5.8GHz多路徑識(shí)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(shí)，可能涉及不同的路費(fèi)拆分，甚至不同的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。為精確識(shí)別車輛的 行駛路徑，并針對(duì)行駛路徑給出正確、公平的路費(fèi)拆分或收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，需要在車輛 進(jìn)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(dá)過車流水或費(fèi)率中 去。本文深入分析了目前存在的車牌識(shí)別、 有源射頻卡等方案的優(yōu)劣性，并針對(duì) 有源射頻卡方案提出了創(chuàng)新型 5.8G統(tǒng)一多路徑識(shí)別解決方案，并說明比照433M 頻段有源射頻卡方案的先進(jìn)性。多路徑識(shí)別方案分析1、咼速公路多路徑識(shí)別高速公路聯(lián)網(wǎng)后， 從地點(diǎn)A到達(dá)地點(diǎn)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

2、速里程不同，或者涉及的道路業(yè)主不同。 因此在收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、 路費(fèi)拆分方面，也需要采用不同的方案。 多路徑識(shí)別是指通過一定的手段識(shí)別 車輛行駛的路徑，作為收費(fèi)或者拆分結(jié)算的依據(jù)。u圖1高速公路多路徑識(shí)別2、多路徑識(shí)別整體路線選擇多路徑識(shí)別目前普遍采用的方案有兩大類：模糊識(shí)別與精確識(shí)別。模糊識(shí)別是指通過地感、雷達(dá)、視頻識(shí)別等技術(shù)， 輔以車型識(shí)別設(shè)備， 統(tǒng)計(jì)經(jīng)過不同 路徑的車輛數(shù)量和類型。后續(xù)在做路費(fèi)拆分時(shí)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將路費(fèi)拆分給不 同的業(yè)主。這種方案不能夠精確識(shí)別某輛車的行駛路徑，因此不能夠作為向車主 區(qū)別收費(fèi)的依據(jù)， 只能作為拆分路費(fèi)的依據(jù)。作為拆分依據(jù)，也因識(shí)別率有限，整體方案也不夠精確，遠(yuǎn)遠(yuǎn)

3、不能滿足業(yè)主 需求。精確識(shí)別的方案較多，但普遍采用的主要有三類：合建站識(shí)別、視頻車牌識(shí)別、有源射頻識(shí)別。合建站是在不同業(yè)主路段或多路徑交叉點(diǎn)處建設(shè)的寫卡站 點(diǎn)。車主到達(dá)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(yán)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(zhǔn)再引入新的合建站。視頻車牌識(shí)別是指在高速公路多路徑識(shí)別點(diǎn)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(diǎn)時(shí)，自動(dòng)拍照，提取圖像特征和車牌信息后，將 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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)算的依據(jù)。 如果還需要實(shí)現(xiàn)根據(jù)路徑差異化收費(fèi)

4、，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(jìn)一步實(shí)時(shí)同步到所有的高速公路出入口站點(diǎn)。當(dāng)車輛到達(dá)出口時(shí)， 車道上位機(jī)從站點(diǎn)效勞器獲取該車輛的路徑信息，并表到達(dá)收費(fèi)中去。視頻識(shí)別對(duì)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(shí)， 會(huì)導(dǎo)致識(shí)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(yuǎn)程接受路徑信息的射 頻復(fù)合卡，同時(shí)在道路旁架設(shè)無線基站，無線基站會(huì)持續(xù)播送本路徑的標(biāo)識(shí)信息。 當(dāng)車輛行駛到不同的路徑上時(shí)，無線基站播送的標(biāo)識(shí)信息會(huì)被該射頻復(fù)合卡接 收，并記錄在卡內(nèi)。當(dāng)車輛到達(dá)出口時(shí)，車主交回復(fù)合卡，出口車道系統(tǒng)讀出路 徑信息與出入口信息，實(shí)現(xiàn)根據(jù)路徑的差異化收費(fèi)

5、和差異化結(jié)算功能。 有源射頻 方案識(shí)別率可到達(dá)99沖上，且不受天氣、時(shí)間影響，是目前最具優(yōu)勢(shì)的精確識(shí) 別方案。目前還有其他的非主流解決方案，如通過移動(dòng)運(yùn)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(shí)，該射頻復(fù)合卡實(shí)時(shí)收集并記錄基站播送的 CELL id信息。到達(dá)出口時(shí)， 根據(jù)沿途的基站標(biāo)識(shí)信息，得到車輛行駛的路徑信息。但該方案設(shè)計(jì)與運(yùn)營商合 作，存在月租費(fèi)用等因素。在移動(dòng)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(jī)時(shí)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(biāo)簽的想法，即無源射頻方案。 該方案在實(shí)際實(shí)施上可行性不大，因此不再做

