基于大數(shù)據(jù)分析的ETC系統(tǒng)優(yōu)化探析

李從凡

摘要：隨著安裝OBU車輛的不斷增加，用戶對ETC系統(tǒng)可靠性、過車速度和通行能力有了更高要求。而當(dāng)前ETC系統(tǒng)還存在諸多問題，影響其實用性及效率，文章主要基于大數(shù)據(jù)分析對ETC系統(tǒng)進(jìn)行問題定位，并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；ETC系統(tǒng)；優(yōu)化

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）36-0206-02

1 概述

ETC技術(shù)作為一種智能化的自動收費技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)得到了普遍推廣[1-2]。但隨著安裝OBU車輛的不斷增加，用戶對ETC系統(tǒng)可靠性、過車速度和通行能力有了更高要求。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 交易耗時統(tǒng)計

整個ETC的交易過程可分為以下幾個階段：OBU喚醒→讀OBU數(shù)據(jù)→讀卡數(shù)據(jù)→扣款→抬桿。ETC的交易總時間為各階段時間之和。

據(jù)以上圖表分析可知：

1） 所有車道布局下，抬桿時間占車輛過車時間的大部分，對總通過時間起決定性作用。

2） OBU喚醒時間占比也比較大。尤其在廣深高速前置式大車流量模式（天線通訊區(qū)調(diào)小）下，OUB喚醒時間占比超過30%。云梧高速中小車流量模式（天線通訊區(qū)調(diào)大）下OUB喚醒時間明顯減少。

3） B4-C6為粵通卡合法性驗證及費率計算時間，占總交易時間的2～4%。從統(tǒng)計分析來看，這部分時間占比非常少，優(yōu)化空間不大。

4） 整個最短通行時間的98%由硬件設(shè)備決定，縮短交易時間應(yīng)從關(guān)鍵設(shè)備著手。

2.2 過車速度統(tǒng)計

各模式下的過車速度如下：

通過上表的統(tǒng)計分析，過車速度處于20km/h水平。采用雙天線或相控陳天線車速相差不大，車流量大少對通行速度影響也不明顯。但后置方式對速度提升有一定作用。可能的原因是在連續(xù)過車模式下，車速主要是司機(jī)駕駛習(xí)慣影響。

3 理論分析

3.1 交易時間分析

1） 喚醒時間

該環(huán)節(jié)時間在交易過程中占有的比例比較大。OBU的喚醒一方面受OBU靈敏度和天線的信號強(qiáng)度影響大；在采用最靈敏地感和最佳OBU、天線的情況下。理論值極限在80ms左右。

2） 讀卡信息過程

依據(jù)實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)，B2～B4幀耗費的時間在120ms左右。該時間區(qū)段內(nèi)完成OBU信息讀取（25ms）、標(biāo)識信息讀取（25ms）、卡片信息讀取（70ms）三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3） 抬桿時間

抬桿時間與設(shè)備性能有關(guān)，主流快速欄桿抬桿時間為600ms。該時間在整過過車過程中占有較大的比例，快速攔桿是提升過車速度關(guān)鍵之一。

3.2 理論速度分析

理論速度受限于理論上的最短交易時間。參考下面的車道布局來分析：

從上圖看，天線的交易區(qū)為10m， 過車速度最終取決于車輛在通訊區(qū)內(nèi)需要停留的時間，該時間為喚醒時間+交易時間之各。

理論上，通訊區(qū)后端與欄桿機(jī)的最短距離決于車輛在通訊區(qū)的速度和抬桿時間的乘積。直觀地說，如果車輛通過通訊區(qū)的速度達(dá)到10m/s， 而抬桿時間為0.6s，則相距6m就可以了。

按上述思路，我們計算現(xiàn)有產(chǎn)品的理論速度：

理論總耗時（T）=理論最少喚醒時間+最少讀卡時間+最少寫卡時間=0.080+0.120+0.100=0.300s；

天線通訊區(qū)（S）=10m

理論速度（V） =S/T=10/0.3=33m/s=120km/h

V：車輛速度 S：天線通訊區(qū)長度 T：交易時間

從以上分析，國標(biāo)理論速度達(dá)到120以上是有可能，但考慮到天線實際穩(wěn)定交易區(qū)域可能在6米左右，國標(biāo)實際達(dá)到60以應(yīng)該都是可行的。但考慮到在40km/h情況下，600ms抬桿時間內(nèi)車輛可前進(jìn)6.7m，而在60km/H時，車輛會前進(jìn)9.6m。因此結(jié)合前置的車道布局，欄桿到天線后通訊區(qū)邊沿為7.5米，理論速度在40km/h左右。

