8GHz多路徑識別方案

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，甚至不同的收費標準。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準，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，并表到達過車流水或費率中 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，并說明比照433M 頻段有源射頻卡方案的先進性。 1、高速公路多路徑識別 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 的路徑導(dǎo)致行駛的高速里程不同

2、， 或者涉及的道路業(yè)主不同。 因此在收費標準、 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。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，整體方案也不夠精確，遠遠不能滿足業(yè)主 需求。

3、多路徑識別方案分析 圖1 高速公路多路徑識別 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)胶蠖诵谄?，形成車輛行駛的路徑信息，作為后續(xù)結(jié)算的

4、依據(jù)。 如果還需要實現(xiàn)根據(jù)路徑差異化收費，那么需要由后端效勞器將數(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， 車道上位機從站點效勞器獲取該車輛的路徑信息，并表到達收費中去。 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)播送本路徑的標識信息。 當(dāng)車輛行駛到不同的路徑上時，無線基站播送的標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

5、 徑信息與出入口信息，實現(xiàn)根據(jù)路徑的差異化收費和差異化結(jié)算功能。 有源射頻 方案識別率可到達99%Z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 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播送的 CELL id信息。到達出口時， 根據(jù)沿途的基站標識信息，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、本錢高、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簽的想

6、法，即無源射頻方案。 該方案在實際實施上可行性不大， 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 433M1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，存在以下問題： 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

7、影響 成功率 無相關(guān)標準方案。目前不同廠家的設(shè)備沒有統(tǒng)一標準，基站與 MT#只 能是一個廠家捆綁。而國家標準組織也沒有在 433M民用頻率推出交通應(yīng)用標準 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。 低，大直.夜間、大雨等識別率 差，套牌無睥問題 高,有源射頻模塊接收靈敏度高 中等，必須貼在車商或外部 高,通過記錄移動、 聯(lián)通、 電信基 站c創(chuàng)ID實現(xiàn)定位 中，需要實時數(shù)偈傳送.車牌 識別效勞器 中，量大情況下購置標簽的成 本適中 低，900M讀寫器本錢與標簽 本錢低 高， 天線本錢雖然菖去，

8、 但標簽 本錢至少在200以上.耗電大, 需交效勞法 高， 攝像頭角度 補光， 背景 算法優(yōu)化工作聿大 低，只需在路側(cè)布防全向天 線即可 高，對標簽的放置，和天& 的角度要求復(fù)雜 低，只要和運營商談好合作. 就可以規(guī)模開通 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： 專用頻段，干擾小，成功率更高 可與交通部相關(guān)標準部門合作， 共同推出基于5.8G頻段的多

9、路徑識別 協(xié)議標準 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識別率 本錢 工程雎度 車牌識別 有源射頻 無源射頻 移動基站 - 5.8G MT也可實現(xiàn)與現(xiàn)有 備改造 MTC道讀卡器硬件的兼容，無需大規(guī)模的設(shè) 與目前ETC屬于同一頻段, 實現(xiàn)與ETC用戶路徑識別的兼容 雙向信息效勞的節(jié)點 圖3 5.8G/433M方案比照 圖3為433M射頻卡與5.8G射頻卡在各方面的效果比照： 以前采用433頻段實現(xiàn)MTCM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)儲藏缺乏，不能解決任意放置的MT#在天線全向性、接收靈敏 度、繞射能力、 耗電量

10、方面的瓶頸。 經(jīng)過多年基于5.8G的ETC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MT#產(chǎn)品，到達了比433M更好的接收指標， 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路徑識別就成為一種 更有效的選擇。 三、高速公路5.8G&MTC&ETC多路徑解決方案 1、統(tǒng)一多路徑解決方案部署 5.8G MTC&ETC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ETCMS和MTCPH。系統(tǒng)

11、部署如以下圖所示： 用戶類型 MTC用戶 MTC用戶 ETC用戶 車裁沒密 5G復(fù)合卡 OB5硬件無更改 433M夏合卡 雙模OBU, 僖標基站 同時解決MTC和F TC車輛多珞徑 只能解決MTC用戶萋路片 出入口 法h器無需更換 8 RSU無需更換 審澳雙短讀卡器 RSU無需更 互通性 有國標根底.協(xié)議開放性好 無協(xié)設(shè)標準，廠家互通旅 可開展性 專用頻段.無干擾n頻段統(tǒng)一，維護技術(shù)體制統(tǒng)一 ISM0段，民用設(shè)備干挑涓親 需同比 常寬大I窗電，未來可根供信息效勞 帶寬小.僅做二義性識別 圖4 系統(tǒng)部署圖 多路徑識別部署分三局部：入口部署、信標站部署、出口部署和中心部署。 (1) 入口部署進一步

12、分為 ETC?口 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， 防止數(shù)據(jù)干擾 天線支持與ETC用戶和MTC#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 (3) 出口部署進一步分為 ETC與MTC ETC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

13、 路徑信息 MTC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 與信標基站之間互通， 完成對信標基站的遠程配置。主要配置信息包括： 路徑標識ID、休眠時長。 休眠時長的用處在下文描述 與信標基站之間互通，完成對信標基站的遠程維護。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MTCMS兩種，下面分兩種情況分別 描述。 (1) ET/輛多路徑識別使用場景 ET/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.

14、ETC 車輛到達ET/道入口 ii. ETC車輛通過ETM道進入高速 iii. ETC 車輛途徑信標基站， 信標基站持續(xù)播送信號喚醒 OBU,并下發(fā)路 徑標識ID iv. OBU收到路徑標識ID后，寫入IC卡內(nèi)的非加密路徑信息文件 v. ETC軍輛到達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輛在經(jīng)過信標基站時，IC卡沒有插入OBU. 而在出口處又走了人工 MTC道，那么卡內(nèi)讀不到路徑信息。 這種情況下需要要 求車主將IC卡插入OBUS拔出。OBU會把自身保存的路徑信息寫入IC卡。 (2) MTC輛

15、多路徑識別使用場景 MTCPM在實現(xiàn)多路徑識別時,又分為兩種情況。第一類是普通MTG!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OBUE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道入口 ii. MT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)， 休眠時間為寫入的休眠時長15分鐘 iv. 1

16、5分鐘后，MTC卡進入喚醒模式， 接收道路上的信標基站信息 v. 車輛經(jīng)過信標基站，MTC卡喚醒并收到路徑標識ID和休眠時長， 如： 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道工作人員用13.56M讀卡器讀出入口信息、 路 徑信息和MT#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# 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)MTCW ETCa多路徑識別 目前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)

17、劃的推進，ETC用戶會不斷增長。 為解決這局部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MTC8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道桌面讀寫器設(shè)備 5.8G頻段的MTCT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 MT/道讀寫器在寫 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

18、車道現(xiàn)有的MTC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。 以下圖表達了 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，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

19、，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 拓撲的智能休眠技術(shù)，使彳# 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 路徑標識，但并不知道行車方向，只有多個路徑標識信息綜合才能判別車輛的 上下行BO /6* ?需史強為取辯/其事 對喟已打門時法、； 方向

20、。 而5.8G多路徑方案其標識站射頻覆蓋方向是可控的， 特別是在 某些省份，存在標記環(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、更平安，支持路徑信息認證加密寫入 5.8 G雙頻復(fù)合卡支持路徑信息的加密寫入， 在5.8G信標基站和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 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)機密信息交換的根本 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。 5.9 G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， 有效防止了