高速公路ETC全國(guó)聯(lián)網(wǎng)后的多義性路徑識(shí)別研究?

劉春華，韓廣廣，謝仕智，劉偉銘，唐瑋杰

（1.廣西壯族自治區(qū)高速公路管理局，廣西　南寧　530021；2.華南理工大學(xué)土木交通學(xué)院，廣東　廣州　510640）

高速公路ETC全國(guó)聯(lián)網(wǎng)后的多義性路徑識(shí)別研究?

劉春華1，韓廣廣2，謝仕智1，劉偉銘2，唐瑋杰1

（1.廣西壯族自治區(qū)高速公路管理局，廣西南寧530021；2.華南理工大學(xué)土木交通學(xué)院，廣東廣州510640）

目前中國(guó)高速公路已基本實(shí)現(xiàn)了電子不停車收費(fèi)（ETC）全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，ETC收費(fèi)已逐漸取代人工收費(fèi)成為高速公路收費(fèi)的主流方式，如何識(shí)別車載單元（OBU）車輛和普通人工收費(fèi)（MTC）車輛的行駛路徑是目前ETC全國(guó)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)后亟待解決的主要問題。文中在對(duì)部分省份基于433 MHz射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的MTC車輛路徑識(shí)別方案進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上，提出了基于5.8 GHz專用短程通信（DSRC）技術(shù)的統(tǒng)一多義性路徑識(shí)別的雙頻通行卡方案，該方案的5.8 GHz路徑標(biāo)識(shí)站可同時(shí)標(biāo)識(shí)OBU車輛和MTC車輛，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)站與車輛OBU和雙頻通行卡的雙向通信功能，在不更換MTC車道現(xiàn)有讀寫器的情況下就能讀寫雙頻通行卡中的路徑信息，具有能平穩(wěn)過渡、標(biāo)識(shí)率高、串標(biāo)率低和成本低等特點(diǎn)。

公路交通；高速公路；ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)；多義性路徑識(shí)別；射頻識(shí)別（RFID）；專用短程通信（DSRC）；雙頻通行卡

2015年底中國(guó)將基本實(shí)現(xiàn)高速公路電子不停車收費(fèi)（ETC）全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，全國(guó)ETC用戶數(shù)量將達(dá)到2 000萬個(gè)，ETC已成為高速公路收費(fèi)的主流模式，正逐漸取代人工收費(fèi)（MTC）。如何精確識(shí)別ETC車輛和MTC車輛在路網(wǎng)中的實(shí)際路徑是全國(guó)ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)后亟待解決的關(guān)鍵問題。

目前國(guó)內(nèi)有廣東、四川、浙江省已實(shí)施射頻識(shí)別（RFID）的路徑識(shí)別方案，其中廣東省采用“按實(shí)際路徑收費(fèi)、按實(shí)際路徑拆分”的基本收費(fèi)模式，選用“433 MHz RFID復(fù)合通行卡（CPC）+433 MHz電子路標(biāo)+高清卡口防逃費(fèi)稽查，OBU+5.8 GHz ETC標(biāo)識(shí)點(diǎn)+高清卡口防逃費(fèi)稽查”的技術(shù)路線，四川省選用“433 MHz RFID復(fù)合通行卡+433 MHz電子路標(biāo)+復(fù)合OBU（433 MHz+5.8 GHz）+高清卡口防逃費(fèi)稽查”的技術(shù)路線。廣東省方案雖然能滿足全國(guó)ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的需要，但設(shè)備成本高；易發(fā)生串標(biāo)現(xiàn)象而使其信息傳遞可靠性和精確性不高；433 MHz頻段不是國(guó)家規(guī)定的高速公路收費(fèi)專用頻段，不利于長(zhǎng)久發(fā)展；其復(fù)合通行卡易造成讀寫卡時(shí)間長(zhǎng)、讀寫卡失敗率高、車道通行能力降低和復(fù)合通行卡壽命短等問題。四川省方案雖然可大大節(jié)約成本，但不能滿足全國(guó)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的需要，其復(fù)合通行卡存在與廣東省方案同樣的缺陷。