4 問題定位

根據(jù)理論計算和實際測試，ETC系統(tǒng)通行速度達(dá)到40km/h以上是無難度的，如果純從交易速度上考慮，100公里以上速度的自由流交易也是可行。但通過對ETC車道海量日志的分析，發(fā)現(xiàn)理論與實際速度之間相差甚遠(yuǎn)。產(chǎn)生此問題根源可定位于以下幾個方面：

4.1 欄桿機(jī)性能不夠

快速欄桿機(jī)作為ETC系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，抬桿耗時對通行速度影響大。主流設(shè)備抬桿耗時為600ms，當(dāng)車輛以40km/h行駛時，車輛需在欄桿機(jī)前6.7m完成交易。在現(xiàn)有前置車道布局中，通訊區(qū)近端邊沿距欄桿機(jī)距離不到7.5m，40km/h的車速已達(dá)到極限速度。在前置車道布局中，欄桿機(jī)成為制約通行速度提高的關(guān)鍵。

4.2 天線通訊區(qū)控制不合理

根據(jù)實際數(shù)據(jù)分析，在車中等車流量，天線功率調(diào)到最大，天線通信區(qū)達(dá)到10m左右，此時完成交易耗時（OBU喚醒+交易）平均為450ms，交易時車速可達(dá)80km/h。在大車流量，天線功率調(diào)到中等，天線通信區(qū)控制在6m左右，此時完成交易耗時平均為750ms， 交易時車速僅能達(dá)到28.8km/h。

因此，維持較高通行速度需要天線通信區(qū)控制在10m以上。廣深高速因車流量比較大，為防止跟車，人為調(diào)節(jié)天線通信區(qū)到6米，是通行速度低，體驗差關(guān)鍵所在。

5 優(yōu)化思路

據(jù)以上分析，ETC通行速度達(dá)到40以上完成不存在問題。而實際的過車速度與理論速度相比卻非常低，主要因不合量車道布局和各種異常影響了平均通行速度。改善ETC系統(tǒng)通行效果，提升用戶體驗，關(guān)鍵是如何優(yōu)化車道布局，減少異常報警來入手。基于上述考慮，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)下的ETC，我們提出以下改善思路。另外，基于未來ETC的發(fā)展，我們提供一些可能的思路供參考。

5.1 優(yōu)化ETC車道布局

1） 前置雙天線車道優(yōu)化

按車輛交易完成后所外位置距欄桿盡可能遠(yuǎn)的思路。車道布局總長度延長到21.5m， 遠(yuǎn)區(qū)天線通信區(qū)與欄桿機(jī)的距離延長5m， 保證車輛交易完成時距欄桿10米以上。前區(qū)天線往來車方向前移5米。可根據(jù)實際天線立柱前移或加長前區(qū)線前臂長度。加隔離帶，防止誤闖車進(jìn)入，同時后天線附近預(yù)留異常車輛引導(dǎo)出口，盡快疏通異常車輛。

2） 前置相控陳天線車道優(yōu)化

采用“前相控陣天線+后普通天線+6線圈”布局。此方案有以下幾個優(yōu)勢：

提高過車速度。遠(yuǎn)區(qū)換成相控陣天線，地感增加到6線圈，線圈總長22米。再次方案中系統(tǒng)可以提早打開天線進(jìn)行交易，讓車輛在車道遠(yuǎn)區(qū)就完成交易。假設(shè)車輛的車速20km/h，OBU喚醒時間+交易時間為1秒，車輛可在第二個線圈完成交易，此時欄桿抬起，車頭離欄桿機(jī)約15米，車輛可快速通過車道。

減少跟車干擾和旁道干擾。相控陣天線通訊范圍可調(diào)整的特性，能在擴(kuò)大遠(yuǎn)區(qū)天線交易范圍的同時確保對跟車問題的控制。相比普通天線，相控陣天線在控制天線范圍，減少跟車概率的方面上有明顯優(yōu)勢。

