ETC多車道自由流收費(fèi)技術(shù)

　　人類追求自由是與生俱來的，就像我們沐浴陽光，呼吸空氣一樣，是人類的天性。在交通出行領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對出行方式的需求和要求也越來越多，人們也更加關(guān)注出行方式的便捷性、舒適度、自由度和暢通性等。

　　近些年，隨著國民經(jīng)濟(jì)與交通運(yùn)輸業(yè)務(wù)的快速增長，交通擁堵問題日益嚴(yán)重，ETC技術(shù)的應(yīng)用受到越來越多國家和地區(qū)相關(guān)部門的關(guān)注。而目前我國ETC系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20851-2007《電子收費(fèi)專用短程通信》主要針對高速公路封閉式單車道有欄桿模式的電子收費(fèi)，采用的是雙片式電子標(biāo)簽(OBU+雙界面CPU卡)，雖然CPU卡電子錢包的現(xiàn)場消費(fèi)模式功能較多，但由于交易時(shí)間過長，使得車速通常要控制在30km/h以下，而系統(tǒng)的交易速度、數(shù)據(jù)通信速率、微波通信距離，以及封閉式的單車道模式等都無疑給ETC智能交通的暢通和自由添了不少阻礙。

　　而在電子收費(fèi)領(lǐng)域，ETC多車道自由流技術(shù)無疑代表了當(dāng)今國際最先進(jìn)的道路收費(fèi)技術(shù)水平，也標(biāo)志著道路收費(fèi)技術(shù)未來的發(fā)展方向。多車道自由流是指多車道配置，自由流運(yùn)作的一種通行方式。通俗一點(diǎn)講，就是車輛在行駛過程中不受車道隔離的限制，經(jīng)過收費(fèi)點(diǎn)或天線區(qū)域時(shí)無須減速，通行速度可達(dá)到120km/h以上，在行駛過程中可以“自由”地變更車道，甚至跨線、并馳、超車行駛等，實(shí)現(xiàn)一定意義上的“隨心所欲”。因此，可以說，多車道自由流的實(shí)施是ETC電子收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)用的高級階段。

　　“自由”之技術(shù)

　　在智能交通領(lǐng)域，通信技術(shù)的日新月異不斷影響著收費(fèi)方式的變革。而自由流收費(fèi)技術(shù)的橫空問世，顛覆了傳統(tǒng)的收費(fèi)方式，使車輛擺脫了速度、車道、行駛狀態(tài)等的束縛。多車道自由流系統(tǒng)的核心技術(shù)是專用短程通信技術(shù)(DSRC技術(shù))，其由車載電子標(biāo)簽(OBU)，以及安裝在道路上的路側(cè)單元——電子標(biāo)簽讀寫天線(RSU)組成。同時(shí)，DSRC設(shè)備也是高速公路ETC系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。在ETC自由流的應(yīng)用中，DSRC設(shè)備交易成功率是衡量ETC自由流系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，而這其中最關(guān)鍵的是載有電子標(biāo)簽車輛的路徑信息標(biāo)識的成功率。因此，有效地保證交易成功率對于成就ETC的“自由”來說顯得至關(guān)重要，這就要解決好以下幾方面問題：

　　1、交易時(shí)間問題

　　在ETC自由流應(yīng)用中，存在著車流量大、車輛行駛速度范圍大(車速從0～200公里/小時(shí)均有可能)的特點(diǎn)，而“高車速”就意味著車輛在交易區(qū)域內(nèi)停留的時(shí)間短，此時(shí)留給RSU與OBU進(jìn)行交易的時(shí)間就很短。要解決該類問題，一方面是要從技術(shù)上盡可能地縮短RSU與OBU的單次交易時(shí)間;另一方面，可以通過適當(dāng)?shù)丶哟驞SRC設(shè)備微波交易區(qū)域范圍的手段來解決該問題。減少單次交易時(shí)間可以通過簡化交易協(xié)議(包括DSRC協(xié)議和與車道機(jī)的通信協(xié)議等)來實(shí)現(xiàn)，簡單來說，就是要優(yōu)化路徑信息的標(biāo)識方案，通過減少RSU與OBU之間的交易步驟來降低交易的復(fù)雜度，從而提高標(biāo)識成功率。

