曾建英

摘 要：截止至2018年3月底我國ETC聯(lián)網(wǎng)歷程超過13萬km，全國ETC用戶達6400萬。隨著我國高速公路路網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，聯(lián)網(wǎng)收費區(qū)域內(nèi)的環(huán)狀路網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復雜，目前的433MHz級GSM移動通信技術(shù)的多義路徑識別系統(tǒng)成功識別率不高，未能達到交通運輸部要求的“單點系統(tǒng)標識成功率不小于99.5%”。而基于5.8GHz的國標DERC技術(shù)已經(jīng)非常成熟，多義路徑識別系統(tǒng)采用基于5.8GHzDSRC技術(shù)實現(xiàn)ETC和MTC車輛標識，能夠?qū)崿F(xiàn)高速公路車輛通行費征收、拆分模式由現(xiàn)在的“最短路徑收費、交通概率拆分”逐步過渡到“實際路徑收費、精確拆分”。解決各高速公路運營管理單位之間的通行費拆分矛盾，進一步提升聯(lián)網(wǎng)收費的科學性和拆分的準確性。本文以介紹四川省繞城高速5.8GHz多義性路徑標識站設計為例，介紹了標識站的設計思路、設計流程以及在設計中應注意的問題。

關(guān)鍵詞：高速公路 5.8GHz多義性路徑標識 設計

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（b）-0001-04

1 工程概括

成都繞城高速公路，編號為G4201，全長85km，雙向六車道，是成都"環(huán)狀+放射形"公路網(wǎng)的重要組成部分，與成都各條高速、主要干道都有互通立交相通，建成于2001年12月16日，投資43億元。繞城高速將于2018年11月底前完成5.8GHz標識站建設工作。

原繞城高速433MHz標識站情況如表1所示。

2 設計范圍

本次設計范圍主要包括以下幾點。

（1）各外場設置的5.8GHz標識站設備的設計。

（2）各對應點位卡口設備的設計。

（3）相應的門架、設備機箱、供電電纜，光纜等配套設備的設計。

3 外業(yè)階段

考慮到四川已建設有基于433MHz標識站作為多路徑識別系統(tǒng)，實現(xiàn)了精確路徑計算和清分。本次5.8GHz路徑標識系統(tǒng)建設，從本質(zhì)上不會改變現(xiàn)有的精確路徑標識點的布設原則和費率計算規(guī)則，新建的5.8GHz路徑標識站應覆蓋現(xiàn)有433MHz標識站。為保證標識的準確率，提高路徑識別的精度，保證三角形、四邊形及以上的基本環(huán)路各邊均需設置1處標識點，原則上，高速公路網(wǎng)兩個樞紐之間應建設一套5.8GHz標識站。具體的布設原則如下。

（1）標識站正向離收費站、樞紐立交、可掉頭服務區(qū)、其他標識站等的間距，原則上≥1km，條件受限時≥0.5km。

（2）同一標識點上下行門架應分址建設，兩個門架間隔原則上≥200m，條件受限時≥100m，且不可跨越收費站、樞紐立交、可掉頭服務區(qū)和路段邊界等。兩門架應按照車輛正向行駛背靠背建設（見圖1），即先通過同向標識點，再經(jīng)過逆向標識點。

