ETC在智能停車場(chǎng)中的應(yīng)用研究

代艷萍 沈中偉 王思政 夏松林

摘要：智能交通是現(xiàn)目前最受關(guān)注的人類未來發(fā)展話題之一，而智能停車場(chǎng)則是最和人們息息相關(guān)的交通問題。結(jié)合ETC技術(shù)的智能停車場(chǎng)技術(shù)將成為未來最貼近人們生活實(shí)際的智能停車技術(shù)?，F(xiàn)目前雖說有很多智能停車技術(shù)，但都存在或多或少的環(huán)境要求高，管理困難以及技術(shù)要求高等問題。本文講述了ETC在智能停車場(chǎng)中的研究，分別從ETC技術(shù)，智能停車場(chǎng)現(xiàn)狀，結(jié)合車身規(guī)范技術(shù)的新型模式闡述了文章觀點(diǎn)。

Abstract： Intelligent transportation is one of the most closely watched human future development topics， while smart parking is the most closely related traffic problem. The smart parking technology combining ETC technology will become the most practical intelligent parking technology in the future. Currently， although there are many intelligent parking technologies， there are more or less environmental requirements， high cost and difficult management. This paper describes the research of ETC in intelligent parking lot， and expounds the article viewpoint from the current situation of ETC technology and smart parking lot respectively.

關(guān)鍵詞：ETC；智能停車場(chǎng)；新型模式；車身規(guī)范

Key words： ETC；smart parking lot；new mode；car specification

中圖分類號(hào)：U491.7+1TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）29-0188-03

0 引言

ETC技術(shù)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了對(duì)于用戶車輛的識(shí)別和通訊，是時(shí)下最為熱門的交通管理技術(shù)。將ETC技術(shù)應(yīng)用進(jìn)智能停車場(chǎng)也成為了大多數(shù)開發(fā)智能交通技術(shù)人員的首位選擇。但是光實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的智能收費(fèi)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有將智能管理的技術(shù)融入進(jìn)停車場(chǎng)，才能真正的實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的無人管理，達(dá)到理想智能停車場(chǎng)的目標(biāo)。

1 ETC介紹

1.1 ETC發(fā)展進(jìn)程

首先說到國(guó)外發(fā)展，最早研發(fā)ETC技術(shù)的是歐洲國(guó)家，早在1986年就將該技術(shù)運(yùn)用到了實(shí)際工作中，并于1997年出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是一種在國(guó)際上獲得了普遍認(rèn)可的ETC技術(shù)。美國(guó)也僅在晚了兩年時(shí)間推出了自己的ETC系統(tǒng)，其研發(fā)的“E-Zpass”系統(tǒng)，已成為目前最為著名的ETC技術(shù)。日本則是亞洲最早研究ETC技術(shù)的國(guó)家，1993年日本政府在提出的“道路技術(shù)5年規(guī)劃”中就提到了大力發(fā)展ETC系統(tǒng)，并且在1999年就制定了全國(guó)統(tǒng)一的技術(shù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。而反觀國(guó)內(nèi)，我過于90年代才開始接觸ETC系統(tǒng)，并在隨后的二十多年間研發(fā)自己的ETC技術(shù)。廣東省是我國(guó)最早將ETC投入實(shí)際應(yīng)用的省份，其于1996年10月率先引入美國(guó)TI公司的ETC系統(tǒng)，大大提高了交通管理效率，改變了傳統(tǒng)的交通管理模式。隨后，我國(guó)于2007年首次出臺(tái)了自己的ETC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成了自主獨(dú)立的ETC系統(tǒng)技術(shù)，使得該技術(shù)在國(guó)內(nèi)得以大力發(fā)展。其發(fā)展形式經(jīng)歷了三個(gè)階段：磁卡收費(fèi)，接觸式IC卡收費(fèi)，非接觸式ID卡收費(fèi)。最新的非接觸式ID卡收費(fèi)系統(tǒng)具有更好的保密性，抗干擾性和便利性，在實(shí)際運(yùn)用中具有更好的用戶體驗(yàn)。

1.2 ETC系統(tǒng)組成

ETC系統(tǒng)分為了前臺(tái)讀取和交換系統(tǒng)以及后臺(tái)數(shù)據(jù)處理和管理系統(tǒng)，其中又以前臺(tái)系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)最為重要的支撐。而前臺(tái)系統(tǒng)的組成主要分為了車載單元（OBU）和路側(cè)識(shí)別單元（RSU），并且二者通過專用的短程通信DSRC協(xié)議來進(jìn)行信息的無線交換，實(shí)現(xiàn)了汽車的自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)拍照和自動(dòng)收取費(fèi)用等功能。

