曾建英
摘 要：截止至2018年3月底我国ETC联网历程超过13万km，全国ETC用户达6400万。随着我国高速公路路网规模不断扩大，联网收费区域内的环状路网结构日益复杂，目前的433MHz级GSM移动通信技术的多义路径识别系统成功识别率不高，未能达到交通运输部要求的“单点系统标识成功率不小于99.5%”。而基于5.8GHz的国标DERC技术已经非常成熟，多义路径识别系统采用基于5.8GHzDSRC技术实现ETC和MTC车辆标识，能够实现高速公路车辆通行费征收、拆分模式由现在的“最短路径收费、交通概率拆分”逐步过渡到“实际路径收费、精确拆分”。解决各高速公路运营管理单位之间的通行费拆分矛盾，进一步提升联网收费的科学性和拆分的准确性。本文以介绍四川省绕城高速5.8GHz多义性路径标识站设计为例，介绍了标识站的设计思路、设计流程以及在设计中应注意的问题。
关键词：高速公路 5.8GHz多义性路径标识 设计
中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（b）-0001-04
1 工程概括
成都绕城高速公路，编号为G4201，全长85km，双向六车道，是成都"环状+放射形"公路网的重要组成部分，与成都各条高速、主要干道都有互通立交相通，建成于2001年12月16日，投资43亿元。绕城高速将于2018年11月底前完成5.8GHz标识站建设工作。
原绕城高速433MHz标识站情况如表1所示。
2 设计范围
本次设计范围主要包括以下几点。
（1）各外场设置的5.8GHz标识站设备的设计。
（2）各对应点位卡口设备的设计。
（3）相应的门架、设备机箱、供电电缆，光缆等配套设备的设计。
3 外业阶段
考虑到四川已建设有基于433MHz标识站作为多路径识别系统，实现了精确路径计算和清分。本次5.8GHz路径标识系统建设，从本质上不会改变现有的精确路径标识点的布设原则和费率计算规则，新建的5.8GHz路径标识站应覆盖现有433MHz标识站。为保证标识的准确率，提高路径识别的精度，保证三角形、四边形及以上的基本环路各边均需设置1处标识点，原则上，高速公路网两个枢纽之间应建设一套5.8GHz标识站。具体的布设原则如下。
（1）标识站正向离收费站、枢纽立交、可掉头服务区、其他标识站等的间距，原则上≥1km，条件受限时≥0.5km。
（2）同一标识点上下行门架应分址建设，两个门架间隔原则上≥200m，条件受限时≥100m，且不可跨越收费站、枢纽立交、可掉头服务区和路段边界等。两门架应按照车辆正向行驶背靠背建设（见图1），即先通过同向标识点，再经过逆向标识点。
（3）标识站设置位置半径500m区域内，应避免同频干扰（射频辐射强度应≤-65dbm）。
（4）标识站门架应避免遮挡现有高速公路标志牌，原则上标识站设置在标志牌后方，至少距离标志牌100m以上。
（5）标识站必须设置在直线段区域，且周边空旷，无遮挡。
（6）标识站门架应设置在路基段，避免设置在桥梁、深挖路段以及隧道内。
（7）标识站建议设置在4G网络覆盖区域内。
（8）在满足以上要求的情况下，尽可能利用已有外场设施的安装、供电和通信条件，优先选用门架情报板等，尽量利用其他外场设备取电。
依据以上选址原则并结合现有标识站设置情况，结合道路情况，确定点位情况如表2所示。
4 内业阶段
4.1 总体框架
多义性路径识别系统是收费公路联网收费系统的一个子系统，主要由省联网收费结算中心系统、路段收费分中心系统、收费站系统、标识站系统、CPC卡、收费车道系统、ETC车载设备（包括OBU和非现金支付卡）等构成。装有OBU的ETC车辆从ETC车道正常通行进入路网，MTC车道通行领取CPC卡进入路网；ETC车辆和MTC车辆在通过路网内布设的5.8GHz标识站时，标识RSU利用5.8GHz DSRC技术将路径信息写入ETC车载设备（包括OBU和非现金支付卡）或CPC卡内；在收费站出口，ETC车辆可从ETC车道不停车自动缴费驶离，也可从MTC车道刷卡缴费驶离，MTC车辆则通行MTC车道交回CPC卡，支付现金驶离；持有非现金支付卡的车辆可刷卡支付驶离。