6、深入探討。二、多路徑識(shí)別有源射頻方案分析有源射頻方案目前在個(gè)別省份使用了 433M頻率，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(dú)立，為讀出行駛中寫入的路徑信息，必須批量更換已有MTC車道讀卡 器，用同時(shí)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(shí)別設(shè)備不是交通頻段，民用干擾大。如步話機(jī)、車載臺(tái)、的士設(shè)備等均會(huì)影響 成功率無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方案。目前不同廠家的設(shè)備沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，基站與MTC

7、卡只能是一個(gè)廠家捆綁。而國家標(biāo)準(zhǔn)組織也沒有在433M民用頻率推出交通應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)別使用，無法作為智能交通的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)信息下發(fā)和雙向交互。|工程難JS車清識(shí)別低，大翼，夜間、犬雨等識(shí)別率中，需矍實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)悔送車腮札 攝像頭角度，補(bǔ)光圖2目前各種方案總結(jié)采用交通專用的5.8G頻段實(shí)現(xiàn)多路徑識(shí)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(fèi)已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。 采用5.8G頻段實(shí)現(xiàn)多路徑識(shí)別，可以根本解決上述問題，具有以下優(yōu)勢(shì)： 5.8G MTC卡可實(shí)

8、現(xiàn)與現(xiàn)有MTC車道讀卡器硬件的兼容，無需大規(guī)模的設(shè) 備改造與目前ETC屬于同一頻段， 實(shí)現(xiàn)與ETC用戶路徑識(shí)別的兼容專用頻段，干擾小，成功率更高利用5.8G頻段帶寬大的優(yōu)勢(shì)，為多路徑識(shí)別部署的大量5.8G基站設(shè)備, 將來可成為與車輛開展雙向信息效勞的節(jié)點(diǎn)背異差，套牌、無牌問題識(shí)別很務(wù)器算法優(yōu)化工柞重大有海射頻高有源射頻模塊接收靈壌度蠱中雖大情況下購置標(biāo)簽的成 本適中低，只需在路側(cè)布防全同天 線即可無源射頻中摹必碩貼在車窗或外割低 9DDM寫囂咸加與祐簽 本錢1氐離，對(duì)標(biāo)避的放臣*和天線的角度莖求復(fù)雜移動(dòng)基站高，通過記錄移動(dòng)、聯(lián)通，電信皐贏、天線成不雖然省去但標(biāo)簽 本錢至少在200収上耗電尢WQ

9、9R務(wù)費(fèi)低，只姜和運(yùn)營商談好合炸，站匚對(duì)10實(shí)現(xiàn)走位軌可以規(guī)模幵通用戶類型EG用戶ETC用戶初TG用戶ETC用戶生載設(shè)備社j 5EG套合卡OBU,碗件無更改4SSMS合卡巒取模OBU.命1S標(biāo)臺(tái)站0聞時(shí)解MTC和ETC車輛多路徑|京只能壽決MTU用戶多路徨出入口C 讀卡器無需更換RSU無需畫換審換雙頻讀卡器 RSU無需更互通性佇有國標(biāo)基咄，協(xié)議幵放性好無協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，廠冢亙通進(jìn)堆護(hù)乜專用頻段，無干擾.頻段統(tǒng)一，樂護(hù)技術(shù)體制統(tǒng)一® ISM麺段，民用設(shè)備干擾源埶霜同的可開展性O(shè)帶寬大,省皚,耒采可提供信息效勞帶矽扎僅做二St性識(shí)別圖3徑解決右辯433M養(yǎng)跨住解呢圖3為433M射頻卡與5.8G

10、射頻卡在各方面的效果比照:以前采用433頻段實(shí)現(xiàn)MTC雙頻復(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(chǔ)藏缺乏，不能解決任意放置的MTC卡在天線全向性、接收靈敏 度、繞射能力、 耗電量方面的瓶頸。 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(shí)別MTC卡產(chǎn)品，到達(dá)了比433M更好的接收指標(biāo)， 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(shí)現(xiàn)MTC多路徑識(shí)別就成為一種 更有效的選擇。高速公路5.8G&MTC&

