5.8G通信技術(shù)與高速公路ETC的互聯(lián)

馮 揚(yáng)

（濟(jì)寧市鴻翔公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

引言

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、通信技術(shù)存在大量延遲，需依靠精準(zhǔn)路徑收費(fèi)系統(tǒng)。高速路段采用分段計(jì)費(fèi)，計(jì)費(fèi)功能全部采用ETC 收費(fèi)系統(tǒng)完成。如今公路運(yùn)輸行業(yè)日趨完善，但公路收費(fèi)系統(tǒng)仍需技術(shù)來(lái)帶動(dòng)發(fā)展。

1 ETC 門架系統(tǒng)

1.1 門架系統(tǒng)構(gòu)成

ETC 電子收費(fèi)是用于道路、橋梁和隧道的電子收費(fèi)技術(shù)。ETC 門架系統(tǒng)是構(gòu)成高速公路收費(fèi)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)分段計(jì)費(fèi)功能[1]，其作用是在車輛經(jīng)過(guò) ETC 門架之后，道路檢測(cè)裝置能夠?qū)囕v進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，通過(guò)讀取過(guò)往車載OBU 或CPC 卡的車輛數(shù)據(jù)等信息[2]，及時(shí)將獲取的信息發(fā)送至ETC 收費(fèi)系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)車輛分段計(jì)費(fèi)、車輛路徑標(biāo)識(shí)、道路視頻監(jiān)控、車牌照識(shí)別、檢測(cè)超速車輛等功能,見圖1。

圖1 ETC 門架布局

ETC 門架系統(tǒng)主要是基于通信頻率為5.8G 的RFID 設(shè)備，可以讀取車速達(dá)200 km/h 車上的電子標(biāo)簽，比較適合于自由流車道[3]。

1.2 道路應(yīng)用

由于交通流量大，易造成交通擁堵，導(dǎo)致車載電子標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)削弱，需要及時(shí)調(diào)度實(shí)時(shí)車流量信息，緩解道路交通擁堵。因此，“ETC+MTC”混合車道不停車收費(fèi)系統(tǒng)可以緩和高速擁堵，既能實(shí)現(xiàn)普通MTC 車道發(fā)卡功能，也能實(shí)現(xiàn)ETC 車道收費(fèi)功能，可根據(jù)不同的需求，設(shè)置成ETC 專用車道、混合車道及普通MTC 車道。

2 5.8G DSRC 通訊技術(shù)特點(diǎn)

ETC 系統(tǒng)完成道路行駛車輛和收費(fèi)站之間的數(shù)據(jù)信息交互，完成車輛信息對(duì)比，進(jìn)而判定車輛的行駛路線。（1）5.8G 波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，有較好地抗衰減效果。（2）利用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，5.8G 容量在10 Mbps 左右。（3）5.8G 寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)在采用比較低的調(diào)制效率時(shí)對(duì)信噪比的要求較低。（4）5.8G通訊實(shí)現(xiàn)方式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，投資比較少，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益性價(jià)比高。

3 藍(lán)牙OBU 與DSRC 通信技術(shù)

3.1 藍(lán)牙OBU 通信

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)用于具有藍(lán)牙功能的OBU。藍(lán)牙通訊模塊由移動(dòng)終端激發(fā)，B-OBU 模塊支持藍(lán)牙2.4G 通信、5.8G 通信之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。當(dāng)移動(dòng)數(shù)據(jù)接口同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，5.8G 接口優(yōu)先處理數(shù)據(jù)。通過(guò)與ETC 子系統(tǒng)的互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)通信應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，見圖2。

圖2 藍(lán)牙OBU 通訊

3.2 專用DSRC 通信

ETC 系統(tǒng)通過(guò)安裝5.8G DSRC 微波天線單元，通過(guò)微波通信實(shí)現(xiàn)與車載標(biāo)簽的信息交互。高速公路行駛車輛通過(guò)微波天線通訊區(qū)域，車速可以達(dá)到通訊區(qū)域理論值。微波專用短程DSRC 通信技術(shù)是高速公路最高效的通信技術(shù)，通訊區(qū)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)下移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別和雙向通信[4]。在高速收費(fèi)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“車-路”、“車-車”的交互通信，實(shí)時(shí)互傳語(yǔ)音、圖像等信息。

專用射頻通信技術(shù)在高速公路實(shí)現(xiàn)“車-車”和“車-路”的數(shù)據(jù)交互?！败?路”是通過(guò)電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)之間的交互通訊，實(shí)現(xiàn)車與車，通過(guò)收費(fèi)站的信息交互，實(shí)現(xiàn)車與車之間的訊息交互。通過(guò)數(shù)據(jù)交互，可以采集路側(cè)有效信息。

信息網(wǎng)構(gòu)建包括高速公路行駛的車輛、路側(cè)設(shè)備和行車人員之間的數(shù)據(jù)信息交互。例如，道路車流量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、道路交通控制、道路路況發(fā)布（天氣信息及道路事故預(yù)警發(fā)布）?！败?車”實(shí)現(xiàn)高速公路駕駛?cè)藛T之間的信息交互，及時(shí)獲取道路信息及出行安全。公路信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)道路路況統(tǒng)計(jì)及發(fā)布、車輛管理和超車等，有效保障車輛之間安全管理，車輛行駛安全和提高通行效率，減少和有效阻斷道路交通事故的發(fā)生。

