基于二進(jìn)制樹算法的路側(cè)微站不停車收費(fèi)系統(tǒng)

糜江

摘要：本文介紹一種智能節(jié)點(diǎn)式路側(cè)微站不停車收費(fèi)系統(tǒng)的模型以及基于改進(jìn)的二進(jìn)制樹算法在其中通訊防碰撞的應(yīng)用。通過matlab對(duì)算法進(jìn)行了數(shù)據(jù)的圖像化處理，結(jié)果顯示：改進(jìn)后的算法在搜索效率、數(shù)據(jù)吞吐率兩項(xiàng)重要指標(biāo)上較之之前使用的方法都有較大提高，尤其是新的防碰撞算法的吞吐率比AHLOHA算法提高了近50%。另外，傳輸負(fù)擔(dān)的減小還使數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩杂辛烁叩谋Ｕ稀?/p>

【關(guān)鍵詞】路側(cè)微站; 不停車收費(fèi); 碰撞算法

當(dāng)前，我國的高速公路收費(fèi)方式主要采用半自動(dòng)收費(fèi)方式MTC和全自動(dòng)收費(fèi)方式ETC，這兩種收費(fèi)方式均在應(yīng)用過程存在一定的缺陷。

本文所提出的側(cè)微式不停車收費(fèi)模型從布置方式上解決了車輛入站及出站過程中的“停車”收費(fèi)現(xiàn)象，可以直接對(duì)正在行駛的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，并同時(shí)覆蓋多車道，完成多車輛的數(shù)據(jù)傳輸。

為在短時(shí)間內(nèi)盡可能多的識(shí)別讀寫區(qū)域內(nèi)的所有電子標(biāo)簽，該套系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)防碰撞算法提出了改進(jìn)方式，通過模擬得出改進(jìn)后的算法改進(jìn)后的算法在搜索次數(shù)、吞吐率等重要指標(biāo)都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)算法。

1.路側(cè)微站不停車收費(fèi)平臺(tái)

與傳統(tǒng)的自由流系統(tǒng)相比，路側(cè)微站不停車收費(fèi)系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就在于設(shè)備被安裝于公路一側(cè)，且無需固定距離，即避免了傳統(tǒng)自由流系統(tǒng)存在的多義性路徑和費(fèi)用拆分問題，又能夠把現(xiàn)有兩種收費(fèi)方式下的收費(fèi)出口的收費(fèi)工作量集中，再分散到行駛過程中來完成，進(jìn)而提高收費(fèi)口的工作效率。具體模型及收費(fèi)方式如圖1所示：

智能微型收費(fèi)結(jié)算基站可以覆蓋一定半徑的圓形區(qū)域，形成通信區(qū)域，當(dāng)車輛D從高速入口駛?cè)牖?1的通信區(qū)域6內(nèi)后，通過車輛D上安裝的車載設(shè)備單元與第一高速運(yùn)營公司第一個(gè)智能微型收費(fèi)結(jié)算分界站，即基站11進(jìn)行互聯(lián)，車載設(shè)備單元向基站11傳輸車輛D的基本信息，包含車輛唯一標(biāo)識(shí)碼、車輛歷經(jīng)的上一個(gè)位置和車輛類別等信息。由于車輛D是在鄰近智能微型收費(fèi)結(jié)算基站11的高速入口駛?cè)?，因此，初始位置信息?，車輛D從進(jìn)入高速至基站11的距離為P11，獲取車輛行駛距離后可根據(jù)車輛類型及貨車重量計(jì)算該車輛所需繳納的通行費(fèi)用，并生成結(jié)算所需的費(fèi)用賬單，此時(shí)收繳的通行費(fèi)劃給基站11所屬的第一高速運(yùn)營公司3。同時(shí)基站11將當(dāng)前車輛的位置信息上傳至車輛D上的車載設(shè)備單元，將當(dāng)前車輛位置信息更新為P11，用于基站12進(jìn)行費(fèi)用結(jié)算時(shí)使用。以此類推，當(dāng)車輛D行駛至第二高速運(yùn)營公司第一個(gè)智能微型收費(fèi)結(jié)算分界站，即基站21的通信區(qū)域8內(nèi)，通過車輛D上安裝的車載設(shè)備單元與基站21進(jìn)行互聯(lián)通信，車載設(shè)備單元2向基站21發(fā)送車輛D的基本信息，包含車輛唯一標(biāo)識(shí)碼、車輛歷經(jīng)上一個(gè)基站的位置和車輛類別等信息。此時(shí)車輛D已經(jīng)駛離第一高速運(yùn)營公司第n個(gè)智能微型收費(fèi)結(jié)算基站1n進(jìn)入基站21的通信區(qū)域內(nèi)，用當(dāng)前位置信息P21減去上一個(gè)基站的位置信息P1n，此時(shí)，基站21使用P21-P1n的里程來進(jìn)行通行費(fèi)用計(jì)算，并生成結(jié)算所需的費(fèi)用賬單，此時(shí)收繳的通行費(fèi)應(yīng)歸基站21所屬的第二高速運(yùn)營公司4，同時(shí)將車輛上安裝的車載設(shè)備單元位置信息更新為P21。

