對試驗場定制化的OBU（5.8 GHz）進行聯調，最后對路側設備不同安裝方式下車輛的超高速識別、相鄰車道并排行駛識別、同車道小間距連續識別開展了實地驗證。

2.1 驗證方案

高速環道全長7.8 km，由南、北兩個彎道和東、西兩個直道無縫銜接，全路段只有西側直線段中部區域上方架設有橋體并具備識別設備正向安裝的條件。考慮全路段站點的布置和安裝條件，本次驗證需對設備正向和側向兩種安裝方式開展功能驗證。另外，由于高速環道具有多個車道，開放時段車流較大，且識別設備的信號接收范圍要比車道寬，所以同時需要驗證在相鄰車道有車并排行駛和多車縱向小間距行駛時，設備是否能夠準確識別車輛并與測速對應。

本次驗證的程序為臨時編寫，所以后臺軟件記錄如下信息即可：OBU ID（對應車輛）、路側單元（Road Side Unit, RSU）ID（對應識別位置）、速度值和識別時間。另外，由于測速雷達的安裝角度及參數調試會影響其測速準確性，而驗證現場安裝條件和調試時間有限，考慮到雷達測速技術是成熟的，所以驗證對測速精度不作要求。

2.2 主要設備

本次驗證用到的主要設備如表2所示。為證明技術應用的可行性，本次同時對兩個廠家的電子標識識別設備開展了驗證。設備實際安裝情況如圖4、圖5所示。

圖4 橋體正向安裝

圖5 路側L桿側向安裝

表2 設備的主要功能及技術要求

2.3 驗證數據

根據驗證方案逐項開展后所記錄的數據，部分列舉如表3、表4、表5所示。

表3 超高速識別驗證數據（部分）

表4 相鄰車道同時識別驗證數據（部分）

表5 同車道連續識別驗證數據（部分）

2.4 驗證結果

（1）正向和側向安裝方式下，設備都能對信號范圍區域內的車輛準確識別并匹配測速，驗證過程未出現漏識別或誤識別的情況。

（2）對于200 km/h以上速度行駛的車輛（最大V-Box車速為232 km/h），設備可準確識別車輛并匹配測速，驗證過程未出現漏識別的情況。

（3）RSU信號范圍寬度為6 m，現場的安裝對兩個車道的覆蓋度較好；測速雷達的檢測范圍寬度約4 m，對最高車速車道覆蓋度較好、對相鄰車道的覆蓋度較差。所以，同一車道多車小間距行駛時，集成設備可準確識別車輛并匹配測速，驗證過程未出現漏識別或誤識別。但相鄰車道并排行駛時，集成設備僅可準確識別車輛，不能較好地匹配測速，這有待更換測速雷達的類型及充分安裝調試后作進一步的驗證。

3 在汽車試驗場運營管控中的應用

從應用可行性驗證結果可以確認，基于5.8 GHz DSRC的汽車電子標識識別技術對于汽車試驗場內無物理車牌的試驗車輛識別有一定適用性。汽車電子標識作為試驗車輛的“電子身份證”，通過路端RSU與其他電子監測設備交互并接入定制開發的后臺系統，理論上可實現對道路內所有試驗車輛各類活動的監管。結合汽車試驗場不同測試道路的外形尺寸、功能用途、使用規則、交通流特征以及運營管控需求等，可在如下幾個方面開展應用。

3.1 測速及違規監管

對于環形試驗道路或易發生事故的路段，通過合理的布局點位，集成識別設備和電子監測設備（如測速雷達、監控攝像頭、交通事件檢測儀等），與試驗場管理系統信息化交互后，可實現對試驗道路內車輛活動的自動監管。所產生的相關記錄及數據可實時回傳系統，異常情況和違規行為能夠及時通過后臺向調度員發出預警并直接顯示對應車輛的相關信息。這不僅能使調度員更加主動地掌握試驗道路運行狀況，還能幫助場地管理部門及時介入和解除安全隱患，規范場內的不安全駕駛行為，并且提供可溯源的記錄材料。

3.2 耐久試驗車輛里程計費依據

大部分汽車試驗場中的耐久試驗車輛計費方式是基于里程單價進行的，而試驗里程的計費依據當前主要為車輛入場和離場時的里程表數字照片。考慮到耐久試驗車輛的項目周期較長，期間車輛里程可能包含有一定的社會道路擺渡里程，且人工拍照存在不及時和管理溯源度不夠等問題，所以需要借助信息化手段來獲取里程計費依據。由于耐久試驗車輛多是以確定的試驗循環工況，按照統一的試驗規范要求和路徑重復行駛，故可在耐久試驗道路必經之處的對應車道外側布置電子標識識別設備。通過車輛識別次數和該路段單次通行的平均里程，可計算出其在該路段的行駛里程數，對各條耐久試驗道路的行駛里程數計和，便可獲得整個項目期間在試驗道路中的總里程數。與試驗場管理系統交互后，可實現“一鍵結算”，從而大大減少人工干預。

3.3 道路交通流特征統計

對于安全測試容量較大的試驗道路，如高速環道、直線性能路等，共享使用道路的多個試驗車輛所執行的試驗類型不同、行駛工況復雜多變、相互之間會有一定的影響和沖突。合理地布局點位，開發有效的后臺軟件算法，通過對道路內各局部區域交通流數據的獲取和計算，結合對應試驗道路條件及運行特征，可構建試驗場道路運行指標狀態評價體系，指標包括交通流運行速度指標、密度指標、沖突指標等。基于試驗道路運行指標數據的實時動態獲取，考慮特殊試驗工況車輛的滲透率以及氣象環境對運行管控的影響，從而建立場地調度管控量化判定標準及動態風險預警管控工具，減小各測試車輛試驗工況執行間的沖突及試驗安全風險，最終實現全方位、標準化、安全高效的場地運行管控新模式。

3.4 耐久試驗規范執行過程監控

耐久試驗車輛需要在汽車試驗場的不同試驗道路上按試驗規范循環行駛一定里程。為使不同車輛的試驗結果可以相互對比，所有車輛必須按照統一的規范行駛，所以駕駛人員的駕駛行為直接會影響試驗的有效性。根據耐久試驗道路各路段的空間布局和試驗規范體系的通用要求，合理地選擇點位并布置識別設備，通過OBU識別車輛以統計該車輛在各路段內行駛的圈數，并且根據路段長度計算平均車速。與耐久規范下標準行駛狀況數據進行對比，不僅能了解該車輛耐久試驗規范的執行情況及駕駛員的駕駛表現，還可以對比不同班次的規范執行一致性，從而及時發現和糾正不規范的駕駛行為，以保證試驗考察目標的有效達成。

4 結語

本文從汽車試驗場運營管控的需求出發，為實現對試驗道路內無物理車牌試驗車輛的識別和自動化監管，探究對比了三種不同車輛識別技術對于汽車試驗場應用的鍥合度。為進一步驗證汽車電子標識技術在汽車試驗場中的應用可行性，本文以高速環道為例，對電子標識識別設備在不同安裝方式下對車輛的超高速行駛、相鄰車道并排行駛以及單車道小間距連續行駛識別開展了實地驗證，確認了基于5.8 GHz DSRC的汽車電子標識識別技術具備汽車試驗場運營管控的應用可行性。最后，根據汽車試驗場運營經驗提出了四點汽車電子標識技術的具體應用方向及思路，以供 國內各試驗場參考。