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RFID技術(shù)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(shù)建設(shè)混合車道ETC不停車收費系統(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)自動切換等三個關(guān)鍵問題，具有創(chuàng)新性。
關(guān)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(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(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(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(biāo)簽的車輛也十分有限，它并沒有分流太多的車輛，還會導(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(shè)成專用車道，又可以在電子卡車輛少時混合使用或者設(shè)成常規(guī)電腦發(fā)卡收費車道。
二、設(shè)計思路
任何車輛進(jìn)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(biāo)簽的車輛，識讀天線則接收到電子標(biāo)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(biāo)簽的ID；若是無電子標(biāo)簽車則沒有ID號，僅有一車輛到位信號。
電子標(biāo)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(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)一輛車離開欄桿機后，車流表實時更新。
當(dāng)車隊中的第一輛車為有電子標(biāo)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(biāo)簽車過后再自動落桿。
合法的電子標(biāo)簽ID和收費站編號向車輛前進(jìn)方對各站進(jìn)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(gòu)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(biāo)簽的識讀高度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，必然經(jīng)過識讀線圈的識讀區(qū)而不會發(fā)生遮擋導(dǎo)致的漏讀。
2、車道邏輯控制。我們采用對進(jìn)入車道控制區(qū)的車輛進(jìn)行排序、跟蹤，對欄桿機進(jìn)行自適應(yīng)控制，實現(xiàn)如下的車道邏輯控制：帶電子標(biāo)簽車到達(dá)控制區(qū)，其前無車則自動抬桿。車過欄桿后，若其后為帶電子標(biāo)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(jìn)入識讀和控制區(qū)，此車即進(jìn)入車流表，當(dāng)車流表的第一項為帶電子標(biāo)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(biāo)簽車過后再自動落桿。若車流表第一項為無電子標(biāo)簽車，切換程序自動切換到MTC模塊，由MTC提供通行服務(wù)：入口發(fā)卡、抬桿、出口讀卡、計算、打印發(fā)票、抬桿等。
以上三個問題是系統(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(yīng)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(biāo)簽車輛提供不停車收費通行服務(wù)，對無電子標(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電磁波的干擾能力，平時處于休眠狀態(tài)。當(dāng)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(biāo)簽，并接收電子標(biāo)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(biāo)簽的ID，將ID上傳工控機。對進(jìn)入車道識讀和控制區(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)收費亭前，指明此為電子收費車道，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(biāo)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(biāo)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(jìn)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(jìn)入車道控制區(qū)有電子標(biāo)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(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，以便對欄桿機進(jìn)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(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車道。
3、當(dāng)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(shù)，誤差自動實時修正技術(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)具有極高的性價比，功能完備，價格不到其他ETC系統(tǒng)的50%。
五、結(jié)論
該系統(tǒng)解決了全天候識讀、遮擋、排序、自動切換等關(guān)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(jìn)步二等獎，該技術(shù)填補了我國交通行業(yè)中ETC混合車道收費控制領(lǐng)域的一項空白，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值。
主要參考文獻(xiàn)：
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