①車載單元（OBU）又叫做電子標(biāo)簽，是一種能夠進(jìn)行短波通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的移動(dòng)設(shè)備，其中存儲(chǔ)了車輛信息以及用戶信息等數(shù)據(jù)，以供ETC系統(tǒng)作為調(diào)用收費(fèi)查證的根據(jù)。一般OBU都是安裝在車身前擋風(fēng)處，便于識(shí)別。另外其還設(shè)置有IC卡接口，方便IC卡的插入，實(shí)現(xiàn)費(fèi)用的實(shí)時(shí)支付，減少了繁瑣的程序。

②路側(cè)識(shí)別單元（RSU）是安置在路側(cè)對(duì)裝有OBU裝置的來往車輛進(jìn)行識(shí)別的短波通訊裝置。其會(huì)發(fā)送廣播，當(dāng)車輛靠近時(shí)對(duì)其做出反應(yīng)后，其會(huì)建立專用于和OBU通訊的通信鏈路。RSU通過DSRC協(xié)議和OBU進(jìn)行加密通訊獲取到車輛信息后，將其上傳給后臺(tái)處理系統(tǒng)。系統(tǒng)通過驗(yàn)證所獲取的信息來下發(fā)車道控制和收費(fèi)處理信息。如圖1。

③DSRC短波通信協(xié)議是專用于RSU與OBU之間通訊的一種通訊技術(shù)。其基礎(chǔ)是建立在5.8GHz的通訊頻率上，通訊距離達(dá)到了十米，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。其加密通信支持3DES、RSA算法，高安全性數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制以及支持雙向認(rèn)證及加/解密。該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的專門通訊，不受其他電波的干擾。目前美國(guó)，歐洲，日本所出臺(tái)的DSRC通信協(xié)議已受到了業(yè)內(nèi)的公認(rèn)，成為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 智能停車場(chǎng)引入ETC技術(shù)的需求

智能停車場(chǎng)是人們未來交通組成必不可少的一個(gè)部分，其實(shí)現(xiàn)將基于信息識(shí)別，數(shù)據(jù)管理，攝像處理等大量的新技術(shù)。若是要真正投入應(yīng)用還必須依賴于成熟的系統(tǒng)模式，可靠的現(xiàn)有技術(shù)和已有的用戶群體。而ETC是目前現(xiàn)有交通系統(tǒng)中擁有最多與此相關(guān)技術(shù)的系統(tǒng)，其出現(xiàn)為智能停車提供了更大可行性。以下提出了幾個(gè)將ETC投入智能停車場(chǎng)應(yīng)用可能性的原因：

①智能識(shí)別：理想的智能停車場(chǎng)由于沒有人工的操作，因此需要相應(yīng)傳感器來對(duì)車輛的信息進(jìn)行識(shí)別和交互。現(xiàn)有ETC中的RSU/OBU技術(shù)已解決了車輛身份識(shí)別和信息交互的問題，并在實(shí)際運(yùn)用中有著很好的讀取識(shí)別能力和穩(wěn)定性。

②數(shù)據(jù)管理：要實(shí)現(xiàn)智能停車的設(shè)想就要有相應(yīng)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行支持。其中運(yùn)用到的用戶信息，車輛信息，收費(fèi)付費(fèi)情況都需要大數(shù)據(jù)的記錄和管理。ETC后臺(tái)處理系統(tǒng)自身所具備的數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)功能為智能停車大數(shù)據(jù)的需求提供了基礎(chǔ)。

③用戶基礎(chǔ)：現(xiàn)目前全國(guó)已有上千萬駕駛者加入到了ETC用戶群體，這一群眾基礎(chǔ)將使得智能停車場(chǎng)擁有一群可開發(fā)的用戶群體。這些用戶已體會(huì)到了電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)所帶來的便利性和實(shí)用性，使得智能停車投入應(yīng)用后更快的受到人們認(rèn)可。

④統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：我國(guó)已有自己統(tǒng)一的一套ETC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。若是ETC技術(shù)應(yīng)用進(jìn)智能停車場(chǎng)，這將使得智能停車場(chǎng)更快的規(guī)范化和系統(tǒng)化，減少新型停車場(chǎng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用中探索的過程和大量費(fèi)用。

