淺論高速公路ETC領(lǐng)域中的智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)特點及發(fā)展趨勢和應(yīng)對策略

交通運輸部科學研究院 張永軍 剛紅潤

淺論高速公路ETC領(lǐng)域中的智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)特點及發(fā)展趨勢和應(yīng)對策略

交通運輸部科學研究院 張永軍 剛紅潤

高速公路ETC領(lǐng)域中的智能交通系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展和建設(shè)，取得了很大的成就。但是如何把握國家積極推動物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用時機，更好地利用智能交通系統(tǒng)獲得的經(jīng)驗和成就，來進行交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，并根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢，采取相應(yīng)的應(yīng)對策略。

智能交通；智能交通系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)；RFID

1.引言

智能交通是交通運輸?shù)闹悄芑?，是指將先進的信息技術(shù)、電子通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等有機地運用于整個今天運輸管理體系而建立的一種實時、準確、高效的交通運輸綜合管理和控制系統(tǒng)。到目前為止，它的發(fā)展經(jīng)歷了智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)兩個階段。本文基于國家相繼制定相關(guān)政策法規(guī)和促進物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用時機，結(jié)合目前公路道路交通領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間的技術(shù)區(qū)別，以及在實際推廣應(yīng)用中對行業(yè)主管部門和用戶帶來的沖擊和影響，并根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的下一步發(fā)展趨勢，進行積極地應(yīng)對。

2.智能交通、智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)系

智能交通是交通運輸?shù)闹悄芑?，是指將先進的信息技術(shù)、電子通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等有機地運用于整個交通運輸管理體系而建立的一種實時、準確、高效的交通運輸綜合管理和控制系統(tǒng)。它的突出特點是以信息的采集、處理、發(fā)布、交換、分析、利用為主線，為交通運輸參與者提供多樣化的服務(wù)，本質(zhì)上是利用高科技使傳統(tǒng)的交通模式變得更加智能化，更加安全、節(jié)能、高效率。

智能交通系統(tǒng)的前身是智能車輛道路系統(tǒng)，它的主要特點是從功能到信息的應(yīng)用模式，即形成由上而下的信息采集應(yīng)用模式，由基本獨立的交通運輸業(yè)務(wù)功能域需求推動應(yīng)用，基于應(yīng)用需求構(gòu)建各自的信息采集渠道。

智能交通系統(tǒng)“功能->信息”采集及應(yīng)用模式會導(dǎo)致四大弊端：(1)功能系統(tǒng)推廣成本較大，難以形成規(guī)模效益和可持續(xù)發(fā)展；(2)信息編碼、通信接口標準不一，不能實現(xiàn)全國形成信息聯(lián)網(wǎng)；(3)信息只是作為工具使用一次即作廢，信息的潛在巨大資源價值沒有挖掘利用；(4)交通運輸要素信息的重復(fù)采集，導(dǎo)致社會資源浪費。

交通運輸物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通運輸領(lǐng)域中的應(yīng)用，目的是實現(xiàn)交通運輸系統(tǒng)的智能化管理和最優(yōu)化運行。具體來講，交通運輸物聯(lián)網(wǎng)是基于RFID技術(shù)、傳感網(wǎng)技術(shù)、泛在通信與網(wǎng)絡(luò)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將交通要素唯一化接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)交通要素的互聯(lián)互通，實時獲取交通要素的運行狀態(tài)和功能狀況，通過實時仿真和決策，促使交通要素間的互動和協(xié)同運作，實現(xiàn)整個交通系統(tǒng)的智能化管理和最優(yōu)化運行；同時利用對實時數(shù)據(jù)的運算處理，獲取對社會大眾有價值的交通運輸信息，提升交通運輸行業(yè)服務(wù)化水平，推進行業(yè)縱深化發(fā)展。

