1、引言高速公路聯(lián)網(wǎng)后，出口和入口之間可能存在多種行車路徑。 當(dāng)車主選走不同 的路徑時，可能涉及不同的路費拆分，甚至不同的收費標(biāo)準(zhǔn)。為精確識別車輛的 行駛路徑，并針對行駛路徑給出正確、公平的路費拆分或收費標(biāo)準(zhǔn)，需要在車輛 進入高速后采用某種手段來跟蹤該車輛的行駛路徑，并體現(xiàn)到過車流水或費率中 去。本文深入分析了目前存在的車牌識別、 有源射頻卡等方案的優(yōu)劣性，并針對 有源射頻卡方案提出了創(chuàng)新型 5.8G 統(tǒng)一多路徑識別解決方案，并闡明對比 433M 頻段有源射頻卡方案的先進性。多路徑識別方案分析1、咼速公路多路徑識別高速公路聯(lián)網(wǎng)后， 從地點 A 到達地點 B 存在多種可選路徑。 車主選用不同 的路徑

2、導(dǎo)致行駛的高速里程不同，或者涉及的道路業(yè)主不同。 因此在收費標(biāo)準(zhǔn)、 路費拆分方面，也需要采用不同的方案。多路徑識別是指通過一定的手段識別 車輛行駛的路徑，作為收費或者拆分結(jié)算的依據(jù)。2、多路徑識別整體路線選擇多路徑識別目前普遍采用的方案有兩大類：模糊識別與精確識別。模糊識別是指通過地感、雷達、視頻識別等技術(shù)， 輔以車型識別設(shè)備， 統(tǒng)計經(jīng)過不同 路徑的車輛數(shù)量和類型。后續(xù)在做路費拆分時，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將路費拆分給不 同的業(yè)主。圖 1高速公路多路徑識別這種方案不能夠精確識別某輛車的行駛路徑，因此不能夠作為向車主 區(qū)別收費的依據(jù)，只能作為拆分路費的依據(jù)。作為拆分依據(jù)，也因識別率有限，整體方案也不夠精

3、確，遠遠不能滿足業(yè)主 需求。精確識別的方案較多，但普遍采用的主要有三類：合建站識別、視頻車牌識別、有源射頻識別。合建站是在不同業(yè)主路段或多路徑交叉點處建設(shè)的寫卡站 點。車主到達合建站后交卡并由工作人員在卡內(nèi)寫入路徑信息。此方案涉及大規(guī)模工程建設(shè)，且嚴(yán)重影響高速公路聯(lián)網(wǎng)后的暢通性，因此按照交通部整體規(guī)劃， 未來幾年將逐步廢除。并且新建的高速公路不準(zhǔn)再引入新的合建站。視頻車牌識別是指在高速公路多路徑識別點架設(shè)高清攝像設(shè)備，并鋪設(shè)高速通信光纖網(wǎng)。當(dāng)車輛經(jīng)過攝像點時，自動拍照，提取圖像特征和車牌信息后，將 數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)胶蠖朔?wù)器，形成車輛行駛的路徑信息，作為后續(xù)結(jié)算的依據(jù)。 如果還需要實現(xiàn)根據(jù)路徑差

4、異化收費，則需要由后端服務(wù)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為該車的 路徑信息，進一步實時同步到所有的高速公路出入口站點。當(dāng)車輛到達出口時， 車道上位機從站點服務(wù)器獲取該車輛的路徑信息，并體現(xiàn)到收費中去。視頻識別對車主沒有額外的要求，但在面臨地面積水、陰雨、大霧、夜間等外部情況時， 會導(dǎo)致識別率下降。有源射頻方案是指在高速公路入口處給車主發(fā)放可遠程接受路徑信息的射 頻復(fù)合卡，同時在道路旁架設(shè)無線基站，無線基站會持續(xù)廣播本路徑的標(biāo)識信息。 當(dāng)車輛行駛到不同的路徑上時，無線基站廣播的標(biāo)識信息會被該射頻復(fù)合卡接 收，并記錄在卡內(nèi)。當(dāng)車輛到達出口時，車主交回復(fù)合卡，出口車道系統(tǒng)讀出路 徑信息與出入口信息，實現(xiàn)根據(jù)路徑的差異

