基于ETC的車路協同系統應用研究

韋燕寧 李東毅 董玉朕

摘要：文章以交通強國建設試點項目南寧沙井至吳圩高速公路為例，分析基于ETC的車路協同系統的應用與實踐。建設車路協同系統是提高路網運行安全、效率及服務品質的重要手段；取消省界收費站工程中建設的ETC門架系統、網絡安全設備、供電及通信鏈路資源可為采用DSRC技術的車路協同系統提供部分基礎設施。該技術路徑具有成本低、效率高、易推廣的特點。

關鍵詞：車路協同，ETC，DSRC，高速公路

中圖分類號：U495A561882

0引言

我國取消高速公路省界收費站之后，民眾出行的時效性和便利度大幅提升，全國初步形成了“一張網運營、一體化服務”的新興格局。截至2022年6月，我國ETC辦理用戶量超過2.3億人，建成ETC門架約2.83萬套，ETC專用車道約3.5萬條，占收費車道數量的45%左右，ETC交易比例約占高速公路出口收費交易量的66%。

針對初具規模的采用ETC技術的高速公路聯網收費系統，交通運輸部持續出臺相關文件，要求推進收費系統優化升級。《關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》將深化高速公路ETC門架應用、推動車路協同等設施建設和豐富車路協同應用場景作為智能公路建設的主要任務；《加快推進高速公路聯網收費系統優化升級實施方案》和《關于深入開展ETC服務提升工作的通知》要求優化完善收費系統，提升高速公路通行效率和服務質量。

智慧公路建設是提升出行服務品質的重要手段，一般采用LTE-V、5G、DSRC等通信標準。其中，LTE-V2X和5G-V2X方案在道路基礎設施建設和用戶保有量方面尚未能形成商用規模，而取消高速公路省界收費站工程中建設的ETC門架系統、網絡安全系統、供電及通信鏈路資源可為采用DSRC技術的車路協同系統提供便利［1］。因此，將基于ETC的車路協同系統作為過渡時期方案，具有成本低、效率高、基礎廣的優勢。本文以南寧沙井至吳圩高速公路為例，研究基于ETC的車路協同系統的應用與實踐。

1系統總體框架

基于ETC的車路協同系統是充分利用收費系統ETC門架和智慧高速路側感知設備，并在路段關鍵點位部署路側通信設施，通過整合高速公路收費、監控、養護、出行服務等跨系統資源，挖掘和提取交通事件，使用ETC門架的RSU天線為常規ETC用戶及智能OBU用戶提供信息服務。

基于ETC的車路協同系統由“車端-路側-中心端”三部分構成。車端采用車載單元OBU作為車路協同信息接收、解析、交互裝置，主要類型包括常規OBU和智能前裝OBU。常規OBU是指通過電池供電的OBU或僅支持收費業務的機動車選裝OBU，可通過蜂鳴器對用戶進行告警和提示［2］。智能前裝OBU則可接入機動車CAN總線、T-box等系統，與汽車電子設備交互后，進行語音、文字、地圖提示，可具備車路通信和電子支付能力。路側設備主要包括收費系統設置的ETC門架設施和在關鍵點位部署的基礎設施：（1）對ETC門架軟件進行技術升級和物理層拓展，依托RSU天線與OBU的雙向通信，作為車路協同的信息傳輸通道，以支持路側事件信息發布；（2）通過在分合流等重點區域部署路側設施，形成更廣泛覆蓋的ETC信息服務網絡。中心端通過融合車路協同外場數據、收費系統數據、監控系統數據等多源數據，實現事件分析及路段跨節點調度等功能，提升信息服務精細化水平。

2系統設計方案

2.1數據融合方案

為了拓展車路協同系統的信息源，為用戶提供更加豐富的出行服務，需將收費、監控、通信、養護等系統的數據進行融合。路段分中心的監控、收費、通信設施通過以太網交換機和安全設備隔離區域，分別設置網絡安全設備區、外聯區、數據脫敏區等。收費和稱重檢測等數據需要根據敏感性程度進行完全脫敏或泛化脫敏處理，再輸出到數據庫交互使用。同時，針對不同系統的數據設置安全管理域，制定病毒防范、更新升級策略，在各分區均部署邊界防火墻，實現各分區與核心區相連。在優化配置資源和控制網絡安全設備成本的基礎上，實現信息融合和數據打通，并構建數據即服務（DaaS）平臺進一步實現數據建模分析，發布預測預警信息，輔助收費稽查，增強運、管、養聯動能力。

2.2云端建設方案

在路段云平臺部署車路協同系統業務，同時預留其與省級及部級云平臺數據共享、業務連通的能力。業務方面主要包括以下子系統：出行服務決策子系統、協同調度子系統、設備運維子系統、安全管理子系統。

出行服務決策子系統對路側采集的交通事件及第三方平臺數據進行實時分析，形成管控、安全、服務三種類型的后臺決策，再根據車路協同的不同應用場景，為出行者提供擁堵、逆行、事故、拋灑、施工等事件通知服務。

協同調度子系統通過多源數據融合技術，判別全路段交通勢態感知結果，結合交通事件的影響范圍和程度，制定業務精準調度策略。依據設備拓撲網絡，按照事故屬性，向指定RSU覆蓋范圍內的車輛提供車路協同服務，實現事件的協同調度、精準推送。

