馬濤 鄭鑫

摘 要：隨著城市車輛逐年增多，電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）的應(yīng)用日益廣泛，大規(guī)模建設(shè)ETC同向多車道的需求越來越迫切，而多車道應(yīng)用帶來的鄰道干擾問題則成為亟待解決的問題。文中提出一種新穎的防鄰道干擾方案，對(duì)現(xiàn)有商用標(biāo)簽不做任何改動(dòng)，做到向前兼容。該系統(tǒng)改變了原有防鄰道干擾的傳統(tǒng)觀念，根據(jù)“多對(duì)一”的思路，判斷出OBU所處車道，使所有RSU都可與之交易，系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)，交易穩(wěn)定，可有效提高收費(fèi)系統(tǒng)的工作效率。

關(guān)鍵詞：電子不停車收費(fèi);鄰道干擾;向前兼容;集中控制

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）02-00-02

0 引 言

在ETC車道系統(tǒng)中，正常情況下，RSU與本車道上的OBU通信，完成交易并抬桿。相鄰兩個(gè)ETC車道間的OBU與RSU相互影響，OBU收到非本車道RSU的數(shù)據(jù)干擾時(shí)會(huì)導(dǎo)致交易失敗，此現(xiàn)象稱為鄰道干擾現(xiàn)象[1-2]。

產(chǎn)生鄰道干擾是雙向的：一方面，OBU在與本車道天線建立鏈接前收到鄰道天線的廣播命令，從而與鄰道天線建立鏈接，隨著車輛行進(jìn)，與主天線再次建立鏈接，兩個(gè)鏈接的專用命令會(huì)對(duì)OBU造成干擾，以致交易失敗;另一方面，鄰道天線收到了OBU給其主道天線的回復(fù)，誤判為給自己的回復(fù)，從而主動(dòng)與OBU建立專向鏈路，導(dǎo)致交易失敗。RSU的信號(hào)輻射超出本車道范圍或OBU信號(hào)超出本車道范圍是干擾產(chǎn)生的根本原因。

鄰道干擾的來源是多方面的。例如，工程安裝中，天線安裝位置、天線下傾角度不符合實(shí)際情況;車道設(shè)計(jì)中，車道周圍有大的反射物;天線發(fā)射功率設(shè)置不合適;OBU接收靈敏度不一致;OBU發(fā)射功率不一致等。以上情況都可能造成鄰道干擾。由于實(shí)際車道的情況千差萬別，要完全解決工程上的問題很困難。產(chǎn)品一致性問題就是目前大多數(shù)ETC廠家無法完全解決的難題。

現(xiàn)有的防鄰道干擾方法大多希望約束RSU與OBU間的交易范圍。此方法的實(shí)現(xiàn)較為困難，不僅對(duì)于RSU的天線設(shè)計(jì)會(huì)有較大難度，成本也會(huì)有較大增加，同時(shí)軟件算法也要考慮很多因素。

本文提出一種新穎的防鄰道干擾方案，旨在改變現(xiàn)有方案思路，改進(jìn)其不足之處。

1 技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本文創(chuàng)造性地提出一種新型的防鄰道干擾系統(tǒng)[3-4]，系統(tǒng)主要包含以下部分：

（1）ETC天線模塊RSU。負(fù)責(zé)與OBU建立專用鏈接、完成ETC交易流程，受控于集中控制器。

（2）ETC標(biāo)簽?zāi)KOBU。用于存儲(chǔ)車輛信息與電子錢包信息，響應(yīng)RSU命令，完成ETC扣款交易。

（3）地感線圈。車道埋設(shè)的地感線圈負(fù)責(zé)向車道控制器上報(bào)本車道是否有車輛，地感線圈分為入車線圈、車牌抓拍線圈以及出車線圈。入車線圈負(fù)責(zé)上報(bào)車輛進(jìn)入本車道交易區(qū)域信息;車牌抓拍線圈負(fù)責(zé)觸發(fā)車牌抓拍相機(jī)工作;出車線圈負(fù)責(zé)上報(bào)車輛駛離本車道交易區(qū)域信息。在實(shí)際應(yīng)用中，入車線圈可以與車牌抓拍線圈共用。

（4）車牌識(shí)別。目前常規(guī)的高速公路收費(fèi)站車道均配有車牌識(shí)別系統(tǒng)，負(fù)責(zé)提取車輛的牌照信息，該系統(tǒng)主要起輔助作用，配備與否均可。

（5）車道控制器。與車道輔助設(shè)備（費(fèi)率器、頂棚燈、道桿、牌照抓拍相機(jī)等）、RSU集中控制器、地感線圈等相連，控制相應(yīng)設(shè)備。

（6）RSU集中控制器。與車道控制器相連，上報(bào)交易信息;與各車道RSU相連，控制交易流程;根據(jù)各車道上報(bào)的信息集中判斷來車位置，統(tǒng)一調(diào)度交易流程。該集中控制器具有強(qiáng)大的處理能力，可部署在多車道的某個(gè)收費(fèi)崗?fù)せ蚴召M(fèi)站區(qū)。由于多個(gè)車道只需部署一臺(tái)集中控制器，因此大大降低了部署難度與成本。

具體車道部署時(shí)，同一收費(fèi)站的入口或出口的所有ETC車道RSU均設(shè)為同一信道、同一RSUID。系統(tǒng)部署見圖1。

系統(tǒng)工作時(shí)主要包含以下步驟：

（1）車輛進(jìn)入車道，觸發(fā)入車地感線圈，入車信號(hào)上報(bào)至車道控制器;

（2）車道控制器將入車信息通知RSU集中控制器;

