淺談高速公路5.8GHz多義性路徑標識站設計

曾建英

摘 要：截止至2018年3月底我國ETC聯網歷程超過13萬km，全國ETC用戶達6400萬。隨著我國高速公路路網規模不斷擴大，聯網收費區域內的環狀路網結構日益復雜，目前的433MHz級GSM移動通信技術的多義路徑識別系統成功識別率不高，未能達到交通運輸部要求的“單點系統標識成功率不小于99.5%”。而基于5.8GHz的國標DERC技術已經非常成熟，多義路徑識別系統采用基于5.8GHzDSRC技術實現ETC和MTC車輛標識，能夠實現高速公路車輛通行費征收、拆分模式由現在的“最短路徑收費、交通概率拆分”逐步過渡到“實際路徑收費、精確拆分”。解決各高速公路運營管理單位之間的通行費拆分矛盾，進一步提升聯網收費的科學性和拆分的準確性。本文以介紹四川省繞城高速5.8GHz多義性路徑標識站設計為例，介紹了標識站的設計思路、設計流程以及在設計中應注意的問題。

關鍵詞：高速公路 5.8GHz多義性路徑標識 設計

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（b）-0001-04

1 工程概括

成都繞城高速公路，編號為G4201，全長85km，雙向六車道，是成都"環狀+放射形"公路網的重要組成部分，與成都各條高速、主要干道都有互通立交相通，建成于2001年12月16日，投資43億元。繞城高速將于2018年11月底前完成5.8GHz標識站建設工作。

原繞城高速433MHz標識站情況如表1所示。

2 設計范圍

本次設計范圍主要包括以下幾點。

（1）各外場設置的5.8GHz標識站設備的設計。

（2）各對應點位卡口設備的設計。

（3）相應的門架、設備機箱、供電電纜，光纜等配套設備的設計。

3 外業階段

考慮到四川已建設有基于433MHz標識站作為多路徑識別系統，實現了精確路徑計算和清分。本次5.8GHz路徑標識系統建設，從本質上不會改變現有的精確路徑標識點的布設原則和費率計算規則，新建的5.8GHz路徑標識站應覆蓋現有433MHz標識站。為保證標識的準確率，提高路徑識別的精度，保證三角形、四邊形及以上的基本環路各邊均需設置1處標識點，原則上，高速公路網兩個樞紐之間應建設一套5.8GHz標識站。具體的布設原則如下。

（1）標識站正向離收費站、樞紐立交、可掉頭服務區、其他標識站等的間距，原則上≥1km，條件受限時≥0.5km。

（2）同一標識點上下行門架應分址建設，兩個門架間隔原則上≥200m，條件受限時≥100m，且不可跨越收費站、樞紐立交、可掉頭服務區和路段邊界等。兩門架應按照車輛正向行駛背靠背建設（見圖1），即先通過同向標識點，再經過逆向標識點。

（3）標識站設置位置半徑500m區域內，應避免同頻干擾（射頻輻射強度應≤-65dbm）。

（4）標識站門架應避免遮擋現有高速公路標志牌，原則上標識站設置在標志牌后方，至少距離標志牌100m以上。

（5）標識站必須設置在直線段區域，且周邊空曠，無遮擋。

（6）標識站門架應設置在路基段，避免設置在橋梁、深挖路段以及隧道內。

（7）標識站建議設置在4G網絡覆蓋區域內。

（8）在滿足以上要求的情況下，盡可能利用已有外場設施的安裝、供電和通信條件，優先選用門架情報板等，盡量利用其他外場設備取電。

依據以上選址原則并結合現有標識站設置情況，結合道路情況，確定點位情況如表2所示。

4 內業階段

4.1 總體框架

多義性路徑識別系統是收費公路聯網收費系統的一個子系統，主要由省聯網收費結算中心系統、路段收費分中心系統、收費站系統、標識站系統、CPC卡、收費車道系統、ETC車載設備（包括OBU和非現金支付卡）等構成。裝有OBU的ETC車輛從ETC車道正常通行進入路網，MTC車道通行領取CPC卡進入路網；ETC車輛和MTC車輛在通過路網內布設的5.8GHz標識站時，標識RSU利用5.8GHz DSRC技術將路徑信息寫入ETC車載設備（包括OBU和非現金支付卡）或CPC卡內；在收費站出口，ETC車輛可從ETC車道不停車自動繳費駛離，也可從MTC車道刷卡繳費駛離，MTC車輛則通行MTC車道交回CPC卡，支付現金駛離；持有非現金支付卡的車輛可刷卡支付駛離。