　　2、鄰道干擾問題

　　影響交易成功率的另一大問題，就是相鄰ETC收費(fèi)車道的鄰道干擾問題。雖然，通過調(diào)整微波信號區(qū)域的措施可以對鄰道干擾起到一定的抑制作用，但因?yàn)槲⒉ǖ姆瓷涮匦?，不能從根本上解決問題。因此，研發(fā)針對鄰道干擾問題的抑制技術(shù)是很有必要的。根據(jù)DSRC傳播的特點(diǎn)，如果自由流系統(tǒng)的信號發(fā)射功率太大，系統(tǒng)中各RSU之間就會(huì)產(chǎn)生干擾，還可能與其他公路的車輛進(jìn)行交易，產(chǎn)生誤標(biāo)。所以，可以從微波信號強(qiáng)度檢測的角度，采用0BU定位技術(shù)來徹底解決鄰道干擾問題。

　　3、DSRC信號碰撞問題

　　自由流狀態(tài)下，由于多個(gè)RSU必須并行與多個(gè)OBU進(jìn)行交易，這大大提高了DSRC信號出現(xiàn)碰撞的幾率，從而引起數(shù)據(jù)重傳，增大了交易的失敗率。通過采用同步控制技術(shù)，可以防止RSU下行信號碰撞，并通過通信協(xié)議對時(shí)間窗口的限定，降低RSU與OBU之間的信號碰撞。

　　4、行駛狀態(tài)多樣問題

　　在自由流的應(yīng)用中，由于車輛行駛狀態(tài)多樣，保證交易成功率是比較困難的。動(dòng)態(tài)跟蹤OBU運(yùn)動(dòng)軌跡，以交通斷面為單位，只要保證RSU之間能夠無縫地將信號接續(xù)下去，就可以從根本上解決這一問題。

　　5、OBU定位技術(shù)

　　在多車道自由流系統(tǒng)中，解決未交易車輛的識別問題是一個(gè)難題，系統(tǒng)需要精確定位交易車輛的位置，換言之就是RSU要能夠精確計(jì)算出OBU在車道中的位置。車輛定位的目的是確定車載電子標(biāo)簽在通訊區(qū)域中的物理位置，并與視頻抓拍系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)對違章車輛的稽查。但由于車輛的自由流行駛，通信區(qū)域會(huì)相互重疊，因此，車輛實(shí)際從哪條車道通過很難判斷。在交易過程中，可以通過檢測OBU發(fā)射微波信號的強(qiáng)度，并結(jié)合有效的定位算法來進(jìn)行OBU的精確定位。但這其中的一個(gè)重要問題不容忽視——解決未安裝OBU車輛的識別問題，這就需要精確定位交易車輛，配合車輛跟蹤系統(tǒng)，對通過車輛車牌等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的識別存儲(chǔ)，結(jié)合已識別車輛的信息，共同確定、識別出已通過的未安裝OBU的車輛，為后續(xù)執(zhí)法提供證據(jù)，降低對違章車輛稽查取證的難度和工作量。

　　除此之外，在技術(shù)上采用“雙片式電子標(biāo)簽”具有一定優(yōu)勢，也是未來發(fā)展的一個(gè)趨勢。由于“單片式電子標(biāo)簽”的扣費(fèi)方式是通過將前端交易信息上傳到后臺系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)計(jì)次收費(fèi)，而“雙片式”的費(fèi)用是記錄在CPU卡的電子錢包里，因此相對于“單片式”來說，“雙片式”可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)扣費(fèi);不僅如此，在MTC車道還可將CPU卡拔出進(jìn)行刷卡繳費(fèi)，可謂是一舉兩得。

　　目前，自由流收費(fèi)系統(tǒng)在技術(shù)的可行性上已基本不存在太大問題，唯一要解決的就是DSRC技術(shù)與現(xiàn)行國標(biāo)的統(tǒng)一問題。