移动通信的智能交通收费系统的研究.pdf

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1、北京邮电大学硕士学位论文基于移动通信的智能交通收费系统的研究姓名：黄海峰申请学位级别：硕士专业：微电子与固体电子学指导教师：张英海20070320北京邮电大学硕士研究生学位论文基于移动通信的智能交通收费系统的研究摘要随着各国道路交通建设的发展，交通拥挤、阻塞现象日益加剧，而道路收费站口的效率则直接决定了路网通行能力。电子不停车收费系统(E l e c 仃o n i cT o l lC o l l e c t i o n，E T C)的应用带来了道路收费的革命性变化，直接改善了道路的通行能力和拥挤问题。而当前国内外已经出现了大量的成熟的丑，I 系统产品和应用案例，所以国内外对于E 1 系统的研究

2、，已经逐渐转变为寻求与其它技术相结合的应用。在这样一种背景下，作者参与了这样一个国家电子信息产业发展基金的E，I 项目，通过研究实践提出了一种新型的基于移动通信的智能交通收费系统(也可称为基于移动通信的E T C 系统)，它将移动通信的网络传输优势直接引入了E T C 系统之中，不仅是对现有E T C 系统的一种改进和创新，更是对移动通信增值业务领域的拓展尝试。本论文详细阐述了此新型智能交通收费系统的各个组成系统部分的设计思想和实现，与当前E T C 系统对比的诸多优势，新系统下的多站式收费方式的业务实现流程等内容，改进和简化了E 1 系统的前台硬件平台，更多的功能通过后台软件系统来实现。作者

3、的工作和创新点主要集中在两个方面：一、数据传输方案的设计实现。作者提出了基于移动通信G S M 网络和S P 短消息中心构建的G s M 短消息的数据传输方式，一方面因为前台系统只完成信息的读取过程，传输的数据量较小，实时性要求也并不是很高；另一方面，G S M 短消息模块便于E T C 收费站系统的建设和维护，投资成本非常小。二、针对多站式收费模式的综合后台数据库模型设计。多站式收费模式就是指只有车辆的入、出收费站信息完整的情况下，才完成扣费操作，更加符合未来实际业务的发生情况(高速公路多个入口，多个出口的情况)。数据库系统设计中一方面可以适应多种业务种类的变化(高速公路收费、停车场收费情形

4、等)；另一方面考虑了车型、站点、时间段等因素对收费额度的影响，同时针对异常业务(入、出口信息不完整，网络传输延迟等)情况采取了“临时缓存”的数据库处理机制。本课题的研究会对我国未来E T C 系统的发展和移动通信网络增殖业务领域的拓展提供一定的指导和见解。北泉I|I I：I U 人彳l l；!I 研究生学位论义关键字：智能交通系统(I T S)电子不停乍收费系统(E T c)射频识别系统(R F I D)地理信息系统(G I S)短消息叶1 心(s M c)服务提供商(s P)北京棚；I U 人学倾I。研究生学化论文T H ER E S E A R C HO FE L E C T R O N

5、I CT O L LC O L L E C T I O NS Y S T E M SB A S E D0 NM O B I L ET E L E C O M M U N I C A n 0 N SA B S T R A C TW i t ht h ed e V e l o p m e n to fb u i l d i n gm o r ea n dm o r et r a 丘ch i g h w a y so fe V e r yc o u n t 吼i tc o u r s e sa1 0 to ft f a f f i cp r o b l e m Ss u c ha st m f f

6、i cj a m，c o n g e s t i o ne t c s ot h ee f f i c i e n c yo ft o ns t a t i o ni st a k i n gt h ep o i n tw h i c ha f f e c t st h et r a n s i tc a p a b i l i t yo ft h eh i g h w a y s T h ea p p l i c a t i o n so fE l e c t r o n i c7 I o l lC o l l e c t i o n(E T C s y s t e m sb r i n g

7、ar e V o l u t i o n a r yc h a n g et ot r a f f i c1 0 1 Ic o l l e c t i o n，w h i c hd i r e c t l yc h a n g et h ep h e n o m e n o no ft r a f f i cj a m B u ti th a sm a n yp r a c t i c a lE T ca p p l i c a t i o n sa n dp r o d u c t sh o m eo ra b o r a dw h i c hg o e dw e U，s or e c e