5、化收費和差異化結(jié)算功能。 有源射頻 方案識別率可達到 99 沖上，且不受天氣、時間影響，是目前最具優(yōu)勢的精確識 別方案。目前還有其他的非主流解決方案，如通過移動運營商的基站定位方案。在高 速公路入口處給車主發(fā)放內(nèi)置手機通信模塊的射頻復(fù)合卡。當(dāng)車輛在高速公路行駛時，該射頻復(fù)合卡實時收集并記錄基站廣播的 CELL id 信息。到達出口時， 根據(jù)沿途的基站標(biāo)識信息，得到車輛行駛的路徑信息。但該方案設(shè)計與運營商合 作，存在月租費用等因素。在移動基站射頻復(fù)合卡的研發(fā)技術(shù)上，也存在電流大、成本高、待機時間短等問題。還有給車輛在高速公路入口處粘貼無源射頻標(biāo)簽的想法，即無源射頻方案。 該方案在實際實施上可行性

6、不大，因此不再做深入探討。二、多路徑識別有源射頻方案分析有源射頻方案目前在個別省份使用了 433M 頻率，其方案是發(fā)行 13.56M+433M 雙頻復(fù)合卡作為高速公路 MTC!行卡。目前 433M 復(fù)合卡中 433M 模塊與 13.56M 模塊相互獨立，為讀出行駛中寫入的路徑信息，必須批量更換已有 MTC 車道讀卡 器，用同時支持 433M 與 13.56M 頻段的雙頻讀卡器替換。這就涉及到大規(guī)模的設(shè) 備投資。433M 頻段用于智能交通，存在下列問題：不能與 ETC 用戶兼容，必須為 ETC 用戶新上一套路徑識別設(shè)備不是交通頻段，民用干擾大。如步話機、車載臺、的士設(shè)備等均會影響 成功率無相關(guān)標(biāo)

7、準(zhǔn)計劃。目前不同廠家的設(shè)備沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，基站與MTC 卡只能是一個廠家捆綁。而國家標(biāo)準(zhǔn)組織也沒有在433M 民用頻率推出交通應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃應(yīng)用前景單一。433M 的傳輸速率有限，干擾大，現(xiàn)在建設(shè)的基站只能作 為多路徑識別使用，無法作為智能交通的節(jié)點，實現(xiàn)信息下發(fā)和雙向交互。識別率成本工程難度車牌識別低，大理、夜間、大雨等識別率 差，章牌*無牌問題中，需叢實時數(shù)據(jù)傳送車牌 識別服務(wù)器高， 攝像頭角度.補光， 背爭 算迭彳尤彳七工作命大有源肘頻高.育源射頻模塊接收靈敏度高中.量大情況下購買標(biāo)簽的成 本適中低，只需在路側(cè)布防全向天 線即可無源射頻中等，必須貼在車窗或外部低，900M讀寫器成本與標(biāo)簽

8、成本低高1對標(biāo)簽的放芝，和天線的角度耍求復(fù)雜穆動幕站鬲通過記錄移動、聯(lián)通、電信阜 站GEIIID實現(xiàn)定位高，天線成本雖然省去但標(biāo)憩 成本至少在200以上睚電大. 爲(wèi)交服務(wù)費低，只姜和運百商談好合1仁就可以規(guī)模幵通圖 2目前各種方案總結(jié)采用交通專用的 5.8G 頻段實現(xiàn)多路徑識別的有源射頻方案，就成為解決上述問題的必然手段。5.8G 頻段是目前智能交通的專用頻段，在高速公路ETC 電子不停車收費已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。 采用 5.8G 頻段實現(xiàn)多路徑識別， 可以根本解 決上述問題，具有以下優(yōu)勢：備改造-與目前 ETC 屬于同一頻段， 實現(xiàn)與 ETC 用戶路徑識別的兼容專用頻段，干擾小，成功率更高可與交

