一、背景

　　交通部在《公路水路交通信息化“十一五”發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，要“重點(diǎn)推進(jìn)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)、不停車收費(fèi)和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控”。速聯(lián)積極響應(yīng)這一號(hào)召，本著“成本低、實(shí)效好的交通信息化發(fā)展模式”，開(kāi)發(fā)了采用創(chuàng)新型Z網(wǎng)技術(shù)的高速公路車輛行駛路徑跟蹤及智能收費(fèi)管理系統(tǒng)——Z-Net Intelligent Charge System。

　　二、目的

　　1、獲取車輛全程完整清晰的實(shí)際行車路徑，解決聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)后，分段收費(fèi)公路中的精確拆分帳和結(jié)算問(wèn)題，而且還能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)分段計(jì)費(fèi)；

　　2、車輛的收費(fèi)根據(jù)車輛實(shí)際行駛里程來(lái)進(jìn)行，基本杜絕收費(fèi)公路車輛的逃費(fèi)現(xiàn)象；

　　3、由于減少了收費(fèi)站，車輛不需減速停車，使道路更加暢通，因而，不僅大幅度節(jié)省了時(shí)間和燃料，而且，極大地提高了收費(fèi)公路的通行能力；

　　4、由于減少了收費(fèi)站數(shù)目，因而也就減少了管理人員和設(shè)施，這就大大降低了收費(fèi)公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理成本。

　　三、與現(xiàn)有其他技術(shù)的對(duì)比：

　　現(xiàn)有的車輛定位跟蹤，一般采用的是GPS定位跟蹤方法；現(xiàn)有公路收費(fèi)的管理，一般采用的是在進(jìn)口處發(fā)放紀(jì)錄有進(jìn)口地址信息的IC卡或磁卡，再在出口處讀出卡中所記錄的進(jìn)口地點(diǎn)的信息，從而進(jìn)行計(jì)費(fèi)的方法；此外，在個(gè)別地方也采用了RFID系統(tǒng)自動(dòng)記費(fèi)的辦法。

　　1、GPS定位跟蹤方法及其存在的問(wèn)題：

　　GPS定位跟蹤系統(tǒng)除了建設(shè)成本及運(yùn)營(yíng)成本高以外（包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)），它的使用在城市中還受到極大的限制。因?yàn)槭褂肎PS設(shè)備的重要前提之一，是接收機(jī)與衛(wèi)星之間有直射路徑，而GPS信號(hào)在建筑物密集的城區(qū)及建筑物內(nèi)部存在信號(hào)接收盲區(qū)。另外GPS定位還要受到多徑效應(yīng)和許多其他因素的影響，包括初始定位信號(hào)捕獲時(shí)間較長(zhǎng)等（通常為0.5～15min）?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，在高樓林立的城市，安裝GPS接收機(jī)的車輛，能夠正常接收GPS定位信號(hào)的概率大約為70％左右。在一些特殊場(chǎng)合，如鋼筋混凝土建筑物內(nèi)、地下車庫(kù)中，甚至完全收不到GPS信號(hào)。

　　2、IC卡和磁卡收費(fèi)方法及其存在的問(wèn)題：

　　1）由于它們只能分辨車輛的進(jìn)口和出口位置，而不能記錄車輛在收費(fèi)公路上實(shí)際行駛的路線和里程，因而，在許多地方，將會(huì)出現(xiàn)收費(fèi)里程大大小于實(shí)際里程的逃費(fèi)現(xiàn)象，特別是在許多收費(fèi)公路形成網(wǎng)絡(luò)的地方。各種逃費(fèi)方式五花八門，特別是在貨運(yùn)為主的公路上；

　　2）由于國(guó)內(nèi)許多公路采用誰(shuí)投資誰(shuí)受益的方式，因而一條收費(fèi)公路往往出現(xiàn)多個(gè)收費(fèi)站的情況，不僅增加了人員管理、收費(fèi)站建設(shè)的費(fèi)用，而且大大降低了收費(fèi)公路的通行速度，影響了收費(fèi)公路的使用效率，同時(shí)也給通行的車輛帶來(lái)許多不便；

　　3）不能實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)。

　　3、RFID自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題：

　　對(duì)RFID卡來(lái)講，它完全是一種被動(dòng)的通信方式，這種方式需要一個(gè)體積大，安裝麻煩，價(jià)格昂貴的讀寫器系統(tǒng)。當(dāng)用于車輛跟蹤時(shí)，系統(tǒng)的問(wèn)題是：

　　1）一般采用進(jìn)口設(shè)備，不但系統(tǒng)價(jià)格高，體積龐大而且安裝麻煩；

　　2）所使用的900兆頻率，不僅存在合法性問(wèn)題，而且，有時(shí)還會(huì)與現(xiàn)有的手機(jī)信號(hào)發(fā)生干擾；

　　3）由于RFID的通信方式是被動(dòng)式的，通信距離的提高非常困難，因而，往往只能采用增大天線發(fā)射功率和增益的辦法，這就要求車載RFID卡的安裝位置，與固定的讀寫器天線的安裝位置有很好的匹配，這就使得遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)的使用存在很大局限。例如，要求車行通道很窄，車行速度很低，大型車輛的通過(guò)也存在一定的問(wèn)題，因而，不適應(yīng)收費(fèi)公路，特別是高速公路的普遍需要；

