一種降低鄰道干擾的不停車收費系統

馬濤 鄭鑫

摘 要：隨著城市車輛逐年增多，電子不停車收費系統（ETC）的應用日益廣泛，大規模建設ETC同向多車道的需求越來越迫切，而多車道應用帶來的鄰道干擾問題則成為亟待解決的問題。文中提出一種新穎的防鄰道干擾方案，對現有商用標簽不做任何改動，做到向前兼容。該系統改變了原有防鄰道干擾的傳統觀念，根據“多對一”的思路，判斷出OBU所處車道，使所有RSU都可與之交易，系統信號強，交易穩定，可有效提高收費系統的工作效率。

關鍵詞：電子不停車收費;鄰道干擾;向前兼容;集中控制

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）02-00-02

0 引 言

在ETC車道系統中，正常情況下，RSU與本車道上的OBU通信，完成交易并抬桿。相鄰兩個ETC車道間的OBU與RSU相互影響，OBU收到非本車道RSU的數據干擾時會導致交易失敗，此現象稱為鄰道干擾現象[1-2]。

產生鄰道干擾是雙向的：一方面，OBU在與本車道天線建立鏈接前收到鄰道天線的廣播命令，從而與鄰道天線建立鏈接，隨著車輛行進，與主天線再次建立鏈接，兩個鏈接的專用命令會對OBU造成干擾，以致交易失敗;另一方面，鄰道天線收到了OBU給其主道天線的回復，誤判為給自己的回復，從而主動與OBU建立專向鏈路，導致交易失敗。RSU的信號輻射超出本車道范圍或OBU信號超出本車道范圍是干擾產生的根本原因。

鄰道干擾的來源是多方面的。例如，工程安裝中，天線安裝位置、天線下傾角度不符合實際情況;車道設計中，車道周圍有大的反射物;天線發射功率設置不合適;OBU接收靈敏度不一致;OBU發射功率不一致等。以上情況都可能造成鄰道干擾。由于實際車道的情況千差萬別，要完全解決工程上的問題很困難。產品一致性問題就是目前大多數ETC廠家無法完全解決的難題。

現有的防鄰道干擾方法大多希望約束RSU與OBU間的交易范圍。此方法的實現較為困難，不僅對于RSU的天線設計會有較大難度，成本也會有較大增加，同時軟件算法也要考慮很多因素。

本文提出一種新穎的防鄰道干擾方案，旨在改變現有方案思路，改進其不足之處。

1 技術方案

為實現上述目的，本文創造性地提出一種新型的防鄰道干擾系統[3-4]，系統主要包含以下部分：

（1）ETC天線模塊RSU。負責與OBU建立專用鏈接、完成ETC交易流程，受控于集中控制器。

（2）ETC標簽模塊OBU。用于存儲車輛信息與電子錢包信息，響應RSU命令，完成ETC扣款交易。

（3）地感線圈。車道埋設的地感線圈負責向車道控制器上報本車道是否有車輛，地感線圈分為入車線圈、車牌抓拍線圈以及出車線圈。入車線圈負責上報車輛進入本車道交易區域信息;車牌抓拍線圈負責觸發車牌抓拍相機工作;出車線圈負責上報車輛駛離本車道交易區域信息。在實際應用中，入車線圈可以與車牌抓拍線圈共用。

（4）車牌識別。目前常規的高速公路收費站車道均配有車牌識別系統，負責提取車輛的牌照信息，該系統主要起輔助作用，配備與否均可。

（5）車道控制器。與車道輔助設備（費率器、頂棚燈、道桿、牌照抓拍相機等）、RSU集中控制器、地感線圈等相連，控制相應設備。

（6）RSU集中控制器。與車道控制器相連，上報交易信息;與各車道RSU相連，控制交易流程;根據各車道上報的信息集中判斷來車位置，統一調度交易流程。該集中控制器具有強大的處理能力，可部署在多車道的某個收費崗亭或收費站區。由于多個車道只需部署一臺集中控制器，因此大大降低了部署難度與成本。

具體車道部署時，同一收費站的入口或出口的所有ETC車道RSU均設為同一信道、同一RSUID。系統部署見圖1。

系統工作時主要包含以下步驟：

（1）車輛進入車道，觸發入車地感線圈，入車信號上報至車道控制器;

（2）車道控制器將入車信息通知RSU集中控制器;

（3）RSU集中控制器控制所有車道RSU，并發送BST數據幀;

