基于路径识别的高速公路ETC技术研究

文/付珺

1 前言

在高速公路联网收费遇到发展问题的同时，安装ETC 的车辆数量也在逐渐增多，借助ETC 和路径识别技术，解决联网收费存在的问题逐渐成为智慧交通建设发展的一种可行方案。

2 高速公路ETC 现状及需求

从2020年1月1日起，全国29 个联网省份的487 个省界收费站全部取消，在ETC 的支持下通过省界的时间将大幅降低，而部分收费站将保留一定数量的MTC（人工半自动收费方式）与ETC 方式相结合。收费金额根据我国及各省交通运输部门有关规定，统一制定费率，按照车型、行驶路径、行驶里程确定正常小车、客车等车辆的收费标准，对货车采用计重收费，其中行驶里程按照最短路径确定。我国高速公路联网收费长期采用最短路径法作为计算方式，但当今高速公路建设数量不断增加，车辆行驶密度扩展，最短路径法计算得到的通行费时常出现问题，这为高速公路发展带来了影响，不利于高速公路的发展。借助二义性路径问题，在ETC 等信息技术的帮助下将实际路径计算出来，按照实际路径进行收费，而这其中最为关键的就是路径识别技术。随着高速公路快速扩展，对高速公路联网收费的需求变化，包括：联网收费建设规模及质量，需要现有ETC 收费系统能够精确收费、迅速拆分账，避免车辆在通行费征收方面出现不公平问题。公众服务需求，ETC收费建设过程中民众就曾提出对通行费显示的要求，也进而发现了通行费收取不合理的问题。那么在路径识别应用后，相关参数信息也应该可以通过系统软件呈现给公众。

虽然ETC 普及建设迅速，但是在短时间内依然无法取代MTC，在路径识别处理上需要能够统一解决ETC 和MTC 的方案。收费或是拆分账都是建立在精准数据之上的，若识别精度不高导致用户在同一路径中收费出现差异，依然会造成不公平的问题，而且在交通运输量日益增长的背景下，识别速率也要有所保证[1]。建设信息化数据中心，大数据是未来智慧交通发展的主要依据，高速公路信息化建设也是基于路径识别的高速公路ETC 技术应用的基础，只有更为全面且丰富的信息系统，才能为路径识别、路网车辆行驶、收费数据提供强有力的支撑。

3 高速公路中路径识别方式

3.1 最短路径法

最短路径法作为传统高速公路交通收费的基础方式必然有其存在的道理，其原理是以假定路径中任意两个节点作为路网出行交通流量中的行程与长度，并忽视其他路线上行驶路径计算与识别，这使得最短路径法虽然有计算便捷的优势，但在实际路径识别应用中最短路径法过于理想化，特别是在多路径段内行程时间和交通量并不固定，难以凭借两个节点计算出最短路径。而且最短路径也会受驾驶者的行驶行为影响而出现差异，这使得最短路径法在现阶段高速公路通行费收取和拆分时会出现一些问题，仍需进一步改进和完善。

3.2 车牌识别法

在高速公路联网收费信息化、智能化设备的支持下路径识别技术已经能完成一定的计算工作，车牌识别是利用一车一牌的基础来形成车辆牌照识别，在车辆进入高速公路收费站后，识别系统就会记录车辆通过时间、通过的站点以及车辆牌照等信息，并将相关信息传输至高速公路联网收费的数据中心，在车辆经过后续站点后依然会继续记录相关信息，并与首次记录的信息进行核对，确保数据的准确性，这样就可以为车辆通行提供准确的数据，进而达到区分车辆路径识别的作用。车牌识别的优势在于体系较为成熟，短时间内就能达到良好的使用效果。但是在技术上还存在缺陷，当前图像抓拍与车辆识别受外界因素的干扰影响较大，比如在恶劣天气、交通流量较大时会对车辆识别产生一定影响，需要人工对相关数据进行核查。不过，这种缺点却能够有效适应当前ETC 与MTC 并行的收费模式。

3.3 电子标签法

电子标签是高速公路ETC 技术应用的关键，原理是车辆设有标识站的路段时以电子标签的形式记录代码信息，不同路段自然记录的代码信息也不一样，数据中心通过分析不同代码信息来确定车辆的行驶路径，从而实现精准收费。现阶段电子标签法的应用种类主要有三种。

首先，基于移动网络的IC 卡，可以简单理解为在ETC 模块中设置带有SIM 卡的复合通行卡，而且当前高速路段上也仍在使用IC 卡系统，为避免资源浪费可以将IC 卡功能与ETC 技术相互结合。可以自动将移动定位写入卡中，无须设置过多的路径关键点便能识别路径，优势在于可实现连续的轨迹识别。缺点在于需要良好的移动网络作为支撑，还需要对现阶段所使用的ETC 技术进行调整。