标识站系统应与收费系统时钟保持同步。省中心系统向标识站系统逐级下发路径标识编码等系统参数，并向收费车道系统逐级下发路径费率等运营参数；标识站系统向省中心系统实时逐级上传标识流水记录和设备状态信息。
4.2 系统构成
路径标识系统建设遵循保持四川省联网收费运行总体框架不变的原则，其通行方式、操作流程等基本与目前保持一致，重点针对标识数据的生成结构和处理方式等进行改造建设，嵌入现有联网收费平台，实现车辆按实际路径收费。
5.8GHz标识站主要由路径标识系统（含标识RSU、工控机、天线控制器等）、卡口抓拍系统、视频监控系统以及门架、设备机柜等附属设施构成（见图2）。
4.2.1 5.8GHz路径标识系统
5.8GHz路径标识系统采用5.8GHz专用短程通信技术，通过路径标识站，使在路网内运行的车辆的OBU及CPC卡能自动记载其行驶路径标识信息，依托路网现有ETC以及MTC系统基础，获取车辆实际行驶路径，完成收费和拆分。
路径标识系统主要由RSU、工控机、数据传输设备、防雷设施、电源设备等组成。RSU设置于高速公路主线的标识门架上（标识天线各车道（含应急车道）设置1套，天线控制器每个门架对应一套，均需满足国家相关规范要求并通过厅监控结算中心测试），向ETC车载设备（OBU和非现金支付卡）或CPC复合通行卡写入路径标识信息，实现路径标识功能。标识单元与OBU、CPC复合通行卡采用5.8G Hz通信频率，携带OBU（车载单元）或CPC卡的车辆在经过标识单元射频信号覆盖区域时，标识单元会将路径标识信息写入OBU（车载单元）、非现金支付卡或CPC卡中，用于出口收费路径计算。
工控机配备串口、网口和无线通讯等多种通讯接口，与天线控制器的通讯，用于路侧标志站点设备的集中通信管理；具有显示和输入面板，可实现站点设备工作状态的本地及远程监视、本地数据的存储及上报，支持外接设备的工作状态监视及设备信息、工作状态、异常信息的远程上报。
4.2.2 高清卡口抓拍系统
高清卡口抓拍系统主要由高清卡口抓拍摄像机、嵌入式工业控制主机、LED补光灯、数据传输设备、防雷设施、电源设备等组成。
高清卡口摄像机具有高清视频监控和卡口功能，与标识单元同断面设置，能对高速公路主线全断面进行检测；采用双网口一体化设备（不得小于700万像素，单个覆盖车道数不得小于3个车道，需满足国家相关规范要求并通过厅监控结算中心测试），卡口抓拍图片通过网络上传至分中心图片服务器、监控视频流通过前端设备接入路段视频传输系统上传各级监控管理机构；为了达到更好地识别效果，每车道还配备必要的补光设备，原则上每车道设置一套。
该系统能够以独立作业的方式工作，在通信网络出现异常时可脱机离线操作，此时所有作业数据及记录均可存储在本地，待网络恢复后自动将本地滞留数据上传至路段收费分中心，本地存储通行车辆记录数不小于30万辆。
4.2.3 监控系统
监控系统主要包括标识点设备状态信息监控、视频图像监控和远程控制等。
（1）设备状态信息监控。
设备状态信息监控应实时逐级上传到路段收费分中心和联网收费结算中心。
联网收费结算中心可监控全路网所有标识点的运行状态、包括开关状态、功率发射等级、工作状态、电源状态、PSAM卡状态等。
路段收费分中心可监视本路段标识点的供电情况、电源状态、设备工作状态等。
（2）视频图像监控。
路径标识点的卡口设备具有视频监控功能，视频图像通过交换机上传至就近节点后利用应急二期提供的通道上传至路段收费分中心和联网收费结算中心。
联网收费结算中心可监控全路网标识站的实时状况。
路段收费分中心可监控本路段标识站的实时状况。
（3）远程控制。
联网收费结算中心、路段收费分中心可根据不同的权限远程控制标识站射频输出、设置发射功率和路径信息、查询工作状态/参数。
（4）供电系统。
标识站需要24h不间断运行，为保证外电断电情况下仍能不间断供电，在标识站需从就近收费站或服务区柴油发电机所接低压配电回路上引电。
标识点设备功耗估计：天线控制器≤30W；单台天线≤20W；闪光灯≤50W；嵌入式无风扇工控机≤60W；高清卡口摄像机≤80W；高清卡口主机≤100W；工业以太网交换机≤20W；按此负荷估算：双向四车道一个标识点负荷约1.04kW，双向六车道一个标识点负荷约1.54kW，双向八车道一个标识点负荷约1.68kW。
