隨著我國高速公路的不斷發(fā)展，目前已形成了規(guī)模龐大、結構復雜的高速公路交通網(wǎng)。高速公路建設較為完善的省份也已基本實現(xiàn)了高速公路收費全省聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。車輛進入省內高速公路，只需在駛入和駛出時進行一次交費。

　　然而，對于進行聯(lián)網(wǎng)收費的高速公路網(wǎng)來說，兩點之間往往有多條行駛路徑可選(如圖1所示，A點與K點之間存在多條行駛路徑)，造成了高速公路收費運營中的一個難題，即“路徑二義性問題”。在聯(lián)網(wǎng)收費環(huán)境下，解決車輛行駛路線“二義性”問題對規(guī)范通行費用拆分方式、提高拆分透明度和公平性、實現(xiàn)更合理的業(yè)主間利益分配、提高業(yè)主積極性，具有極其重大意義。

　　為解決“路徑二義性問題”，各種路徑識別技術應運而生。路徑識別技術可以分為精確識別和概率識別兩類。

　　精確識別的核心是正確判別路網(wǎng)中每一車輛的實際行駛路徑，以解決路網(wǎng)中的多路徑問題。其主要包括：標識站法、車牌識別法、不停車標識法(RFID技術)等。

　　概率識別是以交通均衡或非均衡理論為基礎，建立各種理論模型和算法，分析計算特定高速公路網(wǎng)絡的通行車輛交通分布與分配情況，從而確定路網(wǎng)中整體交通流的行駛路徑或單車的可能行駛路徑。其主要包括：最短路徑法、布瑞爾交通分配法、出口確認法、路網(wǎng)平衡法、最大概率法、協(xié)商法、抽樣調查法。

　　為了切實維護各投資業(yè)主利益，解決路徑二義性，路徑識別正由概率識別逐步過渡到精確識別。

　　目前現(xiàn)有的精確識別技術還存在許多不足之處。例如，標識站法的主要缺點是車輛每次經過標識站時必須停車，導致行車速度減慢，與聯(lián)網(wǎng)收費的精神直接相違背;車牌照識別法和不停車標識法的缺點是投資巨大、不能適應高速行駛車輛、對車牌和電子標簽的位置要求較高，系統(tǒng)精度不能達到100%。

　　本文將介紹一種基于移動定位技術對高速公路車輛行駛路徑進行精確識別的解決方案。

　　系統(tǒng)總體方案

　　基本思路

　　應用Cell-ID移動定位技術，獲取車輛沿途經過的關鍵路徑上的移動電話通信基站的Cell-ID(不需要得到移動定位終端具體的經緯度信息)，再通過查詢Cell-ID與高速公路路段業(yè)主對應表，計算車輛實際行駛路徑，從而實現(xiàn)路徑的精確識別功能。

　　基本流程

　　在高速公路入口為每一輛車發(fā)放一個類似通行卡的移動定位終端，該終端與車輛行駛過程中經過的移動電話通信基站交換數(shù)據(jù)，通過移動定位技術，獲取車輛沿途經過的移動電話通信基站的Cell-ID。在高速公路出口，利用現(xiàn)有的非接觸式IC卡讀寫器，車道計算機讀取移動定位終端中存儲的移動電話通信基站的Cell-ID記錄，再通過查詢Cell-ID與高速公路路段業(yè)主對應表，計算車輛實際行駛路徑，從而實現(xiàn)路徑的精確識別功能。

　　實施的前提條件

　　本方案實施的前提條件是與移動通信運營商簽訂協(xié)議，開放高速公路沿途關鍵路徑點上的移動通信基站的移動定位服務，或移動通信運營商在高速公路沿途關鍵路徑點上建立微蜂窩通信基站，并開放移動定位服務。

　　系統(tǒng)構成

　　1.移動定位終端，大小類似非接觸式IC卡，與高速公路沿途的移動通信基站進行通信，獲取位置信息，可替代現(xiàn)有的高速公路通行卡。

　　2.移動定位終端箱是用于移動定位終端的存儲、發(fā)放設備，可用于高速公路自動發(fā)卡系統(tǒng)。內置無線充電設備，可以為移動定位終端充電。

　　關鍵技術移動定位技術

　　移動定位技術是一種最基本的定位方法，適用于所有的蜂窩網(wǎng)絡。它不需要移動定位終端提供任何定位測量信息，也無須對現(xiàn)網(wǎng)進行改動，只要在網(wǎng)絡側增加簡單的定位流程處理即可，因而最容易實現(xiàn)。定位原理很簡單：根據(jù)移動定位終端所在的基站小區(qū)識別號定位移動定位終端。