（3）RSU集中控制器控制所有車道RSU，并發(fā)送BST數(shù)據(jù)幀;

（4）車輛上的OBU收到BST后回復(fù)VST數(shù)據(jù)幀，各車道RSU收到VST數(shù)據(jù)幀的同時(shí)可測量OBU回復(fù)信息的射頻接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI;

（5）各車道RSU將收到的VST信息中的車牌信息以及RSSI信息上報(bào)至RSU集中控制器;

（6）RSU集中控制器將車牌信息上報(bào)至車道控制器，并利用各車道RSU上報(bào)的RSSI信息，使用最佳估計(jì)法或概率統(tǒng)計(jì)法判斷出車輛所處車道，然后將判斷信息上報(bào)車道控制器;

（7）車道控制器將RSU控制器上報(bào)的車牌信息、車道判斷信息和地感線圈判斷的車道信息、車牌識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出的車牌進(jìn)行比對(duì)，最終確認(rèn)車輛所處車道;

（8）RSU集中控制器控制各車道RSU與車輛上的OBU完成后續(xù)交易流程，該過程各車道RSU同時(shí)向同一個(gè)OBU發(fā)送信息，保證OBU的接收效果;

（9）RSU集中控制器將完成交易的OBUID上報(bào)至車道控制器;

（10）車道控制器控制對(duì)應(yīng)車道的車道欄桿打開;

（11）車輛駛離車道，出車線圈上報(bào)駛離信息至車道控制器。

系統(tǒng)工作步驟簡圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)工作流程

本文系統(tǒng)首先要求同一ETC站點(diǎn)的RSU統(tǒng)一規(guī)劃天線號(hào)，天線號(hào)與車道號(hào)一致，每個(gè)RSU都將自己的天線號(hào)作為其在本站點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)，并且同一站點(diǎn)（出口或者入口）的RSU均使用相同信道[5]（信道0或信道1）。當(dāng)入車地感線圈沒有被觸發(fā)時(shí)（即沒有車輛在交易隊(duì)列中），RSU均處于靜默狀態(tài)，不發(fā)送任何信號(hào)。

當(dāng)載有OBU的車輛駛?cè)胝军c(diǎn)任意一個(gè)ETC車道時(shí)，首先觸發(fā)入車地感線圈，同時(shí)車牌抓拍照相機(jī)拍攝車牌并識(shí)別，車道控制器控制RSU集中控制器使得所有RSU同步（也可采用時(shí)隙制度分步發(fā)送）發(fā)送喚醒BST信號(hào)，OBU接收后回復(fù)VST信號(hào)，其中包含車輛的車牌信息等。各車道RSU接收到VST的同時(shí)可測量OBU回復(fù)信號(hào)的強(qiáng)度（即RSSI），各RSU將接收到的RSSI上報(bào)至RSU集中控制器，該控制器使用最佳估計(jì)法或概率統(tǒng)計(jì)法判斷出車輛所處車道，與地感和車牌識(shí)別上報(bào)的信息進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)車輛所處車道。之后的交易流程均由RSU集中控制器對(duì)各RSU進(jìn)行控制完成，當(dāng)交易流程完成后，RSU集中控制器將交易完成的確認(rèn)信息以及該車輛的車道信息上報(bào)至車道控制器，車道控制器控制車道設(shè)備進(jìn)行顯示、抬桿等操作，允許過車。

如果有多輛車在各車道進(jìn)行交易，原理相同，各車道RSU發(fā)送的信息均由RSU集中控制器進(jìn)行管理。

3 結(jié) 語

本文相對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：

（1）使用集中控制，節(jié)約車道配置，降低了成本及施工難度;

（2）當(dāng)沒有車輛在交易范圍內(nèi)時(shí)，RSU關(guān)閉，從而節(jié)約能源，降低輻射，綠色環(huán)保;

（3）改變了之前防鄰道干擾的傳統(tǒng)觀念，傳統(tǒng)方法主要是控制交易范圍，不讓本車道的RSU信號(hào)打擾其他車道，這無疑加大了天線的設(shè)計(jì)難度，提升了設(shè)計(jì)成本，而本文方案提出“多對(duì)一”的建議，判斷出OBU所處車道后，使所有RSU都可與之交易，不僅信號(hào)強(qiáng)，交易穩(wěn)定，還極大地提升了系統(tǒng)效率。

本文方法論述的設(shè)備和方案已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)，目前已完成系統(tǒng)模擬商用。經(jīng)過實(shí)踐證明，該系統(tǒng)完全滿足設(shè)計(jì)要求，合理、實(shí)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]金濤，張海峰，李沁南，等.高速公路ETC車道單雙天線布局的分析與比較[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（17）：150-153.

[2]馬濤，鄭鑫.新型ETC數(shù)據(jù)偵聽和故障定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電訊技術(shù)，2017，57（4）：412-417.

[3]嚴(yán)林祥，張紅雨.基于nRF24L01的防拆卸有源電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2013，39（8）：44-46.

[4]鄭鑫，馬濤.新型電子標(biāo)簽防拆卸機(jī)制[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（3）：26-27.

[5]邊吉榮，曾建華.基于RFID的車輛不停車稽查系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].寧夏工程技術(shù)，2010， 9（4）：340-342.

[6]張曉峰.張石高速（冀蒙界）不停車超限檢測系統(tǒng)方案探討[J].中國交通信息化，2018（2）：139-141.

[7]朱皖輝.“電子車牌+移動(dòng)支付”在高速公路收費(fèi)中的應(yīng)用[J].交通世界，2017（26）：10-11.

[8]李奇峰.基于互聯(lián)網(wǎng)的ETC電子標(biāo)簽自助安裝系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與信息工程，2017（5）：44-48.