【安防知識網(wǎng)】概述

　　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(jié)構(gòu)復雜的高速公路交通網(wǎng)(如圖1)。高速公路建設(shè)較為完善的省份在省內(nèi)高速公路中已取消了主線收費站，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(nèi)高速公路，在不同業(yè)主的公路上行駛時已無需一次又一次地進出、交費，只需在駛?cè)牒婉偝鰰r進行一次交費。

圖1  規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復雜的告訴公路交通網(wǎng)

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　　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(如圖2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，尤其是在投資主體多元化的路網(wǎng)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。

圖2  A點與K點之間存在多條行駛途徑

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　　為解決“路徑二義性問題”，各種路徑識別技術(shù)應(yīng)運而生。路徑識別技術(shù)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，解決路網(wǎng)中多路徑問題。精確識別主要包括：標識站法、車牌識別法、不停車標識法(RFID技術(shù))等。

　　概率識別是以交通均衡或非均衡理論為基礎(chǔ)，建立各種理論模型和算法，分析計算特定高速公路網(wǎng)絡(luò)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。概率識別主要包括：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(diào)查法。

　　多種路徑識別技術(shù)應(yīng)運而生

　　為了切實維護各投資業(yè)主利益，解決路徑二義性，各省計劃在技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的條件下，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(shù)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(jīng)過標識站時必須停車，導致行車速度減慢，降低了高速公路的服務(wù)水平，與聯(lián)網(wǎng)收費的精神直接相違背，對社會形象也是一種極大損害;車牌識別法和不停車標識法的缺點是投資巨大、不能適應(yīng)高速行駛車輛、對車牌和電子標簽的位置要求較高，系統(tǒng)精度不能達到要求。對此，本文將介紹一種基于移動定位技術(shù)對高速公路車輛行駛路徑進行精確識別的解決方案，以供參考。

　　系統(tǒng)總體方案

　　基本思路

　　應(yīng)用Cell-ID移動定位技術(shù)，獲取車輛沿途經(jīng)過的關(guān)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(jīng)緯度信息)，再通過查詢Cell-ID與高速公路路段業(yè)主對應(yīng)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(如圖3)。

圖3  基站小區(qū)識別號移動定位技術(shù)

　　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，移動定位終端與車輛行駛過程中經(jīng)過的移動電話通信基站交換數(shù)據(jù)，通過Cell-ID移動定位技術(shù)，獲取車輛沿途經(jīng)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(yīng)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。[nextpage]

　　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(guān)鍵路徑點上的移動通信基站的移動定位服務(wù)，或移動通信運營商在高速公路沿途關(guān)鍵路徑點上建立微蜂窩通信基站，并開放移動定位服務(wù)。

　　實施的關(guān)鍵

　　本方案實施的關(guān)鍵是設(shè)計生產(chǎn)移動定位終端及其充電設(shè)備。

　　系統(tǒng)構(gòu)成

　　系統(tǒng)包括移動定位終端。該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通信，獲取位置信息。它可替代現(xiàn)有的高速公路通行卡。

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

　　關(guān)鍵技術(shù)

　　Cell-ID移動定位技術(shù)

　　Cell-ID移動定位技術(shù)是一種最基本的定位方法，適用于所有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。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)有網(wǎng)絡(luò)進行改動，只要在網(wǎng)絡(luò)側(cè)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(Cell-ID)定位移動定位終端。

　　該技術(shù)已經(jīng)在許多國家(包括我國)的移動網(wǎng)絡(luò)定位服務(wù)中得到應(yīng)用。在美國，它已經(jīng)開始為第1階段的“E911”緊急服務(wù)提供支持。

　　移動定位終端

　　移動定位終端的外觀設(shè)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(shù)，降低設(shè)備的功耗，使設(shè)備小巧輕便，易于收發(fā)和攜帶。另外，其采用雙界面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(yīng)用于自動發(fā)卡系統(tǒng)中。

　　移動定位終端內(nèi)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(shè)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(shè)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。[nextpage]

　　無線充電技術(shù)

　　利用無線充電技術(shù)的無線充電器已經(jīng)在日常生活中得到應(yīng)用。例如：香港城市大學科研人員研制成功的無線電池充電平臺(如圖4所示)。

圖4  無線電池充電平臺實物圖

　　另外，英國Splashpower公司生產(chǎn)的Multi SplashPad無線充電器(如圖5所示)。

圖5  Multi SptashPad無線充電器實物圖

　　本方案將利用無線充電技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)能夠批量、高效地為高速公路移動定位終端進行充電的設(shè)備。

　　在無線充電設(shè)備內(nèi)設(shè)置密集的小型線圈陣列，產(chǎn)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(nèi)的專用接收線圈感應(yīng)生成能量，為封裝在移動定位終端內(nèi)的鋰電池充電(圖6為原理示意圖)。

圖6  無線充電原理示意圖

　　在無線充電設(shè)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(shè)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，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(shè)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

　　第一，精確的路徑識別。

　　第二，移動定位終端小巧輕便，功能強大，兼容性強。它可以兼容或替代現(xiàn)有的高速公路通行卡，并能應(yīng)用于自動發(fā)卡系統(tǒng)中。

　　第三，能夠持續(xù)演進，提供更高定位精度。

　　第四，對現(xiàn)有系統(tǒng)的改動較小，經(jīng)濟實用。諸如：

　　·無需額外增加高速公路沿途設(shè)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(wù)費用，即可利用高速公路沿途的無線通信基站，實現(xiàn)路徑的精確識別功能;

　　·不占用高速公路通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(jié)束語

　　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(chǎn)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(shù)解決路徑二義性問題，實現(xiàn)高速公路精確路徑識別功能的總體方案。

　　雖然方案中提到的一些相關(guān)的難點，在技術(shù)上已逐步解決，并已有相應(yīng)的實際應(yīng)用，但總體方案的技術(shù)構(gòu)思與實際成熟產(chǎn)品之間畢竟存在一定的差距。希望本方案提供的新思路和新方法，對致力于解決路徑二義性問題的技術(shù)人員有所啟發(fā)和幫助