5.2 優(yōu)化ETC收費流程

ETC車道重點是完成收費，只要能計算出費率就允許車輛通行，取消部分合法性驗證；通過配合事后防逃稽查工作來打擊逃費車輛。基于上述思路，針對“無卡”、“余額不足”、“無效入口”、“拆卸”等幾類報警進(jìn)行收費流程優(yōu)化。

1） 余額不足

可考慮由聯(lián)合電子對于誠信客戶允許一定的透支額度。收費系統(tǒng)收費流程適當(dāng)進(jìn)行修改，當(dāng)扣款發(fā)現(xiàn)余額不足時，儲值卡升級為記帳卡使用，并在流水中做好未付標(biāo)識。聯(lián)合電子在下次車主充值時追繳未付費用。

2） 拆卸

收費系統(tǒng)取消拆卸報警，但在ETC流水中記錄拆卸狀態(tài)。加強(qiáng)事后的稽查工作，如果確實為逃費，則按逃費車輛處理。

3） 無效入口

充分發(fā)揮營運平臺的作用，在ETC系統(tǒng)中增加車輛入口信息查詢功能。當(dāng)入口無效時，自動根據(jù)車牌識別的車牌或OBU中車牌查詢車輛最近一次的入口信息，并計費。

營運平臺以支持入口信息查詢，但查詢效率可能暫難滿足ETC要求。但構(gòu)建一個由中心平臺和收費車道協(xié)調(diào)收費的系統(tǒng)應(yīng)是未來ETC收費的一種創(chuàng)新模式。

4） 無卡

在無卡報時，同樣可以通過統(tǒng)一入口信息查詢平臺確定入口信息并計費。并形成未付的收費流水，事后由專營公司根據(jù)OBU進(jìn)行追繳。

5.3 構(gòu)建基于私有云的ETC收費平臺

引入互聯(lián)網(wǎng)+思維，構(gòu)建基于私有云的大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)ETC入口信息的在線查詢，支持入口信息多來沿。

5.4 規(guī)范標(biāo)志標(biāo)線

“無電子標(biāo)簽”報警占ETC交易異常比重很大，主要因標(biāo)志標(biāo)線不清造成無標(biāo)簽車輛誤入。為防止車輛的誤入，按相關(guān)要求規(guī)范安裝ETC的標(biāo)志標(biāo)線，包括ETC車道地面標(biāo)線和文字、ETC 預(yù)告標(biāo)志、ETC車道指示標(biāo)志、非ETC車輛禁行標(biāo)志、ETC輔助標(biāo)志。

5.5 未來ETC改進(jìn)思路

1） 在ETC已經(jīng)全覆蓋的情況下，建立車輛（OBU）對應(yīng)的電子帳號，取消實體卡片，用OBU作為通行介質(zhì)，采用后付費模式。具全是采用OBU來攜帶入口信息和標(biāo)識信息，出口從OBU中讀取入口信息進(jìn)行計費。

2） 入口信息多元化方向發(fā)展。未來的ETC系統(tǒng)，在出品可集成多種方式來識別車輛的入口信息。只要在收費網(wǎng)構(gòu)建一個基于云的數(shù)據(jù)中心，可通過車牌查詢、GPS（需開發(fā)收費APP）等多種方式確定入口。

6 結(jié)束語

當(dāng)前ETC系統(tǒng)服務(wù)面不斷擴(kuò)大，以滿足當(dāng)前車輛的增長[3]，為提升ETC系統(tǒng)的可靠性，還需要我們不斷對其進(jìn)行分析，尤其是利用當(dāng)前的大數(shù)據(jù)優(yōu)勢來分析其不足之處，并利用先進(jìn)技術(shù)對其進(jìn)行優(yōu)化，以提升其可靠性、過車速度和通行能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫露， 姜川， 柳磊，等. 基于滬寧高速公路大數(shù)據(jù)分析平臺的ETC堵逃應(yīng)用探討[J]. 中國交通信息化， 2015（s2）：27-28.

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[3] 李燕軍. “互聯(lián)網(wǎng)+ETC“用戶服務(wù)應(yīng)用探討[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版， 2015（25）：33.