（3）標識站設置位置半徑500m區(qū)域內(nèi)，應避免同頻干擾（射頻輻射強度應≤-65dbm）。

（4）標識站門架應避免遮擋現(xiàn)有高速公路標志牌，原則上標識站設置在標志牌后方，至少距離標志牌100m以上。

（5）標識站必須設置在直線段區(qū)域，且周邊空曠，無遮擋。

（6）標識站門架應設置在路基段，避免設置在橋梁、深挖路段以及隧道內(nèi)。

（7）標識站建議設置在4G網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)。

（8）在滿足以上要求的情況下，盡可能利用已有外場設施的安裝、供電和通信條件，優(yōu)先選用門架情報板等，盡量利用其他外場設備取電。

依據(jù)以上選址原則并結(jié)合現(xiàn)有標識站設置情況，結(jié)合道路情況，確定點位情況如表2所示。

4 內(nèi)業(yè)階段

4.1 總體框架

多義性路徑識別系統(tǒng)是收費公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，主要由省聯(lián)網(wǎng)收費結(jié)算中心系統(tǒng)、路段收費分中心系統(tǒng)、收費站系統(tǒng)、標識站系統(tǒng)、CPC卡、收費車道系統(tǒng)、ETC車載設備（包括OBU和非現(xiàn)金支付卡）等構(gòu)成。裝有OBU的ETC車輛從ETC車道正常通行進入路網(wǎng)，MTC車道通行領取CPC卡進入路網(wǎng)；ETC車輛和MTC車輛在通過路網(wǎng)內(nèi)布設的5.8GHz標識站時，標識RSU利用5.8GHz DSRC技術(shù)將路徑信息寫入ETC車載設備（包括OBU和非現(xiàn)金支付卡）或CPC卡內(nèi)；在收費站出口，ETC車輛可從ETC車道不停車自動繳費駛離，也可從MTC車道刷卡繳費駛離，MTC車輛則通行MTC車道交回CPC卡，支付現(xiàn)金駛離；持有非現(xiàn)金支付卡的車輛可刷卡支付駛離。

標識站系統(tǒng)應與收費系統(tǒng)時鐘保持同步。省中心系統(tǒng)向標識站系統(tǒng)逐級下發(fā)路徑標識編碼等系統(tǒng)參數(shù)，并向收費車道系統(tǒng)逐級下發(fā)路徑費率等運營參數(shù)；標識站系統(tǒng)向省中心系統(tǒng)實時逐級上傳標識流水記錄和設備狀態(tài)信息。

4.2 系統(tǒng)構(gòu)成

路徑標識系統(tǒng)建設遵循保持四川省聯(lián)網(wǎng)收費運行總體框架不變的原則，其通行方式、操作流程等基本與目前保持一致，重點針對標識數(shù)據(jù)的生成結(jié)構(gòu)和處理方式等進行改造建設，嵌入現(xiàn)有聯(lián)網(wǎng)收費平臺，實現(xiàn)車輛按實際路徑收費。

5.8GHz標識站主要由路徑標識系統(tǒng)（含標識RSU、工控機、天線控制器等）、卡口抓拍系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及門架、設備機柜等附屬設施構(gòu)成（見圖2）。

4.2.1 5.8GHz路徑標識系統(tǒng)

5.8GHz路徑標識系統(tǒng)采用5.8GHz專用短程通信技術(shù)，通過路徑標識站，使在路網(wǎng)內(nèi)運行的車輛的OBU及CPC卡能自動記載其行駛路徑標識信息，依托路網(wǎng)現(xiàn)有ETC以及MTC系統(tǒng)基礎，獲取車輛實際行駛路徑，完成收費和拆分。

路徑標識系統(tǒng)主要由RSU、工控機、數(shù)據(jù)傳輸設備、防雷設施、電源設備等組成。RSU設置于高速公路主線的標識門架上（標識天線各車道（含應急車道）設置1套，天線控制器每個門架對應一套，均需滿足國家相關(guān)規(guī)范要求并通過廳監(jiān)控結(jié)算中心測試），向ETC車載設備（OBU和非現(xiàn)金支付卡）或CPC復合通行卡寫入路徑標識信息，實現(xiàn)路徑標識功能。標識單元與OBU、CPC復合通行卡采用5.8G Hz通信頻率，攜帶OBU（車載單元）或CPC卡的車輛在經(jīng)過標識單元射頻信號覆蓋區(qū)域時，標識單元會將路徑標識信息寫入OBU（車載單元）、非現(xiàn)金支付卡或CPC卡中，用于出口收費路徑計算。

工控機配備串口、網(wǎng)口和無線通訊等多種通訊接口，與天線控制器的通訊，用于路側(cè)標志站點設備的集中通信管理；具有顯示和輸入面板，可實現(xiàn)站點設備工作狀態(tài)的本地及遠程監(jiān)視、本地數(shù)據(jù)的存儲及上報，支持外接設備的工作狀態(tài)監(jiān)視及設備信息、工作狀態(tài)、異常信息的遠程上報。

4.2.2 高清卡口抓拍系統(tǒng)