11、amp;ET統(tǒng)一多路徑解決方案1、統(tǒng)一多路徑解決方案部署5.8G MTC&ET統(tǒng)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(shí)統(tǒng)一兼容ETC車輛和MTC車輛。系統(tǒng)部署如以下列圖所示：圖4系統(tǒng)部署圖多路徑識(shí)別部署分三局部：入口部署、信標(biāo)站部署、出口部署和中心部署1入口部署進(jìn)一步分為ETC和MTC ETC入口車道系統(tǒng)無需任何改動(dòng)，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(dòng)。軟件需升級(jí)支持5.8G多路徑識(shí)別卡休眠時(shí)長的寫入。2信標(biāo)站部署需按車道設(shè)置天線每個(gè)天線覆蓋兩個(gè)車道天線采用時(shí)分操作，防止數(shù)據(jù)干擾天線支持與ETC用戶和MTC卡的雙向交互 ETC用戶

12、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(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)或高速公路光纖網(wǎng)連接到管理中心實(shí)現(xiàn)集中管 理3 出口部署進(jìn)一步分為 ETC與MTC ETC出口車道系統(tǒng)硬件無需任何改動(dòng)，軟件需升級(jí)支持讀出通行卡內(nèi)的路徑信息 MTC出口車道系統(tǒng)硬件無需任何改動(dòng)，軟件需升級(jí)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(duì)多路徑系統(tǒng)的集中管理與信標(biāo)基站之間互通， 完成對(duì)信標(biāo)基站的遠(yuǎn)程配置。主要配置信息包括： 路徑標(biāo)識(shí)ID、休眠時(shí)長。 休眠時(shí)長的用處在下文描述與信標(biāo)基站之間互通，完成對(duì)信標(biāo)基站的遠(yuǎn)程維護(hù)。主要實(shí)現(xiàn)告警采 集、狀態(tài)查詢、遠(yuǎn)程

13、復(fù)位等功能2、統(tǒng)一多路徑解決方案使用場(chǎng)景統(tǒng)一多路徑解決方案的場(chǎng)景分ETC和 MTC車輛兩種，下面分兩種情況分別 描述。1ETC車輛多路徑識(shí)別使用場(chǎng)景ETC車輛在實(shí)現(xiàn)多路徑識(shí)別時(shí)，對(duì)最終車主而言體驗(yàn)不到任何差異，主要場(chǎng)景流程如下：i. ETC 車輛到達(dá)ETC車道入口ii. ETC車輛通過ETC車道進(jìn)入高速iii. ETC 車輛途徑信標(biāo)基站，信標(biāo)基站持續(xù)播送信號(hào)喚醒 OBU,并下發(fā)路徑標(biāo)識(shí)IDiv. OBU收到路徑標(biāo)識(shí)ID后，寫入IC卡內(nèi)的非加密路徑信息文件v. ETC車輛到達(dá)ETC車道出口，出口天線讀出入口信息及卡內(nèi)的路徑信息，由車道電腦生成費(fèi)率，并將過車流水上報(bào)結(jié)算中心場(chǎng)景中存在一個(gè)異常是如果

14、ETC車輛在經(jīng)過信標(biāo)基站時(shí)，IC卡沒有插入OBU. 而在出口處又走了人工 MTC車道，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OBU再拔出。OBU會(huì)把自身保存的路徑信息寫入IC卡。2MTC車輛多路徑識(shí)別使用場(chǎng)景MTC車輛在實(shí)現(xiàn)多路徑識(shí)別時(shí)，又分為兩種情況。第一類是普通MTCS行 卡車輛；第二類是儲(chǔ)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(duì)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(shí)現(xiàn)多 路徑識(shí)別功能。針對(duì)第二類用戶，可向卡用戶優(yōu)惠推廣OBU或者更換為5.8G 復(fù)合通行卡。對(duì)采用5.8G復(fù)合雙頻卡的用戶，主要場(chǎng)景流程如下：i