2007年5月公布的GB/T 20851.1-2007《電子收費(fèi)專用短程通信》正式要求在中國(guó)電子收費(fèi)中使用5.8 GHz微波進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該文在分析和比較目前多義性路徑識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討全國(guó)高速公路ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)后ETC作為收費(fèi)主體方式下的多義性路徑識(shí)別問題，提出基于5.8 GHz專用短程通信（DSRC）統(tǒng)一識(shí)別多義性路徑技術(shù)的雙頻通行卡方案。

1　現(xiàn)有技術(shù)方案對(duì)比

目前，精確路徑識(shí)別技術(shù)有停車標(biāo)識(shí)站法、車牌識(shí)別技術(shù)、移動(dòng)定位法、RFID法等。其中：停車標(biāo)識(shí)站法不但運(yùn)行成本高昂，而且嚴(yán)重影響車道通行能力，是未來必須停止使用的方案；車牌識(shí)別技術(shù)對(duì)高速行駛的車輛實(shí)時(shí)識(shí)別難度大，失敗率高，難以滿足實(shí)際需求；移動(dòng)定位法和現(xiàn)行收費(fèi)方式相差甚遠(yuǎn)，除使用目前通行卡外，每輛車還需配備移動(dòng)定位裝置或GPS定位裝置，成本造價(jià)很高，不適合目前實(shí)際情況和國(guó)情；RFID法的識(shí)別率高、成本較低、適應(yīng)性強(qiáng)、可重復(fù)使用、數(shù)據(jù)易讀寫、與現(xiàn)有收費(fèi)方式匹配性高，將是未來ETC收費(fèi)的主要方式。

射頻識(shí)別法主要通過RFID電子標(biāo)簽與標(biāo)識(shí)站通信連接，其基本原理是利用RFID技術(shù)，在多義性路段的合適位置設(shè)置路側(cè)標(biāo)識(shí)站（RSU），當(dāng)車輛經(jīng)過時(shí)，通過RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛通行卡（OBU和復(fù)合通行卡）與路側(cè)標(biāo)識(shí)站RSU之間的數(shù)據(jù)通信和交換，將路徑標(biāo)識(shí)站信息寫入OBU和復(fù)合通行卡中。到達(dá)收費(fèi)站時(shí)，通過復(fù)合讀卡器讀取入、出口信息和標(biāo)識(shí)站信息，達(dá)到精確識(shí)別車輛行駛路徑和按實(shí)際行駛里程收費(fèi)的目的。目前國(guó)內(nèi)有廣東、四川、浙江省已實(shí)施基于RFID的路徑識(shí)別方案。

1.1廣東省多義性路徑識(shí)別方案

廣東省目前采用“按實(shí)際路徑收費(fèi)、按實(shí)際路徑拆分”的基本收費(fèi)模式，選用“433 MHz RFID復(fù)合通行卡+433 MHz電子路標(biāo)+高清卡口防逃費(fèi)稽查，OBU+5.8 GHz ETC標(biāo)識(shí)點(diǎn)+高清卡口防逃費(fèi)稽查”的技術(shù)路線。其高速公路多義性路徑標(biāo)識(shí)方案通過復(fù)合通行卡和車載OBU分別標(biāo)識(shí)MTC車輛和ETC車輛實(shí)現(xiàn)路徑定位。MTC用戶在收費(fèi)站入口取復(fù)合通行卡獲得入口信息，在多義性路徑上通過433 MHz RFID電子路標(biāo)獲得路徑信息，在收費(fèi)站出口讀出入口及路徑信息；ETC用戶通過車載OBU在收費(fèi)站入口不停車獲得入口信息，在多義性路徑上通過5.8 GHz ETC標(biāo)識(shí)點(diǎn)獲得路徑信息，至收費(fèi)站出口讀出入口及路徑信息；高清卡口主要用于漏標(biāo)車輛的路徑還原、防逃費(fèi)稽查和威懾不法分子。

