1、一、 引言高速公路联网后，出口和入口之间可能存在多种行车路径。当车主选走不同的路径时，可能涉及不同的路费拆分，甚至不同的收费标准。为精确识别车辆的行驶路径，并针对行驶路径给出正确、公平的路费拆分或收费标准，需要在车辆进入高速后采用某种手段来跟踪该车辆的行驶路径，并体现到过车流水或费率中去。本文深入分析了目前存在的车牌识别、有源射频卡等方案的优劣性，并针对有源射频卡方案提出了创新型 5.8G 统一多路径识别解决方案，并阐明对比 433M 频段有源射频卡方案的先进性。二、 多路径识别方案分析1、 高速公路多路径识别高速公路联网后， 从地点 A 到达地点 B 存在多种可选路径。 车主选用不同的路径导
2、致行驶的高速里程不同，或者涉及的道路业主不同。 因此在收费标准、 路费拆分方面， 也需要采用不同的方案。 多路径识别是指通过一定的手段识别车辆行驶的路径， 作为收费或者拆分结算的依据。图 1 高速公路多路径识别2、 多路径识别整体路线选择多路径识别目前普遍采用的方案有两大类： 模糊识别与精确识别。模糊识别是指通过地感、雷达、视频识别等技术， 辅以车型识别设备， 统计经过不同路径的车辆数量和类型。后续在做路费拆分时，根据统计数据，将路费拆分给不同的业主。这种方案不能够精确识别某辆车的行驶路径，因此不能够作为向车主区别收费的依据， 只能作为拆分路费的依据。作为拆分依据，也因识别率有限，整体方案也不
3、够精确，远远不能满足业主需求。精确识别的方案较多， 但普遍采用的主要有三类：合建站识别、视频车牌识别、有源射频识别。合建站是在不同业主路段或多路径交叉点处建设的写卡站点。车主到达合建站后交卡并由工作人员在卡内写入路径信息。此方案涉及大规模工程建设，且严重影响高速公路联网后的畅通性，因此按照交通部整体规划，未来几年将逐步废除。并且新建的高速公路不准再引入新的合建站。视频车牌识别是指在高速公路多路径识别点架设高清摄像设备，并铺设高速通信光纤网。当车辆经过摄像点时，自动拍照，提取图像特征和车牌信息后，将数据实时传输到后端服务器，形成车辆行驶的路径信息，作为后续结算的依据。如果还需要实现根据路径差异化
4、收费，则需要由后端服务器将数据转换为该车的路径信息，进一步实时同步到所有的高速公路出入口站点。当车辆到达出口时，车道上位机从站点服务器获取该车辆的路径信息，并体现到收费中去。视频识别对车主没有额外的要求，但在面临地面积水、阴雨、大雾、夜间等外部情况时，会导致识别率下降。有源射频方案是指在高速公路入口处给车主发放可远程接受路径信息的射频复合卡，同时在道路旁架设无线基站，无线基站会持续广播本路径的标识信息。当车辆行驶到不同的路径上时，无线基站广播的标识信息会被该射频复合卡接收，并记录在卡内。当车辆到达出口时，车主交回复合卡，出口车道系统读出路径信息与出入口信息，实现根据路径的差异化收费和差异化结算
5、功能。有源射频方案识别率可达到 99%以上，且不受天气、时间影响，是目前最具优势的精确识别方案。目前还有其他的非主流解决方案，如通过移动运营商的基站定位方案。在高速公路入口处给车主发放内置手机通信模块的射频复合卡。当车辆在高速公路行驶时，该射频复合卡实时收集并记录基站广播的 CELL id 信息。 到达出口时，根据沿途的基站标识信息，得到车辆行驶的路径信息。但该方案设计与运营商合作，存在月租费用等因素。 在移动基站射频复合卡的研发技术上，也存在电流大、成本高、待机时间短等问题。还有给车辆在高速公路入口处粘贴无源射频标签的想法，即无源射频方案。该方案在实际实施上可行性不大， 因此不再做深入探讨。
6、二、 多路径识别有源射频方案分析有源射频方案目前在个别省份使用了 433M 频率，其方案是发行13.56M+433M 双频复合卡作为高速公路 MTC 通行卡。目前 433M 复合卡中 433M模块与 13.56M 模块相互独立，为读出行驶中写入的路径信息，必须批量更换已有 MTC 车道读卡器，用同时支持 433M 与 13.56M 频段的双频读卡器替换。这就涉及到大规模的设备投资。433M 频段用于智能交通，存在下列问题： 不能与 ETC 用户兼容，必须为 ETC 用户新上一套路径识别设备 不是交通频段，民用干扰大。如步话机、车载台、的士设备等均会影响成功率 无相关标准计划。目前不同厂家的设备
