汽車電子標(biāo)識在汽車試驗場運(yùn)營管控中的應(yīng)用

施 磊，朱 遙

（中汽研汽車試驗場股份有限公司，江蘇 鹽城 224100）

基于射頻識別的汽車電子標(biāo)識技術(shù)從開始研究到應(yīng)用推廣已發(fā)展十余年。2014年至2017年，由公安部交通管理科學(xué)研究所牽頭組織，多部委聯(lián)合參與的機(jī)動車電子標(biāo)識國家標(biāo)準(zhǔn)工作組開展了一系列研究驗證工作，包括在國內(nèi)各汽車試驗場進(jìn)行的極限速度、極限高低溫和高濕環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)驗證測試。2017年12月，國家發(fā)布了機(jī)動車電子標(biāo)識通用規(guī)范、安全技術(shù)要求、讀寫設(shè)備規(guī)范等六項國家標(biāo)準(zhǔn)。在2021年3月公安部發(fā)布的《道路交通安全法（修訂建議稿）》第十二條中規(guī)定“準(zhǔn)予登記的機(jī)動車應(yīng)當(dāng)符合機(jī)動車國家安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并按規(guī)定安裝電子標(biāo)識?！绷硗?，在2018年3月交通運(yùn)輸部發(fā)布通知，也明確了省內(nèi)高速公路多義性路徑識別系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，以實現(xiàn)車輛按實際路徑收費(fèi)。

場地試驗是汽車產(chǎn)品研發(fā)的核心環(huán)節(jié)，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、市場環(huán)境競爭的加劇、汽車研發(fā)周期和質(zhì)量要求的提升，國內(nèi)綜合性汽車試驗場地資源愈加緊缺。汽車試驗場為整車性能集成開發(fā)測試提供各類試驗道路，每條道路上可同時開展多廠家、多車型、多工況的試驗項目。雖然每條道路都有對應(yīng)的管理規(guī)則，但是對于道路內(nèi)車輛的活動是否遵循管理規(guī)則的監(jiān)管，試驗場大多缺少可靠有效的手段?；谄囯娮訕?biāo)識技術(shù)，通過路端識別設(shè)備及云端系統(tǒng)平臺，可對試驗道路內(nèi)試驗車輛進(jìn)行全自動、全天候、準(zhǔn)確可靠地識別和管理規(guī)則符合性地判定，并可實時將違規(guī)和異常情況報送調(diào)度員，從而實現(xiàn)場地安全管理和高效運(yùn)行的主動調(diào)度。

1 車輛識別技術(shù)

在社會道路交通監(jiān)管和汽車試驗場管理中，當(dāng)前主要有三種車輛識別技術(shù)的應(yīng)用，在不同的應(yīng)用場景下各有優(yōu)劣。

1.1 基于視頻圖像的物理車牌識別技術(shù)

交通管理部門對社會車輛的監(jiān)管目前主要利用基于視頻圖像的物理車牌識別技術(shù)。通過監(jiān)控設(shè)備對車輛進(jìn)行抓拍，將抓拍到的圖像進(jìn)行處理，取出有效的車牌區(qū)域后對區(qū)域內(nèi)字符進(jìn)行分割和識別，進(jìn)而完成車牌信息的識別，工作流程如圖1所示。由于對車牌識別是在監(jiān)控設(shè)備抓拍的靜態(tài)圖片上進(jìn)行的，因此對視頻圖像監(jiān)控設(shè)備抓拍的圖片質(zhì)量要求較高，但視頻圖像監(jiān)控設(shè)備容易受到光線、霧霾、沙塵、燈光等外界環(huán)境因素的影響，對于假牌、套牌等違法行為也無法準(zhǔn)確辨別。研究表明，基于視頻圖像的物理車牌識別平均準(zhǔn)確率約為80%，環(huán)境良好時的準(zhǔn)確率約為95%，系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡(luò)的要求較高，并且數(shù)據(jù)傳輸和查詢壓力相對較大。

圖1 車牌識別系統(tǒng)工作流程圖

1.2 基于車載GPS模塊的5G高精定位技術(shù)