9、通部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)部門合作，共同推出基于 5.8G 頻段的多路徑識別協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)利用 5.8G 頻段帶寬大的優(yōu)勢，為多路徑識別部署的大量 5.8G 基站設(shè)備, 將來可成為與車輛開展雙向信息服務(wù)的節(jié)點-5.8G MTC 卡可實現(xiàn)與現(xiàn)有MTC 車道讀卡器硬件的兼容， 無需大規(guī)模的設(shè)圖 35.8G/433M 方案對比圖 3 為 433M 射頻卡與 5.8G 射頻卡在各方面的效果對比:以前采用 433 頻段實現(xiàn) MTC 雙頻復(fù)合卡的原因是國內(nèi)廠家在 5.8G 射頻電路 研發(fā)方面技術(shù)儲備不足，不能解決任意放置的 MTC 卡在天線全向性、接收靈敏 度、繞射能力、 耗電量方面的瓶頸。 經(jīng)過多年基于 5.8G 的 ET

10、C 應(yīng)用開發(fā)和技 術(shù)積累，現(xiàn)在國內(nèi)廠家普遍在 5.8G 射頻領(lǐng)域積累了大量研究成果。突破 5.8G頻段在繞射能力、接收靈敏度、耗電量方面的瓶頸，研制基于 5.8G 頻段的多 路徑識別MTC 卡產(chǎn)品，達到了比 433M 更好的接收指標(biāo)， 更長的使用壽命， 更 簡易的工程部署。因此采用 5.8G 交通專有頻段實現(xiàn) MTC 多路徑識別就成為一種 更有效的選擇。三、高速公路 5.8G&MTC&ET 統(tǒng)一多路徑解決方案1、統(tǒng)一多路徑解決方案部署433MFS徑解決】用戶類型MTC用戶ETC用戶車載設(shè)備5侶G復(fù)合卡iOBU,確件無更改信標(biāo)基站同時解決MTCWETC車輛多路徑出入口讀卡器無需更

11、換RSU無需更換互通性有國標(biāo)基礎(chǔ)，協(xié)議開放性好維護專用煩段，無干擾。頻段統(tǒng)一，維護技術(shù)體制統(tǒng)一可發(fā)展性帶寬大省電，未來可提供信息服務(wù)5.8G徑解去肓案ETC用戶433M復(fù)合卡雙複OBU,4叩只能解決MTU用戶多路欄面換雙粧讀卡器RSU無需更無協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),廠家旦通難ISM85段民用設(shè)備干擾源多需同圧帶寬小僅做二義性識別5.8G MTC&ET 統(tǒng)一多路徑解決方案采用 5.8G 智能交通頻段為工作頻率， 在 部署時統(tǒng)一兼容 ETC 車輛和 MTC 車輛。系統(tǒng)部署如下圖所示：圖 4 系統(tǒng)部署圖多路徑識別部署分三部分：入口部署、信標(biāo)站部署、出口部署和中心部署。(1)入口部署進一步分為 ETC 和

12、MTC ETC 入口車道系統(tǒng)無需任何改動，完全繼承已有的 ETC 車道系統(tǒng) MTC 入口車道系統(tǒng)硬件無需任何改動。軟件需升級支持 5.8G 多路徑識別卡休眠時長的寫入。(2) 信標(biāo)站部署需按車道設(shè)置天線每個天線覆蓋兩個車道天線采用時分操作， 避免數(shù)據(jù)干擾天線支持與 ETC 用戶和 MTC 卡的雙向交互 ETC 用戶的通行卡需增加非加密路徑寫入文件，便于在高速行駛中，由OBU 蟲立將天線下發(fā)的路徑信息寫入到卡內(nèi)天線通過無線運營商網(wǎng)絡(luò)或高速公路光纖網(wǎng)連接到管理中心實現(xiàn)集中管 理(3)出口部署進一步分為 ETC 與 MTCETC 出口車道系統(tǒng)硬件無需任何改動，軟件需升級支持讀出通行卡內(nèi)的路徑信息MT