標識站系統應與收費系統時鐘保持同步。省中心系統向標識站系統逐級下發路徑標識編碼等系統參數，并向收費車道系統逐級下發路徑費率等運營參數；標識站系統向省中心系統實時逐級上傳標識流水記錄和設備狀態信息。

4.2 系統構成

路徑標識系統建設遵循保持四川省聯網收費運行總體框架不變的原則，其通行方式、操作流程等基本與目前保持一致，重點針對標識數據的生成結構和處理方式等進行改造建設，嵌入現有聯網收費平臺，實現車輛按實際路徑收費。

5.8GHz標識站主要由路徑標識系統（含標識RSU、工控機、天線控制器等）、卡口抓拍系統、視頻監控系統以及門架、設備機柜等附屬設施構成（見圖2）。

4.2.1 5.8GHz路徑標識系統

5.8GHz路徑標識系統采用5.8GHz專用短程通信技術，通過路徑標識站，使在路網內運行的車輛的OBU及CPC卡能自動記載其行駛路徑標識信息，依托路網現有ETC以及MTC系統基礎，獲取車輛實際行駛路徑，完成收費和拆分。

路徑標識系統主要由RSU、工控機、數據傳輸設備、防雷設施、電源設備等組成。RSU設置于高速公路主線的標識門架上（標識天線各車道（含應急車道）設置1套，天線控制器每個門架對應一套，均需滿足國家相關規范要求并通過廳監控結算中心測試），向ETC車載設備（OBU和非現金支付卡）或CPC復合通行卡寫入路徑標識信息，實現路徑標識功能。標識單元與OBU、CPC復合通行卡采用5.8G Hz通信頻率，攜帶OBU（車載單元）或CPC卡的車輛在經過標識單元射頻信號覆蓋區域時，標識單元會將路徑標識信息寫入OBU（車載單元）、非現金支付卡或CPC卡中，用于出口收費路徑計算。

工控機配備串口、網口和無線通訊等多種通訊接口，與天線控制器的通訊，用于路側標志站點設備的集中通信管理；具有顯示和輸入面板，可實現站點設備工作狀態的本地及遠程監視、本地數據的存儲及上報，支持外接設備的工作狀態監視及設備信息、工作狀態、異常信息的遠程上報。

4.2.2 高清卡口抓拍系統

高清卡口抓拍系統主要由高清卡口抓拍攝像機、嵌入式工業控制主機、LED補光燈、數據傳輸設備、防雷設施、電源設備等組成。

高清卡口攝像機具有高清視頻監控和卡口功能，與標識單元同斷面設置，能對高速公路主線全斷面進行檢測；采用雙網口一體化設備（不得小于700萬像素，單個覆蓋車道數不得小于3個車道，需滿足國家相關規范要求并通過廳監控結算中心測試），卡口抓拍圖片通過網絡上傳至分中心圖片服務器、監控視頻流通過前端設備接入路段視頻傳輸系統上傳各級監控管理機構；為了達到更好地識別效果，每車道還配備必要的補光設備，原則上每車道設置一套。

該系統能夠以獨立作業的方式工作，在通信網絡出現異常時可脫機離線操作，此時所有作業數據及記錄均可存儲在本地，待網絡恢復后自動將本地滯留數據上傳至路段收費分中心，本地存儲通行車輛記錄數不小于30萬輛。

4.2.3 監控系統

監控系統主要包括標識點設備狀態信息監控、視頻圖像監控和遠程控制等。

（1）設備狀態信息監控。

設備狀態信息監控應實時逐級上傳到路段收費分中心和聯網收費結算中心。

聯網收費結算中心可監控全路網所有標識點的運行狀態、包括開關狀態、功率發射等級、工作狀態、電源狀態、PSAM卡狀態等。

路段收費分中心可監視本路段標識點的供電情況、電源狀態、設備工作狀態等。

（2）視頻圖像監控。

路徑標識點的卡口設備具有視頻監控功能，視頻圖像通過交換機上傳至就近節點后利用應急二期提供的通道上傳至路段收費分中心和聯網收費結算中心。

聯網收費結算中心可監控全路網標識站的實時狀況。

路段收費分中心可監控本路段標識站的實時狀況。

（3）遠程控制。

聯網收費結算中心、路段收費分中心可根據不同的權限遠程控制標識站射頻輸出、設置發射功率和路徑信息、查詢工作狀態/參數。

（4）供電系統。

標識站需要24h不間斷運行，為保證外電斷電情況下仍能不間斷供電，在標識站需從就近收費站或服務區柴油發電機所接低壓配電回路上引電。

標識點設備功耗估計：天線控制器≤30W；單臺天線≤20W；閃光燈≤50W；嵌入式無風扇工控機≤60W；高清卡口攝像機≤80W；高清卡口主機≤100W；工業以太網交換機≤20W；按此負荷估算：雙向四車道一個標識點負荷約1.04kW，雙向六車道一個標識點負荷約1.54kW，雙向八車道一個標識點負荷約1.68kW。

