電子不停車收費系統設備控制研究
作者:張茗紅
來源:中國一卡通網
日期:2009-03-13 10:48:19
摘要:電子不停車收費(ETC)系統是智能交通系統(ITS)的重要組成部分,它具有全自動、快速便捷、非現金交易、大容量等特點。本文介紹了ETC 系統的工作原理和上海市高速公路ETC系統平臺,提出針對ETC設備的測試方案,并對測試結果提供了判定的方法。
高速公路收費站如果采取人工/半人工收費方式,遇到行車高峰,在出入口排隊等待的車輛會形成長龍,排隊交費的車輛頻繁啟動也增加了尾氣排放量而加大了對周圍環境的污染。
20世紀80年代后期,世界各地為減少高速公路的排隊交費現象和減少車輛頻繁啟動排放尾氣對周圍環境的污染,開始考慮采用電子不停車收費技術。Electronic To11 collection (縮寫ETC)稱為電子不停車收費系統,它利用安裝在車輛上的電子設備(車載設備,簡稱OBU)與安裝在路側的電子設備(路旁設備,簡稱RSU)在需要收費的地點在車輛行駛過程中進行信息交換,在不需要司機停車和其他收費人員采取任何操作的情況下,全自動不停車完成整個收費過程。
1 ETC測試平臺
上海市高速公路自2005年起在現有的聯網收費系統基礎上實施ETC試點工程,其目的是在ETC系統正式推廣之前解決所有技術問題,同時實施對收費站、收費中心、收費結算中心軟件的ETC擴展,完成各子系統之間的聯調工作,為正式推廣實施ETC系統做好準備。
1.1 ETC系統測試內容
對于ETC系統,測試主要用于確定系統或系統的模塊是否與應用需求一致,內容如圖1所示,主要包括三部分:
(1)由供貨商進行出廠前的預測試。包括對DSRC協議的測試、電磁兼容性測試等;
(2)用戶對產品功能的測試。包括DSRC通信協議的測試、ETC應用層協議的測試、以及在不同的車輛、交通和環境的條件下對產品功能的測試。
(3)用戶對產品性能的測試。主要包括質量、可靠性和可維護性等內容。
1.2 測試環境
以上海市高速公路聯網收費系統為測試平臺,在其中某一收費站的收費車道選擇一條ETC入口車道、一條ETC出口車道,利用車道工控機以及所有一一 。
ETC設備的測試主要對車載設備OBU和路旁設備RSU進行J生能、功能方面的測試。
2.1 OBU防碰撞功能測試主要檢測RSU在有效范圍里同時檢測到多個OBU是否能區分并進行正常讀寫,是否將出現讀寫操作交叉錯位現象。
2.1.1 測試方法
(1)將兩個功能正常的OBU并列安裝在同一汽車擋風玻璃內側相應位置上,相距一定距離;
(2)對被測OBU進行順序編號,將其編號記錄下來;
(3)運行RSU設備和ETC系統;
(4)將載有OBU的汽車以一定速度通過ETC入口車道五次,記錄每次通過RSU通信區域時,每個OBU被RSU讀寫的結果及交易時間;
(5)將載有OBU的汽車以一定速度通過ETC出口車道五次,記錄每次通過RSU通信區域時,每個OBU被RSU讀寫的結果及交易時間。
2.1.2 測試結果判定
根據實際記錄的測試結果及ETC系統相關參數標準,判定對于ETC入口車道和ETC出口車道,系統是否能分別對兩個OBU進行正常的讀寫操作;并比較其,判定RSU是否能正常檢測及區分在其通信范圍內的多個OBU,分析是否有讀寫操作交叉等異常現象出現。
2.2 RSU通信范圍測試
檢測RSU與OBU的有效通信范圍,是否會誤測到旁道的車輛,以判定其有效通信范圍是否符合收費車道的實際設計情況。
2.2.1 測試方法
(1)在地面上找出RSU 的垂直投影點作為原點,以與車道平行和垂直的兩個方向在地面上作直線標記交于原點,形成四個象限區,如圖3所示。
