基于5G網絡的ETC輔助APP

王蒙

摘要：通行結合交警車輛管理所機動車登記信息共享，提供全方位數據覆蓋。采用無線通信方式，實現車輛與收費站之間收費的無人化操作;收費信息借助5G網絡傳輸到手持終端，再進行相應的預繳費。在車輛進入匝道時候，ETC系統在車流量較大時候，圖像捕獲系統開始工作，抓捕車輛牌照信息，同時GPS信號跟蹤系統開始工作，同時向高管局后臺反饋信息，手持終端信號同步記錄顯示，在進入收費出發崗亭時，CCTV車牌感應系統工作，向高管局后臺反饋信息。車輛進入高速，GPS信號跟蹤識別系統開始工作，在高速公路兩旁，建立5G信號塔，覆蓋面根據功率大小測試設立基站，提供檢測設備網絡工作服務，定位車輛位置與行駛情況，疲勞駕駛提醒。在車輛行駛過程中，車輛識別持續進行，數據實時手機傳輸實時同步進行，高管局后臺進行數據處理與傳輸（也可以進行自動處理與信息反饋），即可完成一次線上支付。

關鍵詞：實時定位? 5G網絡識別? 統一結算? 分時分流

引言

目前，我國高速公路建設發展迅速，車輛的日益增多對高速公路收費管理工作有了更加嚴峻的考驗，尤其在節假日期間的車輛通行情況，給高速公路的管理、養護、通行能力帶來了極大的挑戰，首當其沖的便是車流集中出行帶來交通擁堵現象。目前為止，高速公路收費系統建設研究成果中，有效改善交通擁堵現象、極大提升收費管理能力、較為快捷的支付方式、據有革命性的創新并性能穩定大面積推廣應用的技術是ETC不停車電子收費系統。

ETC（ElectronicTollCollection）不停車收費系統是目前世界上最先進的路橋收費方式。通過安裝在車輛擋風玻璃上的車載電子標簽與在收費站ETC車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，利用計算機聯網技術與銀行進行后臺結算處理，從而達到車輛通過路橋收費站不需停車而能交納路橋費的目的。但是，面對車輛逐年增加的趨勢，ETC的單方面優勢所在已經不能滿足當下人們出行需求的快捷和方便，根據用戶實際使用信息反饋及市場調研，主要有以下幾個問題已不能滿足當前社會發展所需：

（1）ETC起桿速度太慢，影響駕駛員駕駛行為;

（2）ETC扣款方式在借記卡的情況下充值方式和渠道不夠靈活，方式單一，充值點少，扣費不同步，沒有發票;

（3）ETC開放道口提示不明顯，車在道口才能看清楚，引導設施不到位;

（4）折扣太低，沒有優惠政策;

（5）ETC在有故障的時候下，一進一出，車主就得去復位，浪費時間;

（6）借記卡，需要電子圈存，就甘肅信用社而言，電子圈存網點少，駕駛員比較浪費時間。

（7）ETC不能對車輛通行車輛的車流高峰期進行控制，造成同一時段內出行車輛過多而引起的擁堵情況;

（8）ETC系統的結算方式太單一，沒有利用互聯網技術有效拓展高速收費的多樣性為群眾出行帶來便利;

（9）ETC整體發展趨勢并沒有和公路網收費系統有效的結合，達到對車輛通行情況的提前干預能力。

（10）ETC雖然實現了全國覆蓋，但是在車輛中途行車過程中出現拔卡現象，扣費系統不會同步進行，逃費漏洞依然存在，對于跨省收費存在一定計算難度。

針對ETC上述問題的發生，因此設計一套滿足目前群眾出行的輔助收費系統極為重要。本文設計的該收費系統目前在公路收費市場尚未開發，主要由用戶體驗APP，識別系統，后臺收費系統，反饋系統，中途轉換行程處理系統，結算系統等六大模塊組成。該系統主要優點是一次性解決駕乘人員在高速公路收費、出行時間的付款和規劃問題，極大減少時間浪費和后期維護，可以預約出行時間，管理方可以進行車輛時間干預，達到分時分流車輛出行，減少收費廣場車輛擁擠情況，在車輛識別系統中，率先使用5G網絡進行路面網絡全覆蓋信號，車輛全時全方位進行網絡服務和車輛動態監測，集中解決后臺資金結算，該收費系統相應的改進和擴充論證，將在后期試驗進行。

1系統介紹

1.1用戶APP設計：

在整個該收費系統中，用戶APP終端的設計是收費處理單元的第一步流程，在該APP系統中，有起點選擇、終點選擇模塊，預約行程選擇模塊，管理方出行時間放行時間管理模塊，支付模塊。該終端主要針對出行行程的選擇及支付功能進行集中操作，方便用戶的自由出行及支付自由，在該APP的服務項目上，可加入加油站提示，天氣預報，道路通行情況（與路網中心可共享平臺與端口）。在用戶下載完該程序后，初始階段，可以綁定自己車輛信息（主要包括行駛證、駕駛證、手機號碼綁定），方便后期車輛識別使用。用戶在確定行程以后，選擇起點及終點，選擇出行時間，提交訂單，同時高管局后臺出行訂單提醒，后臺自動歸類出行類別及出行路線，用戶收到出行訂單收費費額支付對話框，選擇支付方式，當訂單支付完成以后，提醒用戶訂單完成，推送路況信息，天氣信息，轉入識別系統進行下一步工作。