交通運輸物聯(lián)網(wǎng)能有效建立“信息->功能”應(yīng)用模式，即基于云計算的由下而上的信息資源開發(fā)應(yīng)用模式。交通運輸物聯(lián)網(wǎng)的各個組成系統(tǒng)和各種功能都是基于標準化的交通運輸信息標識、采集及存儲開發(fā)的。實時、全面、準確的交通信息是實現(xiàn)交通運輸智能化的關(guān)鍵，也是交通運輸物聯(lián)網(wǎng)成功實施的重要前提和基本保障，是交通運輸物聯(lián)網(wǎng)的靈魂。實際上，在許多系統(tǒng)中采集的大量信息除了用于生產(chǎn)運營業(yè)務(wù)管理外，同時還可以服務(wù)于政府部門的宏觀管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和大眾信息服務(wù)。

從智能交通、智能交通系統(tǒng)以及交通運輸物聯(lián)網(wǎng)三者的基本概念來看，智能交通系統(tǒng)和交通運輸物聯(lián)網(wǎng)都屬于智能交通的范疇，它們都推動著交通運輸?shù)牟粩嘀悄芑?，只是智能交通系統(tǒng)屬于智能交通發(fā)展的第一個階段，而交通運輸物聯(lián)網(wǎng)屬于第二階段。[1]

它們之間的主要區(qū)別簡單歸納如表1。

3.智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)目前在高速公路ETC領(lǐng)域上的技術(shù)應(yīng)用特點

智能交通系統(tǒng)和交通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在高速公路ETC領(lǐng)域里都得到了很大的應(yīng)用和發(fā)展。目前國內(nèi)的不停車電子收費系統(tǒng)，從技術(shù)層面區(qū)分，主要分為兩大派系，一類是基于DSRC技術(shù)為基礎(chǔ)的5.8G有源電子終端現(xiàn)場業(yè)務(wù)交易系統(tǒng)，它屬于智能交通系統(tǒng)的典型應(yīng)用技術(shù)代表；另一類是以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的無源電子標簽后臺業(yè)務(wù)交易系統(tǒng)，它屬于交通物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用技術(shù)代表。

3.1 基于DSRC技術(shù)的不停車電子收費系統(tǒng)

車輛進入RSU主機射頻區(qū)以后，車載OBU設(shè)備被激活喚醒。接著車載OBU設(shè)備響應(yīng)RSU主機的交易指令，經(jīng)過多次的業(yè)務(wù)交易指令，先后完成了車載OBU設(shè)備的身份認證和扣款交易，如果交易成功，由現(xiàn)場控制單元進行相應(yīng)的系列控制，從而完成抬桿放行[2]。

現(xiàn)場的交易信息經(jīng)過幾天或者若干時間后，通過網(wǎng)絡(luò)將交易信息上傳給后臺的數(shù)據(jù)庫，進行存儲，如圖1所示。

表1

表2

圖1

圖2

3.2 基于RFID技術(shù)的不停車電子收費系統(tǒng)

車輛進入RSU主機射頻區(qū)以后，RFID電子標簽被激活喚醒，接著RSU主機接收RFID電子標簽發(fā)射的ID后，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸傳遞給智能處理層，后臺系統(tǒng)進行業(yè)務(wù)交易，先后完成RFID電子標簽的身份認證和扣款交易，如果交易成功，由現(xiàn)場控制單元進行相應(yīng)的系列控制，從而完成抬桿放行如圖2所示。

3.3 兩種技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用比對

這兩種不停車電子收費系統(tǒng)的技術(shù)路線在很多方面存在差異，如表2所示。

4.高速公路ETC領(lǐng)域上的技術(shù)發(fā)展趨勢和應(yīng)對策略

隨著技術(shù)的迅猛發(fā)展，全球，包括中國，大力推動的物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)政策正在逐漸地深刻影響著高速公路ETC領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用，由此作為指導(dǎo)的行業(yè)管理部門和運營的高速公路運營單位需要進行相應(yīng)地了解和采取相應(yīng)的應(yīng)對策略。

4.1 技術(shù)發(fā)展趨勢

目前應(yīng)用設(shè)備的技術(shù)發(fā)展趨勢是應(yīng)用終端簡單化，無源化和免維護，業(yè)務(wù)交易通過網(wǎng)絡(luò)傳輸和云計算技術(shù)，在后臺完成處理。作為在高速公路ETC應(yīng)用而言，僅僅需要獲取車輛的ID即可，通過日益發(fā)達的網(wǎng)絡(luò)傳輸，借助云計算技術(shù)等強大的功能，不僅可以完成最基本的電子收費，而且可以完成其它更多的功能，從而使得運營部門和主管部門把更多的精力放在行業(yè)的發(fā)展上。