4 路徑識(shí)別

伴隨路網(wǎng)體系的規(guī)劃及建設(shè)，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)的融合，通過(guò)5.8G 通訊技術(shù)遠(yuǎn)程通訊功能，高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)可以有效地實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別、車輛收費(fèi)等信息。

多路徑識(shí)別的模式下如何實(shí)現(xiàn)行駛路徑的劃分，通過(guò)車輛的行駛路徑，在車載電子標(biāo)簽及5.8G 通訊構(gòu)成的收費(fèi)系統(tǒng)，可以有效精準(zhǔn)地識(shí)別車輛行駛路徑，進(jìn)而完成公路收費(fèi)系統(tǒng)的通行費(fèi)用的劃分。

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)車輛的多路徑精準(zhǔn)識(shí)別。通過(guò)采集道路車輛出入口、道路標(biāo)識(shí)路段信息，完成路徑的基本判別。通過(guò)設(shè)立道路標(biāo)識(shí)點(diǎn)，可以有效區(qū)分道路路段，以便實(shí)現(xiàn)自由流下的多路徑識(shí)別，為高速公路收費(fèi)提供便捷的依據(jù)。

5.8G通信技術(shù)是構(gòu)建智能交通系統(tǒng)的重要一環(huán)，對(duì)道路行駛車輛、道路路側(cè)設(shè)施及道路發(fā)布系統(tǒng)提出了互聯(lián)互通的新要求。通過(guò)構(gòu)建智能交通系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的各種資源共享互通，為高速公路管理提供便捷和高效的數(shù)據(jù)。

5 智能交通網(wǎng)絡(luò)

5.1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

以往公路數(shù)據(jù)采集比較單一，系統(tǒng)功能相對(duì)獨(dú)立。為實(shí)現(xiàn)檢測(cè)道路的流量，采用視頻采集和地埋線圈統(tǒng)計(jì)過(guò)往的車輛信息；為實(shí)現(xiàn)車路通信，采用路測(cè)（光/電）信標(biāo)；為實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)送信息，利用數(shù)據(jù)FM 電臺(tái)[5]。

伴隨5G 網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，智能交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為一個(gè)通信平臺(tái)，并且與個(gè)人移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)互相融合。依靠新基建的通信基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)道路通信系統(tǒng)的數(shù)字化和模塊化。依靠5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，將道路車輛互聯(lián)、組建模塊化網(wǎng)絡(luò)，道路路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施和車輛互聯(lián)網(wǎng)及駕駛?cè)藛T組建新型的智能交通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

5.2 智能應(yīng)用

個(gè)人移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以接收來(lái)自智能交通網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和信息，通過(guò)駕駛?cè)藛T與智能交通網(wǎng)絡(luò)之間的反饋，可以有效發(fā)布路況信息。通過(guò)5.8G 通信技術(shù)手段為駕駛?cè)藛T提供高效的道路規(guī)劃行駛路線，避免出現(xiàn)道路擁堵，為駕駛?cè)藛T提供方便快捷的道路行駛規(guī)劃；同時(shí)提供舒適的駕駛體驗(yàn)。通過(guò)智能交通系統(tǒng)的信息交互，對(duì)道路的環(huán)境和天氣情況提前發(fā)布，對(duì)存在道路事故地點(diǎn)實(shí)時(shí)發(fā)布，對(duì)存在易發(fā)生道路事故路段提前預(yù)警，減少道路擁堵。通過(guò)智能交通系統(tǒng)獲取道路交通數(shù)據(jù)，分析和判定危險(xiǎn)的等級(jí)，提前通過(guò)個(gè)人移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)告知，為道路管理人員提供管理決策的依據(jù)，為道路管理者提供路網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)信息。

智能交通網(wǎng)絡(luò)通過(guò)5G 技術(shù)的互聯(lián)，利用先進(jìn)的技術(shù)手段，獲取道路行駛車輛的位置信息和車輛道路行駛路線。利用智能交通網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)和預(yù)警道路事故，減少交通事故的發(fā)生，避免駕駛?cè)藛T的過(guò)勞駕駛。通過(guò)智能交通網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)互通車輛數(shù)據(jù)和道路信息，優(yōu)化道路行駛路線，節(jié)約出行時(shí)間，提供舒適的道路出行體驗(yàn)。

智能交通網(wǎng)絡(luò)為車載設(shè)備提供具有DSRC、北斗定位、車載地圖、天線通信等提供互通。通過(guò)智能交通網(wǎng)絡(luò)，車輛互聯(lián)網(wǎng)可以隨時(shí)發(fā)布車輛的信息，包括車輛的類型、行駛速度、道路方向、道路擁堵、事故發(fā)生地等，通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)可以向聯(lián)網(wǎng)車輛廣播發(fā)送，為其他車輛的行駛路線和出行規(guī)劃提供高效的信息數(shù)據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

在電子收費(fèi)領(lǐng)域，多車道自由流電子收費(fèi)代表了未來(lái)電子收費(fèi)的發(fā)展趨勢(shì)。在高速公路現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過(guò)ETC 門架及ETC 系統(tǒng)的升級(jí)，采用先進(jìn)的5.8G 通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑高速公路車輛實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的智能車輛管理系統(tǒng)。通過(guò)智能交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，數(shù)字化和模塊化的建設(shè)為道路出行提供實(shí)時(shí)高效的出行體驗(yàn)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，人工智能等新興技術(shù)的應(yīng)用，為高速公路的建設(shè)提供更優(yōu)質(zhì)的管理系統(tǒng)。