1.2識別模塊設計：

1.2.1識別系統主要由GPS信號跟蹤識別（手機終端為主）、高清CCTV車牌感應設備、圖像捕獲處理設備構成。在車輛進入匝道時候，圖像捕獲系統開始工作，抓捕車輛牌照信息，同時GPS信號跟蹤系統開始工作，同時向高管局后臺反饋信息，手持終端信號同步記錄顯示，在進入收費出發崗亭時，CCTV車牌感應系統工作，向高管局后臺反饋信息。車輛進入高速，GPS信號跟蹤識別系統開始工作，在高速公路兩旁，建立5G信號塔，覆蓋面根據功率大小測試設立基站，提供檢測設備網絡工作服務，定位車輛位置與行駛情況，疲勞駕駛提醒。在車輛行駛過程中，車輛識別持續進行，數據實時手機傳輸實時同步進行，高管局后臺進行數據處理與傳輸（也可以進行自動處理與信息反饋）。如下圖一所示：

1.2.2為了進一步提高5G移動通信系統的靈活性，5G采用3級的網絡架構，級DU-CU-核心網（5GC）。DU和CU共同組成gNB，每個CU可以連接1個或多個DU。CU和DU之間存在多種功能分割方案，如圖三所示可以適配不同的通信場景和不同的通信需求。

1.2.3車輛在行駛過程中，5G信號塔高度覆蓋經測算，如下圖三所示：

1.2.4在車輛速度不高于120KM/H的行車過程中，5G信號將采用單獨網組，與周邊大網基站不設鄰區關系，避免發生切換。路面較直時候，相鄰站點宜交錯分布于公路的兩側，呈“之”分布。在彎道路段，站點宜設置彎道內側，提高入射角，保證覆蓋的均衡性。

1.2.5一個普通WCDMA基站的覆蓋范圍（1950HZ，郊區，天線掛高45米），為979米。如果汽車速度在高速公路上每小時120公里（每分鐘2000米），汽車跨區切換應該沒問題，如圖三所示：

1.2.6在公路周邊基站的選擇上，除了基站數和密度之外，站址的選擇，也是后期需實地論證，在明確具體的覆蓋方案之前，需要結合地形場景、指標要求、行車速度進行鏈路預算，確定站址及站距。如下圖所示，離得越遠，信號的入射角越大，穿透損耗越小。垂直入射時，損耗最小。所以，基站與公路的最佳間距是100-500米。

1.2.7在5G網絡覆蓋高速公路，提供網絡服務和定位服務，完全可以實現。目前，5G對運營商的需求是實現1米內的定位精度。這實際上是對以往無線通信定位自身的顛覆，目標是使用手機而不是專用測繪終端或者車載終端實現亞米級的定位精度。

1.3高清CCTV車牌抓捕系統：

車輛號牌高清探頭抓捕系統，將后期與現有系統進行升級改造。

1.4中轉結算系統：該系統在后期將采用招標形式進行系統合并

1.4.1在車輛日常通信過程中，車輛行程選擇A到C的行程結算，如果從B出口進行結算，這就需要行程預定APP做出相應反饋及資金結算轉換，本設計在行程預定APP設計時，預先制定該窗口的提示功能，如果駕駛人預定從A到C的路線行程，并預支付費用，但是車輛從B站出口駛出，這時候，行程預定APP會彈出對話框提示車輛駕駛員確認駛出，自動結算出多余費用并顯示于移動設備打開窗口，點擊“確認”按鈕，完成中途換程資金結算。

1.4.2在移動設備實際使用過程中，若遇到移動設備沒電的情況，我們的高清探頭識別設備會記錄車輛移動情況，并通過網絡信號緩存車輛出行情況，在緩存兩天未有出行情況操作的，后臺系統會有預警功能設置，并對車輛聯系方式彈出告之，后臺工作人員可以進行人工干預，對于刻意進行逃費行為，可以后臺進行信用降級處理，直至進入車輛逃費黑名單系統，進行相應的法律法規處理（此項設計，均在APP中進行設計）。

1.5支付系統：

ETC在收費支付系統環節，由于聯系的銀行及各類銀行卡使用規定的不同，給用戶及后臺工作人員帶來了極大的不便，加大了后臺工作人員的工作量，賬目歸整的延遲。在本設計支付系統設計之初，我們大量走訪了各類行業ETC使用者及高速公路管理局收費行業工作人員，認真聽取各類建議，最終設計如下：在支付環節，支付界面主要由微信支付、支付寶支付、百度錢包、綁定銀行卡等群眾日常使用頻率較高的支付方式統一（后期方式可以進行招標合作進行）。支付方式的統一，將極大節約運營成本，節省人力資源，優化后臺統一結算方式。

2 綜述

以上系統的結合，可以實現高速公路線上繳費并進行無障礙通行，在理論研究階段，我們在5G信息傳輸與基站建設方面將進一步集合手機終端進行優化處理，實現5G網絡全覆蓋高速公路，真正意義的實現高速公路網絡數字化。線上預定線路并預支付系統，將更加完善現有ETC射頻感應支付系統。

參考文獻

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