　　4）由于RFID系統(tǒng)的通信方式是被動(dòng)式的，因而， RFID 系統(tǒng)的讀寫器，必須要接收到經(jīng)車載RFID卡反射回來(lái)的天線信號(hào)，才算完成一個(gè)RFID卡身份讀取過(guò)程。因而，當(dāng)有多個(gè)車道時(shí)，不僅需要安裝多個(gè)遠(yuǎn)程RFID讀寫系統(tǒng)，而且很難避免鄰道干擾和誤讀等現(xiàn)象；

　　5）由于RFID本身主要是一種身份編號(hào)，它儲(chǔ)存的信息資料非常有限，而且信息的存取也比較麻煩。因而很難實(shí)現(xiàn)更多的功能擴(kuò)展。
綜上所述，現(xiàn)有GPS定位跟蹤方法的主要缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，不能在復(fù)雜的城市環(huán)境條件下，滿足車輛定位跟蹤的實(shí)際需要；而現(xiàn)有收費(fèi)公路管理系統(tǒng)，還不能有效解決車輛逃費(fèi)，和不停車分段計(jì)費(fèi)的管理問(wèn)題。而本公司基于創(chuàng)新型Z網(wǎng)技術(shù)的高速公路車輛行駛路徑跟蹤及智能收費(fèi)管理系統(tǒng)——Z-Net Intelligent Charge System，從根本上解決了這些問(wèn)題。

　　四、技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

　　從與現(xiàn)有其他技術(shù)的對(duì)比中，可以明顯地看出我公司系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

　　1、成本低：總的硬件（不包括無(wú)線車牌）每公里路段的平均投入不足三萬(wàn)元；

　　2、體積小：讀寫器只有香煙盒大小，標(biāo)識(shí)站整個(gè)系統(tǒng)包括天線和發(fā)射機(jī)總共只有一個(gè)隨身聽(tīng)大?。ㄒ?jiàn)下圖），安裝維護(hù)十分方便；

 
　　下圖是安裝在鄭州市西南繞城高速公路十八里河收費(fèi)站，（K38+020）點(diǎn)龍門架上的一個(gè)433兆車輛路徑跟蹤標(biāo)識(shí)站系統(tǒng)，（包括4個(gè)大天線和一個(gè)大收發(fā)機(jī)）和我公司一個(gè)安裝電線桿上的很小的標(biāo)識(shí)站系統(tǒng)：

　　3、低功耗（接收狀態(tài)< 3微安）及低發(fā)射功率（主機(jī)< 0.1瓦）；

　　4、工作準(zhǔn)確度高、抗干擾能力強(qiáng)并且穩(wěn)定可靠：采用創(chuàng)新型的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和直序擴(kuò)頻的通信方式，使系統(tǒng)具有更好的工作準(zhǔn)確度、抗干擾能力和工作的可靠性；

　　5、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的成本都非常低：本系統(tǒng)是全自動(dòng)化的，它的運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有任何其它系統(tǒng)。它可以完全利用現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)的管理人員，不需要增加格外的人手進(jìn)行操作和維護(hù)；

　　6、回報(bào)高：某省為例，該省約4000公里的收費(fèi)公路上建立起這個(gè)系統(tǒng)，建設(shè)費(fèi)用不足一億元（包括無(wú)線車牌），而該省收費(fèi)公路系統(tǒng)，每年的收入約為80-90億人民幣，如果按5%左右的逃費(fèi)率計(jì)算，該省每年因車輛逃費(fèi)所帶來(lái)的損失估計(jì)就將近5個(gè)億，使用本系統(tǒng)后，可以基本杜絕現(xiàn)有車輛逃費(fèi)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　五、本系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方式：
 
　　1、整個(gè)收費(fèi)公路各分段收費(fèi)路段的分界點(diǎn)處，公路分岔點(diǎn)的各分支路上，以及其它為了避免車輛逃費(fèi)的關(guān)鍵控制位置安裝信號(hào)機(jī)，信號(hào)機(jī)安裝位置和高度，以能使信號(hào)機(jī)與所有公路上經(jīng)過(guò)的車載無(wú)線車牌實(shí)現(xiàn)通信為原則。信號(hào)機(jī)相對(duì)無(wú)線車牌的信號(hào)覆蓋范圍一般應(yīng)在50 - 200 米范圍。

　　2、將讀寫器安裝在收費(fèi)公路進(jìn)出口處的計(jì)算機(jī)上，并安裝相應(yīng)的管理軟件。計(jì)算機(jī)與收費(fèi)公路管理中心的數(shù)據(jù)庫(kù)相連。