7、没有统一标准，基站与 MTC 卡只能是一个厂家捆绑。而国家标准组织也没有在 433M 民用频率推出交通应用标准的规划 应用前景单一。433M 的传输速率有限，干扰大，现在建设的基站只能作为多路径识别使用，无法作为智能交通的节点， 实现信息下发和双向交互。图 2 目前各种方案总结采用交通专用的 5.8G 频段实现多路径识别的有源射频方案，就成为解决上述问题的必然手段。5.8G 频段是目前智能交通的专用频段，在高速公路 ETC 电子不停车收费已经得到普遍应用。采用 5.8G 频段实现多路径识别， 可以根本解决上述问题，具有以下优势： 5.8G MTC 卡可实现与现有 MTC 车道读卡器硬件的兼容，
8、无需大规模的设备改造 与目前 ETC 属于同一频段， 实现与 ETC 用户路径识别的兼容 专用频段， 干扰小， 成功率更高 可与交通部相关标准部门合作， 共同推出基于 5.8G 频段的多路径识别协议标准 利用 5.8G 频段带宽大的优势， 为多路径识别部署的大量 5.8G 基站设备， 将来可成为与车辆开展双向信息服务的节点图 3 5.8G/433M 方案对比图 3 为 433M 射频卡与 5.8G 射频卡在各方面的效果对比：以前采用 433 频段实现 MTC 双频复合卡的原因是国内厂家在 5.8G 射频电路研发方面技术储备不足， 不能解决任意放置的 MTC 卡在天线全向性、 接收灵敏度、 绕射
9、能力、 耗电量方面的瓶颈。 经过多年基于 5.8G 的 ETC 应用开发和技术积累， 现在国内厂家普遍在 5.8G 射频领域积累了大量研究成果。 突破5.8G 频段在绕射能力、 接收灵敏度、 耗电量方面的瓶颈， 研制基于 5.8G 频段的多路径识别 MTC 卡产品， 达到了比 433M 更好的接收指标， 更长的使用寿命， 更简易的工程部署。 因此采用 5.8G 交通专有频段实现 MTC 多路径识别就成为一种更有效的选择。三、 高速公路 5.8G&MTC&ETC 统一多路径解决方案1、 统一多路径解决方案部署5.8G MTC&ETC 统一多路径解决方案采用 5.8G 智能交通频段为工作频率， 在
10、部署时统一兼容 ETC 车辆和 MTC 车辆。 系统部署如下图所示：图 4 系统部署图多路径识别部署分三部分：入口部署、 信标站部署、 出口部署和中心部署。（1） 入口部署进一步分为 ETC 和 MTC ETC 入口车道系统无需任何改动， 完全继承已有的 ETC 车道系统 MTC 入口车道系统硬件无需任何改动。 软件需升级支持 5.8G 多路径识别卡休眠时长的写入。（2）信标站部署需按车道设置天线 每个天线覆盖两个车道 天线采用时分操作， 避免数据干扰 天线支持与 ETC 用户和 MTC 卡的双向交互 ETC 用户的通行卡需增加非加密路径写入文件， 便于在高速行驶中， 由 OBU 独立将天线下
11、发的路径信息写入到卡内 天线通过无线运营商网络或高速公路光纤网连接到管理中心实现集中管理（3） 出口部署进一步分为 ETC 与 MTC ETC 出口车道系统硬件无需任何改动， 软件需升级支持读出通行卡内的路径信息 MTC 出口车道系统硬件无需任何改动， 软件需升级支持读出通行卡内的路径信息、 MTC 卡状态信息（4） 中心部署完成对多路径系统的集中管理 与信标基站之间互通， 完成对信标基站的远程配置。主要配置信息包括： 路径标识 ID、 休眠时长。 休眠时长的用处在下文描述 与信标基站之间互通， 完成对信标基站的远程维护。 主要实现告警采集、 状态查询、 远程复位等功能2、 统一多路径解决方案