8、n tr e s e a r c hi sm a i n l yo nh o wt of i n dn e wa p p l i c a t i o nm o d ew h i c hu s e so l h e rn e wt e c h n 0 1 0 9 yi n t e g r a t i n gw i t hE T C U n d e r I h i sb a c k 伊o u n d，t h ea u t h o rd i dap r o j e c tw h i c hi sdf u n dp r o j e c to fn a t i o n a le l e c t r o

9、n i ca n di n f b r m a t i o ni n d u s t r y I ti san e wi n t e l l i g e n tt o l lc o l l e c f i o ns y s t e mb a s e do nm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n sw h i c hi sa l s on a m e dan e wE T Cs y s t e mb a s e do nm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s T h r o u g ht a

10、“n gm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r ki n t oE T Cs y s t e m s，i ti sn o to n l ya ni m p r o v e m e n ta n di n n o V a t i o no ft h ec u r r e n tE T Cs y s t e m s，b u ta l s oa na t t e m p tt on e wi n c r e m e n to p e r a t i o nm o d eo ft h es e r v e rP r o V i

11、 d e r(s P)n i sp a p e ri n t r o d u c e sad e s i g ni d e ad e t a i l e d l yo ft h en e wE T Cs y s t e m，a n a l y z i n gi t sa d V a n t a g ea n dt h et o l lc o l l e c t i o np r o c e s s，c o m p a r i n gw i t hc u r r e n tE，r Cs y s t e m s I m p r o V et h ec u r r e n ts y s f e mn

12、 o to n l yi nt h er e a d e rb u tm o s f l ya l s oi nt h ei n t e 唱r a t e db a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s【e mb a s e di nl a 唱e s c a l ed a t a b a s e U s i n gt h es h o r tm e s s a g et oc o m p I e t et r a n s f e r r i n gd a t aw h i c hi sb a s e do nm o b i l et e l e c o

13、 m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n ds h o r tM e s s a g eC e n t e r(S M C)o fSP，i tc h a g e st h et r a d a t i o n a lw a yo fc u r r e n tE T Cs y s t e m s；I)e a I i n gw i t hV a r i o u st o l lc o l l e c t i o nm o d e si nt h eb a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s t e m，s u c ha

14、 sh i g h w a ya n dp a r ka n de t c，a l lt h i sm o d e sh a V eas i m p I ec h a r a c t e r：”i n-o u tm o d e l”U s i n go ft h e s em e a n so ft r a n s p o r t a t i o nm u s tg oi n t oI北京I I I I；I U 凡学坝I 川定生学位论文t h e”p i p e”a n df h eo u to fi t”I n o u tm o d e l”w i l lb r i n gf w om e

15、s s a g e sf b rs i n g l ev e h i c l ea n ds in g l eo p e r a t i o n I nt h ei n t e r g r a t e db a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s t e m，c o n c e r n i n 2t h ed a t e，t i m e，t h ek i n do fv e h i c l eo rt h ek i n do f”p i p e”，i tw i l lc r e a t eab i l lo ft h eo p e r a t i o

16、 nb yC h ec o s ta n d【h ep a r a m e t e ra b o V e M e a n w h i l e，t h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n ss y s l e mh a ss h o r t c o m i n gw h i c hC h ed e s i g nm u s tc o n c e m，s u c ha st h ed e l a y so rm i s s i n go fS M S 1 or e d u c et h ei n f l u e n c eo ft h ep o s s i

17、b l eh a p p e n s，b a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s t e mh a sm e t h o db a s e di n”d a t ac a c h es t o r a g e”S ot h i sr e s e a r c hp a p e rc a ng i V es o m eg o o da d V i s e sa n dc o a c h，n o to n l yt ot h ed e v e l o p m e n to ff I I t u r cE 汀Cs y s t e m so fo u rc o

18、 u n t r y，b u ta l s ot ot h ei n c r e m e n to D e r a t i o nm o d eo ft h eS P K E YW O R D：I n t e l l i g e n IT r a n s p o ns y s t e m s(I T s)E l e c t r o n i cT b HC o l l e c I i o n(E T C)R a d i oF r e q u e n c yI d e n t i f i c a t i o n(R F I D)G e o g r a p h i cI n f o r m a t

19、i o nS y s t e m s(G I s)S h o r tM e s s a g eC e n t e f(S M C)S e r v i c eP r o v i d e rf S P)l、，北京1 1|；I U 人学顺I 研饨生学位论文独创性(或创新性)声明本人声明所。芒交的论文足本人存：学帅指甘卜进 j 的研究I 作及取得的研究J 垃果。塔我所知，除了文-，特别加以丰，、往和致谢9 i 罗列的内容以外，论文中不包含其他人L 三经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证传而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确

