高速公路路径识别系统优化方案

1.研究背景

目前，大部分省份已经实施了联网收费，在联网收费系统的建设中往往面临车辆行驶路径的识别问题。在联网收费环境下，尤其在投资主体多元化的路网环境下，如何确定行驶路径，影响到车辆通行费的计算及收费收入在单位间的拆分。高速公路交通流量非常大，其上产生的通行费额巨大，而在多路径上产生的通行费也占相当的比例。据山东省高速公路管理部门的估计，在多路径路段上发生的交通量占交通量的4%，多路径产生的费用占路网总通行费用的3.3%，每年多达1000万元。

在路径识别带来收益的同时，我们需考虑路径识别技术实施建设费用的问题。成本低、精度高、收益好的识别技术才是道路经营公司所青睐的。

现在广泛被采用的是最短路径法，以该识别法为依据的收费和分配较为简单，但在路径相差不大的情况下，往往会出现较大的偏差。若各业主自行设立收费站，投资巨大，而且会影响高速公路的效率，且不符合国家相关规定。若按投资比例进行分配，不同道路的行车流量又不能完全等同，这种拆分方式也有失公平。而车牌照识别法精度低、造价高，往往不为高速公路公司所采用。

RFID电子标签识别法是一种性价比较高的多义性路径识别法，有着较大的优势和发展空间。电子标签法的成本比车牌技术要低，而动态识别的准确率要高。

电子标签法是未来高速公路多义性路径识别技术发展的方向，结合日渐成熟的ETC技术，其应用前景广阔。

2.路径识别的基本方法

目前，路径识别技术从总体上可以分为精确识别和概率识别两类，如图3-25所示。

图3-25 路径识别的方法

精确识别的核心是正确判别路网中每一车辆的实际行驶路径，对路网中可能出现行驶歧义的车辆，通过一定的技术手段（不论是土建设施还是电子手段）来对路径进行确认，从而解决路网中的路径问题。精确识别法主要有标识站法、车牌照识别法、标签识别法等。

概率识别法是以交通均衡或非均衡理论为基础，建立各种理论模型和算法，分析计算特定高速公路网络的通行车辆交通分布与分配，从而确定路网中整体出行交通的行驶路径或单车的可能行驶路径。随着高速公路的发展，高速公路路网将越来越复杂，概率统计模型的建立和投资业主间的拆分标准制定也越来越困难。概率识别法主要有最短路径法、车辆分型统计法、调查协商法、概率统计法等。

下面简要介绍几种常用或推荐采用的识别方法。

（1）标识站法

采用一定的土建设施和电气设备在可能出现二义性的道路上设立车辆通过时在通行卡上作一定标识记录的设施，以判别实际行驶路径，它可分为停车和不停车式两种。不停车式标识站法适用于电子不停车收费系统（ETC），可以在车辆高速行驶时进行行驶路径精确标识。目前，不停车标识站法推广尚有一定难度。对于停车标识站法，凡经此断面的车辆必须停车和进行记录操作，导致行车速度降低，降低了高速公路的服务水平，而且国家法规已对停车式标识站法做出了限制。

（2）最短路径法

该方法取最短路径为行驶路径。从起点到终点存在两条或两条以上的路径，将最短路径作为车辆选择路径。此方法最为简便，投资最少。

最短路径法直接将多路径车辆通行费分配给最短路径业主，因此，这种方法的精确度取决于车辆在实际的路径选择过程中选择最短路径的概率。这种方法在最短路径与其他路径相差较大的情况下，较符合实际情况。最短路径与其他路径相差较小时，道路路径的选择可能考虑到路况、服务设施等情况，此时最短路径法的误差较大。

（3）车牌照识别技术

车牌照识别技术也可以用于多路径的精确识别，即在高速公路出、入口设置车牌照抓拍系统（或者采用人工输入车牌照号码），在路网内关键点设置车牌照抓拍系统，摄取通过车辆牌照并加以识别，从而判定车辆实际行驶路线。