13、C 出口車道系統(tǒng)硬件無需任何改動，軟件需升級支持讀出通行卡內(nèi)的路徑信息、MTC 卡狀態(tài)信息(4)中心部署完成對多路徑系統(tǒng)的集中管理與信標(biāo)基站之間互通， 完成對信標(biāo)基站的遠程配置。主要配置信息包括： 路徑標(biāo)識 ID、休眠時長。 休眠時長的用處在下文描述與信標(biāo)基站之間互通，完成對信標(biāo)基站的遠程維護。主要實現(xiàn)告警采 集、狀態(tài)查詢、遠程復(fù)位等功能2、統(tǒng)一多路徑解決方案使用場景統(tǒng)一多路徑解決方案的場景分 ETC 和 MTC 車輛兩種，下面分兩種情況分別 描述。(1) ETC 車輛多路徑識別使用場景ETC 車輛在實現(xiàn)多路徑識別時， 對最終車主而言體驗不到任何差異，主要場景流程如下：i. ETC 車輛到達

14、ETC 車道入口ii. ETC 車輛通過 ETC 車道進入高速iii. ETC 車輛途徑信標(biāo)基站，信標(biāo)基站持續(xù)廣播信號喚醒 OBU,并下發(fā)路徑標(biāo)識 IDiv. OBU 收到路徑標(biāo)識 ID 后，寫入 IC 卡內(nèi)的非加密路徑信息文件v. ETC 車輛到達 ETC 車道出口，出口天線讀出入口信息及卡內(nèi)的路徑信息，由車道計算機生成費率，并將過車流水上報結(jié)算中心場景中存在一個異常是如果 ETC 車輛在經(jīng)過信標(biāo)基站時，IC 卡沒有插入 OBU. 而在出口處又走了人工 MTC 車道，則卡內(nèi)讀不到路徑信息。 這種情況下需要要 求車主將 IC 卡插入 OBU 再拔出。OBU 會把自身保存的路徑信息寫入 IC 卡

15、。（2）MTC 車輛多路徑識別使用場景MTC 車輛在實現(xiàn)多路徑識別時， 又分為兩種情況。 第一類是普通 MTCS行 卡車輛；第二類是儲值、 記賬通行卡， 類似粵通卡、 速通卡等，但車主并 未申領(lǐng) OBU.針對第一類用戶，可用 5.8G 復(fù)合通行卡替換原有 13.56M 通行卡，實現(xiàn)多 路徑識別功能。針對第二類用戶，可向卡用戶優(yōu)惠推廣 OBU 或者更換為 5.8G 復(fù)合通行卡。對采用 5.8G 復(fù)合雙頻卡的用戶，主要場景流程如下：i. 車輛到達 MTC 車道入口ii.MTC 車道入口發(fā)行復(fù)合卡給車主， 復(fù)合卡除寫入入口信息之外，同時寫入休眠時長如：15 分鐘iii. MTC 卡進入休眠狀態(tài)， 休

16、眠時間為寫入的休眠時長 15 分鐘iv. 15 分鐘后，MTC 卡進入喚醒模式，接收道路上的信標(biāo)基站信息v. 車輛經(jīng)過信標(biāo)基站，MTC 卡喚醒并收到路徑標(biāo)識 ID 和休眠時長，女口： 30 分鐘vi. MTC 卡進入休眠狀態(tài)，休眠時間為 30 分鐘vii.車輛到達出口，MTC 車道工作人員用 13.56M 讀卡器讀出入口信息、 路 徑信息和 MTC 卡自檢的狀態(tài)信息viii. MTC 車道計算機計算費率，并向車道系統(tǒng)上報過車流水。如果 MTC卡狀態(tài)不正常，需通過界面提示工作人員回收替換該 MTC 卡四、統(tǒng)一多路徑解決方案的系統(tǒng)特點1、 兼容性好，可實現(xiàn) MTC 與 ETC 統(tǒng)一多路徑識別目前

17、433M 頻段的多路徑解決方案無法兼容已有的 ETC 用戶，隨著十二五規(guī) 劃的推進，ETC 用戶會不斷增長。 為解決這部分用戶的多路徑識別問題， 仍 然需要部署5.8G 的多路徑識別基站，導(dǎo)致重復(fù)投資。采用 5.8G 多路徑解決方案，只需要部署一套多路徑識別天線，就可以同時解決 ETC 用戶和 MTC 用戶的多路徑識別問題， 有效降低投資風(fēng)險。2、改動小，無需更換現(xiàn)有 MTC 車道桌面讀寫器設(shè)備5.8G 頻段的 MTC 復(fù)合卡采用自主研發(fā)電路， 方便集成雙界面讀寫技術(shù)， 與 現(xiàn)有的 MTC 車道硬件系統(tǒng)完全兼容，無需任何硬件改造。在使用過程中，MTC 卡的激活可以通過已有入口處的 MTC 車道