12、使用场景统一多路径解决方案的场景分 ETC 和 MTC 车辆两种， 下面分两种情况分别描述。（1）ETC 车辆多路径识别使用场景ETC 车辆在实现多路径识别时， 对最终车主而言体验不到任何差异， 主要场景流程如下：i. ETC 车辆到达 ETC 车道入口ii. ETC 车辆通过 ETC 车道进入高速iii. ETC 车辆途径信标基站， 信标基站持续广播信号唤醒 OBU, 并下发路径标识 IDiv. OBU 收到路径标识 ID 后， 写入 IC 卡内的非加密路径信息文件v. ETC 车辆到达 ETC 车道出口， 出口天线读出入口信息及卡内的路径信息， 由车道计算机生成费率， 并将过车流水上报结算
13、中心场景中存在一个异常是如果 ETC 车辆在经过信标基站时， IC 卡没有插入OBU. 而在出口处又走了人工 MTC 车道， 则卡内读不到路径信息。 这种情况下需要要求车主将 IC 卡插入 OBU 再拔出。 OBU 会把自身保存的路径信息写入 IC卡。（2）MTC 车辆多路径识别使用场景MTC 车辆在实现多路径识别时， 又分为两种情况。 第一类是普通 MTC 通行卡车辆； 第二类是储值、 记账通行卡， 类似粤通卡、 速通卡等， 但车主并未申领 OBU.针对第一类用户， 可用 5.8G 复合通行卡替换原有 13.56M 通行卡， 实现多路径识别功能。 针对第二类用户， 可向卡用户优惠推广 OBU
14、 或者更换为5.8G 复合通行卡。对采用 5.8G 复合双频卡的用户， 主要场景流程如下：i. 车辆到达 MTC 车道入口ii. MTC 车道入口发行复合卡给车主， 复合卡除写入入口信息之外， 同时写入休眠时长如： 15 分钟iii. MTC 卡进入休眠状态， 休眠时间为写入的休眠时长 15 分钟iv. 15 分钟后， MTC 卡进入唤醒模式， 接收道路上的信标基站信息v. 车辆经过信标基站， MTC 卡唤醒并收到路径标识 ID 和休眠时长， 如：30 分钟vi. MTC 卡进入休眠状态， 休眠时间为 30 分钟vii. 车辆到达出口，MTC 车道工作人员用 13.56M 读卡器读出入口信息、
15、 路径信息和 MTC 卡自检的状态信息viii. MTC 车道计算机计算费率， 并向车道系统上报过车流水。 如果 MTC卡状态不正常， 需通过界面提示工作人员回收替换该 MTC 卡四、 统一多路径解决方案的系统特点1、 兼容性好， 可实现 MTC 与 ETC 统一多路径识别目前 433M 频段的多路径解决方案无法兼容已有的 ETC 用户， 随着十二五规划的推进， ETC 用户会不断增长。 为解决这部分用户的多路径识别问题， 仍然需要部署 5.8G 的多路径识别基站， 导致重复投资。采用 5.8G 多路径解决方案， 只需要部署一套多路径识别天线， 就可以同时解决 ETC 用户和 MTC 用户的多
16、路径识别问题， 有效降低投资风险。2、 改动小， 无需更换现有 MTC 车道桌面读写器设备5.8G 频段的 MTC 复合卡采用自主研发电路， 方便集成双界面读写技术， 与现有的 MTC 车道硬件系统完全兼容， 无需任何硬件改造。在使用过程中， MTC 卡的激活可以通过已有入口处的 MTC 车道读写器在写入口信息时完成。 复合卡通过 13.56M 写入的入口信息和通过 5.8G 写入的路径信息也可由车道现有的 MTC 车道读写器在出口一并读出。 因此节省了目前433M 方案在车道读写器上的改造投资。下图体现了 433M 多路径方案与 5.8G 多路径方案在车道读写器上的不同：图 5 车道读写器部署3、 寿命长， 5.8G 多路径方案采用场强检测唤醒， 更省电5.8G 复合双频卡采用 5.8G 场强检测技术，通过微功耗唤醒电路，可支持根据场强启动射频电路，耗电量只有 433M 卡的八分之一，考虑电池自身寿命，复合双频卡理论寿命可达 10 年以上。433M 复合双频卡目前业内采用周期唤醒模式，每秒唤醒一次，耗电量大。如果实现 433M 场强检测， 因其频率低，自然界 433M 杂波大，无法实现精确唤醒。前期实践证明，只有采用周期唤醒模式才可商用。同时通过在电路设计上自主研发， 5.8G 复合双频卡还实现了基于高速公
