公路聯網ETC系統OBU設備檢測方法分析

摘要 隨著科技的日新月異，公路聯網ETC系統已經逐漸成為現代交通管理的重要組成部分。ETC系統通過電子設備實現車輛的高速公路不停車繳費，極大地提高了道路通行效率，緩解了交通擁堵問題。文章首先闡述了公路聯網ETC系統OBU設備的檢測設備要求及OBU設備的技術要求，并系統地介紹了OBU的測試方法，通過對現有方法的分析，探討其特性，以期為相關技術研究和實際應用提供參考。

關鍵詞 公路聯網；ETC系統；OBU設備；檢測方法

中圖分類號 U495 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0010-03

0 引言

隨著ETC（Electronic Toll Collection Device，電子收費裝置）系統的廣泛應用，OBU（On Board Unit，車載單元）設備經常出現故障，如設備脫落、交易失敗等問題，這些問題不僅影響了ETC系統的正常運行，也給車主帶來了諸多不便。如何確保OBU設備的正常運行，成為亟待解決的問題[1]。該文旨在分析公路聯網ETC系統OBU設備的檢測方法，以期為ETC系統的穩定運行提供有力保障，為ETC系統的維護和管理提供科學依據。

1 檢測設備要求

1.1 通用測試儀器

（1）發射端技術規格：頻率范圍為5.6～6.0 GHz，以確保信號的穩定傳輸；擁有至少30 MHz的實時帶寬，以滿足高速數據的傳輸需求；頻率準確度高達±1 ppm，確保信號的精確性和穩定性；調諧速度在2 ms以內，實現快速頻率調整；10 kHz偏置相位噪聲低于?90 dBc/Hz，確保清晰的信號傳輸，減少干擾。

（2）接收端技術規格：接收頻率范圍覆蓋5.6 GHz至6.0 GHz，與發射端匹配，確保信號接收的廣泛性；擁有不少于30 MHz的實時帶寬，適應多種數據的傳輸場景；頻率準確度維持在±1 ppm，保證接收信號的準確性；調諧速度在2 ms以內，實現接收狀態的迅速調整；輸入功率范圍為?110～+20 dBm，適應不同強度的信號輸入。

（3）發射與接收端共享技術規格：輸出功率范圍從?110 dBm至+7 dBm，適應不同的通信環境；輸出功率的步進為0.1 dB，實現精細化的功率控制；功率絕對準確度為±1 dB，確保輸出信號的穩定性。

1.2 環形器

環行器的頻率范圍應為5.7～5.9 GHz，其插入損耗應<2 dB，隔離度應達到30～40 dB，VSWR（駐波比）≤1.5：1，而最大輸入功率≥10 dBm。

1.3 參考天線

1.3.1 全向天線

天線頻率范圍應為5.7 GHz至5.9 GHz，天線增益能夠達到1 dBi至3 dBi。該天線設計注重定向性能，能夠精準地指向特定方向，確保信號的穩定傳輸和接收；其性能要求應滿足高頻范圍的需求，確保在接收和傳輸信號時擁有高效的能量吸收和良好的輻射能力，增益范圍應恰到好處，不僅滿足對定向性的需求，還能保證用戶在實際使用中的舒適度和接收信號的穩定性[2]。

1.3.2 定向天線

頻率范圍應符合5.7～5.9 GHz，天線增益需不高于15 dBi，右旋圓極化。該天線設計強調對天線增益的限制，天線增益不超過15 dBi，確保在實際應用中能夠有效地對抗干擾和提升信號質量，還需考慮圓極化技術的運用，確保信號在傳輸過程中的穩定性和方向性，提高信號的接收效率和準確性。

1.4 高低溫試驗箱

該試驗可在極端溫度條件下進行，溫度范圍為?60～130℃。在此范圍內，能夠確保溫度的穩定性，波動度精確控制在±0.5℃以內。同時，為了確保試驗結果的準確性和可靠性，溫度均勻度也被精細地調節至±2℃的范圍內，這樣精密的溫度控制，為試驗提供了穩定且可靠的環境，保障了試驗數據的精確性和一致性。

1.5 直流電源分析儀

針對直流電源分析儀的各項參數要求，具體內容改寫如下：該直流電源分析儀的電壓設定為20 V，其精度標準極為精確，范圍控制在±0.025%以內，誤差電流不超過±12 mA；對于電流的測試能力，該儀器表現強勁，可支持高達3 A的電流測量。在這一范圍內，其精度控制同樣出色，誤差范圍被嚴格控制在±0.03%以內，誤差值不超過±250 μA；當電流降至100 mA時，該分析儀依然能夠保持高精度的測量表現，其誤差范圍控制在±0.025%以內，誤差電流低至±10 μA。即便是微小的電流，如10 μA，其精度也很精準，誤差范圍精確地控制在±0.025%以內，誤差值僅±8 nA。

2 OBU技術要求

2.1 OBU物理技術要求

部分物理層參數的不統一問題在實際應用中引發了諸多困擾，以OBU的喚醒靈敏度和接收靈敏度為例，盡管某省地方標準DB 53/T 2008—2015對此作出了相關規定，但國家標準僅對其單邊值加以限制，這導致不同廠家生產的OBU天線在實際應用中出現鄰道干擾、跟車干擾等問題，而相控陣天線的出現則很好地解決了這一問題。