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，目前部分汽車試驗場和智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試示范區(qū)為實時監(jiān)管試驗車輛，逐步建立了覆蓋測試區(qū)域的5G高精定位車輛運(yùn)行監(jiān)控管理平臺。由于試驗場內(nèi)各道路之間距離較小，且在運(yùn)營管控中需要區(qū)分車道，所以傳統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System, GPS）定位無法滿足需求。為實現(xiàn)實時精準(zhǔn)的車輛信息獲取，首先需要在測試區(qū)域內(nèi)布置5G移動通信網(wǎng)路作為車載單元（On Board Unit, OBU）（GPS模塊）與各系統(tǒng)之間的通信載體；其次需要建設(shè)連續(xù)運(yùn)行參考站（Continuously Operating Refe- rence Stations, CORS）用于解算實時動態(tài)（Real Time Kinematic, RTK）信息，實現(xiàn)RTK數(shù)據(jù)的交互；而后OBU獲取RTK數(shù)據(jù)后結(jié)合自己GPS位置信息解算實現(xiàn)厘米級定位，并通過5G網(wǎng)絡(luò)將精準(zhǔn)的位置信息發(fā)送至系統(tǒng)；最后系統(tǒng)接收OBU的數(shù)據(jù)信息并結(jié)合高精度地圖進(jìn)而實現(xiàn)車輛實時位置顯示。該技術(shù)同樣會受環(huán)境、行駛路徑、天氣等多種因素影響，定位可靠性、準(zhǔn)確性及連續(xù)性存在信號丟包等不可控性。通過驗證發(fā)現(xiàn)，基于車載GPS模塊的5G高精定位技術(shù)試驗車輛的識別平均準(zhǔn)確率約為97%，氣象環(huán)境較差時的準(zhǔn)確率約為95%，對未安裝車載終端OBU的車輛或OBU無供電時的識別率為0。其架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 5G高精定位車輛運(yùn)行監(jiān)控管理平臺體統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3 基于汽車電子標(biāo)識的識別技術(shù)

汽車電子標(biāo)識俗稱“電子車牌”，是安裝于汽車前擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)的射頻識別（Radio Frequency IDentification, RFID）標(biāo)簽（無源標(biāo)簽卡或OBU）。如圖3所示，當(dāng)安裝有電子標(biāo)識的車輛進(jìn)入讀寫器天線的讀取范圍后，電子標(biāo)識將信號發(fā)送給路側(cè)讀寫器，讀寫器接收信號并對其解調(diào)處理，從而實現(xiàn)非接觸、不停車地車輛自動識別和監(jiān)控。汽車電子標(biāo)識具有唯一性，其識別過程精準(zhǔn)快速，且其芯片中儲存的信息安全可靠，使用壽命超過10年?；?.8 GHz DSRC技術(shù)的路徑識別系統(tǒng)，通過標(biāo)識站點與OBU的雙向通信，可實時采集車輛信息，進(jìn)而廣泛應(yīng)用于高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)防逃費(fèi)、交通誘導(dǎo)及出行信息服務(wù)、營運(yùn)車輛監(jiān)管等。研究表明，基于該技術(shù)對200 km/h速度下行駛車輛的識別準(zhǔn)確率大于99%，并且基本不受天氣、環(huán)境和時間影響。