(3)運行ETC系統,若RSU讀寫OBU正確,將OBU向遠離RSU位置方向移動;若RSU讀寫OBU不正確或不能讀寫時,則將OBU向靠近RSU位置方向移動,每次移動距離規定相等。直至找到在某一小區域內,離RSU最遠且讀寫正常的測試點,在該點連續三次通信范圍內讀寫測試都全部正常。否則繼續尋找新的測試點,直至在該點連續三次RSU讀寫OBU正常。標記此點位置。
(4)在二、三、四象限內進行上述步驟,標記各個測試點的位置。
(5)以RSU投影點為原點,根據前面確定的測試點位置,得到一個橢圓形的封閉曲線。
2,2,2 測試結果判定
由前述操作得到橢圓的長軸和短軸的長度,對比ETC車道的設計寬,如果車道的設計寬在橢圓形區域范圍內,則說明RSU與OBU的有效通信范圍符合車道設計,在該車道內實施ETC交易是可靠的。
2.3 RSU對OBU讀寫功能測試
檢測RSU與OBU的讀寫操作的錯誤率,通過RSU對在其通信范圍內的OBU進行較大量的讀寫次數,記錄讀寫錯誤次數或讀寫無反應的次數,確定讀寫的錯誤率。
2,3,1 測試方法
(1)記錄被測試的OBU產品編號、生產日期等信息。
(2)將OBU置于RSU通信范圍內,運行ETC系統,設定讀寫操作次數為300次,開始測試。
(3)測試結束時,記錄讀寫正常次數、讀寫錯誤次數和無響應次數。
2.3.2 測試結果判定
通過記錄次數的對比,確定RSU對OBU讀寫的錯誤率,如果沒有出現RSU對OBU的讀寫錯誤,則該項測試合格。
3 結語
電子不停車收費是一種新型的收費方式,它具有車輛智能化管理、交通數據自動采集等功能,有助于減少交通擁堵,提高道路通行能力,減少交通污染,提高收費工作效率,促進道路收費的規范化發展,在交通行業迅猛發展的現代社會有著廣闊的發展前景。
本文分析了ETC系統需要測試的內容,結合上海市高速公路ETC系統的實際環境,針對其設備提出了具體的測試方法,以及分析如何得出測試結論。由于知識的局限性,未能提出更多實際測試方案。這是本文的不足之處,有待在以后的深入研究過程中改進。
20世紀80年代后期,世界各地為減少高速公路的排隊交費現象和減少車輛頻繁啟動排放尾氣對周圍環境的污染,開始考慮采用電子不停車收費技術。Electronic To11 collection (縮寫ETC)稱為電子不停車收費系統,它利用安裝在車輛上的電子設備(車載設備,簡稱OBU)與安裝在路側的電子設備(路旁設備,簡稱RSU)在需要收費的地點在車輛行駛過程中進行信息交換,在不需要司機停車和其他收費人員采取任何操作的情況下,全自動不停車完成整個收費過程。
1 ETC測試平臺
上海市高速公路自2005年起在現有的聯網收費系統基礎上實施ETC試點工程,其目的是在ETC系統正式推廣之前解決所有技術問題,同時實施對收費站、收費中心、收費結算中心軟件的ETC擴展,完成各子系統之間的聯調工作,為正式推廣實施ETC系統做好準備。
1.1 ETC系統測試內容
對于ETC系統,測試主要用于確定系統或系統的模塊是否與應用需求一致,內容如圖1所示,主要包括三部分:
(1)由供貨商進行出廠前的預測試。包括對DSRC協議的測試、電磁兼容性測試等;
(2)用戶對產品功能的測試。包括DSRC通信協議的測試、ETC應用層協議的測試、以及在不同的車輛、交通和環境的條件下對產品功能的測試。
(3)用戶對產品性能的測試。主要包括質量、可靠性和可維護性等內容。
1.2 測試環境
以上海市高速公路聯網收費系統為測試平臺,在其中某一收費站的收費車道選擇一條ETC入口車道、一條ETC出口車道,利用車道工控機以及所有一一 。