　　3、在收費(fèi)公路進(jìn)口處準(zhǔn)備一定數(shù)量的無(wú)線車牌，每個(gè)無(wú)線車牌都有一個(gè)唯一的編號(hào)，而且還可以根據(jù)不同需要，儲(chǔ)存不同量的信息，并對(duì)數(shù)據(jù)的存取進(jìn)行授權(quán)加密。信號(hào)一經(jīng)寫入，便不能擦去，只有當(dāng)車輛來(lái)到出口處，將所存信息傳入公路管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)后，公路管理中心才會(huì)授權(quán)給出口處的讀寫器，清除無(wú)線車牌中所存的信息，供新的車輛使用。無(wú)線車牌的電池電量低于一定水平時(shí)，將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，以促使管理人員更換電池并對(duì)電池進(jìn)行充電。

　　4、當(dāng)車輛來(lái)到收費(fèi)公路入口處時(shí)，將領(lǐng)取一個(gè)無(wú)線車牌，（為了備案需要，還可通過(guò)拍照和計(jì)算機(jī)視頻識(shí)別的方法，將車牌號(hào)輸入無(wú)線車牌）并將其置于車上適當(dāng)?shù)奈恢?。無(wú)線車牌使用一次性紐扣電池，或可充電紐扣電池驅(qū)動(dòng)；通過(guò)電源節(jié)能管理，或外部喚醒的方式，無(wú)線車牌電池的使用壽命可達(dá)幾年。 

　　5、車輛實(shí)際行駛路徑的信息，通過(guò)公路沿途信號(hào)機(jī)不斷發(fā)射信號(hào)，路過(guò)的車載無(wú)線車牌接收并記錄這些信號(hào)而產(chǎn)生；無(wú)線車牌隨車將這些信號(hào)所代表的位置信息和時(shí)間信息帶到公路出口，并由出口處的讀寫器讀入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將計(jì)算出該車應(yīng)付的總的過(guò)路費(fèi)，同時(shí)再將這些信息存入公路管理中心的數(shù)據(jù)庫(kù)，管理中心收到數(shù)據(jù)并將其存檔后，將會(huì)給出口處計(jì)算機(jī)反饋一個(gè)清除無(wú)線車牌所存儲(chǔ)的信息的授權(quán)指令，管理中心也將利用這些信息，對(duì)總費(fèi)用進(jìn)行分配。

　　6、在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置好后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的試運(yùn)行和調(diào)整，整個(gè)系統(tǒng)就可以投入使用了。

　　六、應(yīng)用實(shí)例：

　　2006年6月，由河南省聯(lián)網(wǎng)辦組織發(fā)起，具體由交通部公路科學(xué)研究院，和國(guó)家電子標(biāo)簽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心共同負(fù)責(zé)，在北京交通部測(cè)試場(chǎng)，對(duì)參與“全國(guó)高速公路車輛行駛路徑跟蹤識(shí)別系統(tǒng)測(cè)試”項(xiàng)目的全國(guó)幾十家的路徑識(shí)別產(chǎn)品進(jìn)行了基本功能測(cè)試，我們的測(cè)試結(jié)果是相當(dāng)突出的，給與會(huì)同志留下了深刻印象； 通過(guò)參加由交通部公路科學(xué)研究院，國(guó)家電子標(biāo)簽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心共同負(fù)責(zé)的，河南省交通廳高速公路車輛路徑跟蹤識(shí)別項(xiàng)目的，嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和公路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，更加確定了我們的產(chǎn)品在同行業(yè)中的領(lǐng)先地位，在眾多競(jìng)爭(zhēng)廠家中，只有我們一家的產(chǎn)品，完全通過(guò)了所有測(cè)試，包括電磁干擾，抗潮濕試驗(yàn)等，無(wú)論從體積大小，電池功耗，到讀些距離，讀寫速度和讀寫準(zhǔn)確率，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它競(jìng)爭(zhēng)廠家，而且，我們還是唯一一家進(jìn)行并通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試的單位。

　　2007年4月，又從參與北京測(cè)試的幾十家單位中，選出了9家，進(jìn)一步在河南鄭州周邊的繞城公路上進(jìn)行了全面的系統(tǒng)功能測(cè)試，結(jié)果經(jīng)測(cè)試的六項(xiàng)指標(biāo)中，我們除單向路側(cè)標(biāo)識(shí)車內(nèi)不同位置效果測(cè)試的準(zhǔn)確率是97.72%-100%外，其余指標(biāo)準(zhǔn)確率均為100%，是全國(guó)最好的；另外，在北京國(guó)家電子標(biāo)簽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了物理指標(biāo)的測(cè)試，我們是全國(guó)唯一所有物理指標(biāo)全部滿足要求的。
下圖是在鄭州高速公路上實(shí)測(cè)紀(jì)錄，和對(duì)車輛跟蹤結(jié)果的顯示圖：

　　七、應(yīng)用升級(jí)：

　　本系統(tǒng)經(jīng)我公司進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，可同時(shí)用作：
　　1、不停車收費(fèi)；
　　2、特定車輛定位、跟蹤；
　　3、車輛速度檢測(cè)；
　　4、不同時(shí)段、不同路段車流量信息的分析；
　　5、高速公路綜合環(huán)境信息監(jiān)測(cè)。

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