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RFID技術在高速公路ETC混合車道收費系統(tǒng)的論文
提要:本文分析高速公路ETC不停車收費系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，針對目前高速公路ETC不停車收費系統(tǒng)采用專用車道的不足，闡述唐港高速公路利用RFID技術建設混合車道ETC不停車收費系統(tǒng)的技術方案，解決了專用車道中的遮擋、車道邏輯控制、系統(tǒng)自動切換等三個關鍵問題，具有創(chuàng)新性。
關鍵詞：RFID；高速公路；ETC；混合車道
一、前言
電子不停車收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，簡稱ETC）是國際上正在努力開發(fā)并推廣普及的一種用于公路、大橋和隧道的電子收費系統(tǒng)。射頻識別技術（RFID，即Radio Frequency Identificati on）利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數(shù)據(jù)。它和同期或早期的接觸式識別技術不同、RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識別。
目前，國內(nèi)運行的ETC系統(tǒng)主要是基于通信頻率為5.8G的RFID設備，可以讀取車速達200km/h車上的電子標簽，它比較適合于自由流（無物理分隔的車道），或者在主線及所有匝道收費站單獨開辟專用車道，但是這樣對本來交通量非常大經(jīng)常堵車的收費站來說又要減少現(xiàn)有收費車道，交通將會更加擁擠，而且使用電子標簽的車輛也十分有限，它并沒有分流太多的車輛，還會導致交通擁堵更加嚴重。因此，開發(fā)混合車道不停車收費系統(tǒng)迫在眉睫，因為混合車道不停車收費系統(tǒng)既可以實現(xiàn)常規(guī)電腦發(fā)卡收費，又可實現(xiàn)不停車收費，該混合車道既可以根據(jù)交通流量需要時設成專用車道，又可以在電子卡車輛少時混合使用或者設成常規(guī)電腦發(fā)卡收費車道。
二、設計思路
任何車輛進入車道識讀和控制區(qū)后，車檢器能檢測到車輛到位；若是有電子標簽的車輛，識讀天線則接收到電子標簽發(fā)送的信號，天線將信號上傳給混合車道控制器，混合車道控制器經(jīng)解碼得到電子標簽的ID；若是無電子標簽車則沒有ID號，僅有一車輛到位信號。
電子標簽的ID上傳到計算機，經(jīng)數(shù)據(jù)分析比對可知其是否為合法電子標簽。不同屬性的電子標簽向混合車道控制器返回不同的信息，非法電子標簽車歸為無電子標簽車類。
車輛到達信息及伴隨的特征信息進入混合車道控制器的車流表并進行排序，正確的車輛排序是系統(tǒng)正確控制的保障。當一輛車離開欄桿機后，車流表實時更新。
當車隊中的第一輛車為有電子標簽車時，自動抬桿，若是正在過車則車過后不落桿，等有電子標簽車過后再自動落桿。
合法的電子標簽ID和收費站編號向車輛前進方對各站進行廣播，以便該車出口處可以按車型、行車距離計費。
由以上構思可知，在混合車道不停車收費系統(tǒng)中必須克服以下問題：
1、遮擋問題。我們將系統(tǒng)天線埋在車道路面下，以避免遮擋。識讀天線像一般公路上的環(huán)形線圈，長2米，寬1米，埋在車道路面下2公分處。它對電子標簽的識讀高度1米左右。小車電子標簽安裝在前牌照后，大車安裝在車頭下面，當車輛行進時，必然經(jīng)過識讀線圈的識讀區(qū)而不會發(fā)生遮擋導致的漏讀。
2、車道邏輯控制。我們采用對進入車道控制區(qū)的車輛進行排序、跟蹤，對欄桿機進行自適應控制，實現(xiàn)如下的車道邏輯控制：帶電子標簽車到達控制區(qū)，其前無車則自動抬桿。車過欄桿后，若其后為帶電子標簽車則不落桿，否則自動落桿。