圖3 電子車牌識別系統(tǒng)的基本工作流程

1.4 汽車試驗場運(yùn)營管控中的應(yīng)用對比分析

汽車試驗場各試驗道路進(jìn)出口都有安裝道閘系統(tǒng)，用以管控車輛進(jìn)出道路并記錄道路用時以結(jié)算費(fèi)用，但對試驗車輛在道路內(nèi)的活動，調(diào)度員僅可通過監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行隨機(jī)察看，監(jiān)管模式相對被動。汽車試驗場一般為24小時連續(xù)運(yùn)行，且場內(nèi)大多是研發(fā)階段的試驗車輛，所以幾乎沒有物理車牌且部分車輛也不具備安裝物理車牌的條件，車輛進(jìn)出道閘主要通過車端OBU或車卡與道閘通信感應(yīng)。各條試驗道路相對獨立且封閉，試驗車輛的行駛工況多變且相互間存在一定的影響沖突。所以，及時、準(zhǔn)確、可靠地識別試驗道路內(nèi)的所有車輛，才能建立場內(nèi)測速、違規(guī)監(jiān)管、流量統(tǒng)計、里程統(tǒng)計、特殊計費(fèi)結(jié)算依據(jù)等工作的有效手段。結(jié)合汽車運(yùn)營管控的需要，從不同維度對三種車輛識別技術(shù)的應(yīng)用對比分析大體如表1所示。

表1 車輛識別技術(shù)在汽車試驗場運(yùn)營管控中的應(yīng)用對比

2 汽車電子標(biāo)識技術(shù)應(yīng)用可行性驗證

精準(zhǔn)掌控試驗道路內(nèi)所有車輛及人員的活動是汽車試驗場安全管控的基礎(chǔ)。汽車廠家為開發(fā)驗證車輛的安全性、操乘性及可靠耐久性等，試驗車輛的行駛工況相比于社會道路一般會非常嚴(yán)苛和極限。高速環(huán)道作為汽車試驗場的主體設(shè)施，是一條用于試驗車輛連續(xù)高速行駛的環(huán)形封閉道路。由于高速環(huán)道內(nèi)的試驗車輛行駛速度較高、車流量較大、試驗類型繁多、行駛工況復(fù)雜，所以在道路管理規(guī)則中明確規(guī)定了各個車道的最高和最低限速，并且限制了超高速（超過200 km/h）試驗開展的時段。本文以高速環(huán)道為例，通過集成電子標(biāo)識識別設(shè)備和測速雷達(dá)，并對試驗場定制化的OBU（5.8 GHz）進(jìn)行聯(lián)調(diào)，最后對路側(cè)設(shè)備不同安裝方式下車輛的超高速識別、相鄰車道并排行駛識別、同車道小間距連續(xù)識別開展了實地驗證。

2.1 驗證方案

高速環(huán)道全長7.8 km，由南、北兩個彎道和東、西兩個直道無縫銜接，全路段只有西側(cè)直線段中部區(qū)域上方架設(shè)有橋體并具備識別設(shè)備正向安裝的條件。考慮全路段站點的布置和安裝條件，本次驗證需對設(shè)備正向和側(cè)向兩種安裝方式開展功能驗證。另外，由于高速環(huán)道具有多個車道，開放時段車流較大，且識別設(shè)備的信號接收范圍要比車道寬，所以同時需要驗證在相鄰車道有車并排行駛和多車縱向小間距行駛時，設(shè)備是否能夠準(zhǔn)確識別車輛并與測速對應(yīng)。

本次驗證的程序為臨時編寫，所以后臺軟件記錄如下信息即可：OBU ID（對應(yīng)車輛）、路側(cè)單元（Road Side Unit, RSU）ID（對應(yīng)識別位置）、速度值和識別時間。另外，由于測速雷達(dá)的安裝角度及參數(shù)調(diào)試會影響其測速準(zhǔn)確性，而驗證現(xiàn)場安裝條件和調(diào)試時間有限，考慮到雷達(dá)測速技術(shù)是成熟的，所以驗證對測速精度不作要求。

2.2 主要設(shè)備

本次驗證用到的主要設(shè)備如表2所示。為證明技術(shù)應(yīng)用的可行性，本次同時對兩個廠家的電子標(biāo)識識別設(shè)備開展了驗證。設(shè)備實際安裝情況如圖4、圖5所示。

圖4 橋體正向安裝

圖5 路側(cè)L桿側(cè)向安裝

表2 設(shè)備的主要功能及技術(shù)要求

2.3 驗證數(shù)據(jù)

