ETC技術(shù)助推我國智慧高速公路發(fā)展

陳維翰

(長安大學(xué) 公路學(xué)院 西安市 710064)

我國高速公路大力推行ETC技術(shù)，極大地提高現(xiàn)有高速公路基礎(chǔ)設(shè)施能力，初步構(gòu)建我國高速公路數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化基本框架，為我國邁向智慧高速公路奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。當(dāng)前ETC技術(shù)帶來的便捷出行體驗(yàn)，正在激發(fā)人們加快智慧高速公路建設(shè)的迫切愿望，全面總結(jié)推行ETC技術(shù)工作成效，可為我國未來智慧高速公路建設(shè)指引方向。

1 完善全國高速公路一體化運(yùn)營機(jī)制和部省協(xié)同管理體制

取消省界收費(fèi)站后，現(xiàn)有高速公路收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)行一體化運(yùn)營管理。全面推行的ETC收費(fèi)改變了原有以人工為主、按出入路段總計(jì)扣費(fèi)模式，所有收費(fèi)均納入統(tǒng)一結(jié)算系統(tǒng)，精準(zhǔn)計(jì)費(fèi)按ETC門架系統(tǒng)分段進(jìn)行相應(yīng)計(jì)費(fèi)，再由省級或國家級ETC聯(lián)網(wǎng)中心完成拆分結(jié)算。在一體化收費(fèi)運(yùn)營體制下，我國已經(jīng)構(gòu)建高效、協(xié)調(diào)的全國高速公路聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營模式，交通部管控全國高速路網(wǎng)的引領(lǐng)示范作用得到充分發(fā)揮，跨省、跨區(qū)域高速公路協(xié)同管理機(jī)制正在不斷完善，原有屬地化管理造成信息不暢通、步調(diào)不一致等種種障礙已經(jīng)消除。

當(dāng)前，交通運(yùn)輸部路網(wǎng)監(jiān)測與應(yīng)急處置中心正在組建收費(fèi)公路全網(wǎng)運(yùn)營服務(wù)主體，提供體制機(jī)制保障，加強(qiáng)中央、省部兩級平臺的服務(wù)能力和水平。將來在全國高速公路運(yùn)營服務(wù)主體指導(dǎo)下，全國高速公路一體化運(yùn)營和省部協(xié)同管理模式將得到更好完善，為探索智慧高速公路管理體制和運(yùn)營機(jī)制奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 促進(jìn)各省高速公路的標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)

2019年全面推行ETC工作促進(jìn)各省高速公路行業(yè)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備規(guī)格的成熟落地，標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)取得顯著成效。2019年交通運(yùn)輸部印發(fā)新修訂的《收費(fèi)公路車輛通行費(fèi)車型分類》，各省在全國統(tǒng)一收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)框架下，紛紛出臺本省高速公路收費(fèi)新標(biāo)準(zhǔn)，目前已全部正式實(shí)施。各省還加快制訂高速公路地方標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)準(zhǔn)則，統(tǒng)一高速公路管理行為。2019年，連經(jīng)濟(jì)落后的青海省都正式實(shí)施《高速公路不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)車道建設(shè)技術(shù)規(guī)范》、《高速公路聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》、《高速公路收費(fèi)車道通用外圍設(shè)備接口技術(shù)要求》等5項(xiàng)高速公路管理地方標(biāo)準(zhǔn)，其它省份均已基本完成。

各級政府也十分重視ETC配套項(xiàng)目的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備規(guī)范的統(tǒng)一。為保證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量，在技術(shù)設(shè)計(jì)、道路改造、設(shè)備采購方面，各省都采用招投標(biāo)方式進(jìn)行，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)先行、質(zhì)量過硬。考慮到未來我國車聯(lián)網(wǎng)很大可能采用5G +C-V2X技術(shù)，為保護(hù)本輪基建投資能夠向未來智慧高速公路平滑過渡，各省大量采購具有開放架構(gòu)、能夠兼融5G技術(shù)的華為、中交國通、新華三等ETC門架系統(tǒng)，為今后我國選擇發(fā)展5G+C-V2X技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

本輪高速公路標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)尤其強(qiáng)調(diào)全國一盤棋、規(guī)范接口層，重點(diǎn)解決原有屬地化管理造成的機(jī)制、技術(shù)障礙。如因各地運(yùn)營方式、原有設(shè)備不同和道路通信系統(tǒng)不穩(wěn)定，造成采集數(shù)據(jù)難以整合、傳輸、處理和共享，導(dǎo)致道路信息“碎片化”嚴(yán)重，不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一云計(jì)算入口，無法實(shí)現(xiàn)信息化、智能化管理等問題都已得到徹底解決。

