5.8G通信技術(shù)與高速公路ETC的互聯(lián)

馮 揚

（濟寧市鴻翔公路勘察設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250014）

引言

高速公路收費系統(tǒng)、通信技術(shù)存在大量延遲，需依靠精準(zhǔn)路徑收費系統(tǒng)。高速路段采用分段計費，計費功能全部采用ETC 收費系統(tǒng)完成。如今公路運輸行業(yè)日趨完善，但公路收費系統(tǒng)仍需技術(shù)來帶動發(fā)展。

1 ETC 門架系統(tǒng)

1.1 門架系統(tǒng)構(gòu)成

ETC 電子收費是用于道路、橋梁和隧道的電子收費技術(shù)。ETC 門架系統(tǒng)是構(gòu)成高速公路收費的重要組成部分，實現(xiàn)分段計費功能[1]，其作用是在車輛經(jīng)過 ETC 門架之后，道路檢測裝置能夠?qū)囕v進行自動識別，通過讀取過往車載OBU 或CPC 卡的車輛數(shù)據(jù)等信息[2]，及時將獲取的信息發(fā)送至ETC 收費系統(tǒng)上，實現(xiàn)車輛分段計費、車輛路徑標(biāo)識、道路視頻監(jiān)控、車牌照識別、檢測超速車輛等功能,見圖1。

圖1 ETC 門架布局

ETC 門架系統(tǒng)主要是基于通信頻率為5.8G 的RFID 設(shè)備，可以讀取車速達(dá)200 km/h 車上的電子標(biāo)簽，比較適合于自由流車道[3]。

1.2 道路應(yīng)用

由于交通流量大，易造成交通擁堵，導(dǎo)致車載電子標(biāo)簽的優(yōu)勢削弱，需要及時調(diào)度實時車流量信息，緩解道路交通擁堵。因此，“ETC+MTC”混合車道不停車收費系統(tǒng)可以緩和高速擁堵，既能實現(xiàn)普通MTC 車道發(fā)卡功能，也能實現(xiàn)ETC 車道收費功能，可根據(jù)不同的需求，設(shè)置成ETC 專用車道、混合車道及普通MTC 車道。

2 5.8G DSRC 通訊技術(shù)特點

ETC 系統(tǒng)完成道路行駛車輛和收費站之間的數(shù)據(jù)信息交互，完成車輛信息對比，進而判定車輛的行駛路線。（1）5.8G 波長比較長，有較好地抗衰減效果。（2）利用直接序列擴頻技術(shù)，5.8G 容量在10 Mbps 左右。（3）5.8G 寬帶無線接入系統(tǒng)在采用比較低的調(diào)制效率時對信噪比的要求較低。（4）5.8G通訊實現(xiàn)方式為點對點模式，投資比較少，經(jīng)濟效益和社會效益性價比高。

3 藍(lán)牙OBU 與DSRC 通信技術(shù)

3.1 藍(lán)牙OBU 通信

電子不停車收費系統(tǒng)應(yīng)用于具有藍(lán)牙功能的OBU。藍(lán)牙通訊模塊由移動終端激發(fā)，B-OBU 模塊支持藍(lán)牙2.4G 通信、5.8G 通信之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。當(dāng)移動數(shù)據(jù)接口同時收發(fā)數(shù)據(jù)時，5.8G 接口優(yōu)先處理數(shù)據(jù)。通過與ETC 子系統(tǒng)的互聯(lián)，從而實現(xiàn)通信應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，見圖2。

圖2 藍(lán)牙OBU 通訊

3.2 專用DSRC 通信

ETC 系統(tǒng)通過安裝5.8G DSRC 微波天線單元，通過微波通信實現(xiàn)與車載標(biāo)簽的信息交互。高速公路行駛車輛通過微波天線通訊區(qū)域，車速可以達(dá)到通訊區(qū)域理論值。微波專用短程DSRC 通信技術(shù)是高速公路最高效的通信技術(shù)，通訊區(qū)域內(nèi)可以實現(xiàn)高速運動下移動目標(biāo)的識別和雙向通信[4]。在高速收費管理系統(tǒng)，實現(xiàn)“車-路”、“車-車”的交互通信，實時互傳語音、圖像等信息。

專用射頻通信技術(shù)在高速公路實現(xiàn)“車-車”和“車-路”的數(shù)據(jù)交互。“車-路”是通過電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)之間的交互通訊，實現(xiàn)車與車，通過收費站的信息交互，實現(xiàn)車與車之間的訊息交互。通過數(shù)據(jù)交互，可以采集路側(cè)有效信息。

信息網(wǎng)構(gòu)建包括高速公路行駛的車輛、路側(cè)設(shè)備和行車人員之間的數(shù)據(jù)信息交互。例如，道路車流量的實時統(tǒng)計、道路交通控制、道路路況發(fā)布（天氣信息及道路事故預(yù)警發(fā)布）。“車-車”實現(xiàn)高速公路駕駛?cè)藛T之間的信息交互，及時獲取道路信息及出行安全。公路信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)道路路況統(tǒng)計及發(fā)布、車輛管理和超車等，有效保障車輛之間安全管理，車輛行駛安全和提高通行效率，減少和有效阻斷道路交通事故的發(fā)生。