20、的说明并表示了谢意。申请学位本人签名处，本人承担一切相关责任。R 期：至翌盈!生!二关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁螽，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允r I：粟用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位沦文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属J i 侏惭九；印解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不本人签名导师签名权书。f l j l I jl f j

21、j圣!厶生，!i 华L北求邮I l!人?坝1 州宄I 学位论殳靴l 章绪论1 1 论文研究的背景第1 章绪论改革开放以来，随着我国国民经济的快速稳步发展，国家各项基础设施的建设更加得到了迅猛的发展，尤其是道路交通得到了丽所未有的发展。从上世纪9 0 年代开始，中国进入了公路建设快速发展的时期，截至2 0 0 6 年0 4 月份交通部公布的数据表明，我国高速公路建设里程已达到4 1 万公里，继续位居世界第二。并据全国交通工作会上消息，“十一五”期间，我国高速公路建设仍将“高速”进行，五年间，将新建高速公路2 4 力公里以上，至2 0 1 0 年，总里程将达到6 5 万公罩1 1 5 J。但是随着

22、我国社会经济的发展，路网通过能力已经不能满足交通量F 1 益增长的需要，交通拥挤、阻塞现象R 趋严重，交通污染与事故越来越引起社会普遍的关注。经过长期、广泛的研究和经验教训证明，许多国家已经决定将主要依靠修建更多的道路，扩大路网规模来解决同益增长的交通需要，转移到了利用电子、计算机、通信等现代技术手段束改造现有的道经过长期的经验和教训告诉我们，造成堵塞的一个重要原因就是收费站门，而目前我国大多数的收费站口依然采用人工收费的方式，这样一方面造成了收费站附近交通的严重堵塞拥挤，许多车辆要停车排队，另一方面，人工售给成本非常之高，致使国家损失相当多的财政收入。J 下是因为此，各国都已经丌始将交通向智

23、能化、自动化的方l 川发展，智能交通系统也就因此应运I 酊牛。智能交通系统是指将先进的通信技术、自动控制技术、计算机技术等高新技术综合地运刚于整个交通管理体系、从而建立起一利一全方位发挥作j H 的变通综合管理和控制系统。l-纪6 0 年代未，美国丌始智能交通系统方面的研究，之后，欧洲、同本等也相继加入返。i i 列。经过3 0 多年的发展，美嘲、欧洲，f l 奉成为|上界智能交通系统研究的i 人J 地。事实F 明，智能交通系统可以人幅度提_ 交通M 络的运行效率，更进一步水阱，1 能交通系统之卜的 乜f 不停车收赀系统(E I e c t r o n i c l o l lC o l l e

24、 c t i o n，E T C)更足“核孵：j 收费站交通阻塞的问题。它将“拔抛 收惦P 的变通延“效率平降低收费站建设运7 成本，蕴涵着巨大的社会需求和经济效益，址|f m 毗界行【日竞棚研究和丌发的热点M。1 1 1E T C 系统国内外应用f 日勋，I：，美国，欧洲、闩本很早就针对f i 停午收费系统中的研发枝术、I 程实施、北京咖；UJ、，够!I 川究牛学f j 论文吼l，绪论柄i 准舰范进行了深入研究，剪向f 目际标准化组织提交了有关不停乍收费扔，准的草案，欧洲和|l 本提出的标准较为成熟，获甜了较广泛的r 商支持。f l 各发达q 家托E T C 技术推进承I 联网收费方向部经J

25、，J 了较为漫长的过程。在美国，电子不停车收费方式已经成为美国回收公路投资和养护费川的高效率手段，最著名的联网运行电子不停车收费系统是E z P a s s 系统。1 9 9 7 年7 川，”E z p a s s”工程的最终运行方案丌始付诸实施和运行。从E z p a s s 系统丌通起，E T C 的交易量持续增长，截止1 9 9 8 年1 2 月，仅经过1 年半的时间，共计2 3 条专用E T C 车道的电子不停车收费网络就承担了整个月平均交易量的4 3，高峰时段甚至达到5 5 6 0。网络化运行的电子不停车收费系统效益和吸引力充分体现出来。E z P a s s 系统采用了专用车道，混