3 智能停車現(xiàn)狀

首先說到現(xiàn)在最為主流的智能停車技術(shù)，它們都還只能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)的停車收費(fèi)和數(shù)據(jù)記錄，而對(duì)于停車場(chǎng)的管理并不能起到正確的規(guī)范作用。這類停車場(chǎng)大多結(jié)合了無線感應(yīng)，微波傳感以及圖像識(shí)別技術(shù)等高新技術(shù)。在停車場(chǎng)的出入口處都設(shè)有天線，并且這些天線都由一臺(tái)前臺(tái)控制服務(wù)器所管理。前臺(tái)服務(wù)管理器又與交通系統(tǒng)發(fā)布的收付費(fèi)系統(tǒng)相連接，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)。這類智能停車場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了較為理想的收費(fèi)方式，但是對(duì)于車輛在車位中的管理具有較大的缺陷。因?yàn)楦袘?yīng)天線是放在進(jìn)出停車場(chǎng)的位置，對(duì)于進(jìn)出停車場(chǎng)的車輛能夠很好的做出記錄和查詢，但是當(dāng)車輛駛?cè)胪＼噲?chǎng)內(nèi)的單個(gè)車位后，由于沒有相應(yīng)的感應(yīng)器和視頻處理器對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，所以當(dāng)車輛發(fā)生不正確的停放情況時(shí)，控制系統(tǒng)不能做到及時(shí)的提醒和處理，導(dǎo)致停車場(chǎng)不能做到合理正確的規(guī)范。由于這些原因?qū)е略擃愋屯＼噲?chǎng)必須加入人為的管理和操作，離我們所設(shè)想的完全自動(dòng)化還有一段距離。但這類停車場(chǎng)也有其自身的優(yōu)勢(shì)，其可以不通過大規(guī)模改造現(xiàn)有停車場(chǎng)，而只是在現(xiàn)有停車場(chǎng)的基礎(chǔ)上加裝所需要的硬件設(shè)施即可實(shí)現(xiàn)半智能化的管理功能，大大節(jié)省了其加裝費(fèi)用。這類停車場(chǎng)也可以看作是我們向全自動(dòng)管理的智能停車場(chǎng)發(fā)展的一種過渡型停車場(chǎng)，它為我們提供了很多技術(shù)參考和停車場(chǎng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

另一類正在研發(fā)和設(shè)計(jì)的停車場(chǎng)就要高級(jí)的多了，其對(duì)于場(chǎng)地，技術(shù)和投入都要求很高。這類全新的智能停車場(chǎng)設(shè)計(jì)的環(huán)境都是以封閉的大樓為基礎(chǔ)，需要專門為其開發(fā)一片智能停車場(chǎng)地，對(duì)于現(xiàn)有停車場(chǎng)的改造較大，不能很好的實(shí)現(xiàn)兼容。其次，由于要對(duì)車輛實(shí)現(xiàn)理想的管理功能，車場(chǎng)中會(huì)加入很多載運(yùn)車輛的裝置和中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)不僅復(fù)雜，而且不能保證運(yùn)行的平穩(wěn)性和工作的穩(wěn)定性。其對(duì)于行駛的路面也有一定要求。再說到該類停車場(chǎng)對(duì)技術(shù)的要求，為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)載裝置的理想運(yùn)載功能，其上會(huì)設(shè)置不少感應(yīng)器，并且運(yùn)載器和運(yùn)載器之間還會(huì)有相應(yīng)的交互裝置，不僅如此，在其運(yùn)行的車道上也會(huì)設(shè)有大量的傳感裝置，這將會(huì)加大對(duì)于傳感器技術(shù)的要求和數(shù)量。此外，由于加入了更多的附屬設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)需要運(yùn)算更加精確和高級(jí)的計(jì)算機(jī)。只有計(jì)算機(jī)擁有精確的計(jì)算能力和完整的系統(tǒng)模塊才能保證該類停車場(chǎng)中的各個(gè)部分在工作時(shí)不產(chǎn)生相互干擾作用；否則，各個(gè)部分功能不能很好的協(xié)調(diào)將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓甚至是嚴(yán)重的管理事故。由于這類新型停車場(chǎng)對(duì)于場(chǎng)地和技術(shù)的要求較高，因此其開發(fā)和投產(chǎn)的費(fèi)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有類型的停車場(chǎng)，和理想的智能停車場(chǎng)還要很大的出入。

4 ETC在智能停車中的新管理模式

經(jīng)歷了近三十年的發(fā)展，如今的ETC技術(shù)已形成了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)和成熟度，所以結(jié)合ETC技術(shù)的智能停車場(chǎng)將大大節(jié)省開發(fā)費(fèi)用和提高其系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于現(xiàn)有ETC系統(tǒng)已融入了智能識(shí)別功，可以實(shí)現(xiàn)智能停車的信息讀取和交互，為智能停車場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)提供了最根本的技術(shù)基礎(chǔ)。另外它還加入了視頻拍照技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)收費(fèi)查證和數(shù)據(jù)記錄。但是要想實(shí)現(xiàn)車輛在單個(gè)停車位中的位置規(guī)范功能，就需要有精確的定位信息，這就需要輔助于其他技術(shù)的應(yīng)用。（圖2）

