□文/杜雅娟

RFID技術(shù)在高速公路ETC混合車道收費(fèi)系統(tǒng)中的應(yīng)用

□文/杜雅娟

本文分析高速公路ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)目前高速公路ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)采用專用車道的不足，闡述唐港高速公路利用RFID技術(shù)建設(shè)混合車道ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)的技術(shù)方案，解決了專用車道中的遮擋、車道邏輯控制、系統(tǒng)自動(dòng)切換等三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，具有創(chuàng)新性。

RFID；高速公路；ETC；混合車道

一、前言

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，簡(jiǎn)稱ETC）是國(guó)際上正在努力開發(fā)并推廣普及的一種用于公路、大橋和隧道的電子收費(fèi)系統(tǒng)。射頻識(shí)別技術(shù)（RFID，即 Radio Frequency Identificati on）利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別目的并交換數(shù)據(jù)。它和同期或早期的接觸式識(shí)別技術(shù)不同、RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識(shí)別。

目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)行的ETC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)200km/h車上的電子標(biāo)簽，它比較適合于自由流（無(wú)物理分隔的車道），或者在主線及所有匝道收費(fèi)站單獨(dú)開辟專用車道，但是這樣對(duì)本來(lái)交通量非常大經(jīng)常堵車的收費(fèi)站來(lái)說(shuō)又要減少現(xiàn)有收費(fèi)車道，交通將會(huì)更加擁擠，而且使用電子標(biāo)簽的車輛也十分有限，它并沒(méi)有分流太多的車輛，還會(huì)導(dǎo)致交通擁堵更加嚴(yán)重。因此，開發(fā)混合車道不停車收費(fèi)系統(tǒng)迫在眉睫，因?yàn)榛旌宪嚨啦煌＼囀召M(fèi)系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)電腦發(fā)卡收費(fèi)，又可實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)，該混合車道既可以根據(jù)交通流量需要時(shí)設(shè)成專用車道，又可以在電子卡車輛少時(shí)混合使用或者設(shè)成常規(guī)電腦發(fā)卡收費(fèi)車道。

二、設(shè)計(jì)思路

任何車輛進(jìn)入車道識(shí)讀和控制區(qū)后，車檢器能檢測(cè)到車輛到位；若是有電子標(biāo)簽的車輛，識(shí)讀天線則接收到電子標(biāo)簽發(fā)送的信號(hào)，天線將信號(hào)上傳給混合車道控制器，混合車道控制器經(jīng)解碼得到電子標(biāo)簽的ID；若是無(wú)電子標(biāo)簽車則沒(méi)有ID號(hào)，僅有一車輛到位信號(hào)。

電子標(biāo)簽的ID上傳到計(jì)算機(jī)，經(jīng)數(shù)據(jù)分析比對(duì)可知其是否為合法電子標(biāo)簽。不同屬性的電子標(biāo)簽向混合車道控制器返回不同的信息，非法電子標(biāo)簽車歸為無(wú)電子標(biāo)簽車類。

車輛到達(dá)信息及伴隨的特征信息進(jìn)入混合車道控制器的車流表并進(jìn)行排序，正確的車輛排序是系統(tǒng)正確控制的保障。當(dāng)一輛車離開欄桿機(jī)后，車流表實(shí)時(shí)更新。

當(dāng)車隊(duì)中的第一輛車為有電子標(biāo)簽車時(shí)，自動(dòng)抬桿，若是正在過(guò)車則車過(guò)后不落桿，等有電子標(biāo)簽車過(guò)后再自動(dòng)落桿。

合法的電子標(biāo)簽ID和收費(fèi)站編號(hào)向車輛前進(jìn)方對(duì)各站進(jìn)行廣播，以便該車出口處可以按車型、行車距離計(jì)費(fèi)。

由以上構(gòu)思可知，在混合車道不停車收費(fèi)系統(tǒng)中必須克服以下問(wèn)題：

1、遮擋問(wèn)題。我們將系統(tǒng)天線埋在車道路面下，以避免遮擋。識(shí)讀天線像一般公路上的環(huán)形線圈，長(zhǎng)2米，寬1米，埋在車道路面下2公分處。它對(duì)電子標(biāo)簽的識(shí)讀高度1米左右。小車電子標(biāo)簽安裝在前牌照后，大車安裝在車頭下面，當(dāng)車輛行進(jìn)時(shí)，必然經(jīng)過(guò)識(shí)讀線圈的識(shí)讀區(qū)而不會(huì)發(fā)生遮擋導(dǎo)致的漏讀。

2、車道邏輯控制。我們采用對(duì)進(jìn)入車道控制區(qū)的車輛進(jìn)行排序、跟蹤，對(duì)欄桿機(jī)進(jìn)行自適應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)如下的車道邏輯控制：帶電子標(biāo)簽車到達(dá)控制區(qū)，其前無(wú)車則自動(dòng)抬桿。車過(guò)欄桿后，若其后為帶電子標(biāo)簽車則不落桿，否則自動(dòng)落桿。

3、系統(tǒng)自動(dòng)切換。系統(tǒng)加電后，MTC和ETC均處于等待狀態(tài)。一有車輛進(jìn)入識(shí)讀和控制區(qū)，此車即進(jìn)入車流表，當(dāng)車流表的第一項(xiàng)為帶電子標(biāo)簽車時(shí)，切換程序自動(dòng)切換至ETC模塊，由ETC控制欄桿抬起，若是前面正在過(guò)車，則車過(guò)后不落桿，等帶電子標(biāo)簽車過(guò)后再自動(dòng)落桿。若車流表第一項(xiàng)為無(wú)電子標(biāo)簽車，切換程序自動(dòng)切換到MTC模塊，由MTC提供通行服務(wù)：入口發(fā)卡、抬桿、出口讀卡、計(jì)算、打印發(fā)票、抬桿等。