26、合车道两种模式，都有收费员值班。E Z p a 豁专用车道规定时速不超过5 突罩的限制，并有相应的标志牌提示，以便确保给收费人员和道路使用者一个安全的收费环境。另外美国基本上是采用丌放式收费制式构成的网络。葡萄牙的aV a r d e 电子收费系统可以算作欧洲具有代表意义的联网电子收费系统之一，由葡萄牙最大的公路运营商B R I S A 公司管理。收费系统采用封闭式和丌放式相结合的模式。事实已证明，V i a V a r d e 电子收费系统是既有利于道路使用者又有利于道路运营商的有效收费手段。根据运营报表统计数据，人工收费车道(M l C)的平均通行能力为2 0 0 辆小时，电子收费车道的平

27、均通行能力为1 5 0 0 辆小时，l 条盯c 车道的通行能力是M I C 车道通行能力的7 倍。该E T C 车道的显著特点是没有自动栏杆，4|辆能以不低干8 0 k m h 的速度通行。如果没有V i aV a r d e 系统，运营公司将不得不多修建2 0 0 0多条人工收费车道以解决收赞拥堵问题。在日本，推进I T S 被政府和企业提高到很高程度，其中就包括电子不停车收费。由于技术上的难度和协凋问题，时至1 9 9 9 年d 丌始真证实施全国性的E T C 刚络建改，首先建成的足东床附近的酋鄙幽E 1 工程。在总结了有关经验后，从2 0 0 0 年J I：始人坂，名古屋等多条高速公路E

28、 1 r C 建设，共计约1 0 0 多个收费站，4 0 0 多条E 1 r C 车道。按计划应该干2 0 0 1 年臼J 投入运行，但由于联网调试上的难度，到目前为I r 仍在进行之中。f I 本采取的是接触式c P u 乍加两片式电子标签和双E T c 天线的斤案，乍迸发戏向打丌的高速栏杆，尢人彤l：)：，具有报高的安仝性和车道通行能力，有完辫的常钐J 扩敞机制和电f 标签发行流通体系，似1：道系统投资和l 邑子标签成本部很高，我嘲f 门公众消赞水f，有较人堆硼i，道路这f f 公川难以接受|l。尽管埘外E T c 系统运彳J 很成功，具有定特色，征!自些技术特 相I 遥f f 办法能否适

29、合中困需嘤结合找I q 道路使用行的行为特点深入评估分析。以1 i 逝部分为例，有号用乍道，混合1 i 道埘种模式，f r 收赞员值班管理和无人值班铃；鲤鹏巾I 模式、仃改l：+i 速栏朴和小设栏朴曲种模式，霄低速通行模式和高速通行模式。从违t 誊逃_ 1 5 1 fJ：为的处理看，有现场处鲤和图像抓扪z 捂后处理两种模式。如果E T C 运营模式f i 能很好地挺f J I 免停车第2 呃北京邮电大学硕士研究生学位论文第1 章绪论快速通行服务，不能减少收费值班员，将无法体现出明显的吸引力，推广应用的前景将无疑受到影响；国内公路E T C 工作仍处于试验和探索阶段【g】，个别路段正在进行试点，

30、大范围和大规模的推广E T c，特别是联网运行，条件仍不具备。其主要原因是：交通量的需求不迫切 道路使用者的需求不迫切现有的收费设施，尤其是收费广场和收费车道不能满足或适应E T c 的需要系统造价比较高，关键设备需要引进等基于上述理由，各地区，各路段必须根据本地的具体情况，特别是道路使用者的需求，作好规划，逐步实施。所以通过在现有的收费广场上设置E 1 专用车道，形成人工收费系统和E T 相结合的混合式收费模式不失为是一种比较适合我国国情的做法。1 1 2 传统E T c 系统E T C 系统可以分为开放式E 1 陀和封闭式E 1 陀，前者读取车载智能装置(如电子标签)有关信息，按相关费额进

31、行收费，功能简单，适用于单个收费站点使用。后者要综合车辆的入口信息及费率表得出其相应费额进行收费，系统复杂，适用于全路段E T c收费。目前国内外主要采用开放式E T c 系统，也即通常意义上所讲的一站式E T c 收费系统1 4 1。麓岌缝摄拍镜落杆绒图】一1 当前E T C 系统构成图1 1 所示为当前国内外E T c 系统主要的组成架构，他们都存在如下的特点：1 1 终端较为复杂一这里所谓的终端就是收费站一端的系统构成，现有的E T C 系统要求收费站不仅要具备阅读天线系统，工控机系统、设想系统等，更为重要的是要求每个收费站都要简历一个收费站端服务器系统，这对于建设一个收费站来讲成本无疑