　　移動定位終端

　　移動定位終端的外觀將設計成類似非接觸式IC卡，采用低壓低功耗的CMOS器件和休眠模式等技術，降低設備的功耗，使設備小巧輕便，易于收發(fā)和攜帶。采用雙界面CPU卡，安全性更高，存儲空間更大，可以存放車輛的圖片，更利于高速公路營運管理。

　　移動定位終端不僅可以實現(xiàn)精確的路徑識別功能，而且可以替代現(xiàn)有的高速公路通行卡，并可應用于自動發(fā)卡系統(tǒng)中。

　　移動定位終端內部封裝以下模塊：

　　·移動定位模塊;

　　·雙界面CPU卡模塊;

　　·系統(tǒng)程序監(jiān)控模塊，可以在線升級軟件，實現(xiàn)持續(xù)演進，提供更高精度的需求;

　　·電源管理模塊，利用休眠設計模式，降低組件閑置時的能耗，提高電源利用率，延長電池使用時間和壽命;

　　·無線充電接收線圈，用于接收無限充電設備的能量，為電池充電;

　　·可充電鋰電池，能夠滿足移動定位終端連續(xù)工作3天的需求。

　　無線充電技術

　　本方案將利用無線充電技術設計生產能夠批量、高效地為高速公路移動定位終端進行充電的設備。

　　在無線充電設備內設置密集的小型線圈陣列，產生低頻電磁場，利用近場電磁耦合原理，使封裝在移動定位終端內的專用接收線圈感應生成能量，為封裝在移動定位終端內的鋰電池充電。原理示意圖如下圖2。

　　在無線充電設備中增加一根高磁導率鐵氧體磁棒，同時在移動定位終端中間設計一個過孔，使得磁棒能夠通過過孔穿過移動定位終端，這樣就可以降低能量損耗，高效快速地為移動定位終端充電。充電時間與普通充電器一樣。

　　將無線充電設備集成到移動定位終端箱中，就可以實現(xiàn)對移動定位終端的統(tǒng)一存儲、發(fā)放和充電等管理功能了。

　　系統(tǒng)特點

　　1.精確的路徑識別，精度為100%。

　　2.移動定位終端小巧輕便，功能強大，兼容性強?？梢约嫒莼蛱娲F(xiàn)有的高速公路通行卡，并能應用于自動發(fā)卡系統(tǒng)中。

　　3.能夠持續(xù)演進，提供更高定位精度。

　　4.對現(xiàn)有系統(tǒng)的改動小，經濟實用。

　　·無需額外增加高速公路沿途設施，只需與通信營運商簽訂協(xié)議，每年交納一定的移動定位服務費用，即可利用高速公路沿途的無線通信基站，實現(xiàn)車輛行駛路徑的精確識別;

　　·不占用高速公路通信系統(tǒng)網(wǎng)絡資源;

　　·利用現(xiàn)有的非接觸式IC卡讀寫器，實現(xiàn)移動定位終端與收費系統(tǒng)的信息交互;

　　·保持現(xiàn)有的IC卡管理模式不變。

　　結語

　　路徑二義性問題是在高速公路聯(lián)網(wǎng)收費發(fā)展過程中新產生的而且是必須解決的難題。本文提出的采用移動定位技術解決了路徑二義性問題，實現(xiàn)高速公路精確路徑識別功能，技術可行，經濟合理。

　　方案中提到的一些相關的難點，在技術上解決，并在現(xiàn)實生活中已有相應的實際應用。但總體方案的技術構思與實際成熟產品之間畢竟存在一定的差距，可能還有許多細節(jié)沒有考慮到。希望本方案提供的新思路和新方法，能對致力于解決路徑二義性問題的技術人員有所啟發(fā)和幫助。

　　(責任編輯：羅強)