高清卡口抓拍系統(tǒng)主要由高清卡口抓拍攝像機、嵌入式工業(yè)控制主機、LED補光燈、數(shù)據(jù)傳輸設備、防雷設施、電源設備等組成。

高清卡口攝像機具有高清視頻監(jiān)控和卡口功能，與標識單元同斷面設置，能對高速公路主線全斷面進行檢測；采用雙網(wǎng)口一體化設備（不得小于700萬像素，單個覆蓋車道數(shù)不得小于3個車道，需滿足國家相關(guān)規(guī)范要求并通過廳監(jiān)控結(jié)算中心測試），卡口抓拍圖片通過網(wǎng)絡上傳至分中心圖片服務器、監(jiān)控視頻流通過前端設備接入路段視頻傳輸系統(tǒng)上傳各級監(jiān)控管理機構(gòu)；為了達到更好地識別效果，每車道還配備必要的補光設備，原則上每車道設置一套。

該系統(tǒng)能夠以獨立作業(yè)的方式工作，在通信網(wǎng)絡出現(xiàn)異常時可脫機離線操作，此時所有作業(yè)數(shù)據(jù)及記錄均可存儲在本地，待網(wǎng)絡恢復后自動將本地滯留數(shù)據(jù)上傳至路段收費分中心，本地存儲通行車輛記錄數(shù)不小于30萬輛。

4.2.3 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)主要包括標識點設備狀態(tài)信息監(jiān)控、視頻圖像監(jiān)控和遠程控制等。

（1）設備狀態(tài)信息監(jiān)控。

設備狀態(tài)信息監(jiān)控應實時逐級上傳到路段收費分中心和聯(lián)網(wǎng)收費結(jié)算中心。

聯(lián)網(wǎng)收費結(jié)算中心可監(jiān)控全路網(wǎng)所有標識點的運行狀態(tài)、包括開關(guān)狀態(tài)、功率發(fā)射等級、工作狀態(tài)、電源狀態(tài)、PSAM卡狀態(tài)等。

路段收費分中心可監(jiān)視本路段標識點的供電情況、電源狀態(tài)、設備工作狀態(tài)等。

（2）視頻圖像監(jiān)控。

路徑標識點的卡口設備具有視頻監(jiān)控功能，視頻圖像通過交換機上傳至就近節(jié)點后利用應急二期提供的通道上傳至路段收費分中心和聯(lián)網(wǎng)收費結(jié)算中心。

聯(lián)網(wǎng)收費結(jié)算中心可監(jiān)控全路網(wǎng)標識站的實時狀況。

路段收費分中心可監(jiān)控本路段標識站的實時狀況。

（3）遠程控制。

聯(lián)網(wǎng)收費結(jié)算中心、路段收費分中心可根據(jù)不同的權(quán)限遠程控制標識站射頻輸出、設置發(fā)射功率和路徑信息、查詢工作狀態(tài)/參數(shù)。

（4）供電系統(tǒng)。

標識站需要24h不間斷運行，為保證外電斷電情況下仍能不間斷供電，在標識站需從就近收費站或服務區(qū)柴油發(fā)電機所接低壓配電回路上引電。

標識點設備功耗估計：天線控制器≤30W；單臺天線≤20W；閃光燈≤50W；嵌入式無風扇工控機≤60W；高清卡口攝像機≤80W；高清卡口主機≤100W；工業(yè)以太網(wǎng)交換機≤20W；按此負荷估算：雙向四車道一個標識點負荷約1.04kW，雙向六車道一個標識點負荷約1.54kW，雙向八車道一個標識點負荷約1.68kW。

同時，為未來新增設備考慮部分余量，在現(xiàn)場配置專門的UPS（約6kVA/一個點，電源監(jiān)控數(shù)據(jù)能接入項目分中心電力監(jiān)控平臺），電池容量應能在斷電的情況下，能連續(xù)為設備（設備負荷按為4.5kW考慮）供電不小于4h，確保系統(tǒng)正常運行。

（5）輔助設備。

標識站輔助設備包括：門架、戶外機柜、防雷裝置等。

①標識站門架。

標識站門架采用半幅交錯安裝，龍門架的橫梁底部距地面凈高約6m，門架頂面應設有檢修道面（寬1m左右）和防護欄桿，門架側(cè)面應安裝檢修爬梯并設置保護圈，保障維護人員安全，維修平臺除應能承受設備自身荷載外，還應能夠承受3～4名維修人員活動荷載。