2.2 OBU數據鏈路層技術要求

隨著科技的不斷發展，公路收費和不停車收費正逐漸朝著多路徑收費的方向發展。在OBU無隨機延時的情況下，降低RSU（Remote Surveillance Unit，遠程監控單元）與OBU交易時間，可提高道路通行效率，降低擁堵程度。在高速行駛的車輛中，OBU如何實現零喚醒，這需要OBU具備快速識別和處理信號的能力，通過對信號的處理和分析，OBU可準確判斷是否需要喚醒，實現零喚醒功能。OBU還需要具備強大的計算能力，保障在不同車速下均能實現高效的零喚醒。實現零喚醒功能的實施將帶來諸多積極影響，這將大大提高交易時間。因OBU可以在車輛行駛過程中自動識別并處理信號，無需駕駛員干預，因此交易時間將得到顯著縮短；由于OBU可以實現零喚醒，車輛在通過收費站時不需要停留等待喚醒，從而節省了通行時間；因交易時間和通行時間的縮短，道路上的車輛數量將得到有效控制，從而降低擁堵程度。最后，通過實現零喚醒功能，OBU可以更高效地完成不停車收費任務，從而提高道路通行效率。

2.3 OBU設備技術要求

2.3.1 OBU功耗

為了確保OBU內部供電電池的持久效能并避免過度消耗，應制定一系列嚴格的功耗規定及詳細的功耗參數要求。為了便于理解，這些功耗參數對于特定情況下的內部電池供電OBU具有深遠意義（詳見表1）。這些規定明確給出了節能指導，主要表現在以下幾個方面：

（1）針對太陽能板正常工作時的電流要求，這一數據代表在日照充足時，OBU利用太陽能資源為內部供電的能力，其嚴格控制是為了確保電池在充足的陽光下保持高效的充電狀態，從而延長電池使用壽命。

（2）存儲電流方面的規定也是出于多重考慮，這些數據體現了在無需大量能量輸入的情況下，電池內部的電量得以妥善保存的特性。因此，即使在電量消耗相對較低的環境下，OBU也能夠有效地維持運行，從而減少不必要的能源浪費。

（3）針對那些長期停放在室內、導致OBU電池耗盡的車輛，這些功耗規定更是顯得尤為重要，不僅是為了滿足特定情境下的電池使用需求，更是為了確保OBU能夠在關鍵時刻提供穩定的供電服務，避免因電池耗盡而導致的設備故障或中斷。

2.3.2 OBU交易的時間特性

為了優化交易流程，提高交易效率，減少單次交易時間，該文特意設定一系列參數，

主要是滿足單次交易時間小于270 ms這一標準，而此參數主要關注的是處于B1幀至B5幀之間的交易過程，以確保交易的快速、高效進行，這樣的設定旨在通過技術手段提高交易操作的便捷性和效率，從而提升整體交易流程的流暢性和用戶體驗。在配置這些參數的過程中，為保證交易的安全、可靠，應盡可能減少交易時間，可采用先進的技術手段和優化措施，確保每一筆交易的順利進行，從而提升整個交易系統的運行效率。

2.3.3 OBU電源要求

為了全面評估車載單元（OBU）的電池供電能力，針對內部電池供電的OBU電源制定了具體要求。這些要求主要涉及在特定環境下，OBU電源應具備的性能和穩定性，通過這些要求確保OBU在實際使用過程中能夠保持穩定的電力供應，以滿足用戶需求。在進行測試時，要求OBU在ETC連續正常交易的情況下，交易放電次數應大于3 000次，該要求旨在測試OBU在高速交易場景下的電池續航能力，保障其在實際應用中能夠穩定運行。在OBU發行后出現首次低電報警時，應要求它具備至少進行300次連續交易的能力，該要求是為了檢驗OBU在面臨緊急情況時的應急處理能力，保障用戶在遇到低電情況時仍然能夠順利完成交易。在2 000次交易中，錯誤次數不應大于1次，該要求是為了保證OBU在日常使用中的穩定性和可靠性，降低因系統故障導致的交易中斷風險。

2.3.4 OBU環境適應性

針對全國各地多變的天氣環境，對OBU的環境適應性提出了嚴格的要求，以確保其性能穩定。OBU應具備良好的耐低溫存儲和工作性能，在達到?20°C的極端低溫環境下，OBU需經受至少8 h的考驗。若條件更為苛刻，?40°C下的低溫環境同樣要求OBU能夠持續正常工作8 h。此外，在高溫環境下，同樣對OBU的耐高溫存儲和工作性能有著高標準，在70°C的高溫環境中，OBU需要經受8 h的嚴峻考驗，試驗結束后，其性能仍能保持穩定，確保正常工作。只有經過這些嚴格測試的OBU，才能滿足各種復雜環境下的實際需求，提供穩定、可靠的性能。

