电子不停车收费系统设备控制研究

    高速公路收费站如果采取人工／半人工收费方式，遇到行车高峰，在出入口排队等待的车辆会形成长龙，排队交费的车辆频繁启动也增加了尾气排放量而加大了对周围环境的污染。

    20世纪80年代后期，世界各地为减少高速公路的排队交费现象和减少车辆频繁启动排放尾气对周围环境的污染，开始考虑采用电子不停车收费技术。Electronic To11 collection (缩写ETC)称为电子不停车收费系统，它利用安装在车辆上的电子设备(车载设备，简称OBU)与安装在路侧的电子设备(路旁设备，简称RSU)在需要收费的地点在车辆行驶过程中进行信息交换，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，全自动不停车完成整个收费过程。

    1 ETC测试平台

    上海市高速公路自2005年起在现有的联网收费系统基础上实施ETC试点工程，其目的是在ETC系统正式推广之前解决所有技术问题，同时实施对收费站、收费中心、收费结算中心软件的ETC扩展，完成各子系统之间的联调工作，为正式推广实施ETC系统做好准备。

    1．1 ETC系统测试内容

    对于ETC系统，测试主要用于确定系统或系统的模块是否与应用需求一致，内容如图1所示，主要包括三部分：

    (1)由供货商进行出厂前的预测试。包括对DSRC协议的测试、电磁兼容性测试等；

    (2)用户对产品功能的测试。包括DSRC通信协议的测试、ETC应用层协议的测试、以及在不同的车辆、交通和环境的条件下对产品功能的测试。 

    (3)用户对产品性能的测试。主要包括质量、可靠性和可维护性等内容。

    1．2 测试环境

    以上海市高速公路联网收费系统为测试平台，在其中某一收费站的收费车道选择一条ETC入口车道、一条ETC出口车道，利用车道工控机以及所有一一 。 

   

图1 ETC系统测试内容

    图2 ETC车道系统接线示意图车道外场设备，运行ETC入、出口收费车道系统。

    

图2为ETC车道系统接线示意图

    2 ETC系统设备测试方案

    ETC设备的测试主要对车载设备OBU和路旁设备RSU进行J生能、功能方面的测试。

    2．1 OBU防碰撞功能测试主要检测RSU在有效范围里同时检测到多个OBU是否能区分并进行正常读写，是否将出现读写操作交叉错位现象。

    2．1．1 测试方法

    (1)将两个功能正常的OBU并列安装在同一汽车挡风玻璃内侧相应位置上，相距一定距离；

    (2)对被测OBU进行顺序编号，将其编号记录下来；

    (3)运行RSU设备和ETC系统；

    (4)将载有OBU的汽车以一定速度通过ETC入口车道五次，记录每次通过RSU通信区域时，每个OBU被RSU读写的结果及交易时间；

    (5)将载有OBU的汽车以一定速度通过ETC出口车道五次，记录每次通过RSU通信区域时，每个OBU被RSU读写的结果及交易时间。

    2．1．2 测试结果判定

    根据实际记录的测试结果及ETC系统相关参数标准，判定对于ETC入口车道和ETC出口车道，系统是否能分别对两个OBU进行正常的读写操作；并比较其,判定RSU是否能正常检测及区分在其通信范围内的多个OBU，分析是否有读写操作交叉等异常现象出现。

    2．2 RSU通信范围测试

    检测RSU与OBU的有效通信范围，是否会误测到旁道的车辆，以判定其有效通信范围是否符合收费车道的实际设计情况。

    2．2．1 测试方法

    (1)在地面上找出RSU 的垂直投影点作为原点，以与车道平行和垂直的两个方向在地面上作直线标记交于原点，形成四个象限区，如图3所示。
 

图3 RSU投影点象限图

    (2)在第一象限区内地面上任取一点放置被测试的OBU，并将其安装在车辆上面向RSU方向。

    (3)运行ETC系统，若RSU读写OBU正确，将OBU向远离RSU位置方向移动；若RSU读写OBU不正确或不能读写时，则将OBU向靠近RSU位置方向移动，每次移动距离规定相等。直至找到在某一小区域内，离RSU最远且读写正常的测试点，在该点连续三次通信范围内读写测试都全部正常。否则继续寻找新的测试点，直至在该点连续三次RSU读写OBU正常。标记此点位置。

    (4)在二、三、四象限内进行上述步骤，标记各个测试点的位置。

    (5)以RSU投影点为原点，根据前面确定的测试点位置，得到一个椭圆形的封闭曲线。

    2，2，2 测试结果判定

    由前述操作得到椭圆的长轴和短轴的长度，对比ETC车道的设计宽，如果车道的设计宽在椭圆形区域范围内，则说明RSU与OBU的有效通信范围符合车道设计，在该车道内实施ETC交易是可靠的。

    2．3 RSU对OBU读写功能测试

    检测RSU与OBU的读写操作的错误率，通过RSU对在其通信范围内的OBU进行较大量的读写次数，记录读写错误次数或读写无反应的次数，确定读写的错误率。

    2，3，1 测试方法

    (1)记录被测试的OBU产品编号、生产日期等信息。

    (2)将OBU置于RSU通信范围内，运行ETC系统，设定读写操作次数为300次，开始测试。

    (3)测试结束时，记录读写正常次数、读写错误次数和无响应次数。

    2．3．2 测试结果判定

    通过记录次数的对比，确定RSU对OBU读写的错误率，如果没有出现RSU对OBU的读写错误，则该项测试合格。

    3 结语

    电子不停车收费是一种新型的收费方式，它具有车辆智能化管理、交通数据自动采集等功能，有助于减少交通拥堵，提高道路通行能力，减少交通污染，提高收费工作效率，促进道路收费的规范化发展，在交通行业迅猛发展的现代社会有着广阔的发展前景。

    本文分析了ETC系统需要测试的内容，结合上海市高速公路ETC系统的实际环境，针对其设备提出了具体的测试方法，以及分析如何得出测试结论。由于知识的局限性，未能提出更多实际测试方案。这是本文的不足之处，有待在以后的深入研究过程中改进。
 
    （同济大学交通运输工程学院 张茗红）