3、系統(tǒng)自動切換。系統(tǒng)加電后，MTC和ETC均處于等待狀態(tài)。一有車輛進入識讀和控制區(qū)，此車即進入車流表，當車流表的第一項為帶電子標簽車時，切換程序自動切換至ETC模塊，由ETC控制欄桿抬起，若是前面正在過車，則車過后不落桿，等帶電子標簽車過后再自動落桿。若車流表第一項為無電子標簽車，切換程序自動切換到MTC模塊，由MTC提供通行服務：入口發(fā)卡、抬桿、出口讀卡、計算、打印發(fā)票、抬桿等。
以上三個問題是系統(tǒng)研發(fā)的關鍵，也是系統(tǒng)的關鍵技術所在。
三、技術方案
針對上述情況，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，確定了關鍵技術解決方案后，經(jīng)試驗成功開發(fā)了混合車道不停車收費系統(tǒng)（以下簡稱混合車道），并將其應用到了唐港高速公路收費站�；旌宪嚨朗且环N具有雙重功能的車道，它對帶電子標簽車輛提供不停車收費通行服務，對無電子標簽車輛提供MTC通行服務。它還可作為專用ETC車道運行。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、硬件構成。
1、電子標簽。電子標簽具有一定的抗金屬對電磁波的干擾能力，平時處于休眠狀態(tài)。當汽車經(jīng)過檢測區(qū)時，被識讀天線喚醒，發(fā)送其ID號。
2、識讀天線。識讀天線的工作頻率能穿透水泥和水，用喚醒電子標簽，并接收電子標簽發(fā)送的信息。識讀天線由銅線及線路板組成，大小為1米（寬）×2米（長）。
3、混合車道控制器。接收天線發(fā)送的信息，經(jīng)解碼得到電子標簽的ID，將ID上傳工控機。對進入車道識讀和控制區(qū)內(nèi)的車輛進行排序。
4、車道指示牌。車道指示牌位于車道內(nèi)收費亭前，指明此為電子收費車道，帶電子標簽車可通行。
5、車輛牌照顯示牌。用于顯示當前通行的帶電子標簽車的牌照。
6、車檢器。車檢器用于實時檢測車道內(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)控計算機內(nèi)，用于監(jiān)控通行的有電子標簽車牌照顯示，以利于稽查。
8、實時聯(lián)網(wǎng)廣播軟件。將入口識讀到的電子標簽ID實時向各收費站廣播，在出口處識讀到ID，根據(jù)此ID進行查詢可得知該車是從哪個站來的，為計費提供了依據(jù)。
9、亭內(nèi)顯示屏。亭內(nèi)顯示屏用于顯示進入車道控制區(qū)有電子標簽車的牌照。
10、工控機。它接收混合車道控制器上傳的電子標簽的ID，并根據(jù)此ID進行查詢，確認是否合法ID并將結果返回混合車道控制器，以便對欄桿機進行正確的控制。
四、系統(tǒng)特點
1、系統(tǒng)由于識讀天線特殊徹底解決了遮擋問題。
2、本不停車收費系統(tǒng)有很大的適應性，可與任何MTC系統(tǒng)集成，使MTC車道成為混合不停車收費車道。
3、當收費站的通行車輛較少時就可只開一上行，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)采用了多種探測技術，誤差自動實時修正技術，使系統(tǒng)具有極高的可靠性，系統(tǒng)正確性達99.9%以上。
5、系統(tǒng)具有極高的性價比，功能完備，價格不到其他ETC系統(tǒng)的50%。
五、結論
該系統(tǒng)解決了全天候識讀、遮擋、排序、自動切換等關鍵問題，具有科技創(chuàng)新性，該系統(tǒng)經(jīng)科技成果鑒定和申報已榮獲河北省交通廳科技進步二等獎，該技術填補了我國交通行業(yè)中ETC混合車道收費控制領域的一項空白，大大減少了ETC系統(tǒng)建設中土地等資源的投入，有著極廣闊的推廣價值。
主要參考文獻：
[1]段仁里.ITS機遇與挑戰(zhàn)[J].中國智能交通，2003.12.
[2]劉林森.全球發(fā)展智能交通勢不可擋[J].中國智能交通，2003.9.
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