2.3.5 人機界面

為了提升OBU的用戶體驗，確保駕駛員能夠直觀且清晰地了解車輛的各種工作狀態，該文精心設計了OBU顯示界面并制定了人機界面規范，同時加入了聲音提示功能。這一規定不僅關系界面的視覺呈現，也涉及聲音提示的聲響強度。通過清晰的圖標、文字及色彩搭配，力求為駕駛員提供一個友好且易于操作的人機交互環境。OBU的蜂鳴器應能提供足夠清晰的聲音提示，從而提高收費管理的效率和安全性。經分析研究，確定60 dB（A）為一個合適的閾值，既能確保駕駛員在各種環境下都能聽到清晰的提示音，又不會因聲音過大而造成聽覺不適，這一規定的實施將極大地提升OBU設備的用戶體驗，為駕駛員提供更加安全、便捷的駕駛環境。

3 OBU測試方法

3.1 OBU物理層測試方法

在電子收費系統中，短程通信的物理層參數測試是一項關鍵工作。測試工作將按照《電子收費專用短程通信》第5部分“物理層主要參數測試方法”及《收費+bubhC/JDV+FJZdEPqhN+g==公路聯網電子不停車收費技術要求》第14部分規定的方法進行。

3.2 OBU零喚醒

OBU零喚醒是精密而獨特的組件，全面守護著安全與效率。該裝置由矢量信號收發儀和精密參考天線組成，其卓越性能體現在以下幾個方面。首先，該裝置的精密設計體現了其精密與獨特性，每一個組件都經過精心挑選和組裝，使其性能穩定可靠，無任何瑕疵；該精密性不僅體現在設備的構造上，更體現在其對各項功能的全面保障上。其次，該裝置的應用場景廣泛。為了確保測試結果的準確性和可靠性，該裝置的測試過程采用了嚴格的標準和方法，在測試過程中，采用先進的輻射方式，使被測OBU能夠快速、準確地接收信號并處理數據。測試裝置的設計理念旨在確保在各種環境下都能有效應對數據幀的防碰撞和零喚醒的需求，矢量信號收發儀通過精確控制信號的生成和采集，確保在各種情況下都能準確識別和處理數據幀，從而有效防止碰撞；通過優化喚醒過程，確保在測試過程中不會干擾正常的通信活動。

3.3 OBU功耗

將OBU設置在特定狀態，確保其處于正常工作狀態，使用測試接口進行三次測試，取平均值作為最終的參考數據。在測試過程中，使用直流電源分析儀測量OBU的工作電壓。設定目標值為DC 3.5 V，確保OBU在此電壓下能夠正常工作并與附近的RSU進行交易，使用電流表采集OBU的功耗數據，通過采集數據可全面了解OBU的電流消耗情況。經過詳細的測試和分析，發現在此時間段的耗電量均符合或低于60 mAs的交易耗電要求，OBU在特定條件下表現出良好的性能和穩定性。

3.4 OBU環境適應性

在微波暗箱內，構建了一個交易環境。在這個環境中，OBU與RSU之間的距離被精準地設置為25 cm，這是為了確保二者之間能夠進行有效的信息交流和傳輸，再使用了一款專用軟件模擬連續不斷的正常交易過程，并在每次交易后保持1 s的交易間隔，該操作在這種設定條件下成功地記錄了能夠進行的交易次數，每一次交易都與實際環境一樣，嚴謹而有序，這不僅是對系統性能的一次全面檢驗，也是為了確保OBU與RSU的交易在真實環境中能夠順利進行。

在耐低溫性能測試中，樣品需先進行2 h的室溫環境恢復，再在模擬交易環境中進行10次交易操作，這一測試主要驗證OBU在低溫環境下的正常交易能力。在耐低溫工作性能測試中，樣品需在低溫環境溫度下進行10次的模擬交易操作，其主要驗證OBU在規定環境溫度下能否正常工作。在耐高溫存儲的性能測試中，樣品需先進行1 h的高溫環境處理，隨后在室溫環境下恢復2 h，再進行10次的模擬交易操作，這一測試主要驗證OBU在高溫存儲環境下的穩定性。耐高溫工作性能測試則與耐低溫測試類似，樣品需在高溫環境溫度下進行10次的模擬交易操作，主要驗證OBU在規定環境溫度下能否正常工作。

4 結束語

該文總結了與OBU的零喚醒、功耗、環境適應性等相關的技術要求和實驗方法，并對其過程和要求進行了說明。通過對現有方法的分析，闡述了特定關鍵參數的實驗方法，可為相關領域的技術研究和實際應用提供參考。同時，這些指標和實驗方法對于確保現場發行的OBU產品質量的檢測具有重要意義，為提高OBU的產品一致性提供了參考，同時也為未來支持多路徑收費的OBU提供了重要參考。

參考文獻

[1]陳碩.高速公路ETC門架系統考核指標及運維探討[J].中國交通信息化，2022（10）：92-96.

[2]郭亞喆.高速公路ETC相鄰車道中天線的實際應用[J].山西電子技術，2023（4）：42-44.

收稿日期：2024-06-10

作者簡介：王昌偉（1979—），男，本科，工程師，研究方向：智能交通。