廣東省多義性路徑識(shí)別方案采用的復(fù)合通行卡由非接觸IC卡（13.56 MHz短距離射頻標(biāo)簽）和RFID卡（433 MHz長(zhǎng)距離射頻標(biāo)簽）物理復(fù)合而成，前者記錄收、發(fā)卡信息，后者接收路徑信息，兩種卡物理合并到一起，非接觸IC卡和RFID卡之間沒有內(nèi)部電路連接。MTC用戶通過復(fù)合通行卡獲得路徑信息，ETC用戶通過車載OBU獲得路徑信息（如圖1所示）。

圖1　廣東省多義性路徑識(shí)別方案示意圖

非接觸IC卡為13.56 MHz無源Mifare-one 卡，RFID卡為有源可讀寫433 MHz卡，入口和出口收費(fèi)站、車型等信息保存在非接觸IC卡內(nèi)，而路徑信息保存在RFID卡內(nèi)。由于兩卡之間無任何電路連接，在出口收費(fèi)站需采用復(fù)合讀卡器（13.56和433 MHz）分別讀出復(fù)合通行卡內(nèi)的非接觸IC卡入口發(fā)卡信息和RFID卡的路徑信息。

廣東省的RFID方案雖然能實(shí)現(xiàn)路徑標(biāo)識(shí)，但因原收費(fèi)系統(tǒng)和現(xiàn)有系統(tǒng)不能兼容，該方案的軟件更新工作量很大，成本投入很高。因需要同時(shí)在多義性路徑上設(shè)置433 MHz標(biāo)識(shí)站和5.8 GHz標(biāo)識(shí)站，造成不必要的浪費(fèi)且導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低。433 MHz頻段繞射能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，容易受到其他頻段信號(hào)的干擾，串標(biāo)率高，并且433 MHz不屬于國(guó)家規(guī)定的交通頻段，存在很大風(fēng)險(xiǎn)且不利于長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。同時(shí)，復(fù)合通行卡由非接觸IC卡和RFID卡物理合并在一起，需要雙頻讀寫器各自讀寫入口信息和路徑信息，容易造成讀寫卡時(shí)間長(zhǎng)、讀寫卡失敗率高、車道通行能力降低和復(fù)合通行卡壽命短等問題，且無法實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有系統(tǒng)（非基于RFID技術(shù)的多義性路徑識(shí)別）平穩(wěn)過渡到基于RFID技術(shù)的多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)。

1.2四川省多義性路徑識(shí)別方案

四川省目前實(shí)施的方案選用“433 MHz RFID復(fù)合通行卡+433 MHz電子路標(biāo)+復(fù)合OBU（433 MHz+5.8 GHz）+高清卡口防逃費(fèi)稽查”的技術(shù)路線，其車載OBU卡包括433 MHz和5.8 GHz兩個(gè)頻段。ETC用戶通過收費(fèi)站入口時(shí)，車載OBU通過5.8 GHz頻段與5.8 GHz收發(fā)器連接，將入口收費(fèi)站的信息寫到車載OBU內(nèi)；在多義性路徑上行駛時(shí)，通過433 MHz頻段與433 MHz路側(cè)標(biāo)識(shí)站傳遞信息，將多義性路徑信息寫入車載OBU內(nèi)；到達(dá)收費(fèi)站出口時(shí)，用5.8 GHz收發(fā)器接收發(fā)卡信息和路徑信息。MTC用戶在收費(fèi)站入口領(lǐng)取復(fù)合通行卡，通過多義性路徑時(shí)接收433 MHz路側(cè)標(biāo)識(shí)站傳遞的路徑信息，到達(dá)收費(fèi)站出口時(shí)，讀出發(fā)卡信息和路徑信息（如圖2所示）。