18、讀寫器在寫 入口信息時完成。復(fù)合卡通過 13.56M 寫入的入口信息和通過 5.8G 寫入的路徑信息也可由車道現(xiàn)有的 MTC 車道讀寫器在出口一并讀出。因此節(jié)省了目前 433M方案在車道讀寫器上的改造投資。下圖體現(xiàn)了 433M 多路徑方案與 5.8G 多路徑方案在車道讀寫器上的不同:圖 5車道讀寫器部署3、壽命長，5.8G 多路徑方案采用場強檢測喚醒，更省電5.8G 復(fù)合雙頻卡采用 5.8G 場強檢測技術(shù)，通過微功耗喚醒電路，可支持根 據(jù)場強啟動射頻電路，耗電量只有 433M 卡的八分之一，考慮電池自身壽命，復(fù) 合雙頻卡理論壽命可達 10 年以上。433M 復(fù)合雙頻卡目前業(yè)內(nèi)采用周期喚醒模式，

19、每秒喚醒一次，耗電量大。如果實現(xiàn) 433M 場強檢測，因其頻率低，自然界 433M 雜波大，無法實現(xiàn)精確喚 醒。前期實踐證明，只有采用周期喚醒模式才可商用。同時通過在電路設(shè)計上自主研發(fā)，5.8G 復(fù)合雙頻卡還實現(xiàn)了基于高速公路 拓?fù)涞闹悄苄菝呒夹g(shù)，使得 5.8G 復(fù)合雙頻卡產(chǎn)品進一步降低用電量，其壽命進一步延長， 綜合投資收益遠高于 433M 復(fù)合卡方案。4、精度高，5.8G 多路徑方案更適合標(biāo)記車輛行駛方向 5.8G 多路徑方案 基于成熟的電子不停車收費方案，具備方向性好的特點。比對 433M 方案，433M目前難以控制無線信號的覆蓋區(qū)域，其覆蓋范圍通常是雙向覆蓋，只適合于做路徑標(biāo)識，但并不

20、知道行車方向，只有多個路徑標(biāo)識信息綜合才能判別車輛的 上下行BO翼”亍那上穩(wěn)為卑駅*；154Mtfr IHXQ*“鼻方向。而 5.8G 多路徑方案其標(biāo)識站射頻覆蓋方向是可控的，特別是在某些省份，存在標(biāo)記環(huán)路上下行的需求，通過 5.8G 多路徑方案，可以很好的解決這個問題。識別環(huán)路的上下行示意圖如下：5、更安全，支持路徑信息認(rèn)證加密寫入5.8G 雙頻復(fù)合卡支持路徑信息的加密寫入，在 5.8G 信標(biāo)基站和 5.8G 復(fù)合雙頻卡之間采用非對稱加密機制。非對稱加密算法需要兩個密鑰：公開密鑰(publickey )和私有密鑰(privatekey ).公開密鑰與私有密鑰是一對，如果用公開密鑰對數(shù)據(jù)進行加

21、 密，只有用對應(yīng)的私有密鑰才能解密；如果用私有密鑰對數(shù)據(jù)進行加密，那么只有用對應(yīng)的公開密鑰才能解密。因為加密和解密使用的是兩個不同的密鑰， 所以這種算法叫作非對稱加密算法。非對稱加密算法實現(xiàn)機密信息交換的基本過程是：甲方生成一對密鑰并將其中的一把作為公用密鑰向其它方公開；得到該公用密鑰的乙方使用該密鑰對機密信息進行加密后再發(fā)送給甲方；甲方再用自己保存的另一把專用密鑰對加密后的信息進行解密。非對稱加密體系不要求通信雙方事先傳遞密鑰或有任何約定就能完成保密通信，并且密鑰管理方便，可實現(xiàn)防止假冒和抵賴，特別適合網(wǎng)絡(luò)通信中的保密通信要求。5.8G 雙頻復(fù)合卡支持路徑信息的加密寫入后，沒有私有密鑰的天線無法寫入路徑信息， 有效防