32、过于昂贵；第3 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第1 章绪论2)中间的通信传输网络需要单独进行建设即收费站到后台收费处理中心之间的通信要单独建设专门的通信网络，如s D H 光纤网、删网等，无疑额外增加了很多的施工费用和成本。为了客服上述的两个缺陷，将移动通信传输优势引入了电子不停车收费系统中，就形成本文所要研究的新型智能交通收费系统。1 2 论文研究工作及创新性概述本论文的研究工作主要集中在对于这个新型的智能交通收费系统的各个子系统的设计和实现上。重点放在后台处理中心子系统的短消息收发模块和数据库建模技术。在此接收此项目之前，本人已经对R F m 技术、数据库技术有了较为深刻的理解和认识，尤

33、其是数据库建模方面，之前已经先后完成了两个企业级信息管理系统的后台数据库建模设计的全部过程，对数据库建模设计有着较为丰富的实战经验和技巧。基于对R F D 技术、移动通信技术和数据库技术的理解和认识，本论文中提出了一种新型的智能交通收费系统，并能够依托国家电子信息产业发展基金项目进行实际的应用开发，最终设计实现了这样一种新型的交通收费系统。本论文的主要创颏点有以下几点：1 1 提出一种新的移动业务运营模式：论文提出的基于移动通信的电子收费系统，是对现有E T c 系统的创新性尝试，更是对移动通信在智能交通收费系统领域运营模式的一个创新，是对移动通信增值业务领域扩展的一个尝试。对于移动运营商来讲

34、有着极大的指导意义；2)精简的前台信息采集系统：当前的E T c 系统中，其前台系统除了R F I D 射频系统之外，还包括有收费站服务器系统，收费站监视系统等，一方面不便于日常维护，直接对数据的安全性带来挑战；另外一方面直接造成了E T c 收费站建设成本的增加。而此系统中，将复杂的数据处理放在了后台处理中心系统来完成，大大简化前台的系统设计，前台只要能够完成车载标签信息的采集即可；3 1G s M 短消息方式的数据传输：作者提出了基于移动通信G s M 网络和s P 短消息中心构建的G s M 短消息的数据传输方式，一方面因为前台系统只完成信息的读取过程，传输的数据量较小，实时性要求也并不

35、是很高；另一方面，G s M 短消息模块便于E 1 收费站系统的建设和维护，投资成本非常小；4 1 针对多站式收费模式的综合后台数据库模型设计：多站式收费模式就是指只有车辆的入、出收费站信息完整的情况下，才完成扣费操作，更加符合未来实际业务的发生情况(高速公路多个入口，多个出口的情况)。数据库系统设计中一方面可以适应多种业务种类的变化(高速公路收费、停车场收费情形等)；另一方面考虑了车型、第4 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章绪论站点、时间段等因素对收费额度的影响，同时针对异常业务(入、出口信息不完整，网络传输延迟等)情况采取了“临时缓存”的数据库处理机制。1 3 论文研究内容和组织结

36、构本论文以国家电子信息产业发展基金项目“基于移动通信的智能交通系统”为出发点和依托，详细介绍了基于移动通信的E 1 r C 系统这一新型的智能交通收费系统。详细阐述了此系统中各个子系统模块的组成、功能和实现，提出了许多新的建设智能收费系统的建议和方案。本论文从当前国内外主要采用的智能交通系统中的E 1 系统出发，分析现有E T 系统的特点，指出其存在的不足和缺陷，紧接着提出这样一个新型的智能交通收费系统，最终成功阐述系统的各个模块和最终实现，重点放在后台综合业务管理系统的设计，建模和实现。论文的组织结构如下：第一章介绍了课题研究的背景，论文主要的创新点；第二章从介绍智能交通系统的概念开始，引出

37、电子不停车收费这一重要的子系统，再通过详细阐述当前国际国内的E T c 系统的特点之后，提出论文的研究重点基于移动通信的智能交通收费系统的概念；第三章是本论文的重点核心部分，首先概述了此智能收费系统的设计思想、组成架构、系统特点，之后分别详细论述其三个子系统的设计与实现，并对相关重要模块开发设计的技术进行了重点的论述；第四章在分析此系统当前特点的基础上，论述了系统未来拓展说明的几点建议，为系统未来的发展和商用提供参考；第五章对论文整个研究进行总结。第5 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统第2 章电子不停车收费系统基于移动通信的电子不停车收费系统是智能交通系统的一个重要应