四川省多義性路徑方案雖然目前比廣東方案成本低，但車載OBU中包括433 MHz和5.8 GHz兩種不同射頻頻段，不符合國(guó)家相關(guān)OBU標(biāo)準(zhǔn)。采用433 MHz路側(cè)標(biāo)識(shí)站，容易產(chǎn)生串標(biāo)現(xiàn)象。另外，省外車輛的5.8 GHz車載OBU無法在四川境內(nèi)實(shí)現(xiàn)路徑標(biāo)識(shí)，不能滿足全國(guó)ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的要求，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)后需再增加5.8 GHz標(biāo)識(shí)站和更換OBU，導(dǎo)致建設(shè)成本投入增加。同時(shí)，433 MHz頻段不是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的高速公路專用頻段，不具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。

圖2　四川省多義性路徑識(shí)別方案示意圖

2　基于5.8 GHz DSRC統(tǒng)一識(shí)別路徑技術(shù)的雙頻通行卡方案

DSRC是專用于交通領(lǐng)域的短程通信系統(tǒng)，能對(duì)各種車輛進(jìn)行跟蹤、監(jiān)控、調(diào)度和導(dǎo)航，為車輛與路邊設(shè)施提供單向或雙向交互式通信，從而使車輛能享用交通信息網(wǎng)絡(luò)中的各種資源。該技術(shù)起源于20世紀(jì)90年代，目前已成功應(yīng)用于電子收費(fèi)、停車管理、交通控制等領(lǐng)域。

2.1技術(shù)路線

全國(guó)高速公路ETC“一張網(wǎng)”聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)采用“按實(shí)際路徑收費(fèi)、按實(shí)際路徑拆分”的模式。雙頻通行卡方案采用“5.8 GHz RFID雙頻通行卡+5.8 GHz ETC標(biāo)識(shí)點(diǎn)+高清卡口防逃費(fèi)稽查+必要行政管理手段”的基本技術(shù)路線，在公平、公正、公開的原則下，出口車道根據(jù)入口信息、ETC路徑標(biāo)識(shí)信息精確還原車輛在高速公路網(wǎng)中的實(shí)際路徑，實(shí)現(xiàn)高速公路通行費(fèi)的精確征收與拆分。其中：“5.8 GHz RFID雙頻通行卡+5.8 GHz ETC標(biāo)識(shí)點(diǎn)”用于解決MTC車輛的多義性路徑標(biāo)識(shí)問題，“車載OBU +5.8 GHz ETC標(biāo)識(shí)點(diǎn)”用于解決ETC車輛的多義性路徑標(biāo)識(shí)問題，“高清卡口防逃費(fèi)稽查+必要行政管理手段”是聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)防逃費(fèi)中有效的稽查手段，并可用于漏標(biāo)車輛的路徑還原和遏制惡意屏蔽RFID雙頻通行卡的行為。

5.8GHz ETC路徑標(biāo)識(shí)采用“讀寫雙頻通行卡+讀寫OBU”的技術(shù)方案，車輛在高速公路上行駛時(shí)，MTC用戶和ETC用戶均可通過5.8 GHz路側(cè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)雙向通信獲得多義性路徑信息和相關(guān)的入、出口信息，實(shí)現(xiàn)車輛按實(shí)際行駛路徑精確收費(fèi)和交通信息采集等目的。

2.2系統(tǒng)整體框架

多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)是聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，主要由省（區(qū)、市）聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)算管理中心系統(tǒng)、路段收費(fèi)中心系統(tǒng)、收費(fèi)站系統(tǒng)、標(biāo)識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)、收費(fèi)車道系統(tǒng)、ETC車載設(shè)備OBU、雙頻通行卡等構(gòu)成（如圖3所示）。

圖3　多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

基于雙頻通行卡的多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)平臺(tái)包括聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)算中心、路段收費(fèi)分中心系統(tǒng)、收費(fèi)站系統(tǒng)、MTC和ETC入出口系統(tǒng)及5.8 GHz標(biāo)識(shí)站監(jiān)控系統(tǒng)（如圖4所示）。