②戶外機柜。

在路側(cè)設置戶外機柜，用于放置標識天線控制器、工控機、光纖收發(fā)器、交換機等設備。柜體采用1.5mm及以上優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料制成，柜體能滿足防腐、防潮、防塵的要求，防護等級不低于IP65；應有相應措施使機箱內(nèi)部始終維持在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，同時具有防雷、抗浪涌沖擊裝置；機柜底部要有出線孔與外部電纜連接，內(nèi)部應安裝19英寸標準軌道，結(jié)構(gòu)布置應合理，便于維護；機柜門需要安裝防塵橡膠條并有門禁裝置，加裝三角鎖。

③供電布線。

標識站設備應確保24h不斷電，并對供電情況進行實時監(jiān)測；一般情況下，設備工作環(huán)境溫度應滿足：-20℃～+70℃，極寒地區(qū)設備應有寬溫要求；天線到戶外機柜線纜敷設應考慮管道或線槽防護，布線應符合現(xiàn)行國家標準《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。外場光纜和電纜的敷設路由根據(jù)標識站平面布置圖中所示路由進行，若該路由與現(xiàn)場情況有差異，可根據(jù)實際情況適當調(diào)整。

④防雷接地。

應做好標識站門架和設備的保護接地及防雷接地設計，外場設備保護接地電阻應≤4Ω，防雷接地電阻≤10Ω；如做聯(lián)合接地，接地電阻應≤1Ω。防雷引下線采用Φ10以上圓鋼（或類似材料），并與基礎內(nèi)預留的接地引線端子采用焊接方式連接，在圓鋼外加保護套。

接地極采用一字形排列，材料選用角鋼，接地極與引下線焊接，每個接地極之間相距應≥5m，埋深應≥800mm。接地極的數(shù)量根據(jù)測得的接地電阻確定，不滿足要求時，可增加接地極的數(shù)量或適量添加降阻劑。

避雷針采用Φ25包銅圓鋼。安裝時，其高度應能使整個設備在保護范圍內(nèi)，頂部成針狀，與立柱絕緣，接地引下線外套PVC套管，與桿體固定。接地引下線與接地極焊接，焊接時，在焊接處涂防腐劑，焊點應飽滿、牢固，不應有夾渣、吸肉、氣孔及未焊透現(xiàn)象。

5 系統(tǒng)總體性能要求

標識點系統(tǒng)應滿足以下指標要求。

標識成功率：在車速為0～160km/h的條件下，單點標識成功率不小于99.5%。

系統(tǒng)可靠性：在網(wǎng)絡故障時有完整備用方案保證數(shù)據(jù)不被破壞，保證數(shù)據(jù)能夠及時逐級上傳至廳結(jié)算中心系統(tǒng)，同時保證數(shù)據(jù)的完整性、一致性、真實性、不可抵賴性和安全性不受破壞。

數(shù)據(jù)存儲容量：至少可保存30萬輛車次過車記錄。

MTBF：不低于10000h。

標識天線RSU、高清卡口抓拍單元、工控機、UPS電源、天線控制器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、設備機柜、三相電源避雷器（三相BC復合型電源浪涌保護器）、單相單元避雷器（單相BC復合型電源浪涌保護器）設備具體技術(shù)指標均需滿足國家相關(guān)規(guī)范要求并通過廳監(jiān)控結(jié)算中心測試。

6 結(jié)語

綜上所述，在標識站設計中，首先應在外業(yè)調(diào)查中做出詳細的記錄，包括標識站的設置位置具體樁號，對供電情況，數(shù)據(jù)傳輸情況，以及軟件設計界面等調(diào)查清楚才能更加經(jīng)濟合理、高效。同時，本項目工程范圍均為省內(nèi)已通車的干線高速公路，前端點位、供配電線纜、傳輸管道、光纜敷設時均可能對道路正常通行產(chǎn)生干擾。施工期間合理的交通組織、施工組織方案是本項目工程順利實施的基本條件。

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