ETC多车道自由流收费技术

　　人类追求自由是与生俱来的，就像我们沐浴阳光，呼吸空气一样，是人类的天性。在交通出行领域，随着科学技术的发展，人们对出行方式的需求和要求也越来越多，人们也更加关注出行方式的便捷性、舒适度、自由度和畅通性等。

　　近些年，随着国民经济与交通运输业务的快速增长，交通拥堵问题日益严重，ETC技术的应用受到越来越多国家和地区相关部门的关注。而目前我国ETC系统的国家标准GB/T20851-2007《电子收费专用短程通信》主要针对高速公路封闭式单车道有栏杆模式的电子收费，采用的是双片式电子标签(OBU+双界面CPU卡)，虽然CPU卡电子钱包的现场消费模式功能较多，但由于交易时间过长，使得车速通常要控制在30km/h以下，而系统的交易速度、数据通信速率、微波通信距离，以及封闭式的单车道模式等都无疑给ETC智能交通的畅通和自由添了不少阻碍。

　　而在电子收费领域，ETC多车道自由流技术无疑代表了当今国际最先进的道路收费技术水平，也标志着道路收费技术未来的发展方向。多车道自由流是指多车道配置，自由流运作的一种通行方式。通俗一点讲，就是车辆在行驶过程中不受车道隔离的限制，经过收费点或天线区域时无须减速，通行速度可达到120km/h以上，在行驶过程中可以“自由”地变更车道，甚至跨线、并驰、超车行驶等，实现一定意义上的“随心所欲”。因此，可以说，多车道自由流的实施是ETC电子收费系统应用的高级阶段。

　　“自由”之技术

　　在智能交通领域，通信技术的日新月异不断影响着收费方式的变革。而自由流收费技术的横空问世，颠覆了传统的收费方式，使车辆摆脱了速度、车道、行驶状态等的束缚。多车道自由流系统的核心技术是专用短程通信技术(DSRC技术)，其由车载电子标签(OBU)，以及安装在道路上的路侧单元——电子标签读写天线(RSU)组成。同时，DSRC设备也是高速公路ETC系统的关键设备。在ETC自由流的应用中，DSRC设备交易成功率是衡量ETC自由流系统性能的一个重要指标，而这其中最关键的是载有电子标签车辆的路径信息标识的成功率。因此，有效地保证交易成功率对于成就ETC的“自由”来说显得至关重要，这就要解决好以下几方面问题：

　　1、交易时间问题

　　在ETC自由流应用中，存在着车流量大、车辆行驶速度范围大(车速从0～200公里/小时均有可能)的特点，而“高车速”就意味着车辆在交易区域内停留的时间短，此时留给RSU与OBU进行交易的时间就很短。要解决该类问题，一方面是要从技术上尽可能地缩短RSU与OBU的单次交易时间;另一方面，可以通过适当地加大DSRC设备微波交易区域范围的手段来解决该问题。减少单次交易时间可以通过简化交易协议(包括DSRC协议和与车道机的通信协议等)来实现，简单来说，就是要优化路径信息的标识方案，通过减少RSU与OBU之间的交易步骤来降低交易的复杂度，从而提高标识成功率。

　　2、邻道干扰问题

　　影响交易成功率的另一大问题，就是相邻ETC收费车道的邻道干扰问题。虽然，通过调整微波信号区域的措施可以对邻道干扰起到一定的抑制作用，但因为微波的反射特性，不能从根本上解决问题。因此，研发针对邻道干扰问题的抑制技术是很有必要的。根据DSRC传播的特点，如果自由流系统的信号发射功率太大，系统中各RSU之间就会产生干扰，还可能与其他公路的车辆进行交易，产生误标。所以，可以从微波信号强度检测的角度，采用0BU定位技术来彻底解决邻道干扰问题。

　　3、DSRC信号碰撞问题

　　自由流状态下，由于多个RSU必须并行与多个OBU进行交易，这大大提高了DSRC信号出现碰撞的几率，从而引起数据重传，增大了交易的失败率。通过采用同步控制技术，可以防止RSU下行信号碰撞，并通过通信协议对时间窗口的限定，降低RSU与OBU之间的信号碰撞。

　　4、行驶状态多样问题

　　在自由流的应用中，由于车辆行驶状态多样，保证交易成功率是比较困难的。动态跟踪OBU运动轨迹，以交通断面为单位，只要保证RSU之间能够无缝地将信号接续下去，就可以从根本上解决这一问题。

　　5、OBU定位技术

　　在多车道自由流系统中，解决未交易车辆的识别问题是一个难题，系统需要精确定位交易车辆的位置，换言之就是RSU要能够精确计算出OBU在车道中的位置。车辆定位的目的是确定车载电子标签在通讯区域中的物理位置，并与视频抓拍系统配合，实现对违章车辆的稽查。但由于车辆的自由流行驶，通信区域会相互重叠，因此，车辆实际从哪条车道通过很难判断。在交易过程中，可以通过检测OBU发射微波信号的强度，并结合有效的定位算法来进行OBU的精确定位。但这其中的一个重要问题不容忽视——解决未安装OBU车辆的识别问题，这就需要精确定位交易车辆，配合车辆跟踪系统，对通过车辆车牌等信息进行实时的识别存储，结合已识别车辆的信息，共同确定、识别出已通过的未安装OBU的车辆，为后续执法提供证据，降低对违章车辆稽查取证的难度和工作量。

　　除此之外，在技术上采用“双片式电子标签”具有一定优势，也是未来发展的一个趋势。由于“单片式电子标签”的扣费方式是通过将前端交易信息上传到后台系统中实现计次收费，而“双片式”的费用是记录在CPU卡的电子钱包里，因此相对于“单片式”来说，“双片式”可以实现实时扣费;不仅如此，在MTC车道还可将CPU卡拔出进行刷卡缴费，可谓是一举两得。

　　目前，自由流收费系统在技术的可行性上已基本不存在太大问题，唯一要解决的就是DSRC技术与现行国标的统一问题。