4 路徑識別

伴隨路網(wǎng)體系的規(guī)劃及建設(shè)，實現(xiàn)信息技術(shù)的融合，通過5.8G 通訊技術(shù)遠(yuǎn)程通訊功能，高速公路收費管理系統(tǒng)可以有效地實現(xiàn)路徑識別、車輛收費等信息。

多路徑識別的模式下如何實現(xiàn)行駛路徑的劃分，通過車輛的行駛路徑，在車載電子標(biāo)簽及5.8G 通訊構(gòu)成的收費系統(tǒng)，可以有效精準(zhǔn)地識別車輛行駛路徑，進而完成公路收費系統(tǒng)的通行費用的劃分。

高速公路收費系統(tǒng)通過信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，實現(xiàn)車輛的多路徑精準(zhǔn)識別。通過采集道路車輛出入口、道路標(biāo)識路段信息，完成路徑的基本判別。通過設(shè)立道路標(biāo)識點，可以有效區(qū)分道路路段，以便實現(xiàn)自由流下的多路徑識別，為高速公路收費提供便捷的依據(jù)。

5.8G通信技術(shù)是構(gòu)建智能交通系統(tǒng)的重要一環(huán)，對道路行駛車輛、道路路側(cè)設(shè)施及道路發(fā)布系統(tǒng)提出了互聯(lián)互通的新要求。通過構(gòu)建智能交通系統(tǒng)，使系統(tǒng)內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的各種資源共享互通，為高速公路管理提供便捷和高效的數(shù)據(jù)。

5 智能交通網(wǎng)絡(luò)

5.1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

以往公路數(shù)據(jù)采集比較單一，系統(tǒng)功能相對獨立。為實現(xiàn)檢測道路的流量，采用視頻采集和地埋線圈統(tǒng)計過往的車輛信息；為實現(xiàn)車路通信，采用路測（光/電）信標(biāo)；為實現(xiàn)廣播發(fā)送信息，利用數(shù)據(jù)FM 電臺[5]。

伴隨5G 網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，智能交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為一個通信平臺，并且與個人移動通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)互相融合。依靠新基建的通信基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)道路通信系統(tǒng)的數(shù)字化和模塊化。依靠5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，將道路車輛互聯(lián)、組建模塊化網(wǎng)絡(luò)，道路路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施和車輛互聯(lián)網(wǎng)及駕駛?cè)藛T組建新型的智能交通網(wǎng)絡(luò)平臺。

5.2 智能應(yīng)用

個人移動通信網(wǎng)絡(luò)可以接收來自智能交通網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和信息，通過駕駛?cè)藛T與智能交通網(wǎng)絡(luò)之間的反饋，可以有效發(fā)布路況信息。通過5.8G 通信技術(shù)手段為駕駛?cè)藛T提供高效的道路規(guī)劃行駛路線，避免出現(xiàn)道路擁堵，為駕駛?cè)藛T提供方便快捷的道路行駛規(guī)劃；同時提供舒適的駕駛體驗。通過智能交通系統(tǒng)的信息交互，對道路的環(huán)境和天氣情況提前發(fā)布，對存在道路事故地點實時發(fā)布，對存在易發(fā)生道路事故路段提前預(yù)警，減少道路擁堵。通過智能交通系統(tǒng)獲取道路交通數(shù)據(jù)，分析和判定危險的等級，提前通過個人移動網(wǎng)絡(luò)告知，為道路管理人員提供管理決策的依據(jù)，為道路管理者提供路網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)信息。

智能交通網(wǎng)絡(luò)通過5G 技術(shù)的互聯(lián)，利用先進的技術(shù)手段，獲取道路行駛車輛的位置信息和車輛道路行駛路線。利用智能交通網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施檢測和預(yù)警道路事故，減少交通事故的發(fā)生，避免駕駛?cè)藛T的過勞駕駛。通過智能交通網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)互通車輛數(shù)據(jù)和道路信息，優(yōu)化道路行駛路線，節(jié)約出行時間，提供舒適的道路出行體驗。

智能交通網(wǎng)絡(luò)為車載設(shè)備提供具有DSRC、北斗定位、車載地圖、天線通信等提供互通。通過智能交通網(wǎng)絡(luò)，車輛互聯(lián)網(wǎng)可以隨時發(fā)布車輛的信息，包括車輛的類型、行駛速度、道路方向、道路擁堵、事故發(fā)生地等，通過車聯(lián)網(wǎng)可以向聯(lián)網(wǎng)車輛廣播發(fā)送，為其他車輛的行駛路線和出行規(guī)劃提供高效的信息數(shù)據(jù)。

6 結(jié)語

在電子收費領(lǐng)域，多車道自由流電子收費代表了未來電子收費的發(fā)展趨勢。在高速公路現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過ETC 門架及ETC 系統(tǒng)的升級，采用先進的5.8G 通信技術(shù)，實現(xiàn)構(gòu)筑高速公路車輛實時、準(zhǔn)確、高效的智能車輛管理系統(tǒng)。通過智能交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，數(shù)字化和模塊化的建設(shè)為道路出行提供實時高效的出行體驗，隨著技術(shù)的進步，人工智能等新興技術(shù)的應(yīng)用，為高速公路的建設(shè)提供更優(yōu)質(zhì)的管理系統(tǒng)。