以上三個(gè)問(wèn)題是系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵，也是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)所在。

三、技術(shù)方案

針對(duì)上述情況，唐港高速公路管理處和北京佳柏立信科技有限公司共同研究，確定了關(guān)鍵技術(shù)解決方案后，經(jīng)試驗(yàn)成功開發(fā)了混合車道不停車收費(fèi)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱混合車道），并將其應(yīng)用到了唐港高速公路收費(fèi)站?；旌宪嚨朗且环N具有雙重功能的車道，它對(duì)帶電子標(biāo)簽車輛提供不停車收費(fèi)通行服務(wù)，對(duì)無(wú)電子標(biāo)簽車輛提供MTC通行服務(wù)。它還可作為專用ETC車道運(yùn)行。我們研發(fā)的混合車道既有MTC功能又具有ETC功能。車道ETC部分由下列軟、硬件構(gòu)成。

1、電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽具有一定的抗金屬對(duì)電磁波的干擾能力，平時(shí)處于休眠狀態(tài)。當(dāng)汽車經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)時(shí)，被識(shí)讀天線喚醒，發(fā)送其ID號(hào)。

2、識(shí)讀天線。識(shí)讀天線的工作頻率能穿透水泥和水，用喚醒電子標(biāo)簽，并接收電子標(biāo)簽發(fā)送的信息。識(shí)讀天線由銅線及線路板組成，大小為1米（寬）×2米（長(zhǎng)）。

3、混合車道控制器。接收天線發(fā)送的信息，經(jīng)解碼得到電子標(biāo)簽的ID，將ID上傳工控機(jī)。對(duì)進(jìn)入車道識(shí)讀和控制區(qū)內(nèi)的車輛進(jìn)行排序。

4、車道指示牌。車道指示牌位于車道內(nèi)收費(fèi)亭前，指明此為電子收費(fèi)車道，帶電子標(biāo)簽車可通行。

5、車輛牌照顯示牌。用于顯示當(dāng)前通行的帶電子標(biāo)簽車的牌照。

6、車檢器。車檢器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)車道內(nèi)車輛信息，并將信息發(fā)送給混合車道控制器。

7、顯示控制軟件。它安裝在監(jiān)控室內(nèi)的車道監(jiān)控計(jì)算機(jī)內(nèi)，用于監(jiān)控通行的有電子標(biāo)簽車牌照顯示，以利于稽查。

8、實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)廣播軟件。將入口識(shí)讀到的電子標(biāo)簽ID實(shí)時(shí)向各收費(fèi)站廣播，在出口處識(shí)讀到ID，根據(jù)此ID進(jìn)行查詢可得知該車是從哪個(gè)站來(lái)的，為計(jì)費(fèi)提供了依據(jù)。

9、亭內(nèi)顯示屏。亭內(nèi)顯示屏用于顯示進(jìn)入車道控制區(qū)有電子標(biāo)簽車的牌照。

10、工控機(jī)。它接收混合車道控制器上傳的電子標(biāo)簽的ID，并根據(jù)此ID進(jìn)行查詢，確認(rèn)是否合法ID并將結(jié)果返回混合車道控制器，以便對(duì)欄桿機(jī)進(jìn)行正確的控制。

四、系統(tǒng)特點(diǎn)

1、系統(tǒng)由于識(shí)讀天線特殊徹底解決了遮擋問(wèn)題。

2、本不停車收費(fèi)系統(tǒng)有很大的適應(yīng)性，可與任何MTC系統(tǒng)集成，使MTC車道成為混合不停車收費(fèi)車道。

3、當(dāng)收費(fèi)站的通行車輛較少時(shí)就可只開一上行，一下行混合車道，而不必像專用ETC車道那樣，任何時(shí)候都必須開放二上行，二下行。其中一上行，一下行為MTC車道；一上行，一下行為ETC車道。

4、系統(tǒng)采用了多種探測(cè)技術(shù)，誤差自動(dòng)實(shí)時(shí)修正技術(shù)，使系統(tǒng)具有極高的可靠性，系統(tǒng)正確性達(dá)99.9%以上。

5、系統(tǒng)具有極高的性價(jià)比，功能完備，價(jià)格不到其他ETC系統(tǒng)的50%。

五、結(jié)論

該系統(tǒng)解決了全天候識(shí)讀、遮擋、排序、自動(dòng)切換等關(guān)鍵問(wèn)題，具有科技創(chuàng)新性，該系統(tǒng)經(jīng)科技成果鑒定和申報(bào)已榮獲河北省交通廳科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，該技術(shù)填補(bǔ)了我國(guó)交通行業(yè)中ETC混合車道收費(fèi)控制領(lǐng)域的一項(xiàng)空白，大大減少了ETC系統(tǒng)建設(shè)中土地等資源的投入，有著極廣闊的推廣價(jià)值。

[1]段仁里.ITS機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J].中國(guó)智能交通，2003.12.

[2]劉林森.全球發(fā)展智能交通勢(shì)不可擋[J].中國(guó)智能交通，2003.9.

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（作者單位：唐山市唐港高速公路管理處）