（4）車輛上的OBU收到BST后回復VST數據幀，各車道RSU收到VST數據幀的同時可測量OBU回復信息的射頻接收信號強度RSSI;

（5）各車道RSU將收到的VST信息中的車牌信息以及RSSI信息上報至RSU集中控制器;

（6）RSU集中控制器將車牌信息上報至車道控制器，并利用各車道RSU上報的RSSI信息，使用最佳估計法或概率統計法判斷出車輛所處車道，然后將判斷信息上報車道控制器;

（7）車道控制器將RSU控制器上報的車牌信息、車道判斷信息和地感線圈判斷的車道信息、車牌識別系統識別出的車牌進行比對，最終確認車輛所處車道;

（8）RSU集中控制器控制各車道RSU與車輛上的OBU完成后續交易流程，該過程各車道RSU同時向同一個OBU發送信息，保證OBU的接收效果;

（9）RSU集中控制器將完成交易的OBUID上報至車道控制器;

（10）車道控制器控制對應車道的車道欄桿打開;

（11）車輛駛離車道，出車線圈上報駛離信息至車道控制器。

系統工作步驟簡圖如圖2所示。

2 系統工作流程

本文系統首先要求同一ETC站點的RSU統一規劃天線號，天線號與車道號一致，每個RSU都將自己的天線號作為其在本站點的唯一標識，并且同一站點（出口或者入口）的RSU均使用相同信道[5]（信道0或信道1）。當入車地感線圈沒有被觸發時（即沒有車輛在交易隊列中），RSU均處于靜默狀態，不發送任何信號。

當載有OBU的車輛駛入站點任意一個ETC車道時，首先觸發入車地感線圈，同時車牌抓拍照相機拍攝車牌并識別，車道控制器控制RSU集中控制器使得所有RSU同步（也可采用時隙制度分步發送）發送喚醒BST信號，OBU接收后回復VST信號，其中包含車輛的車牌信息等。各車道RSU接收到VST的同時可測量OBU回復信號的強度（即RSSI），各RSU將接收到的RSSI上報至RSU集中控制器，該控制器使用最佳估計法或概率統計法判斷出車輛所處車道，與地感和車牌識別上報的信息進行比對，確認車輛所處車道。之后的交易流程均由RSU集中控制器對各RSU進行控制完成，當交易流程完成后，RSU集中控制器將交易完成的確認信息以及該車輛的車道信息上報至車道控制器，車道控制器控制車道設備進行顯示、抬桿等操作，允許過車。

如果有多輛車在各車道進行交易，原理相同，各車道RSU發送的信息均由RSU集中控制器進行管理。

3 結 語

本文相對于現有系統具有如下優點和效果：

（1）使用集中控制，節約車道配置，降低了成本及施工難度;

（2）當沒有車輛在交易范圍內時，RSU關閉，從而節約能源，降低輻射，綠色環保;

（3）改變了之前防鄰道干擾的傳統觀念，傳統方法主要是控制交易范圍，不讓本車道的RSU信號打擾其他車道，這無疑加大了天線的設計難度，提升了設計成本，而本文方案提出“多對一”的建議，判斷出OBU所處車道后，使所有RSU都可與之交易，不僅信號強，交易穩定，還極大地提升了系統效率。

本文方法論述的設備和方案已經設計并實現，目前已完成系統模擬商用。經過實踐證明，該系統完全滿足設計要求，合理、實用。

參 考 文 獻

[1]金濤，張海峰，李沁南，等.高速公路ETC車道單雙天線布局的分析與比較[J].現代電子技術，2012，35（17）：150-153.

[2]馬濤，鄭鑫.新型ETC數據偵聽和故障定位系統的設計[J].電訊技術，2017，57（4）：412-417.

[3]嚴林祥，張紅雨.基于nRF24L01的防拆卸有源電子標簽設計[J]. 電子技術應用，2013，39（8）：44-46.

[4]鄭鑫，馬濤.新型電子標簽防拆卸機制[J].物聯網技術，2016，6（3）：26-27.

[5]邊吉榮，曾建華.基于RFID的車輛不停車稽查系統設計[J].寧夏工程技術，2010， 9（4）：340-342.

[6]張曉峰.張石高速（冀蒙界）不停車超限檢測系統方案探討[J].中國交通信息化，2018（2）：139-141.

[7]朱皖輝.“電子車牌+移動支付”在高速公路收費中的應用[J].交通世界，2017（26）：10-11.

[8]李奇峰.基于互聯網的ETC電子標簽自助安裝系統[J].自動化與信息工程，2017（5）：44-48.