基于5G網(wǎng)絡(luò)的ETC輔助APP

王蒙

摘要：通行結(jié)合交警車輛管理所機(jī)動車登記信息共享，提供全方位數(shù)據(jù)覆蓋。采用無線通信方式，實現(xiàn)車輛與收費站之間收費的無人化操作;收費信息借助5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞殖纸K端，再進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)繳費。在車輛進(jìn)入匝道時候，ETC系統(tǒng)在車流量較大時候，圖像捕獲系統(tǒng)開始工作，抓捕車輛牌照信息，同時GPS信號跟蹤系統(tǒng)開始工作，同時向高管局后臺反饋信息，手持終端信號同步記錄顯示，在進(jìn)入收費出發(fā)崗?fù)r，CCTV車牌感應(yīng)系統(tǒng)工作，向高管局后臺反饋信息。車輛進(jìn)入高速，GPS信號跟蹤識別系統(tǒng)開始工作，在高速公路兩旁，建立5G信號塔，覆蓋面根據(jù)功率大小測試設(shè)立基站，提供檢測設(shè)備網(wǎng)絡(luò)工作服務(wù)，定位車輛位置與行駛情況，疲勞駕駛提醒。在車輛行駛過程中，車輛識別持續(xù)進(jìn)行，數(shù)據(jù)實時手機(jī)傳輸實時同步進(jìn)行，高管局后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與傳輸（也可以進(jìn)行自動處理與信息反饋），即可完成一次線上支付。

關(guān)鍵詞：實時定位? 5G網(wǎng)絡(luò)識別? 統(tǒng)一結(jié)算? 分時分流

引言

目前，我國高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，車輛的日益增多對高速公路收費管理工作有了更加嚴(yán)峻的考驗，尤其在節(jié)假日期間的車輛通行情況，給高速公路的管理、養(yǎng)護(hù)、通行能力帶來了極大的挑戰(zhàn)，首當(dāng)其沖的便是車流集中出行帶來交通擁堵現(xiàn)象。目前為止，高速公路收費系統(tǒng)建設(shè)研究成果中，有效改善交通擁堵現(xiàn)象、極大提升收費管理能力、較為快捷的支付方式、據(jù)有革命性的創(chuàng)新并性能穩(wěn)定大面積推廣應(yīng)用的技術(shù)是ETC不停車電子收費系統(tǒng)。

ETC（ElectronicTollCollection）不停車收費系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的路橋收費方式。通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載電子標(biāo)簽與在收費站ETC車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，利用計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺結(jié)算處理，從而達(dá)到車輛通過路橋收費站不需停車而能交納路橋費的目的。但是，面對車輛逐年增加的趨勢，ETC的單方面優(yōu)勢所在已經(jīng)不能滿足當(dāng)下人們出行需求的快捷和方便，根據(jù)用戶實際使用信息反饋及市場調(diào)研，主要有以下幾個問題已不能滿足當(dāng)前社會發(fā)展所需：

（1）ETC起桿速度太慢，影響駕駛員駕駛行為;

（2）ETC扣款方式在借記卡的情況下充值方式和渠道不夠靈活，方式單一，充值點少，扣費不同步，沒有發(fā)票;

（3）ETC開放道口提示不明顯，車在道口才能看清楚，引導(dǎo)設(shè)施不到位;

（4）折扣太低，沒有優(yōu)惠政策;

（5）ETC在有故障的時候下，一進(jìn)一出，車主就得去復(fù)位，浪費時間;

（6）借記卡，需要電子圈存，就甘肅信用社而言，電子圈存網(wǎng)點少，駕駛員比較浪費時間。

（7）ETC不能對車輛通行車輛的車流高峰期進(jìn)行控制，造成同一時段內(nèi)出行車輛過多而引起的擁堵情況;

（8）ETC系統(tǒng)的結(jié)算方式太單一，沒有利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效拓展高速收費的多樣性為群眾出行帶來便利;

（9）ETC整體發(fā)展趨勢并沒有和公路網(wǎng)收費系統(tǒng)有效的結(jié)合，達(dá)到對車輛通行情況的提前干預(yù)能力。

（10）ETC雖然實現(xiàn)了全國覆蓋，但是在車輛中途行車過程中出現(xiàn)拔卡現(xiàn)象，扣費系統(tǒng)不會同步進(jìn)行，逃費漏洞依然存在，對于跨省收費存在一定計算難度。