38、用，本章将首先介绍智能交通系统的概念、系统构成、应用和发展现状，之后再介绍E T c 系统的概念、系统构成应用和发展现状，最终引入论文研究的基于移动通信的智能交通收费系统的整体描述。2 1 智能交通系统智能交通系统即r r s 到底该如何翻译，现在主要由两种说法，一种理解为智能运输系统(I I l t c i g 锄tT r a l l s p o ns y s t 锄)，把r r S 的思想定位在强调提高运输的效率；而另外一种则译为智能交通系统(I n t d l i g 吼t T m 伍cs y s t 锄)强调交通疏导。发展r r s 应该是注重如何为出行者提供高效的交通服务，如何高效地

39、利用道路资源，而不仅仅只是疏导拥挤。所以智能运输系统的范围应该更加广泛和全面，也有称为I n t e l l i g e I l tT r a n s p o m t i o nS y s t 锄l s 锄ds e r v i c e s，强调他所提供的是一种“服务”的概念，这个概念也越来越多的出现在r r s 领域中。但是就目前而言国内外人士已经习惯了使用智能交通系统这个词眼，所以论文的下文中我们通常还是采用智能交通系统这个词。智能交通系统本质上是用计算机、通讯、电子控制等新技术对传统运输系统进行改造，从而形成种信息化、智能化和社会化的运输系统。是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感

40、技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。该系统将汽车、驾驶员、道路及相关的服务部门相互联结，使汽车在道路上的运行功能智能化。系统将采集到的道路交通及服务信息经服务中心集中处理后，传送到公路运输系统的各个用户(驾驶员、警察局、停车场、运输公司、意愿、救护故障等部门)，出行者可以根据收到的信息【1”，实时选择交通方式和交通路线、交通管理部门则可以自动进行合理的交通疏导、控制和事故处理。运输部门可随时掌握车辆的运行情况，合理调度。1 1 r s 能保证公路网上的交通流运行处于最佳状态，改善交通拥挤和阻塞

41、，提供最佳公路网通行能力，提高整个公路运输系统的机动性、安全性和运输效率。1 1 r s 的出现是交通运输网络的一场革命，它强调的是系统性、信息交流的交互性、交通管理的智能性及服务的广泛性，其核心技术是电子技术、信息技术、通信技术和系统工程，此外随着发展，还不断的将传感技术、地理信息技术等诸多高新技术引入进来，最终的目的是实现车、路、人高度一体化，极大提高综合交通运输效率，保障交通安全，改善环境质量和提高能源利用率，最终实现完美化交通。第6 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统2 1 1 智能交通系统的构成1 9 9 5 年3 月美国交通部首次正式出版了”国家智能交通系统

42、项目规划”，明确规定了智能交通系统的7 大领域和2 9 个用户服务功能，并确定了到2 0 0 5 年的年度开发计划。其中7 大领域包括：出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。图2 I 是美国n S 的基本框架示意图：图2 1 美国I T s 系统基本架构图而当前日本、美国和欧洲研究的f r s 系统主要包括了九大基本系统(图2 2 ，各个基本系统实现不同的用户服务和交通管理功能，既可以相互独立应用，同时又可以相互连接从而组合成为一个大范围的全方位的智能交通系统。此系统中还可以根据不同的需要增加更多的子系统

43、，如安全运输保障系统、行人安全保障系统、紧急车辆运行系统等等。第7 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统困2-2n 丐系统组成2 1 2 智能交通系统的功能“智能交通系统”实质上就是利用高新技术对传统的运输系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统嗍。它能使交通基础设施发挥出最大的效能，提高服务质量；同时使社会能够高效地使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道路收费系统等方面都会产生巨大的影响。r r s 的功能主要表现在：(1)顺畅功能：增加交通的机动性，提高运营

44、效率；提高道路网的通行能力，提高设施效率；调控交通需求。(2)安全功能：提高交通的安全水平，损害程度；防止事故后灾难的扩大。(3)环境功能：减轻堵塞；低公害化，2 2 电子不停车收费系统降低事故的可能性避免事故；减轻事故的降低汽车运输对环境的影响。电子不停车收费系统(E l e c 圩o n i cT o l lo fC 0 1 l e c t i o n，E T C)是指利用微波(或红外或射频)技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高新技术的设备和软件(包括管理)所组成的先进系统，以实现车辆无需停车即可自动收取道路通行费用。第8 页北京邮电大学硕士研究