當(dāng)車輛在收費(fèi)站入口進(jìn)入高速公路時(shí)，通過讀寫器獲得入口信息；經(jīng)過多義性路段時(shí)，通過5.8 GHz標(biāo)識(shí)天線獲得路徑信息；至收費(fèi)站出口形成流水?dāng)?shù)據(jù)上傳至收費(fèi)站系統(tǒng)、路段分中心和結(jié)算管理中心，通過與標(biāo)識(shí)站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行比較，可測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)率、讀寫卡成功率和串標(biāo)率。

2.35.8GHz RFID雙頻通行卡方案

該方案使用的雙頻通行卡由卡內(nèi)部電路將非接觸IC卡（13.56 MHz）和RFID卡（5.8 GHz）連成一個(gè)統(tǒng)一的整體，通過5.8 GHz天線接收路徑信息直接寫入通行卡的存儲(chǔ)器內(nèi)，在收費(fèi)站出口可用現(xiàn)有讀卡器（非接觸IC卡13.56 MHz讀卡器）讀出雙頻通行卡中的入口、出口信息和路徑信息。雙頻通行卡與復(fù)合通行卡的本質(zhì)區(qū)別在于卡內(nèi)的非接觸IC卡和RFID卡的雙頻接口共享存儲(chǔ)單元。雙頻通行卡內(nèi)部非接觸IC卡與RFID卡之間有電路連接，通行卡雙頻接口共享存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì)方式，使發(fā)卡站、收卡站和雙頻卡之間能通過雙頻卡直接進(jìn)行通信，無需進(jìn)行卡內(nèi)信息轉(zhuǎn)換，也無需進(jìn)行發(fā)卡站和收卡站的改造，較為經(jīng)濟(jì)合理。

圖4　基于雙頻通行卡的多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)平臺(tái)

該方案采用5.8 GHz信號(hào)頻段進(jìn)行信息識(shí)別與通信，不同于普通復(fù)合通行卡的433 MHz信號(hào)頻段。在多義性路段上設(shè)置5.8 GHz標(biāo)識(shí)站，對(duì)通過的車輛傳輸信息，接收路徑信息并存儲(chǔ)到雙頻通行卡內(nèi)（如圖5所示）。MTC用戶的雙頻通行卡和ETC用戶的車載單元OBU均可通過5.8 GHz標(biāo)識(shí)站獲得相應(yīng)路徑信息。

圖5　5.8 GHz標(biāo)識(shí)站方案示意圖

在多義性路徑識(shí)別應(yīng)用中，該方案通過5.8 GHz信號(hào)頻段完成信息交換。對(duì)于MTC用戶使用雙頻通行卡，在收費(fèi)站入口處寫入入口信息，路側(cè)標(biāo)識(shí)站處通過5.8 GHz頻段寫入路徑標(biāo)識(shí)信息，在收費(fèi)站出口處讀出入、出口信息和路徑標(biāo)識(shí)點(diǎn)信息，由此確定車輛在收費(fèi)站入口、路徑標(biāo)識(shí)點(diǎn)和收費(fèi)站出口的一條線路；對(duì)于ETC用戶，在收費(fèi)站入口通過ETC車道時(shí)，入口信息通過5.8 GHz頻段傳輸至車載OBU，不停車通過收費(fèi)站入口，在車輛接近多義性路徑標(biāo)識(shí)站時(shí)，路側(cè)標(biāo)識(shí)設(shè)備通過5.8 GHz頻段將標(biāo)識(shí)站信息寫入車載OBU中，在出口處讀出多義性路徑信息和入口信息，進(jìn)行費(fèi)用精確征收與拆分。同時(shí)通過標(biāo)識(shí)站與OBU和雙頻通行卡的雙向通信功能，獲取OBU和雙頻通行卡內(nèi)的車輛信息、駕駛員信息，傳遞給管理中心。