同时，为未来新增设备考虑部分余量，在现场配置专门的UPS（约6kVA/一个点，电源监控数据能接入项目分中心电力监控平台），电池容量应能在断电的情况下，能连续为设备（设备负荷按为4.5kW考虑）供电不小于4h，确保系统正常运行。
（5）辅助设备。
标识站辅助设备包括：门架、户外机柜、防雷装置等。
①标识站门架。
标识站门架采用半幅交错安装，龙门架的横梁底部距地面净高约6m，门架顶面应设有检修道面（宽1m左右）和防护栏杆，门架侧面应安装检修爬梯并设置保护圈，保障维护人员安全，维修平台除应能承受设备自身荷载外，还应能够承受3～4名维修人员活动荷载。
②户外机柜。
在路侧设置户外机柜，用于放置标识天线控制器、工控机、光纤收发器、交换机等设备。柜体采用1.5mm及以上优质不锈钢材料制成，柜体能满足防腐、防潮、防尘的要求，防护等级不低于IP65；应有相应措施使机箱内部始终维持在适当的温度范围内，同时具有防雷、抗浪涌冲击装置；机柜底部要有出线孔与外部电缆连接，内部应安装19英寸标准轨道，结构布置应合理，便于维护；机柜门需要安装防尘橡胶条并有门禁装置，加装三角锁。
③供电布线。
标识站设备应确保24h不断电，并对供电情况进行实时监测；一般情况下，设备工作环境温度应满足：-20℃～+70℃，极寒地区设备应有宽温要求；天线到户外机柜线缆敷设应考虑管道或线槽防护，布线应符合现行国家标准《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》的有关规定。外场光缆和电缆的敷设路由根据标识站平面布置图中所示路由进行，若该路由与现场情况有差异，可根据实际情况适当调整。
④防雷接地。
应做好标识站门架和设备的保护接地及防雷接地设计，外场设备保护接地电阻应≤4Ω，防雷接地电阻≤10Ω；如做联合接地，接地电阻应≤1Ω。防雷引下线采用Φ10以上圆钢（或类似材料），并与基础内预留的接地引线端子采用焊接方式连接，在圆钢外加保护套。
接地极采用一字形排列，材料选用角钢，接地极与引下线焊接，每个接地极之间相距应≥5m，埋深应≥800mm。接地极的数量根据测得的接地电阻确定，不满足要求时，可增加接地极的数量或适量添加降阻剂。
避雷针采用Φ25包铜圆钢。安装时，其高度应能使整个设备在保护范围内，顶部成针状，与立柱绝缘，接地引下线外套PVC套管，与杆体固定。接地引下线与接地极焊接，焊接时，在焊接处涂防腐剂，焊点应饱满、牢固，不应有夹渣、吸肉、气孔及未焊透现象。
5 系统总体性能要求
标识点系统应满足以下指标要求。
标识成功率：在车速为0～160km/h的条件下，单点标识成功率不小于99.5%。
系统可靠性：在网络故障时有完整备用方案保证数据不被破坏，保证数据能够及时逐级上传至厅结算中心系统，同时保证数据的完整性、一致性、真实性、不可抵赖性和安全性不受破坏。
数据存储容量：至少可保存30万辆车次过车记录。
MTBF：不低于10000h。
标识天线RSU、高清卡口抓拍单元、工控机、UPS电源、天线控制器、工业以太网交换机、设备机柜、三相电源避雷器（三相BC复合型电源浪涌保护器）、单相单元避雷器（单相BC复合型电源浪涌保护器）设备具体技术指标均需满足国家相关规范要求并通过厅监控结算中心测试。
6 结语
综上所述，在标识站设计中，首先应在外业调查中做出详细的记录，包括标识站的设置位置具体桩号，对供电情况，数据传输情况，以及软件设计界面等调查清楚才能更加经济合理、高效。同时，本项目工程范围均为省内已通车的干线高速公路，前端点位、供配电线缆、传输管道、光缆敷设时均可能对道路正常通行产生干扰。施工期间合理的交通组织、施工组织方案是本项目工程顺利实施的基本条件。
参考文献
[1] 江山.基于RFID、ETC自由流标识的路径识别方案[J].中国交通信息化，2015（1）：76-79.
[2] 杨小威.济南交警电子警察系统项目的应用研究[D].南京邮电大学，2015.
[3] 毛雪梅.RFID射频标识技术在通行费拆分中的应用[J].中国交通信息化，2013（3）：72-73.
[4] 陈培良，王凌霄.二义性路径识别系统方案探索和实践[J].中国交通信息产业，2008（12）：89-93.
[5] 张华.基于5.8GHz多路径精确识别方案研究[J].中国交通信息化，2015（10）：106-107.