15、. 車輛到達(dá)MTC車道入口ii. MTC車道入口發(fā)行復(fù)合卡給車主，復(fù)合卡除寫入入口信息之外，同時(shí)寫入休眠時(shí)長如：15分鐘iii. MTC 卡進(jìn)入休眠狀態(tài)， 休眠時(shí)間為寫入的休眠時(shí)長15分鐘iv. 15分鐘后，MTC卡進(jìn)入喚醒模式，接收道路上的信標(biāo)基站信息v. 車輛經(jīng)過信標(biāo)基站，MTC卡喚醒并收到路徑標(biāo)識(shí)ID和休眠時(shí)長，女口： 30分鐘vi. MTC卡進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠時(shí)間為30分鐘vii. 車輛到達(dá)出口，MTC車道工作人員用13.56M讀卡器讀出入口信息、 路 徑信息和MTC卡自檢的狀態(tài)信息viii. MTC車道電腦計(jì)算費(fèi)率，并向車道系統(tǒng)上報(bào)過車流水。如果MTC卡狀態(tài)不正常， 需通過界面提示工

16、作人員回收替換該 MTC卡四、統(tǒng)一多路徑解決方案的系統(tǒng)特點(diǎn)1、 兼容性好，可實(shí)現(xiàn)MTC與ETC統(tǒng)一多路徑識(shí)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) 劃的推進(jìn)，ETC用戶會(huì)不斷增長。 為解決這局部用戶的多路徑識(shí)別問題， 仍 然需要部署5.8G的多路徑識(shí)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(shí)別天線，就可以同時(shí)解決ETC用戶和MTC用戶的多路徑識(shí)別問題，有效降低投資風(fēng)險(xiǎn)。2、改動(dòng)小，無需更換現(xiàn)有MTC車道桌面讀寫器設(shè)備5.8G頻段的MTC復(fù)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車道硬件系統(tǒng)完全兼容，無需任

17、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 MTC車道讀寫器在寫 入口信息時(shí)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車道現(xiàn)有的MTC車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。以下列圖表達(dá)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:袖人；T is 1圖5車道讀寫器部署3、壽命長，5.8G多路徑方案采用場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)喚醒，更省電5.8G復(fù)合雙頻卡采用5.8G場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)技術(shù)，通過微功耗喚醒電路，可支持根 據(jù)場(chǎng)強(qiáng)啟動(dòng)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(dá)

18、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(shí)現(xiàn)433M場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)，因其頻率低，自然界433M雜波大，無法實(shí)現(xiàn)精確喚 醒。前期實(shí)踐證明，只有采用周期喚醒模式才可商用。同時(shí)通過在電路設(shè)計(jì)上自主研發(fā)，5.8G復(fù)合雙頻卡還實(shí)現(xiàn)了基于高速公路 拓?fù)涞闹悄苄菝呒夹g(shù)，使得5.8G復(fù)合雙頻卡產(chǎn)品進(jìn)一步降低用電量，其壽命進(jìn)一步延長， 綜合投資收益遠(yuǎn)高于433M復(fù)合卡方案。4、精度高，5.8G多路徑方案更適合標(biāo)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(fèi)方案，具備方向性好的特點(diǎn)。比對(duì)433M方案，433M目前難以控制無線信號(hào)的覆蓋區(qū)域，其覆蓋范圍通常是雙向覆

19、蓋，只適合于做路徑標(biāo)識(shí)，但并不知道行車方向，只有多個(gè)路徑標(biāo)識(shí)信息綜合才能判別車輛的 上下行方向。 而5.8G多路徑方案其標(biāo)識(shí)站射頻覆蓋方向是可控的，特別是在某些省份，存在標(biāo)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(gè)問題。識(shí)別環(huán)路的上下行示意圖如下：5、更平安，支持路徑信息認(rèn)證加密寫入5.8G雙頻復(fù)合卡支持路徑信息的加密寫入，在5.8G信標(biāo)基站和5.8G復(fù)合雙頻卡之間采用非對(duì)稱加密機(jī)制。非對(duì)稱加密算法需要兩個(gè)密鑰：公開密鑰publickey丨和私有密鑰privatekey丨.公開密鑰與私有密鑰是一對(duì)，如果用公開密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加 密，只有用對(duì)應(yīng)的私有密鑰才能解密；如果用私有密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，那么只有用對(duì)應(yīng)的公開密鑰才能解密。因?yàn)榧用芎徒饷苁褂玫氖莾蓚€(gè)不同的密鑰， 所以這種算法叫作非對(duì)稱加密算法。非對(duì)稱加密算法實(shí)現(xiàn)機(jī)密信息交換的根本過程是：甲方生成一對(duì)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(duì)機(jī)密信息進(jìn)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(duì)加密后的信息進(jìn)行解密。非對(duì)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(shí)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。5.8G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，有效防止了在5.8G