2.4系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

2.4.1雙頻通行卡的主要參數(shù)指標(biāo)

（1）外觀尺寸：長(zhǎng)×寬為85.5 mm×54 mm，厚度不大于5 mm，誤差為±0.2 mm；外殼呈直倒角，有加強(qiáng)筋，不少于6個(gè)支柱點(diǎn)。

（2）5.8 GHz載波頻率為5.79和5.80 GHz。

（3）頻率容限為±200 PPM，占用寬度≤5 MHz。

（4）有效全向輻射功率≤10 d Bm，鄰道功率泄漏比為-30 dB。

（5）雙頻通行卡與IC卡讀寫器之間的通信符合ISO/IEC 14443 TYPE-A標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。

（6）平均無故障時(shí)間至少為45 000 h。

（7）雙頻通行卡的13.56 MHz非接觸IC卡的物理層參數(shù)指標(biāo)符合ISO/IEC 14443 TYPE-A標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。

（8）雙頻通行卡的使用壽命不少于5年。

2.4.2標(biāo)識(shí)路側(cè)單元的主要參數(shù)指標(biāo)

（1）在車速0～160 km/h時(shí)，單點(diǎn)標(biāo)識(shí)成功率≥99.5％。

（2）標(biāo)識(shí)路側(cè)單元的載波頻率為5.83和5.84 GHz。

（3）頻率容限為±10 PPM，占用寬度≤5 MHz。

（4）有效全向輻射功率≤33 dBm，鄰道功率泄漏比為-30 dB。

（5）平均無故障時(shí)間至少為10 000 h。

（6）標(biāo)識(shí)RSU與OBU之間的DSRC符合GB/T 20851.2、GB/T 20851.3及《收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)電子不停車收費(fèi)技術(shù)要求》的相關(guān)規(guī)定。

2.5投資成本與技術(shù)性能比較

2.5.1投資成本估算比較

廣西位于中國(guó)西南地區(qū)，是中國(guó)5個(gè)少數(shù)民族自治區(qū)之一。根據(jù)《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2010-2020）》，近期規(guī)劃至2015年，廣西境內(nèi)高速公路總里程將突破6 000 km；遠(yuǎn)期規(guī)劃至2020年，努力實(shí)現(xiàn)廣西高速公路總里程突破8 000 km，實(shí)現(xiàn)“六橫、七縱、八支線”的目標(biāo)。下面以廣西為例，進(jìn)行上述研究方案的投資估算。假定全區(qū)車道數(shù)3 000條（MTC車道），收費(fèi)站400個(gè)，路段中心80個(gè)，全網(wǎng)通行卡200萬張，路側(cè)標(biāo)識(shí)站74個(gè)，按照高速公路機(jī)電設(shè)備5年為一個(gè)更換周期計(jì)算。

目前廣西多義性路徑標(biāo)識(shí)站方案采用雙頻通行卡和車載OBU，通過433 MHz和5.8 GHz路側(cè)標(biāo)識(shí)站實(shí)現(xiàn)多義性路徑識(shí)別。該方案的5年全省一次性軟件、硬件投資費(fèi)用如表1所示。后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用包括卡片損耗費(fèi)用、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用和人員管理費(fèi)用三部分。由于系統(tǒng)主要對(duì)標(biāo)識(shí)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，全區(qū)只要一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，維護(hù)便利、成本很低，預(yù)計(jì)系統(tǒng)維護(hù)每年需100萬元、人員費(fèi)用為100萬元，即后期維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用每年約為200萬元，5年合計(jì)1 000萬元。目前廣西多義性路徑標(biāo)識(shí)站方案系統(tǒng)5年投資估算總計(jì)23 878萬元。

