浅析电子不停车收费车道天线的合理设置

　　随着我国经济发展和交通运输行业的迅速发展，传统收费模式已成为影响高速公路通行能力的瓶颈。 (Electronic Toll Collection，ETC)作为解决这个问题的有效手段已成为高速公路收费站的主要发展方向。不停车收费系统是ITS系统中技术发展比较成熟的子系统之一，它为因停车收费引起的交通拥挤、延误、能源消耗过多、环境污染等问题提供了解决思路。该系统是国际上正努力开发并推广的应用于道路、大桥和隧道的电子收费系统。 

　　2012年是我国ETC高速发展的时期，各地都在提速建设ETC车道，许多省市把建设ETC列为加快全省高速公路建设的重大事项来抓，极大地促进了ETC的发展。ETC是通过路侧单元(Road Side Unit，RSU)和车载单元(On Board Unit，OBU)之间进行通信与信息交换，实现对车辆的自动识别，并从用户的专用账户扣除通行费，从而达到不停车自动收费口。为了提高收费站的通行能力和服务水平，管理者最关心的是如何提高ETC车道的车辆通过速度和交易成功率，因此在国内部分高速公路中采用了ETC双天线建设方案。 

　　对ETC的研究，大多数主要集中在ETC的技术实现、缴费方式配置、建设经验及ETC车道数对收费站服务水平的影响等方面，而对比ETC系统的单天线与双天线方案研究较少。采用双天线方案，除要增加天线设备外，还需增加线圈车检器等设备，势必增加了项目建设的造价和工程量，增大了系统的故障率、复杂度和维护成本。分析对比单双天线使用效果，对于合理设计ETC系统及降低成本，具有实际的工程价值。 

　　1. ETC车道单天线与双天线布局 

　　（1） ETC车道单天线布局
　　单天线方案是在ETC车道内布设一台RSU设备，位于收费岛前部，其DSRC(Dedicated Short Range Communications)典型通信区域(简称通信区)长度为10 m。车辆通过时，RSU 与OBU 进行通信和信息交换，完成收费交易，自动栏杆机抬杆放行，车辆无需停车即可通过车道。但在实际使用中，ETC交易存在失败的可能，为保证车辆通行安全，通信区与栏杆之间留有10 m的缓冲区，当交易失败时，车辆可在缓冲区内制动停车，防止撞杆等不安全事件的发生。示意图如图1所示。 

　　（2）ETC车道双天线布局
　　双天线方案即在ETC车道布设两台RSU设备，分别位于收费岛前部和自动栏杆机前，存在两个DSRC典型通信 区域，即 A区(远区通信区域)和B区(近区通信区域)，长度分别为 10m和8m，B区结束位置与自动栏杆机之间只有2m距离。示意 图如图2所示 。 

　　在正常情况下，天线A为主天线，当车辆驶入 A区后，天线A与OBU 通信即可完成 交易。在异常情况下，车辆通过A区但交易失败，车辆继续行驶进入B区，由天线B与OBU通信，为了保证交易的安全性和数据的完整性，需要重新尝试交易，而无法继续在A区中未完成的交易。 

　　2.ETC车道的车辆限速对比分析 

　　目前大多数ETC系统都采用双片式电子标签加双界面CPU卡的组合方式，并以CPU卡作为数据存储介质 。国家交通运输部颁布的《收费公路联 网电子不停车收费技术要求》中规定了CPU卡数据格式，其中包含了多个保留文件。各省市可对不同变长记录保留文件进行读写，以实现不同应用，因此各地ETC交易时问长短不尽相同。此外，OBU安装高度 、OBU电量、车辆贴膜、天线功率等都将是影响ETC交易效率的因素。 

　　这里以陕西省数据作统计，采集全省2011年9月至2011年12月所有的ETC交易耗时数据 ，总计170多万条记录，经过分析，绝大多数(99.9)的ETC交易可以在718.2ms内完成 ，即可认为陕西省路网环境下ETC交易所需最大时间为718.2ms。 

　　由此看出，从保证完成交易所需时间的角度分析，双天线ETC车道允许车辆的最大通过速度明显比单天线ETC车道慢。 

　　3 .对比ETC车道通过率 

　　双天线ETC车道存在两个通信区域，即车辆通过时可以有两次交易机会，从而提高 ETC车道的通过率。但系统需要控制车道的两台天线协同工作，协调逻辑较为复杂，增加了系统内在错误存在的可能性。车辆通过车道时，系统通过线圈车检器的状态变化来实现正确的车辆定位和逻辑处理，在单天线系统中，只需要3组线圈车检器，而在双天线系统中却至少需 要6组。车道设备的增加提高了系统的故障率。这些因素都降低了ETC交易的成功率。因此，在ETC车道通过率方面，双天线车道布局并不优于单天线车道布局。 

　　4.结语 

　　通过对单双天线ETC车道的对比分析，两种布局方式在车道长度相同的情况下，允许 车辆的通过速度是相同的。由于大多数单天线ETC车道的DSRC典型通信区长度都在 10m 左右，车辆通过该区域的行驶时间能够满足连续两次ETC交易，在交易成功率方面，双天线布局并不优于单天线布局。而且，双天线布局增加了车道设备，使得建设造价、工程量和维护成本都有较大增长，处理逻辑更为复杂，系统的故障率也随之提高。 

　　因此，双天线布局的性价比不高，在ETC系统的建设中，不建议采用。文中通过对两种天线布局形式分析，期望为准备建或正在建ETC的城市提供理论依据，这样可以大幅节约了建设和维护成本，同时也完全可以满国家交通运输部对ETC建设的有关要求，真正为公众提供良好的不停车收费服务。