淺談無人智能高速公路收費系統(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、社會進步，“無人”風刮起，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)濟與交通運輸業(yè)務(wù)的快速增長，高速公路也迎來新的機遇和挑戰(zhàn)。

2 高速公路收費系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)可以實現(xiàn)半自動和ETC兩種收費方式，但交通擁堵問題日益嚴重，而目前我國ETC系統(tǒng)主要針對高速公路封閉式單車道有欄桿模式的電子收費，采用的是雙片式電子標簽（OBU+雙界面CPU卡），雖然CPU卡電子錢包的現(xiàn)場消費模式功能較多，但由于交易時間過長，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現(xiàn)

3.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)

采用電子車牌和高清攝像機相結(jié)合的模式，支持多種觸發(fā)方式如線圈、視頻、雷達等，實現(xiàn)車輛號牌識別、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系統(tǒng)的入口信息。

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

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

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

（4）電子車牌提供更多車輛信息，確保收費數(shù)據(jù)的準確性。利用RFID的技術(shù)特點，所有車輛上使用電子車牌，電子車牌作為車輛信息的載體，跟個人銀行進行關(guān)聯(lián)，通過裝射頻識別讀寫器，對各輛機動車電子車牌上的數(shù)據(jù)進行采集或?qū)懭耄_到車輛與收費系統(tǒng)通信的目的。

3.2 智能計重收費系統(tǒng)

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

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

3.3 多車道自由流聯(lián)網(wǎng)收費

多車道自由流（MLFF）是指多車道配置，自由流運作的一種通行方式，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。

當安裝有電子車牌的車輛經(jīng)過系統(tǒng)控制區(qū)域時，MLFF路側(cè)設(shè)備與車內(nèi)的OBU經(jīng)安全認證后完成信息交互，形成交易記錄；同時完成車輛定位，并且觸發(fā)抓拍設(shè)備進行抓拍，識別車牌號碼，與電子車牌信息進行比對，提高準確率。交易記錄、車輛定位與車型識別信息、車輛圖像與車牌識別結(jié)果上傳至車道計算機。系統(tǒng)特點：在不能對車輛行駛狀態(tài)提出過多限制的應用中，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，闡述該方案的先進性及特點。路側(cè)單元（RSU）由MLFF控制器、多臺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。每車道安裝一個交易模塊，每個交易模塊通過專用線纜與MLFF控制器連接。

（1）以寬天線協(xié)同工作實現(xiàn)交通斷面信號完全覆蓋。采用寬天線協(xié)同工作方式實現(xiàn)交通斷面信號完全覆蓋，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簽無交易盲區(qū)。

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

（3）動態(tài)跟蹤OBU運動軌跡，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可動態(tài)跟蹤OBU的運動軌跡，確保交易是在信號最佳的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)的適應性。

4 存在問題

4.1 交易時間問題

在ETC自由流應用中，存在著車流量大、車輛行駛速度大的特點，意味著車輛在交易區(qū)域內(nèi)停留的時間短，留給RSU與OBU進行交易通信的時間就很短。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的單次交易時間；另一方面，可以通過適當?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收費車道的鄰道干擾問題。根據(jù)DSRC傳播的特點，如果自由流系統(tǒng)的信號發(fā)射功率太大，系統(tǒng)中各RSU之間就會產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生誤標。所以，可以從微波信號強度檢測的角度，采用動態(tài)跟蹤0BU定位技術(shù)來解決鄰道干擾問題。

4.3 信號碰撞問題

自由流狀態(tài)下，由于多個RSU必須同時與多個OBU進行交易，這樣就提高了DSRC信號出現(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下行信號碰撞，并通過通信協(xié)議來限定時間窗口，降低RSU與OBU之間的信號碰撞。

4.4 行駛狀態(tài)多樣問題

在自由流的應用中，由于車輛行駛狀態(tài)多樣，保證交易成功率是比較困難的。動態(tài)跟蹤OBU運動軌跡，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，未交易車輛的識別是一個難題，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，實現(xiàn)對違章車輛的稽查。但由于車輛的自由流行駛，通信區(qū)域會相互重疊，因此，車輛實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)射微波信號的強度，并結(jié)合有效的定位算法來進行OBU的精確定位。但未安裝OBU車輛的識別問題，這就需要精確定位交易車輛，配合車輛跟蹤系統(tǒng)，對通過車輛車牌等信息進行實時的識別存儲，結(jié)合已識別車輛的信息，共同確定、識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方式的變革。而無人智能高速公路收費系統(tǒng)的組建，顛覆了傳統(tǒng)的收費方式，使車輛擺脫了速度、車道、行駛狀態(tài)等的束縛。其實現(xiàn)的核心技術(shù)是專用短程通信技術(shù)（DSRC技術(shù)），其由電子車牌標簽以及電子標簽讀寫天線組成。同時，DSRC設(shè)備也是關(guān)鍵設(shè)備，尤其是“5.8GHz”將成為未來發(fā)展的一個主要趨勢。融合電子車牌、EWTC、智能識別系統(tǒng)等多種智能化產(chǎn)品而建立的無人智能高速收費系統(tǒng)將完全能被很好的實現(xiàn)并替代現(xiàn)有的收費系統(tǒng)。

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