表1　目前廣西多義性路徑標(biāo)識(shí)站方案5年全省一次性軟、硬件投資

文中方案使用雙頻通行卡和車載OBU，通過5.8 GHz頻段實(shí)現(xiàn)多義性路徑識(shí)別。該方案5年全省一次性軟件、硬件投資費(fèi)用如表2所示。后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用預(yù)計(jì)系統(tǒng)維護(hù)每年100萬元、人員100萬元，即后期維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用每年約為200萬元，5年合計(jì)1 000萬元。該多義性路徑標(biāo)識(shí)站方案系統(tǒng)5年投資估算總計(jì)15 280萬元。

與廣西目前多義性路徑方案對(duì)比，文中多義性路徑方案減少了433 MHz標(biāo)識(shí)站的設(shè)置，簡(jiǎn)化了車道設(shè)置，不需更換現(xiàn)有收費(fèi)站讀寫器，且車道軟件能兼容現(xiàn)有系統(tǒng)，升級(jí)費(fèi)用少，同時(shí)該方案可通過通行卡與標(biāo)識(shí)站雙向通信獲得交通流量、車型等信息，節(jié)省了交通流量調(diào)查站的建設(shè)費(fèi)用，大大降低了系統(tǒng)的總投資成本，具有更廣闊的應(yīng)用前景。

表2　文中多義性路徑標(biāo)識(shí)站方案5年全省一次性軟、硬件投資

2.5.2技術(shù)性能比較

目前廣東省的“433 MHz電子路標(biāo)和5.8 GHz ETC標(biāo)識(shí)站”方案和四川省的復(fù)合OBU方案都需要使用433 MHz和5.8 GHz兩個(gè)頻段進(jìn)行信息傳遞。433 MHz RFID識(shí)別技術(shù)雖然在MTC車道的應(yīng)用非常成功，但它無法兼容5.8 GHz的OBU車輛，需另外開發(fā)5.8 GHz標(biāo)識(shí)設(shè)備，導(dǎo)致成本增加。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中國(guó)電子收費(fèi)中使用5.8 GHz微波進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，433 MHz不屬于電子收費(fèi)專用頻段，不是交通專有頻段，無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃，應(yīng)用前景單一。同時(shí)，433 MHz頻段是長(zhǎng)距離傳輸，繞射能力強(qiáng)，在信息傳遞中，長(zhǎng)距離容易受到其他頻段的干擾，造成不同車輛之間的串標(biāo)，降低了多義性路徑識(shí)別的準(zhǔn)確性和可靠性。另外，復(fù)合通行卡由IC卡和RFID卡獨(dú)立連接，在復(fù)合讀卡器讀寫信息時(shí)需延長(zhǎng)1～2 s接觸時(shí)間，導(dǎo)致讀寫時(shí)間長(zhǎng)、讀寫失敗率高等。在信息傳遞中，廣東省和四川省的方案只能單向地接收多義性路徑信息，不能雙向通信，不具有互動(dòng)性。

而文中研究的5.8 GHz DSRC統(tǒng)一識(shí)別路徑技術(shù)的雙頻通行卡方案，MTC用戶和ETC用戶均可使用5.8 GHz標(biāo)識(shí)站，保證了設(shè)施的一致性，節(jié)約了建設(shè)成本。采用5.8 GHz作為信息傳遞頻段，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，無其他信號(hào)干擾，頻段統(tǒng)一，后續(xù)的維護(hù)技術(shù)體制統(tǒng)一。雙頻通行卡體積輕便，方便用戶使用、存儲(chǔ)及調(diào)撥管理，不需更換讀寫器，讀寫時(shí)間短，節(jié)約成本。同時(shí)，5.8 GHz標(biāo)識(shí)站和雙頻通行卡、車載OBU之間實(shí)現(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)，一方面，標(biāo)識(shí)站把多義性路徑信息傳送給雙頻通行卡、車載OBU，實(shí)現(xiàn)車輛的路徑定位；另一方面，雙頻通行卡、車載OBU把記錄的車輛和駕駛員信息（如駕駛員、車輛類型、輪軸數(shù)等）反饋給標(biāo)識(shí)站，并傳遞給高速公路管理中心，可實(shí)現(xiàn)交通流量預(yù)測(cè)、駕駛員違章記錄及車輛信息識(shí)別等功能，對(duì)高速公路的控制和管理、道路收費(fèi)具有重要意義。