3 提升高速公路數(shù)據(jù)采集能力

全路段感知是實(shí)現(xiàn)智慧高速公路的前提，去年的ETC技術(shù)改造重在加強(qiáng)道路數(shù)據(jù)采集能力。已經(jīng)大量安裝的ETC門架系統(tǒng)可以采集行駛車輛的各種數(shù)據(jù)，包括車牌圖像的快速識別，也可擴(kuò)展至車輛運(yùn)行狀態(tài)，如速度、人員、環(huán)境的監(jiān)測。附載設(shè)備主要有攝像頭、補(bǔ)光燈、ECT天線、車道控制器，其中最重要的是智能高清攝像頭。據(jù)智能交通世界網(wǎng)粗略統(tǒng)計(jì)，此次省界收費(fèi)站取消工作完成后，全國高速公路將新增超過10萬臺高清監(jiān)控設(shè)備，將極大擴(kuò)展高速公路視頻監(jiān)控點(diǎn)位覆蓋面。盡管系統(tǒng)上所采用的視頻方案可能不盡相同，但300萬高清是起點(diǎn)，700萬高清和900萬高清都可能會大量采用[1]。

各省高速公路多加裝技術(shù)領(lǐng)先的華為信息采集設(shè)備。如今智能攝像機(jī)領(lǐng)域70%的產(chǎn)品都使用華為研發(fā)的海思芯片，依托其強(qiáng)大芯片技術(shù)，華為軟件定義攝像機(jī)具備每幀200+車輛畫面抓拍、非約束場景準(zhǔn)確識別技術(shù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)道路特征的全天候?qū)崟r采集。使用華為軟件定義攝像機(jī)的高清車牌視頻卡口還具有車牌、車型特征抓拍率99%、車牌識別準(zhǔn)確率95%的超強(qiáng)能力。該機(jī)還可靈活快速裝載和集成第三方智能算法，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)并行調(diào)度和前端路側(cè)邊緣節(jié)點(diǎn)毫秒級精準(zhǔn)智能分析，具備道路瞬間精準(zhǔn)的全時空交通對象感知能力。華為ETC門架系統(tǒng)的開放架構(gòu)、多維感知設(shè)計(jì)理念，也為今后增裝各類傳感器提供了條件，可以輕松采集環(huán)境、氣象、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行、特殊事件等種類信息。

ETC門架系統(tǒng)中的路側(cè)單元RSU也是重要的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可以與車載OBU電子標(biāo)簽之間進(jìn)行通信，獲取道路、車流的動態(tài)數(shù)據(jù)，構(gòu)成車路協(xié)同V2X系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。但當(dāng)前高速公路布置的RSU數(shù)量有限、密度不夠，未來交通燈、人行道都要加裝RSU，才能實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同V2X技術(shù)的落地。

4 大力增強(qiáng)高速公路通信路網(wǎng)的傳輸能力

本次ETC技術(shù)實(shí)施全面升級了現(xiàn)有高速公路的通信傳輸網(wǎng)絡(luò)。截止去年年終，我國已經(jīng)安裝24588套ETC門架系統(tǒng)，它們和尚存的收費(fèi)站等智慧站點(diǎn)共同提高了高速公路通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面。為保證網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，在ETC門架通信系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)上，各省普遍采用主備雙鏈路方案。主用鏈路以“新敷設(shè)光纜-ETC門架-路側(cè)一體機(jī)柜-高速公路收費(fèi)專用通信光纜-收費(fèi)站站級”模式組成以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，備用鏈路為在收費(fèi)站配置4G路由器，將運(yùn)營商的專線網(wǎng)絡(luò)留為后備。同時改造現(xiàn)有高速公路收費(fèi)專用通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，為支持ETC智慧站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)高效穩(wěn)定傳輸，滿足ETC門架接入高清車牌識別等多個數(shù)據(jù)傳輸和運(yùn)營管理需求，各省多采用具備波分復(fù)用功能和多業(yè)務(wù)承載能力的OTN光傳送網(wǎng)[2]。對于超長距離的傳輸網(wǎng)絡(luò)，還加載通信中繼站，保證網(wǎng)絡(luò)信號穩(wěn)定性。在支持路—車之間的通信交互上，主要采用DSRC技術(shù)，通過RSU天線和車載OBU電子標(biāo)簽進(jìn)行通信。