針對ETC上述問題的發(fā)生，因此設(shè)計一套滿足目前群眾出行的輔助收費系統(tǒng)極為重要。本文設(shè)計的該收費系統(tǒng)目前在公路收費市場尚未開發(fā)，主要由用戶體驗APP，識別系統(tǒng)，后臺收費系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)，中途轉(zhuǎn)換行程處理系統(tǒng)，結(jié)算系統(tǒng)等六大模塊組成。該系統(tǒng)主要優(yōu)點是一次性解決駕乘人員在高速公路收費、出行時間的付款和規(guī)劃問題，極大減少時間浪費和后期維護(hù)，可以預(yù)約出行時間，管理方可以進(jìn)行車輛時間干預(yù)，達(dá)到分時分流車輛出行，減少收費廣場車輛擁擠情況，在車輛識別系統(tǒng)中，率先使用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路面網(wǎng)絡(luò)全覆蓋信號，車輛全時全方位進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和車輛動態(tài)監(jiān)測，集中解決后臺資金結(jié)算，該收費系統(tǒng)相應(yīng)的改進(jìn)和擴(kuò)充論證，將在后期試驗進(jìn)行。

1系統(tǒng)介紹

1.1用戶APP設(shè)計：

在整個該收費系統(tǒng)中，用戶APP終端的設(shè)計是收費處理單元的第一步流程，在該APP系統(tǒng)中，有起點選擇、終點選擇模塊，預(yù)約行程選擇模塊，管理方出行時間放行時間管理模塊，支付模塊。該終端主要針對出行行程的選擇及支付功能進(jìn)行集中操作，方便用戶的自由出行及支付自由，在該APP的服務(wù)項目上，可加入加油站提示，天氣預(yù)報，道路通行情況（與路網(wǎng)中心可共享平臺與端口）。在用戶下載完該程序后，初始階段，可以綁定自己車輛信息（主要包括行駛證、駕駛證、手機(jī)號碼綁定），方便后期車輛識別使用。用戶在確定行程以后，選擇起點及終點，選擇出行時間，提交訂單，同時高管局后臺出行訂單提醒，后臺自動歸類出行類別及出行路線，用戶收到出行訂單收費費額支付對話框，選擇支付方式，當(dāng)訂單支付完成以后，提醒用戶訂單完成，推送路況信息，天氣信息，轉(zhuǎn)入識別系統(tǒng)進(jìn)行下一步工作。

1.2識別模塊設(shè)計：

1.2.1識別系統(tǒng)主要由GPS信號跟蹤識別（手機(jī)終端為主）、高清CCTV車牌感應(yīng)設(shè)備、圖像捕獲處理設(shè)備構(gòu)成。在車輛進(jìn)入匝道時候，圖像捕獲系統(tǒng)開始工作，抓捕車輛牌照信息，同時GPS信號跟蹤系統(tǒng)開始工作，同時向高管局后臺反饋信息，手持終端信號同步記錄顯示，在進(jìn)入收費出發(fā)崗?fù)r，CCTV車牌感應(yīng)系統(tǒng)工作，向高管局后臺反饋信息。車輛進(jìn)入高速，GPS信號跟蹤識別系統(tǒng)開始工作，在高速公路兩旁，建立5G信號塔，覆蓋面根據(jù)功率大小測試設(shè)立基站，提供檢測設(shè)備網(wǎng)絡(luò)工作服務(wù)，定位車輛位置與行駛情況，疲勞駕駛提醒。在車輛行駛過程中，車輛識別持續(xù)進(jìn)行，數(shù)據(jù)實時手機(jī)傳輸實時同步進(jìn)行，高管局后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與傳輸（也可以進(jìn)行自動處理與信息反饋）。如下圖一所示：

1.2.2為了進(jìn)一步提高5G移動通信系統(tǒng)的靈活性，5G采用3級的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，級DU-CU-核心網(wǎng)（5GC）。DU和CU共同組成gNB，每個CU可以連接1個或多個DU。CU和DU之間存在多種功能分割方案，如圖三所示可以適配不同的通信場景和不同的通信需求。

1.2.3車輛在行駛過程中，5G信號塔高度覆蓋經(jīng)測算，如下圖三所示：

1.2.4在車輛速度不高于120KM/H的行車過程中，5G信號將采用單獨網(wǎng)組，與周邊大網(wǎng)基站不設(shè)鄰區(qū)關(guān)系，避免發(fā)生切換。路面較直時候，相鄰站點宜交錯分布于公路的兩側(cè)，呈“之”分布。在彎道路段，站點宜設(shè)置彎道內(nèi)側(cè)，提高入射角，保證覆蓋的均衡性。

1.2.5一個普通WCDMA基站的覆蓋范圍（1950HZ，郊區(qū)，天線掛高45米），為979米。如果汽車速度在高速公路上每小時120公里（每分鐘2000米），汽車跨區(qū)切換應(yīng)該沒問題，如圖三所示：