圖1 ETC系統測試內容

圖2為ETC車道系統接線示意圖
ETC設備的測試主要對車載設備OBU和路旁設備RSU進行J生能、功能方面的測試。
2.1 OBU防碰撞功能測試主要檢測RSU在有效范圍里同時檢測到多個OBU是否能區分并進行正常讀寫,是否將出現讀寫操作交叉錯位現象。
2.1.1 測試方法
(1)將兩個功能正常的OBU并列安裝在同一汽車擋風玻璃內側相應位置上,相距一定距離;
(2)對被測OBU進行順序編號,將其編號記錄下來;
(3)運行RSU設備和ETC系統;
(4)將載有OBU的汽車以一定速度通過ETC入口車道五次,記錄每次通過RSU通信區域時,每個OBU被RSU讀寫的結果及交易時間;
(5)將載有OBU的汽車以一定速度通過ETC出口車道五次,記錄每次通過RSU通信區域時,每個OBU被RSU讀寫的結果及交易時間。
2.1.2 測試結果判定
根據實際記錄的測試結果及ETC系統相關參數標準,判定對于ETC入口車道和ETC出口車道,系統是否能分別對兩個OBU進行正常的讀寫操作;并比較其,判定RSU是否能正常檢測及區分在其通信范圍內的多個OBU,分析是否有讀寫操作交叉等異常現象出現。
2.2 RSU通信范圍測試
檢測RSU與OBU的有效通信范圍,是否會誤測到旁道的車輛,以判定其有效通信范圍是否符合收費車道的實際設計情況。
2.2.1 測試方法
(1)在地面上找出RSU 的垂直投影點作為原點,以與車道平行和垂直的兩個方向在地面上作直線標記交于原點,形成四個象限區,如圖3所示。

圖3 RSU投影點象限圖
(3)運行ETC系統,若RSU讀寫OBU正確,將OBU向遠離RSU位置方向移動;若RSU讀寫OBU不正確或不能讀寫時,則將OBU向靠近RSU位置方向移動,每次移動距離規定相等。直至找到在某一小區域內,離RSU最遠且讀寫正常的測試點,在該點連續三次通信范圍內讀寫測試都全部正常。否則繼續尋找新的測試點,直至在該點連續三次RSU讀寫OBU正常。標記此點位置。
(4)在二、三、四象限內進行上述步驟,標記各個測試點的位置。
(5)以RSU投影點為原點,根據前面確定的測試點位置,得到一個橢圓形的封閉曲線。
2,2,2 測試結果判定
由前述操作得到橢圓的長軸和短軸的長度,對比ETC車道的設計寬,如果車道的設計寬在橢圓形區域范圍內,則說明RSU與OBU的有效通信范圍符合車道設計,在該車道內實施ETC交易是可靠的。
2.3 RSU對OBU讀寫功能測試
檢測RSU與OBU的讀寫操作的錯誤率,通過RSU對在其通信范圍內的OBU進行較大量的讀寫次數,記錄讀寫錯誤次數或讀寫無反應的次數,確定讀寫的錯誤率。
2,3,1 測試方法
(1)記錄被測試的OBU產品編號、生產日期等信息。
(2)將OBU置于RSU通信范圍內,運行ETC系統,設定讀寫操作次數為300次,開始測試。
(3)測試結束時,記錄讀寫正常次數、讀寫錯誤次數和無響應次數。
2.3.2 測試結果判定
通過記錄次數的對比,確定RSU對OBU讀寫的錯誤率,如果沒有出現RSU對OBU的讀寫錯誤,則該項測試合格。
3 結語
電子不停車收費是一種新型的收費方式,它具有車輛智能化管理、交通數據自動采集等功能,有助于減少交通擁堵,提高道路通行能力,減少交通污染,提高收費工作效率,促進道路收費的規范化發展,在交通行業迅猛發展的現代社會有著廣闊的發展前景。
本文分析了ETC系統需要測試的內容,結合上海市高速公路ETC系統的實際環境,針對其設備提出了具體的測試方法,以及分析如何得出測試結論。由于知識的局限性,未能提出更多實際測試方案。這是本文的不足之處,有待在以后的深入研究過程中改進。