目前新建高速公路ETC通信傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠滿足全程自由流收費(fèi)技術(shù)的需要，正向車路協(xié)同融合網(wǎng)絡(luò)體系演進(jìn)。本次大量采用的華為高速公路通信傳輸網(wǎng)絡(luò)采用開放架構(gòu)，既滿足當(dāng)前需要，又面向支持車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需要。在更大帶寬層面，華為構(gòu)建高可靠大容量的骨干通信承載網(wǎng)，可以保障自由流收費(fèi)、物聯(lián)感知、車路協(xié)同等大流量視頻、圖像、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信帶寬。在更低延時層面，華為推出的一系列解決方案可以滿足自由流收費(fèi)、車路協(xié)同、云網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)交互、路網(wǎng)監(jiān)測等業(yè)務(wù)高可靠、低時延要求。在隔離性層面，華為在高速公路ETC門架系統(tǒng)、收費(fèi)車道前端業(yè)務(wù)接入、入口治超站的各個場景，通過有線及無線的通信接入網(wǎng)絡(luò)方案，支持路網(wǎng)前端的全息感知[3]。

5 提高高速公路智能決策能力

經(jīng)過ETC系統(tǒng)改造，我國現(xiàn)有高速公路的技術(shù)設(shè)備距離智慧高速公路需要尚遠(yuǎn)，還處于智慧高速公路的初級階段，但已具備初級智能管理能力，可以輔助人工決策指揮。去年各省大量安裝的ETC門架和智能一體化機(jī)柜都具有邊緣計(jì)算功能，基本實(shí)現(xiàn)智慧公路設(shè)備的初級智能化。華為智慧站點(diǎn)的路側(cè)邊緣計(jì)算單元，能夠進(jìn)行智慧站點(diǎn)的費(fèi)率計(jì)算、離線收費(fèi)、車牌識別后驗(yàn)證等業(yè)務(wù)，還支持實(shí)時的車輛收費(fèi)稽查和V2X智能終端的云—邊協(xié)同架構(gòu)。中交國通ETC門架系統(tǒng)一體化智能機(jī)柜采用的ARM一體化數(shù)據(jù)采集器具備“數(shù)字濾波+信號時間戳+離線存儲+斷點(diǎn)續(xù)傳”多種數(shù)據(jù)處理機(jī)制，確保監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集更精準(zhǔn)[4]。

現(xiàn)有ETC技術(shù)還具有云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析能力。為支持省、部兩級ETC收費(fèi)中心的海量收費(fèi)拆分結(jié)算業(yè)務(wù)，擁有超級計(jì)算、存儲能力的云平臺技術(shù)被廣泛使用。華為ETC技術(shù)在后端構(gòu)建高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)云中心、大數(shù)據(jù)平臺，能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)共享、人工智能四層功能。華為還構(gòu)筑云—邊協(xié)同實(shí)時精準(zhǔn)收費(fèi)稽查大數(shù)據(jù)云平臺。通過ETC門架系統(tǒng)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)對車牌識別圖片、路側(cè)單元讀取的車輛信息進(jìn)行實(shí)時分析比對，異常信息實(shí)時上報省中心并同步至相關(guān)出入口收費(fèi)站進(jìn)行實(shí)時管控，通過“省中心-ETC門架”云邊協(xié)同，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、精準(zhǔn)收費(fèi)稽查[5]。在大數(shù)據(jù)處理分析方面，華為還推出業(yè)界最高性能ARM-based處理器—鯤鵬920。

正是運(yùn)用邊緣計(jì)算、云計(jì)算能力，現(xiàn)有ETC 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)海量交通數(shù)據(jù)的快速處理，已經(jīng)具備初級人工智能能力。它可以通過道況實(shí)時分析，提前預(yù)判擁堵、事故狀態(tài)，為指揮中心和出行者及時提出解決方案，提供車輛分流、事故救援的精準(zhǔn)信息服務(wù)，節(jié)省出行時間，降低事故發(fā)生率。

6 加快我國智慧高速公路的試點(diǎn)工作

2018年國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)的通知》，但受限于經(jīng)費(fèi)投入太大，各地智慧高速公路試點(diǎn)工作進(jìn)展緩慢。本次ETC技術(shù)普遍實(shí)施初步展示智慧高速公路的優(yōu)越性能，激起人們對智慧高速公路時代的更多期待，推動智慧公路試點(diǎn)工作的加快實(shí)施。

