一種降低鄰道干擾的不停車收費系統(tǒng)

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 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)干擾時會導(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，兩個鏈接的專用命令會對 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)，從而主動與 OBU建立專向鏈路，導(dǎo)致交易失敗。RSU 的信號輻射超出本車道范圍或 OBU 信號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際情況 ；車道設(shè)計中，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。此方法的實現(xiàn)較為困難，不僅對于 RSU 的天線設(shè)計會有較大難度，成本也會有較大增加，同時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)K OBU。用于存儲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)上報車輛駛離本車道交易區(qū)域信息。在實際應(yīng)用中， 入車線圈可以與車牌抓拍線圈共用。

(4) 車牌識別。目前常規(guī)的高速公路收費站車道均配有車牌識別系統(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收費崗?fù)せ蚴召M站區(qū)。由于多個車道只需部署一臺集中控制器，因此大大降低了部署難度與成本。

具體車道部署時，同一收費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，入車信號上報至車道控制器 ；

(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)幀的同時可測量 OBU回復(fù)信息的射頻接收信號強(qiáng)度 RSSI；

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

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

(7) 車道控制器將 RSU控制器上報的車牌信息、車道判斷信息和地感線圈判斷的車道信息、車牌識別系統(tǒng)識別出的車牌進(jìn)行比對，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 同時向同一個 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 上報至車道控制器 ；

(10) 車道控制器控制對應(yīng)車道的車道欄桿打開 ；

(11) 車輛駛離車道，出車線圈上報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 站點的 RSU 統(tǒng)一規(guī)劃天線號，天線號與車道號一致，每個 RSU 都將自己的天線號作為其在本站點的唯一標(biāo)識，并且同一站點（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（即沒有車輛在交易隊列中），RSU 均處于靜默狀態(tài)，不發(fā)送任何信號。

當(dāng)載有 OBU 的車輛駛?cè)胝军c任意一個 ETC 車道時，首先觸發(fā)入車地感線圈，同時車牌抓拍照相機(jī)拍攝車牌并識別， 車道控制器控制 RSU 集中控制器使得所有 RSU 同步（也可采用時隙制度分步發(fā)送）發(fā)送喚醒 BST 信號，OBU 接收后回復(fù) VST 信號，其中包含車輛的車牌信息等。各車道 RSU 接收到 VST 的同時可測量 OBU 回復(fù)信號的強(qiáng)度（即 RSSI），各 RSU 將接收到的 RSSI 上報至 RSU 集中控制器，該控制器使用最佳估計法或概率統(tǒng)計法判斷出車輛所處車道，與地感和車牌識別上報的信息進(jìn)行比對，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

本文相對于現(xiàn)有系統(tǒng)具有如下優(yōu)點和效果 ：

使用集中控制，節(jié)約車道配置，降低了成本及施工難度 ；

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

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 信號打擾其他車道， 這無疑加大了天線的設(shè)計難度，提升了設(shè)計成本，而本文方案提出“多對一”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)計并實現(xiàn)，目前已完成系統(tǒng)模擬商用。經(jīng)過實踐證明，該系統(tǒng)完全滿足設(shè)計要求，合理、實用。