同時，為未來新增設備考慮部分余量，在現場配置專門的UPS（約6kVA/一個點，電源監控數據能接入項目分中心電力監控平臺），電池容量應能在斷電的情況下，能連續為設備（設備負荷按為4.5kW考慮）供電不小于4h，確保系統正常運行。

（5）輔助設備。

標識站輔助設備包括：門架、戶外機柜、防雷裝置等。

①標識站門架。

標識站門架采用半幅交錯安裝，龍門架的橫梁底部距地面凈高約6m，門架頂面應設有檢修道面（寬1m左右）和防護欄桿，門架側面應安裝檢修爬梯并設置保護圈，保障維護人員安全，維修平臺除應能承受設備自身荷載外，還應能夠承受3～4名維修人員活動荷載。

②戶外機柜。

在路側設置戶外機柜，用于放置標識天線控制器、工控機、光纖收發器、交換機等設備。柜體采用1.5mm及以上優質不銹鋼材料制成，柜體能滿足防腐、防潮、防塵的要求，防護等級不低于IP65；應有相應措施使機箱內部始終維持在適當的溫度范圍內，同時具有防雷、抗浪涌沖擊裝置；機柜底部要有出線孔與外部電纜連接，內部應安裝19英寸標準軌道，結構布置應合理，便于維護；機柜門需要安裝防塵橡膠條并有門禁裝置，加裝三角鎖。

③供電布線。

標識站設備應確保24h不斷電，并對供電情況進行實時監測；一般情況下，設備工作環境溫度應滿足：-20℃～+70℃，極寒地區設備應有寬溫要求；天線到戶外機柜線纜敷設應考慮管道或線槽防護，布線應符合現行國家標準《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范》的有關規定。外場光纜和電纜的敷設路由根據標識站平面布置圖中所示路由進行，若該路由與現場情況有差異，可根據實際情況適當調整。

④防雷接地。

應做好標識站門架和設備的保護接地及防雷接地設計，外場設備保護接地電阻應≤4Ω，防雷接地電阻≤10Ω；如做聯合接地，接地電阻應≤1Ω。防雷引下線采用Φ10以上圓鋼（或類似材料），并與基礎內預留的接地引線端子采用焊接方式連接，在圓鋼外加保護套。

接地極采用一字形排列，材料選用角鋼，接地極與引下線焊接，每個接地極之間相距應≥5m，埋深應≥800mm。接地極的數量根據測得的接地電阻確定，不滿足要求時，可增加接地極的數量或適量添加降阻劑。

避雷針采用Φ25包銅圓鋼。安裝時，其高度應能使整個設備在保護范圍內，頂部成針狀，與立柱絕緣，接地引下線外套PVC套管，與桿體固定。接地引下線與接地極焊接，焊接時，在焊接處涂防腐劑，焊點應飽滿、牢固，不應有夾渣、吸肉、氣孔及未焊透現象。

5 系統總體性能要求

標識點系統應滿足以下指標要求。

標識成功率：在車速為0～160km/h的條件下，單點標識成功率不小于99.5%。

系統可靠性：在網絡故障時有完整備用方案保證數據不被破壞，保證數據能夠及時逐級上傳至廳結算中心系統，同時保證數據的完整性、一致性、真實性、不可抵賴性和安全性不受破壞。

數據存儲容量：至少可保存30萬輛車次過車記錄。

MTBF：不低于10000h。

標識天線RSU、高清卡口抓拍單元、工控機、UPS電源、天線控制器、工業以太網交換機、設備機柜、三相電源避雷器（三相BC復合型電源浪涌保護器）、單相單元避雷器（單相BC復合型電源浪涌保護器）設備具體技術指標均需滿足國家相關規范要求并通過廳監控結算中心測試。

6 結語

綜上所述，在標識站設計中，首先應在外業調查中做出詳細的記錄，包括標識站的設置位置具體樁號，對供電情況，數據傳輸情況，以及軟件設計界面等調查清楚才能更加經濟合理、高效。同時，本項目工程范圍均為省內已通車的干線高速公路，前端點位、供配電線纜、傳輸管道、光纜敷設時均可能對道路正常通行產生干擾。施工期間合理的交通組織、施工組織方案是本項目工程順利實施的基本條件。

參考文獻

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