根據(jù)驗證方案逐項開展后所記錄的數(shù)據(jù)，部分列舉如表3、表4、表5所示。

表3 超高速識別驗證數(shù)據(jù)（部分）

表4 相鄰車道同時識別驗證數(shù)據(jù)（部分）

表5 同車道連續(xù)識別驗證數(shù)據(jù)（部分）

2.4 驗證結(jié)果

（1）正向和側(cè)向安裝方式下，設(shè)備都能對信號范圍區(qū)域內(nèi)的車輛準(zhǔn)確識別并匹配測速，驗證過程未出現(xiàn)漏識別或誤識別的情況。

（2）對于200 km/h以上速度行駛的車輛（最大V-Box車速為232 km/h），設(shè)備可準(zhǔn)確識別車輛并匹配測速，驗證過程未出現(xiàn)漏識別的情況。

（3）RSU信號范圍寬度為6 m，現(xiàn)場的安裝對兩個車道的覆蓋度較好；測速雷達(dá)的檢測范圍寬度約4 m，對最高車速車道覆蓋度較好、對相鄰車道的覆蓋度較差。所以，同一車道多車小間距行駛時，集成設(shè)備可準(zhǔn)確識別車輛并匹配測速，驗證過程未出現(xiàn)漏識別或誤識別。但相鄰車道并排行駛時，集成設(shè)備僅可準(zhǔn)確識別車輛，不能較好地匹配測速，這有待更換測速雷達(dá)的類型及充分安裝調(diào)試后作進(jìn)一步的驗證。

3 在汽車試驗場運(yùn)營管控中的應(yīng)用

從應(yīng)用可行性驗證結(jié)果可以確認(rèn)，基于5.8 GHz DSRC的汽車電子標(biāo)識識別技術(shù)對于汽車試驗場內(nèi)無物理車牌的試驗車輛識別有一定適用性。汽車電子標(biāo)識作為試驗車輛的“電子身份證”，通過路端RSU與其他電子監(jiān)測設(shè)備交互并接入定制開發(fā)的后臺系統(tǒng)，理論上可實現(xiàn)對道路內(nèi)所有試驗車輛各類活動的監(jiān)管。結(jié)合汽車試驗場不同測試道路的外形尺寸、功能用途、使用規(guī)則、交通流特征以及運(yùn)營管控需求等，可在如下幾個方面開展應(yīng)用。

3.1 測速及違規(guī)監(jiān)管

對于環(huán)形試驗道路或易發(fā)生事故的路段，通過合理的布局點位，集成識別設(shè)備和電子監(jiān)測設(shè)備（如測速雷達(dá)、監(jiān)控攝像頭、交通事件檢測儀等），與試驗場管理系統(tǒng)信息化交互后，可實現(xiàn)對試驗道路內(nèi)車輛活動的自動監(jiān)管。所產(chǎn)生的相關(guān)記錄及數(shù)據(jù)可實時回傳系統(tǒng)，異常情況和違規(guī)行為能夠及時通過后臺向調(diào)度員發(fā)出預(yù)警并直接顯示對應(yīng)車輛的相關(guān)信息。這不僅能使調(diào)度員更加主動地掌握試驗道路運(yùn)行狀況，還能幫助場地管理部門及時介入和解除安全隱患，規(guī)范場內(nèi)的不安全駕駛行為，并且提供可溯源的記錄材料。

3.2 耐久試驗車輛里程計費(fèi)依據(jù)

大部分汽車試驗場中的耐久試驗車輛計費(fèi)方式是基于里程單價進(jìn)行的，而試驗里程的計費(fèi)依據(jù)當(dāng)前主要為車輛入場和離場時的里程表數(shù)字照片?？紤]到耐久試驗車輛的項目周期較長，期間車輛里程可能包含有一定的社會道路擺渡里程，且人工拍照存在不及時和管理溯源度不夠等問題，所以需要借助信息化手段來獲取里程計費(fèi)依據(jù)。由于耐久試驗車輛多是以確定的試驗循環(huán)工況，按照統(tǒng)一的試驗規(guī)范要求和路徑重復(fù)行駛，故可在耐久試驗道路必經(jīng)之處的對應(yīng)車道外側(cè)布置電子標(biāo)識識別設(shè)備。通過車輛識別次數(shù)和該路段單次通行的平均里程，可計算出其在該路段的行駛里程數(shù)，對各條耐久試驗道路的行駛里程數(shù)計和，便可獲得整個項目期間在試驗道路中的總里程數(shù)。與試驗場管理系統(tǒng)交互后，可實現(xiàn)“一鍵結(jié)算”，從而大大減少人工干預(yù)。