2 改進(jìn)的二進(jìn)制樹算法

為達(dá)到真正的“不停車，多車道”實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)收費(fèi)，就必須解決數(shù)據(jù)間的相互碰撞現(xiàn)象，如何解決通信沖突，是不停車收費(fèi)系統(tǒng)中的關(guān)鍵。

信號(hào)讀寫的過程如下：首先讀寫器按照寫入頻率發(fā)出協(xié)議信號(hào)，使得進(jìn)入該區(qū)域范圍內(nèi)攜帶電子標(biāo)簽的車輛接受信號(hào)并應(yīng)答。當(dāng)讀寫器選擇子應(yīng)答信號(hào)載體后，如果當(dāng)前標(biāo)簽第一位與之前標(biāo)簽第一位不相同，即沒有產(chǎn)生通訊沖突，此時(shí)便開始發(fā)送到最后一位。當(dāng)接收到的通訊位與周圍其他的對(duì)應(yīng)位相同即發(fā)生了碰撞，則進(jìn)行記錄并再次傳送。如果沒有發(fā)生通訊碰撞，車載識(shí)別裝置則可以識(shí)別出對(duì)應(yīng)車載設(shè)備。一旦碰撞位發(fā)生在最后一位，由于協(xié)議標(biāo)簽的唯一性，則發(fā)射端會(huì)判定存在兩輛攜帶車載設(shè)備的車輛進(jìn)入通訊區(qū)域。

通過上述工作流程的描述，我們對(duì)通訊過程做出如下改進(jìn)：

（1）一旦發(fā)送端監(jiān)測(cè)到有攜帶設(shè)備的車輛駛?cè)耄丝诩窗l(fā)出既定的通訊協(xié)議進(jìn)行通訊請(qǐng)求指令，等待區(qū)域范圍內(nèi)的所有車載設(shè)備的應(yīng)答，直到完成接收所有有效特征碼;

（2）發(fā)送端收到車載設(shè)備的響應(yīng)碼后后開始回復(fù)自身的既定協(xié)議特征碼，在過程中如果沒有產(chǎn)生碰撞，那么發(fā)送端會(huì)對(duì)車載設(shè)備執(zhí)行讀寫指令，晚上讀寫指令后再發(fā)送“掛起”指令，使該車載設(shè)備進(jìn)入到“掛起”的狀態(tài)，進(jìn)而離開發(fā)射端的通訊范圍，如果發(fā)射端檢測(cè)到數(shù)據(jù)發(fā)生協(xié)議碰撞，則執(zhí)行防碰撞指令進(jìn)行防碰撞操作。

（3）發(fā)送端會(huì)根據(jù)車載設(shè)備的協(xié)議特征代碼來定位具體的位位置，通過對(duì)比每一協(xié)議位數(shù)據(jù)是否相同來進(jìn)行防碰撞處理，當(dāng)某一協(xié)議位不同，則讀取下一位數(shù)，如果某一協(xié)議位數(shù)據(jù)相同，則表示發(fā)生了碰撞，產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突。此時(shí)定位產(chǎn)生沖突的協(xié)議位位置，并將低于該位的其他位置上的位進(jìn)行丟棄操作，在發(fā)生碰撞的車載設(shè)備中再次發(fā)送請(qǐng)求指令，如果仍然發(fā)生碰撞，則繼續(xù)重復(fù)上一方案，將所選車載設(shè)備的特征碼判斷并讀取出來，在此過程中優(yōu)先將各車載設(shè)備協(xié)議碼上相同位是 0 的特征碼讀取出來，當(dāng)讀取的特征碼只有最后一個(gè)協(xié)議位時(shí)，選定該 車載設(shè)備，完整讀取出所有信息，并在識(shí)別后進(jìn)行屏蔽操作。

3.改進(jìn)對(duì)比分析

3.1搜索次數(shù)分析

4.結(jié)束語

本文從自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)入手，引入了一種路側(cè)微站不停車收費(fèi)系統(tǒng)，并著重介紹了其中的數(shù)據(jù)防碰撞算法，本系統(tǒng)應(yīng)用一種改進(jìn)的二進(jìn)制樹算法，通過減少總應(yīng)答次數(shù)、降低查詢次數(shù)和減少傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)的方式，實(shí)現(xiàn)縮短查詢時(shí)間從而達(dá)到提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性的目的。

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