目前路網(wǎng)建設(shè)方面，北京、浙江、廣東、河北、江蘇等9個試點(diǎn)省市，基本完成圍繞基礎(chǔ)設(shè)施智能化、路運(yùn)一體化車路協(xié)同、“互聯(lián)網(wǎng)+”路網(wǎng)綜合服務(wù)等六大方向的道路提升工程。浙江智慧高速公路建設(shè)樣板滬杭甬高速公路將于年底完工，新建全長約149.5km的杭紹甬智慧高速公路復(fù)線項(xiàng)目已經(jīng)開工。5G技術(shù)運(yùn)用方面，湖南湘江新區(qū)100km智慧高速公路正式啟用，部分路段布置5G網(wǎng)絡(luò)和路側(cè)通信設(shè)備，提供支持5G+C-V2X車路協(xié)同通信技術(shù)測試場景。延崇高速公路北京段智慧工程也交工驗(yàn)收，道路兩側(cè)大量裝置5G基站，未來將支持自動駕駛。汽車試驗(yàn)區(qū)方面，工信部正在支持杭州、武漢、無錫、廣州、長沙等地建設(shè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試示范區(qū)。2019年9月13日，我國首次在上海舉行高速公路實(shí)際交通環(huán)境下的智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試。這些試點(diǎn)工作為后續(xù)智慧高速公路的升級改造、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的修訂和未來商業(yè)運(yùn)營提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，加快我國智慧高速公路建設(shè)進(jìn)程。

7 帶動通信5G和智能汽車產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展

此次實(shí)施ETC技術(shù)改造了我國高速公路路網(wǎng)和通信網(wǎng)，同時也帶動5G和智能汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。雖然現(xiàn)行ETC系統(tǒng)多采用DSRC技術(shù)，但已為兼融5G提供開放架構(gòu)。我國5G 技術(shù)領(lǐng)先全球，2019年5月，騰訊公司發(fā)布《5G時代車路協(xié)同創(chuàng)新應(yīng)用白皮書》；2019年7月，中國5G推進(jìn)組發(fā)布《LTE-V2X安全技術(shù)白皮書》； 2020元月，工信部部長苗圩表示：“在中國我們在道路的改造方面堅(jiān)決地推行5G+LTE-V2X”[6]。今年是5G商用元年，5G 助推智慧交通發(fā)展顯示出強(qiáng)勁勢頭。目前基于5G技術(shù)的京禮高速公路即將完工，新增的智能感知定位設(shè)備和5G基站將與路燈桿形成綜合體，提供數(shù)據(jù)交換和定位服務(wù)，支持車路協(xié)同技術(shù)應(yīng)用。可見我國未來的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將采用5G+C-V2X技術(shù)，由此帶動5G技術(shù)在交通行業(yè)的大發(fā)展。

ETC技術(shù)還帶動智能汽車行業(yè)。現(xiàn)行ETC系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽OBU只是初級形態(tài)，僅滿足于ETC自由流收費(fèi)，未來它可以成為智慧交通系統(tǒng)中的車載終端，承載對基礎(chǔ)設(shè)施、道路運(yùn)輸及車流的綜合感知，還可與后臺云平臺、路邊基站相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息交互，成為車路協(xié)同V2X技術(shù)構(gòu)建的“智能電子標(biāo)簽+智能路側(cè)設(shè)備+云端信息服務(wù)平臺”基礎(chǔ)框架的前端中心。金溢科技劉詠平博士認(rèn)為，從ETC走向V2X，是未來交通與汽車實(shí)現(xiàn)智能化融合的一條有效路徑。當(dāng)前研發(fā)具備移動通信功能的車載智能電子標(biāo)簽已成為熱點(diǎn)。2019年9月，中興通訊V2X-OBU通過V2X協(xié)議一致性測試。2019年10月，華為公司發(fā)布全球首款商用5G工業(yè)模組MH5000，具備支持5G+C-V2X 車載終端的通信能力。

8 結(jié)語

我國智慧高速公路建設(shè)可分為初、中、高三級水平，當(dāng)前實(shí)施的ETC技術(shù)雖然著眼于提高道路通行率，但它對路網(wǎng)、通信網(wǎng)、車輛識別技術(shù)的改造已達(dá)到高速公路數(shù)據(jù)化、信息化、智能化的初級水準(zhǔn)。通過全方位采集車輛數(shù)據(jù)、通信網(wǎng)高速傳輸、邊緣計(jì)算和云平臺人工智能預(yù)判，可以為指揮者和出行人提供智能導(dǎo)航和精準(zhǔn)路況信息服務(wù)，從而降低事故率，實(shí)現(xiàn)道路快速施救。本輪ETC技術(shù)的大力實(shí)施，對提高我國高速公路的管理水平，加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，帶動5G技術(shù)和智能汽車產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，讓人們擁有更加便捷的出行體驗(yàn)，可謂貢獻(xiàn)卓著。作為車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)的初級形態(tài)，ETC技術(shù)正為其未來大規(guī)模應(yīng)用部署提供平滑過渡，真正成為助推我國智慧高速公路建設(shè)的引擎。