其次，RFID 路径识别技术，采用RFID 有源电子标签+复合通行卡的模式写入标识信息，当前已有成熟应用，比如在广东、浙江等地的MTC 系统，RFID 路径识别技术的优势在于能够提高路径识别的准确性，利用RFID 有源电子标签获取车辆的行驶路线，从而实现路径识别，进而能够对通行费用进行合理拆分。缺陷在于路径识别信号容易被屏蔽，误标率较高，系统稳定性较差，且根据部分省份应用RFID 的经验来看，前期建设投入成本较大[2]。

最后，5.8GHz 路径识别，其原理是当车辆经过5.8GHz 标识站后会自动标识复合通行卡、车载OBU 和ETC 卡，以此确定行驶路径。此方式成熟、应用简单，在大多数ETC 系统中都有着良好的识别率，交通运输部门对相关技术已经提出了要求。但也有明显的问题，便是MTC 系统无法应用此方法，其对车辆信息化以及高速公路联网的要求较高。

4 基于路径识别的高速公路ETC 技术应用

4.1 总体框架

ETC 车辆从ETC 车道可以正常进入路网，而MTC车辆从MTC 车道领取复合通行卡后进入高速公路联网内布设的标识点时，DSRC 技术便会将信息写入ETC 车载设备中，而MTC 车辆则写入复合通行卡内。当车辆进入ETC 入口时会清除掉OBU 中所记录的路径信息，并将此车道入口的信息记录在OBU 中，在清楚之前路径信息时，对于OBU 只需清除标识点计数即可，但是面对复合通行卡就要清除整个路径信息文件。而在收费站出口，ETC 车辆不停车自动缴费驶离，MTC 车辆则需要在MTC 车道交回复合通行卡。路径识别系统会读取非现金支付卡内的入口信息、OBU 及卡内路径信息，从而计算通行费用。一般来说需要先判断路径信息所记录标识点的位置，并找出进入高速公路后到出口之间的所有标识点序列，根据卡内路径信息、入口信息、OBU以及标识序列计算通行路径，并核对车辆信息符合后，计算出通行费并完成扣款，在扣款的同时清除标识点。如果在省内或跨省出入中没有标识点数据，则按照最短路径进行收费。

4.2 ETC 技术处理流程

基于路径识别的ETC 技术应用本质是为了强化收费拆分的准确性，分析车辆从入口收费站到出口收费站的行驶过程中经过的若干标识点，根据车辆的行驶路径计算出通行费。

传统车辆通行费计算是按照最短路径收费进行计算，计算也是基于最小收费额。而基于路径识别的通行费计算就要对标识点序列中每个节点序列中相邻标识点分段计算最短收费路径以及最小收费额。通行费计算要与高速公路收费规定相吻合，采用整数计算且个位取0 或5，在计算中也应设定个位数≤2.5 取0，2.5＜个位数＞7.5 则取5，≥7.5 则为10。在对相邻标识点路径进行分析时，需要确定车辆在该分段中的路径是否精确，计算出每个路段的收费金额，模糊路段采用最小收费额。然后根据车辆从标识点入口到出口的顺序合并车辆行驶路径以及收费总额，将两个数值与最短行驶路径及最小收费额进行对比，计算出路径中每个路段的清分比例，如果行驶路径中存在较多模糊路段，则需要进行二次清分。不过，在软件系统的计算中也可以借助历史数据经验的方式得出清分比例，进而确保车辆通行费拆分的合理性。

4.3 ETC 系统优化改造

基于路径识别的高速公路ETC 技术关键在于行驶路径上标识点设定以及ETC 系统的优化这两方面。通常来看标识点的设置是在多条高速公路形成的环网上，以两个枢纽交界处为基准点设置一个标识站，标识站本身要尽可能设置在直线路段且周围不能有遮挡，便于设置天线控制器、路径识别设备、网络交换机等设备，能够将识别信息快速传递到收费站的数据中心。

ETC 系统的优化更为关键，是支撑路径识别的重要基础。数据中心系统应当能够对路网中所有标识站进行远程监控，通常情况下会定期选择某一车辆进行同步跟踪服务，来判断标识信息与实际行驶信息的差别，若采用人工智能技术，也可以提供学习经验。车辆在经过标识站后，ETC 车载设备便会在识别区内将标识信息记录，对标识点上传的路径识别数据进行处理，而标识站也会将数据传输至路段中心管理系统，当车辆进入路段收费站后便将获取的信息与ETC 车载设备存储的信息进行比对，这就需要路段高速公路路网具有较高水平的数据管理服务器，能够对大量路径识别信息进行统一处理。另外，为了确保高速公路联网数据安全，还应当设置网络安全系统。

5 结语

通过对路径识别系统的分析和研究，可以了解到在路径识别技术的支持下，当前高速公路正向着智能化、信息化延伸发展，为人们的日常出行带来便利。同时高速公路ETC 技术是高速公路经济收益的主要来源，在路径识别帮助下能够更加精准地得出行驶路径，减少通行费收取和拆分不合理现象的发展，为高速公路ETC的持续发展提供支撑。