45、生学位论文第2 章电子不停车收费系统不停车收费系统通过路边车道设备控制系统的信号发射与接收装置(称为路边读写设备，简称R s E)，识别车辆上设备(称为车载器，简称o B u)内特有编码，判别车型，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用账户中扣除通行费。对使用E T c 车道的未安装车载器或车载器无效的车辆，则视作违章车辆，实施图像抓拍和识别，会同交警部门事后处理。2 2 IE 1 系统与人工牧费的比较与传统人工收费(M 删J a lT 0 l lC 0 l l c c t i o n，M 1)方式不同，E T C【2 1 有着诸多的优点：l、更高的收费站通行能力(车澍车道，J、时)图2-3 车

46、道通信能力对比举例从图2 3 可以看出，一条人工收费的E T c 通道的通行能力为每小时2 0 0 3 0 0 辆，面E T c 通道的通行能力约为每小时约为8 0 0 1 0 0 0 辆。通行能力：1 条E T c 车道-3 5 条M r C 车道2、更少的基建投入图2-4 是单一的M T c 车道收费站与M 丌c 和E T c 组合车道的基建规模对比举例：图2 _ 4 M T c 与混合车道建设投资对比举例第9 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统据工程量统计可知，每条M 1 车道的基建投资为l O-2 0 万，E T c3 0 5 0 万。我们以京津塘高速这样较大规

47、模的收费高速公路为例，一般为1 4 条人工收费通道，相应的建2条E T c 车道+6 条M T c 车道即可以达到相同通行量的条件下，那么1 4 条h 仃c 车道的基建费用为：1 4+2 0=2 8 0(万)，建立E T c 通道的费用为2+4 0+6+2 0=2 0 0(万)，因而建立E T c 车道可以节省基建费用。3、更低的日常运营费用图2-5 为上述两类车道收费站的日常运营费用的对比，1 4 条M r c 车道=1 2 0 万年，2 条E T c 车道+6 条M r c 车道=6 0 万年图2-5 日常运营费用对比举例4、更好的服务水平E T c 可以提供更通畅的通行环境、更低的排放和

48、环境污染、更便捷的付费服务、更准确的运营数据服务。此外E 1 E 系统还具有诸多的优点：无需收费广场，节省收费站的占地面积；节省能源消耗，减少停车时的废气排放和对城市环境的污染；降低车辆部件损耗；减少收费人员，降低收费管理单位的管理成本；实现计算机管理，提高收费管理单位的管理水平；对因缺乏收费广场而无条件实旌停车收费的场合，有实施收费的可能；无需排队停车，可节省出行人的时间等；避免因停车收费而造成收费口堵塞，形成新的瓶颈等。2 2 2E T C 系统关键技术和标准E 1 系统主要可分为自动车辆识别系统和自动车型分类系统。主要涉及有自动车辆识别技术和自动车型分类技术【刀。车辆自动识别技术(A u

49、 t o m a c e d、r e h i d eI d c l l t i f i c a t i o n，A v I)：主要分为两大类，激光技术和射频技术。激光技术出于有很多弊端限制了它在收费环境，尤其是开放公路系统中的应用。射频技术克服了激光系统的不足，因此目前的E T c 系统的A v I 子系统大都采用射频技术。A V I 系统一般由车载设备(如R F I D 标签)和路边设备(如阅读器天线)第1 0 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统组成，两者通过短程通信完成路边设备对车载设备信息的一次读或写。自动车型分类技术(A u c o m a t e dv e h

50、 i c l ea a s s i f i c a t i o n，A V c)：自动车型分类系统中，车载电子标签通常不记名和车型，故E T C 系统就必须能够高精度、高速度对过路车辆进行车型自动分类，以便按照车型实施收费。目前的自动车型分类E T c 系统中，基本上都根据车辆的几何参数进行设计，大都采用脉冲激光测量方法。从全球讲，国际标准比组织(I s o)第2 0 4 技术委员会专门负责城市和乡村交通信息和控制系统领域的标准化工作，其第5 工作组负责收费技术标准的制定，第1 5 工作组负责专用短程通信协议D s R C(D c d i c a t e ds h o r tR a d i o