作為目前炒來炒去的“車車間”和“車路間”通訊，都是以專用的車載OBU設(shè)備為載體，這種技術(shù)路線就是發(fā)展數(shù)據(jù)處理功能強大的設(shè)備終端，而這不是交通行業(yè)信息化部門制定標準并推動技術(shù)的優(yōu)勢。

隨著技術(shù)的迅猛發(fā)展，以發(fā)展設(shè)備終端強大處理功能的技術(shù)路線，已經(jīng)被“騰云（計算）駕物（聯(lián)網(wǎng)）”的技術(shù)路線所取代。終端設(shè)備的發(fā)展趨勢有以下特征：

A.顯示屏折疊化，設(shè)備尺寸小型化

終端設(shè)備在不久的將來，顯示屏會變得和計算機一樣大，但是折疊的，這樣設(shè)備將會小型化。

B.設(shè)備僅由RFID、顯示屏和網(wǎng)絡(luò)芯片三部分組成

設(shè)備具有一個代表自己身份的RFID，用手指在顯示屏上完成所有的操作請求，通過網(wǎng)絡(luò)芯片將請求通過網(wǎng)絡(luò)傳輸以及云計算技術(shù)進行處理。

4.2 應(yīng)對策略

目前越來越多的領(lǐng)域正在采用“物聯(lián)網(wǎng)+云計算”的技術(shù)，因為這不僅是全球和國家推動的技術(shù)政策，確實也符合技術(shù)發(fā)展到一個新的階段帶來的相應(yīng)變化。高速公路ETC的技術(shù)應(yīng)用也不例外，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)逐步會取代目前的智能交通系統(tǒng)。那么如何適應(yīng)這個過渡階段，采取什么樣的策略哪？首先對于高速公路ETC的應(yīng)用，可以考慮將以RFID為代表的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)與以DSRC為代表的智能交通系統(tǒng)技術(shù)進行融合，及早進行準備，這樣雖然每一個ETC收費口會增加3-5萬元的RSU設(shè)備費用，但是卻可以減少車載OBU的數(shù)目，讓更多的車輛選用廉價的電子標簽，從而讓整個系統(tǒng)的費用迅速將下來。其次，對于“車車間”和“車路間”通訊，可以采用和工信部以及全國電子設(shè)備廠商合作的方式推動，將“車車間”和“車路間”的應(yīng)用成為一個純民間應(yīng)用，激活民間的群智群力，這樣才會像手機的發(fā)展一樣，價格又低，功能又強，徹底擺脫由交通部門去發(fā)展信息產(chǎn)品的劣勢。

5.結(jié)束語

交通運輸物聯(lián)網(wǎng)以面向交通要素的方式來實現(xiàn)整個交通運輸領(lǐng)域物聯(lián)，將整個交通系統(tǒng)看作交通工具（汽車、火車、飛機等）、交通對象（旅客、貨物）以及交通基礎(chǔ)設(shè)施（道路、鐵路、港口、機場、航線等）所構(gòu)成的整體，它們之間存在的功能交互構(gòu)成了整個交通系統(tǒng)的功能域。高速公路ETC的技術(shù)發(fā)展趨勢，也必然是按照這個思路和方向發(fā)展，從而提高高速公路安全監(jiān)管及應(yīng)急處置能力，提升社會經(jīng)濟效益。

[1]中國工程院.“物聯(lián)網(wǎng)及其在重要領(lǐng)域的應(yīng)用”咨詢研究項目課題之四——物聯(lián)網(wǎng)在交通運輸領(lǐng)域的應(yīng)用[C].中國工程院重大咨詢項目,2011,01.

[2]收費公路聯(lián)網(wǎng)電子不停車收費技術(shù)要求,2011-02-23.

張永軍（1973—），男，北京人，碩士，助理研究員，現(xiàn)供職于交通運輸部科學研究院，研究方向：RFID在交通運輸領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。