①結(jié)合壓力傳感器的車身定位。目前，已有大量壓力傳感器應(yīng)用在了停車技術(shù)中，但是都僅僅是將其用來判斷車位中是否有車輛，而并沒有用于對(duì)車身位置的判斷。車輛通過四個(gè)車輪與地面接觸，通過對(duì)四個(gè)車輪位置區(qū)域的限制來實(shí)現(xiàn)對(duì)車身位置的限制，將會(huì)有很好的精確度和實(shí)用性。壓力傳感器的成本不高，且耐用度好，是很好的基建元件。且其寬廣的承重范圍，可以適應(yīng)各種大中小型車輛。

通過重力公式：G=mg

壓強(qiáng)公式P=F/S

且一般車輛質(zhì)量不小于700kg，單個(gè)輪胎接地面積不小于0.013平方米

則有：P=700×9.8/（4×0.013）≈132kp

所以通過RSU感應(yīng)到車輛后，啟動(dòng)壓力傳感器，當(dāng)每個(gè)壓力傳感器都感應(yīng)到大于132k的壓強(qiáng)時(shí)，判定有車輛駛?cè)?，然后?duì)車身位置起到限定作用，并將車輛占用信息上傳終端。若是未能符合正確的停放標(biāo)準(zhǔn)則對(duì)車輛進(jìn)行提醒，若是駕駛?cè)宋茨苄拚恢?，則進(jìn)行拍照，并將車輛信息上傳系統(tǒng)，最后再通過系統(tǒng)對(duì)車輛進(jìn)行處理和記錄。這樣很好的實(shí)現(xiàn)了車輛在停車位中的管理，不僅僅是收費(fèi)功能的智能實(shí)現(xiàn)。

②結(jié)合虛擬車位的車輛管理。該技術(shù)需要建立在RFID卡的識(shí)讀基礎(chǔ)上，由于成本原因一般是基于RSSI原理。車場(chǎng)中需要設(shè)置一定數(shù)量的參考坐標(biāo)，通過待定標(biāo)簽與參考標(biāo)簽的RSSI相似度，以精確定位待定標(biāo)簽位置。該技術(shù)成本低且較易于實(shí)現(xiàn)。

若參考坐標(biāo)為（X1，YI）

待定標(biāo)簽坐標(biāo)為（X，Y）

則參考標(biāo)簽和待定標(biāo)簽的誤差可以根據(jù)公式：e=求出。

由于這類技術(shù)本身是基于近似算法會(huì)有大概10公分左右的誤差，可能在精確度上還有待提高，但是其和ETC的結(jié)合易于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛赗FID技術(shù)，其和ETC有共同之處，在未來的實(shí)現(xiàn)上可以直接利用現(xiàn)有的OBU標(biāo)簽作為待定標(biāo)簽，減少了從新開發(fā)電子標(biāo)簽的程序和費(fèi)用。另外成本也是其一大優(yōu)勢(shì)。（圖3）

③結(jié)合精確定位系統(tǒng)的停車位管理。若是此技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，將大大減少智能停車場(chǎng)在硬件設(shè)施上的投入和開發(fā)，大大減少費(fèi)用支出。但是此技術(shù)要求車輛擁有精確的定位裝置和完善的軟件模擬系統(tǒng)。模擬系統(tǒng)按照停車場(chǎng)的布置設(shè)置了相應(yīng)車位和通道，以模擬車輛在實(shí)際停車場(chǎng)中的行駛狀況和位置，判定車輛是否正確停在了車位中，并且虛擬系統(tǒng)還可以設(shè)置提示，引導(dǎo)和車位信息，為駕駛者提供跟為便捷的停車體驗(yàn)。不僅如此，結(jié)合了電子地圖后，停車場(chǎng)能夠更好的和外界道路交通相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更為完整的交通體系建設(shè)。

這三類技術(shù)對(duì)于停車場(chǎng)內(nèi)的車輛定位管理在精確性，可行性和費(fèi)用投入方面都能做到很好的平衡。并且他們和ETC的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)停車費(fèi)用收取的自動(dòng)化和管理的自動(dòng)化，不再有賴于人為的管理。

5 總結(jié)

現(xiàn)有的智能停車系統(tǒng)還有賴于人為的操控，對(duì)于車位不能做到合理的管理，而新開發(fā)的智能停車系統(tǒng)對(duì)于技術(shù)，場(chǎng)地和資金的投入都有著很高的要求，對(duì)于實(shí)現(xiàn)還存儲(chǔ)在很大的問題。而結(jié)合時(shí)下流行的ETC技術(shù)和車身定位技術(shù)的智能停車場(chǎng)，能夠在技術(shù)成熟度，費(fèi)用投入，穩(wěn)定性上有一個(gè)很好的綜合，是未來智能停車場(chǎng)的很好發(fā)展方向。

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