车牌照识别法是一种不降低道路服务水平的精度识别法，是一种比较好的路径识别方法。其主要问题是识别精度和造价，目前用于车道车牌照识别系统的识别精度在90%左右，耗资在百万元以上。(www.xing528.com)

（4）标签识别法

标签识别法是车牌照识别法的改进方法。它是通过让车辆在携带通行卡等常用通行凭证的同时，再携带一个作为车辆特征的标签（标签可以采用条码、图形和电子标签等），在经过多义性路径关键点时对标签进行认证记录，结合车辆出入口通行信息，完成对车辆行驶路径的精确识别。

标签识别法造价低、识别率高，但在操作上存在一定的难度，需要司机配合把标签贴到合适的位置。

3.电子标签法

电子标签法是精确路径识别法中标签法中的一种，具有成本低、识别率高等优点。

（1）工作原理

在高速公路某点设立路径标识发送设备，车在入口时领到RFID电子标签，当车辆行驶至具有标识站的ETC标识车道（多车道自由流方式）时，安装于ETC标识车道的天线基站控制系统会自动唤醒RFID电子标签，并实时向RFID标签中写入本标识站信息，达到路径标识的目的。

（2）频段的选择

在高速公路收费系统中，RFID系统常见的工作频率为13.56MHz、433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz。采用RFID技术解决路径识别问题，路旁设备要满足远距离高速度电子标签的读写功能，系统工作频率应选择在超高频及微波频段。

①433MHz频段

在我国，433MHz的无线电频率是国家没有特殊规定其使用目的的频率范围，也是电子标签产品相对成熟的频率范围。在高速公路的路径识别中，该频段稳定性好，电子标签个体差异性小，数据读取的准确率也较高，电子标签和读写器的价格也相对便宜，不失为近期解决高速公路多义性路径识别的可选频段。但从长远的角度考虑，433MHz并非国家分配给高速公路电子不停车收费（ETC）的使用频段，在今后与ETC的结合过程中，会出现兼容问题。

②915MHz频段

860～960MHz这个频段已被GSM无线电话通信、RFID设备及工业、科研、医疗等用于一些设备。目前，915MHz尚未在高速公路路径识别上使用，这主要是因为RFID多义性路径识别的使用环境开放，电子标签与读写器的防干扰问题较为复杂。

③2.45GHz频段

全球公众通用的ISM频段，目前多被用于高速局域网、无线传感器网络、蓝牙系统、无线USB等技术领域。随着越来越多的公司使用这个频段，这个频段的产品的防干扰问题变得越加复杂。目前，在多路径识别中，这个频段的有源电子标签还很少。

④5.8GHz频段

该频段被国家智能交通系统工程技术研究中心、ISO/TC 204中国技术委员会确定为我国公路联网电子收费系统的工作频率。在高速公路车辆的多义性路径识别中，该频段的有源电子标签主要是针对电子不停车收费功能进行设计和实现的，因此，在功能上还不能完全满足路径识别的要求，需要时间进行相应的功能设计及改造。另外，5.8GHz频段的有源标签的方向性强，但成本高，所以也不利于其用于路径识别。但从长远角度来看，采用5.8GHz频段解决多义性路径识别问题，易于将来与电子不停车收费系统结合。

（3）优点

在多义性路径的精确识别技术中，电子标签技术比起其他方法有着很大的优势和发展空间。首先，使用电子标签技术不用设立专门的标识站，既避免了停车标识，提高了高速公路服务水平，又节省了因修建标识站所带来的投资运用成本；其次，使用电子标签技术的成本要比使用车牌识别系统低，并且动态识别的准确率要高。利用电子标签解决多义性路径识别问题的性价比高，可行性好。当前，我国多个省市均在研究高速公路RFID路径识别技术，并已有相关省市开展了工程建设与应用，如浙江、吉林等省已开始试点和应用RFID路径识别系统。