3　結(jié)語(yǔ)

在高速公路ETC全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境下，多義性路徑識(shí)別問題已成為聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的關(guān)鍵性技術(shù)問題。該文通過5.8 GHz DSRC統(tǒng)一識(shí)別技術(shù)，結(jié)合雙頻通行卡和5.8 GHz RFID標(biāo)識(shí)站，實(shí)現(xiàn)了MTC用戶和ETC用戶通過5.8 GHz標(biāo)識(shí)站獲得多義性路徑信息的功能，在對(duì)ETC車輛實(shí)現(xiàn)路徑識(shí)別的同時(shí)兼顧MTC車輛的路徑標(biāo)識(shí)問題，解決了聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)后車輛費(fèi)用的精確征收與拆分問題，為ETC成為高速公路主流收費(fèi)方式奠定了基礎(chǔ)。該方案只需在多義性路徑上設(shè)置5.8 GHz標(biāo)識(shí)站，節(jié)省了433 MHz標(biāo)識(shí)站的費(fèi)用，并且可實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)站與OBU和雙頻通行卡的雙向通信功能，在不更換MTC車道讀寫器的情況下就可讀寫雙頻通行卡中的路徑信息，具有平穩(wěn)過渡、標(biāo)識(shí)率高、串標(biāo)率低、成本低和不影響現(xiàn)有車道通行能力等特點(diǎn)。此外，5.8 GHz工作頻段屬于交通專用頻段，是未來ETC收費(fèi)發(fā)展的必然選擇，具有更好的發(fā)展空間。從未來的發(fā)展角度來看，考慮到路徑識(shí)別精度的要求及ETC車輛路徑識(shí)別的重要性，5.8 GHz統(tǒng)一路徑識(shí)別技術(shù)具有其他識(shí)別技術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì)，是今后解決高速公路路徑識(shí)別和費(fèi)用征收問題的理想方案。

［1］高速公路ETC全國(guó)聯(lián)網(wǎng)6月底將正式啟動(dòng)［J].山西交通科技，2014（3）.

［2］豫鄂粵黔四省ETC順利并網(wǎng)［J].交通財(cái)會(huì)，2015（7）.［3］王晨，彭洪濤.基于5.8G自由流的ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)路徑識(shí)別系統(tǒng)［J].中國(guó)交通信息化，2014（3）.

［4］江山.基于RFID、ETC自由流標(biāo)識(shí)的路徑識(shí)別方案［J].中國(guó)交通信息化，2015（1）.

［5］胡耀民.基于RFID雙頻卡的多義性路徑識(shí)別的研究與實(shí)現(xiàn)［J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2010（11）.

［6］余威，劉偉銘.基于雙頻通行卡的高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)多義性路徑標(biāo)識(shí)點(diǎn)布設(shè)研究［J].交通與運(yùn)輸：學(xué)術(shù)版， 2015（1）.

［7］GB/T 20851.1-2007，電子收費(fèi)專用短程通信第4部分：設(shè)備應(yīng)用［S].

［8］文潔玲，王釗，王紅燕.二義性路徑識(shí)別的技術(shù)方案及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比［J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2013（5）.［9］鐘永恒.高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)多義性路徑問題及解決方案研究［D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.

［10］許永存，郭沛，廖曉航.高速公路路徑識(shí)別技術(shù)應(yīng)用方案解析［J].中國(guó)交通信息化，2015（4）.

［11］傅志明，李立峰.ETC收費(fèi)系統(tǒng)多義性路徑精確計(jì)費(fèi)解決對(duì)策［J].中國(guó)交通信息化，2014（8）.

U495

A

1671-2668（2016）01-0054-06

2015-12-06

廣西壯族自治區(qū)交通運(yùn)輸廳科研項(xiàng)目（GXEWASFKY2013001）