3.3 道路交通流特征統(tǒng)計

對于安全測試容量較大的試驗道路，如高速環(huán)道、直線性能路等，共享使用道路的多個試驗車輛所執(zhí)行的試驗類型不同、行駛工況復(fù)雜多變、相互之間會有一定的影響和沖突。合理地布局點位，開發(fā)有效的后臺軟件算法，通過對道路內(nèi)各局部區(qū)域交通流數(shù)據(jù)的獲取和計算，結(jié)合對應(yīng)試驗道路條件及運(yùn)行特征，可構(gòu)建試驗場道路運(yùn)行指標(biāo)狀態(tài)評價體系，指標(biāo)包括交通流運(yùn)行速度指標(biāo)、密度指標(biāo)、沖突指標(biāo)等?；谠囼灥缆愤\(yùn)行指標(biāo)數(shù)據(jù)的實時動態(tài)獲取，考慮特殊試驗工況車輛的滲透率以及氣象環(huán)境對運(yùn)行管控的影響，從而建立場地調(diào)度管控量化判定標(biāo)準(zhǔn)及動態(tài)風(fēng)險預(yù)警管控工具，減小各測試車輛試驗工況執(zhí)行間的沖突及試驗安全風(fēng)險，最終實現(xiàn)全方位、標(biāo)準(zhǔn)化、安全高效的場地運(yùn)行管控新模式。

3.4 耐久試驗規(guī)范執(zhí)行過程監(jiān)控

耐久試驗車輛需要在汽車試驗場的不同試驗道路上按試驗規(guī)范循環(huán)行駛一定里程。為使不同車輛的試驗結(jié)果可以相互對比，所有車輛必須按照統(tǒng)一的規(guī)范行駛，所以駕駛?cè)藛T的駕駛行為直接會影響試驗的有效性。根據(jù)耐久試驗道路各路段的空間布局和試驗規(guī)范體系的通用要求，合理地選擇點位并布置識別設(shè)備，通過OBU識別車輛以統(tǒng)計該車輛在各路段內(nèi)行駛的圈數(shù)，并且根據(jù)路段長度計算平均車速。與耐久規(guī)范下標(biāo)準(zhǔn)行駛狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，不僅能了解該車輛耐久試驗規(guī)范的執(zhí)行情況及駕駛員的駕駛表現(xiàn)，還可以對比不同班次的規(guī)范執(zhí)行一致性，從而及時發(fā)現(xiàn)和糾正不規(guī)范的駕駛行為，以保證試驗考察目標(biāo)的有效達(dá)成。

4 結(jié)語

本文從汽車試驗場運(yùn)營管控的需求出發(fā)，為實現(xiàn)對試驗道路內(nèi)無物理車牌試驗車輛的識別和自動化監(jiān)管，探究對比了三種不同車輛識別技術(shù)對于汽車試驗場應(yīng)用的鍥合度。為進(jìn)一步驗證汽車電子標(biāo)識技術(shù)在汽車試驗場中的應(yīng)用可行性，本文以高速環(huán)道為例，對電子標(biāo)識識別設(shè)備在不同安裝方式下對車輛的超高速行駛、相鄰車道并排行駛以及單車道小間距連續(xù)行駛識別開展了實地驗證，確認(rèn)了基于5.8 GHz DSRC的汽車電子標(biāo)識識別技術(shù)具備汽車試驗場運(yùn)營管控的應(yīng)用可行性。最后，根據(jù)汽車試驗場運(yùn)營經(jīng)驗提出了四點汽車電子標(biāo)識技術(shù)的具體應(yīng)用方向及思路，以供 國內(nèi)各試驗場參考。