RFID技术在高速公路ETC混合车道收费系统中的应用

来源:用户上传      作者: 杜雅娟

　　提要本文分析高速公路ETC不停车收费系统的发展现状，针对目前高速公路ETC不停车收费系统采用专用车道的不足，阐述唐港高速公路利用RFID技术建设混合车道ETC不停车收费系统的技术方案，解决了专用车道中的遮挡、车道逻辑控制、系统自动切换等三个关键问题，具有创新性。
　　关键词：RFID；高速公路；ETC；混合车道
　　中图分类号：F540.3文献标识码：A
　　
　　一、前言
　　电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC）是国际上正在努力开发并推广普及的一种用于公路、大桥和隧道的电子收费系统。射频识别技术（RFID，即Radio Frequency Identificati on）利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。它和同期或早期的接触式识别技术不同、RFID系统的射频卡和读写器之间不用接触就可完成识别。
　　目前，国内运行的ETC系统主要是基于通信频率为5.8G的RFID设备，可以读取车速达200km/h车上的电子标签，它比较适合于自由流（无物理分隔的车道），或者在主线及所有匝道收费站单独开辟专用车道，但是这样对本来交通量非常大经常堵车的收费站来说又要减少现有收费车道，交通将会更加拥挤，而且使用电子标签的车辆也十分有限，它并没有分流太多的车辆，还会导致交通拥堵更加严重。因此，开发混合车道不停车收费系统迫在眉睫，因为混合车道不停车收费系统既可以实现常规电脑发卡收费，又可实现不停车收费，该混合车道既可以根据交通流量需要时设成专用车道，又可以在电子卡车辆少时混合使用或者设成常规电脑发卡收费车道。
　　二、设计思路
　　任何车辆进入车道识读和控制区后，车检器能检测到车辆到位；若是有电子标签的车辆，识读天线则接收到电子标签发送的信号，天线将信号上传给混合车道控制器，混合车道控制器经解码得到电子标签的ID；若是无电子标签车则没有ID号，仅有一车辆到位信号。
　　电子标签的ID上传到计算机，经数据分析比对可知其是否为合法电子标签。不同属性的电子标签向混合车道控制器返回不同的信息，非法电子标签车归为无电子标签车类。
　　车辆到达信息及伴随的特征信息进入混合车道控制器的车流表并进行排序，正确的车辆排序是系统正确控制的保障。当一辆车离开栏杆机后，车流表实时更新。
　　当车队中的第一辆车为有电子标签车时，自动抬杆，若是正在过车则车过后不落杆，等有电子标签车过后再自动落杆。
　　合法的电子标签ID和收费站编号向车辆前进方对各站进行广播，以便该车出口处可以按车型、行车距离计费。
　　由以上构思可知，在混合车道不停车收费系统中必须克服以下问题：
　　1、遮挡问题。我们将系统天线埋在车道路面下，以避免遮挡。识读天线像一般公路上的环形线圈，长2米，宽1米，埋在车道路面下2公分处。它对电子标签的识读高度1米左右。小车电子标签安装在前牌照后，大车安装在车头下面，当车辆行进时，必然经过识读线圈的识读区而不会发生遮挡导致的漏读。
　　2、车道逻辑控制。我们采用对进入车道控制区的车辆进行排序、跟踪，对栏杆机进行自适应控制，实现如下的车道逻辑控制：带电子标签车到达控制区，其前无车则自动抬杆。车过栏杆后，若其后为带电子标签车则不落杆，否则自动落杆。
　　3、系统自动切换。系统加电后，MTC和ETC均处于等待状态。一有车辆进入识读和控制区，此车即进入车流表，当车流表的第一项为带电子标签车时，切换程序自动切换至ETC模块，由ETC控制栏杆抬起，若是前面正在过车，则车过后不落杆，等带电子标签车过后再自动落杆。若车流表第一项为无电子标签车，切换程序自动切换到MTC模块，由MTC提供通行服务：入口发卡、抬杆、出口读卡、计算、打印发票、抬杆等。
　　以上三个问题是系统研发的关键，也是系统的关键技术所在。
　　三、技术方案
　　针对上述情况，唐港高速公路管理处和北京佳柏立信科技有限公司共同研究，确定了关键技术解决方案后，经试验成功开发了混合车道不停车收费系统（以下简称混合车道），并将其应用到了唐港高速公路收费站。混合车道是一种具有双重功能的车道，它对带电子标签车辆提供不停车收费通行服务，对无电子标签车辆提供MTC通行服务。它还可作为专用ETC车道运行。我们研发的混合车道既有MTC功能又具有ETC功能。车道ETC部分由下列软、硬件构成。
　　1、电子标签。电子标签具有一定的抗金属对电磁波的干扰能力，平时处于休眠状态。当汽车经过检测区时，被识读天线唤醒，发送其ID号。
　　2、识读天线。识读天线的工作频率能穿透水泥和水，用唤醒电子标签，并接收电子标签发送的信息。识读天线由铜线及线路板组成，大小为1米（宽）×2米（长）。
　　3、混合车道控制器。接收天线发送的信息，经解码得到电子标签的ID，将ID上传工控机。对进入车道识读和控制区内的车辆进行排序。
　　4、车道指示牌。车道指示牌位于车道内收费亭前，指明此为电子收费车道，带电子标签车可通行。
　　5、车辆牌照显示牌。用于显示当前通行的带电子标签车的牌照。
　　6、车检器。车检器用于实时检测车道内车辆信息，并将信息发送给混合车道控制器。
　　7、显示控制软件。它安装在监控室内的车道监控计算机内，用于监控通行的有电子标签车牌照显示，以利于稽查。
　　8、实时联网广播软件。将入口识读到的电子标签ID实时向各收费站广播，在出口处识读到ID，根据此ID进行查询可得知该车是从哪个站来的，为计费提供了依据。
　　9、亭内显示屏。亭内显示屏用于显示进入车道控制区有电子标签车的牌照。
　　10、工控机。它接收混合车道控制器上传的电子标签的ID，并根据此ID进行查询，确认是否合法ID并将结果返回混合车道控制器，以便对栏杆机进行正确的控制。
　　四、系统特点
　　1、系统由于识读天线特殊彻底解决了遮挡问题。
　　2、本不停车收费系统有很大的适应性，可与任何MTC系统集成，使MTC车道成为混合不停车收费车道。
　　3、当收费站的通行车辆较少时就可只开一上行，一下行混合车道，而不必像专用ETC车道那样，任何时候都必须开放二上行，二下行。其中一上行，一下行为MTC车道；一上行，一下行为ETC车道。
　　4、系统采用了多种探测技术，误差自动实时修正技术，使系统具有极高的可靠性，系统正确性达99.9%以上。
　　5、系统具有极高的性价比，功能完备，价格不到其他ETC系统的50%。
　　五、结论
　　该系统解决了全天候识读、遮挡、排序、自动切换等关键问题，具有科技创新性，该系统经科技成果鉴定和申报已荣获河北省交通厅科技进步二等奖，该技术填补了我国交通行业中ETC混合车道收费控制领域的一项空白，大大减少了ETC系统建设中土地等资源的投入，有着极广阔的推广价值。
　　（作者单位：唐山市唐港高速公路管理处）
　　
　　主要参考文献：
　　[1]段仁里.ITS机遇与挑战[J].中国智能交通，2003.12.
　　[2]刘林森.全球发展智能交通势不可挡[J].中国智能交通，2003.9.

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