設備運維子系統對路段內的車路協同設備（邊緣計算節點、高清攝像機、毫米波雷達、RSU天線、氣象設備等）進行監測及運維管理，具體功能包括：版本管理、系統配置、日志管理、用戶告警、診斷測試、運行狀態監測等。當設備出現故障時，路段云平臺可發出預警，通過預先設置的管理策略或人工指派的方式，指派運維人員前往維修。維修結果可及時反饋至車路協同云平臺，保障系統持續正常運轉。

安全管理子系統為車輛和路側設備提供安全證書，可降低車路協同系統通信中面臨的消息虛假、偽造、篡改等風險，進一步保障車路協同信息的真實性、完整性和隱私性，為實現多種車路協同應用場景奠定基礎。

2.3路側感知系統

基于ETC的車路協同系統可充分利用智慧公路等專項工程中建設的路側感知設備，通過在路側布設覆蓋路段的視頻攝像機、毫米波雷達及各類傳感器，構建多維度交通運行數字化感知網絡。

以南寧沙井至吳圩高速公路的樞紐互通分合流區域為例進行說明，設置高清攝像機、毫米波雷達和邊緣計算節點，用于感知分合流關鍵點位的全息環境信息；分流區和合流區實現視頻監控全覆蓋，可重點分析互通分合流端部前后各100 m范圍內的交通事件；通過路側邊緣計算節點實現路側感知數據的匯聚融合、路網數字化交通事件識別，并與路側設備及云端平臺實時通信，協同處理信息發布及上報業務。

2.4信息發布系統

ETC門架系統可基于現有設備，在不影響收費交易的情況下，通過在天線控制器升級ETC車路協同應用協議，實現ETC車路協同通信，以增加事件發布功能。此外，在其他路段區域新增的ETC門架系統可采用多波束定向天線及相應的天線控制器，實現ETC車路協同信息的上傳下達。上述兩種方式均可結合道路可變情報板、服務區信息查詢終端等設施，實現面向交通安全、管控和出行服務的車路協同信息發布。

在用戶交互方面，常規OBU接收車路協同系統下發的指令后，通過蜂鳴器報警提示用戶在路段前方出現特殊交通事件，需要注意駕駛環境。智能OBU則可對ETC信息指令進行解析，綜合采用語音播報、圖文標識、地圖顯示等方式與用戶信息交互。除了結合第三方應用軟件在汽車駕駛面板和手機界面進行信息聯動，平視顯示系統（HUD）也是輔助支持ETC車路協同系統的一種良好的應用拓展，有助于提示重要駕駛信息，保障車輛行駛的安全和效率。

在信息交互方面，RSU天線與常規OBU的信息下發遵循《電子收費專用短程通信》（GB/T 20851-2019）標準的技術要求。根據應用場景的不同，RSU天線與智能OBU之間采用信息廣播、專用鏈路或ETC交易鏈路方式發布車路協同信息。車端、路側和云端的信息交互流程如圖1所示。

在應用場景方面，基于ETC的車路協同系統可提供交通管控、駕駛安全、出行服務類車路協同信息服務。典型應用場景包括道路施工示意、封路管控引導、交通事故提醒、前方擁堵提醒、違規占道提醒、危險道路狀況警示、惡劣天氣提醒、異常停車提醒、匝道分合流碰撞預警、事故多發告警、服務區信息引導等。

3沙吳高速公路系統應用

3.1快速構建車路協同體系

沙吳高速公路的車路協同設備布設原則及位置如圖2所示。經過取消高速公路省界收費站工程，全國已初步建成了覆蓋高速公路網的信息采集、網絡傳輸、智能?化基礎設施和用戶體系。項目經驗表明基于ETC系統有助于快速部署車路協同應用。

3.2支撐高速公路管控決策

在傳統的高速公路管理體系中，監控系統、收費系統、養護系統之間存在著信息壁壘。沙吳高速公路通過建設基于ETC的車路協同系統，設計打通收費、監控等系統的隔閡，以實現多源數據融合，為高速公路運營管理者的管控決策提供數據支撐，可主動實現需求管理、交通管控、應急指揮等應用，提高了管理運營的智能化、科學化水平。

3.3提供伴隨式出行服務

沙吳高速公路部署ETC路側設施及云平臺，形成廣泛覆蓋的ETC信息服務網絡，提供伴隨式、精細化的出行信息服務。項目測試驗證了高速公路行駛車輛可在ETC門架完成計費流程的同時，準確接收路側天線發布的車路協同服務信息，且與路況信息吻合，減少了駕駛人的信息差，增強了出行者的服務體驗。

4結語

加快推進全國高速公路聯網收費系統優化升級，持續提升高速公路出行效率和服務品質，是一項重要的任務。基于ETC的車路協同系統可充分利用取消高速公路省界收費站工程建設的道路基礎設施及設備，豐富全國公路伴隨式出行服務體系，提升高速公路營運管養服務水平。

參考文獻

［1］周蘭孫，鄭豆豆.基于高速公路ETC門架收費設施的車路協同系統探討［J］.中國交通信息化，2020（11）：99-101.

［2］劉旭，谷巖.淺談車路協同在高速公路運營服務中的應用［J］.中國交通信息化，2021（9）：39-40.

基金項目：廣西重點研發計劃“智慧高速車路一體技術研究與示范項目”（編號：桂科AB21196008）

作者簡介：韋燕寧（1993—），碩士，工程師，主要從事智能交通設計咨詢工作。