1.2.6在公路周邊基站的選擇上，除了基站數(shù)和密度之外，站址的選擇，也是后期需實地論證，在明確具體的覆蓋方案之前，需要結(jié)合地形場景、指標(biāo)要求、行車速度進(jìn)行鏈路預(yù)算，確定站址及站距。如下圖所示，離得越遠(yuǎn)，信號的入射角越大，穿透損耗越小。垂直入射時，損耗最小。所以，基站與公路的最佳間距是100-500米。

1.2.7在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋高速公路，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和定位服務(wù)，完全可以實現(xiàn)。目前，5G對運營商的需求是實現(xiàn)1米內(nèi)的定位精度。這實際上是對以往無線通信定位自身的顛覆，目標(biāo)是使用手機(jī)而不是專用測繪終端或者車載終端實現(xiàn)亞米級的定位精度。

1.3高清CCTV車牌抓捕系統(tǒng)：

車輛號牌高清探頭抓捕系統(tǒng)，將后期與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

1.4中轉(zhuǎn)結(jié)算系統(tǒng)：該系統(tǒng)在后期將采用招標(biāo)形式進(jìn)行系統(tǒng)合并

1.4.1在車輛日常通信過程中，車輛行程選擇A到C的行程結(jié)算，如果從B出口進(jìn)行結(jié)算，這就需要行程預(yù)定APP做出相應(yīng)反饋及資金結(jié)算轉(zhuǎn)換，本設(shè)計在行程預(yù)定APP設(shè)計時，預(yù)先制定該窗口的提示功能，如果駕駛?cè)祟A(yù)定從A到C的路線行程，并預(yù)支付費用，但是車輛從B站出口駛出，這時候，行程預(yù)定APP會彈出對話框提示車輛駕駛員確認(rèn)駛出，自動結(jié)算出多余費用并顯示于移動設(shè)備打開窗口，點擊“確認(rèn)”按鈕，完成中途換程資金結(jié)算。

1.4.2在移動設(shè)備實際使用過程中，若遇到移動設(shè)備沒電的情況，我們的高清探頭識別設(shè)備會記錄車輛移動情況，并通過網(wǎng)絡(luò)信號緩存車輛出行情況，在緩存兩天未有出行情況操作的，后臺系統(tǒng)會有預(yù)警功能設(shè)置，并對車輛聯(lián)系方式彈出告之，后臺工作人員可以進(jìn)行人工干預(yù)，對于刻意進(jìn)行逃費行為，可以后臺進(jìn)行信用降級處理，直至進(jìn)入車輛逃費黑名單系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的法律法規(guī)處理（此項設(shè)計，均在APP中進(jìn)行設(shè)計）。

1.5支付系統(tǒng)：

ETC在收費支付系統(tǒng)環(huán)節(jié)，由于聯(lián)系的銀行及各類銀行卡使用規(guī)定的不同，給用戶及后臺工作人員帶來了極大的不便，加大了后臺工作人員的工作量，賬目歸整的延遲。在本設(shè)計支付系統(tǒng)設(shè)計之初，我們大量走訪了各類行業(yè)ETC使用者及高速公路管理局收費行業(yè)工作人員，認(rèn)真聽取各類建議，最終設(shè)計如下：在支付環(huán)節(jié)，支付界面主要由微信支付、支付寶支付、百度錢包、綁定銀行卡等群眾日常使用頻率較高的支付方式統(tǒng)一（后期方式可以進(jìn)行招標(biāo)合作進(jìn)行）。支付方式的統(tǒng)一，將極大節(jié)約運營成本，節(jié)省人力資源，優(yōu)化后臺統(tǒng)一結(jié)算方式。

2 綜述

以上系統(tǒng)的結(jié)合，可以實現(xiàn)高速公路線上繳費并進(jìn)行無障礙通行，在理論研究階段，我們在5G信息傳輸與基站建設(shè)方面將進(jìn)一步集合手機(jī)終端進(jìn)行優(yōu)化處理，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋高速公路，真正意義的實現(xiàn)高速公路網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化。線上預(yù)定線路并預(yù)支付系統(tǒng)，將更加完善現(xiàn)有ETC射頻感應(yīng)支付系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳詩軍，2017上海國際導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)與科技發(fā)展論壇《5G時代定位通信協(xié)同發(fā)展模式&高精度地面無線定位網(wǎng)》

[2]孫亮，馬秩新，移動互聯(lián)與通信工程，《基于超密度圓環(huán)排序機(jī)制的5G網(wǎng)絡(luò)信號傳輸算法》，1000-3428（2018）04-0129-06

[3]段晨東，單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]北京：清華大學(xué)出版社：2008，381-390

[4]張毅剛，新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計（第二版）[M]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003