5.8GHz多路径识别方案

一、 引言

高速公路联网后，出口和入口之间可能存在多种行车路径。当车主选走不同的路径时，可能涉及不同的路费拆分，甚至不同的收费标准。为精确识别车辆的行驶路径，并针对行驶路径给出正确、公平的路费拆分或收费标准，需要在车辆进入高速后采用某种手段来跟踪该车辆的行驶路径，并体现到过车流水或费率中去。本文深入分析了目前存在的车牌识别、有源射频卡等方案的优劣性，并针对有源射频卡方案提出了创新型5.8G统一多路径识别解决方案，并阐明对比433M频段有源射频卡方案的先进性。

二、 多路径识别方案分析

1、 高速公路多路径识别

高速公路联网后， 从地点A到达地点B存在多种可选路径。 车主选用不同的路径导致行驶的高速里程不同，或者涉及的道路业主不同。 因此在收费标准、 路费拆分方面， 也需要采用不同的方案。 多路径识别是指通过一定的手段识别车辆行驶的路径， 作为收费或者拆分结算的依据。

图 1 高速公路多路径识别

2、 多路径识别整体路线选择

多路径识别目前普遍采用的方案有两大类： 模糊识别与精确识别。模糊识别是指通过地感、雷达、视频识别等技术， 辅以车型识别设备， 统计经过不同路径的车辆数量和类型。后续在做路费拆分时，根据统计数据，将路费拆分给不同的业主。这种方案不能够精确识别某辆车的行驶路径，因此不能够作为向车主区别收费的依据， 只能作为拆分路费的依据。

作为拆分依据，也因识别率有限，整体方案也不够精确，远远不能满足业主需求。

精确识别的方案较多， 但普遍采用的主要有三类：合建站识别、视频车牌识别、有源射频识别。合建站是在不同业主路段或多路径交叉点处建设的写卡站点。车主到达合建站后交卡并由工作人员在卡内写入路径信息。此方案涉及大规模工程建设，且严重影响高速公路联网后的畅通性，因此按照交通部整体规划，未来几年将逐步废除。并且新建的高速公路不准再引入新的合建站。

视频车牌识别是指在高速公路多路径识别点架设高清摄像设备，并铺设高速通信光纤网。当车辆经过摄像点时，自动拍照，提取图像特征和车牌信息后，将数据实时传输到后端服务器，形成车辆行驶的路径信息，作为后续结算的依据。如果还需要实现根据路径差异化收费，则需要由后端服务器将数据转换为该车的路径信息，进一步实时同步到所有的高速公路出入口站点。当车辆到达出口时，车道上位机从站点服务器获取该车辆的路径信息，并体现到收费中去。 视频识别对车主没有额外的要求，但在面临地面积水、阴雨、大雾、夜间等外部情况时，会导致识别率下降。

有源射频方案是指在高速公路入口处给车主发放可远程接受路径信息的射频复合卡，同时在道路旁架设无线基站，无线基站会持续广播本路径的标识信息。当车辆行驶到不同的路径上时，无线基站广播的标识信息会被该射频复合卡接收，并记录在卡内。当车辆到达出口时，车主交回复合卡，出口车道系统读出路径信息与出入口信息，实现根据路径的差异化收费和差异化结算功能。有源射频方案识别率可达到99%以上，且不受天气、时间影响，是目前最具优势的精确识别方案。

目前还有其他的非主流解决方案，如通过移动运营商的基站定位方案。在高速公路入口处给车主发放内置手机通信模块的射频复合卡。当车辆在高速公路行驶时，该射频复合卡实时收集并记录基站广播的CELL id信息。 到达出口时，根据沿途的基站标识信息，得到车辆行驶的路径信息。但该方案设计与运营商合作，存在月租费用等因素。 在移动基站射频复合卡的研发技术上，也存在电流大、成本高、待机时间短等问题。

还有给车辆在高速公路入口处粘贴无源射频标签的想法，即无源射频方案。该方案在实际实施上可行性不大， 因此不再做深入探讨。

二、 多路径识别有源射频方案分析

有源射频方案目前在个别省份使用了433M频率，其方案是发行13.56M+433M双频复合卡作为高速公路MTC通行卡。目前433M复合卡中433M模块与13.56M模块相互独立，为读出行驶中写入的路径信息，必须批量更换已有MTC车道读卡器，用同时支持433M与13.56M频段的双频读卡器替换。这就涉及到大规模的设备投资。

433M频段用于智能交通，存在下列问题：

· 不能与ETC用户兼容，必须为ETC用户新上一套路径识别设备

· 不是交通频段，民用干扰大。如步话机、车载台、的士设备等均会影响成功率

· 无相关标准计划。目前不同厂家的设备没有统一标准，基站与MTC卡只能是一个厂家捆绑。而国家标准组织也没有在433M民用频率推出交通应用标准的规划

· 应用前景单一。433M的传输速率有限，干扰大，现在建设的基站只能作为多路径识别使用，无法作为智能交通的节点， 实现信息下发和双向交互。

图 2 目前各种方案总结

采用交通专用的5.8G频段实现多路径识别的有源射频方案，就成为解决上述问题的必然手段。5.8G频段是目前智能交通的专用频段，在高速公路ETC电子不停车收费已经得到普遍应用。采用5.8G频段实现多路径识别， 可以根本解决上述问题，具有以下优势：

· 5.8G MTC卡可实现与现有MTC车道读卡器硬件的兼容，无需大规模的设备改造

· 与目前ETC属于同一频段， 实现与ETC用户路径识别的兼容

· 专用频段， 干扰小， 成功率更高

· 可与交通部相关标准部门合作， 共同推出基于5.8G频段的多路径识别协议标准

· 利用5.8G频段带宽大的优势， 为多路径识别部署的大量5.8G基站设备， 将来可成为与车辆开展双向信息服务的节点

图3 5.8G/433M方案对比

图3为433M射频卡与5.8G射频卡在各方面的效果对比：

以前采用433频段实现MTC双频复合卡的原因是国内厂家在5.8G射频电路研发方面技术储备不足， 不能解决任意放置的MTC卡在天线全向性、 接收灵敏度、 绕射能力、 耗电量方面的瓶颈。 经过多年基于5.8G的ETC应用开发和技术积累， 现在国内厂家普遍在5.8G射频领域积累了大量研究成果。 突破5.8G频段在绕射能力、 接收灵敏度、 耗电量方面的瓶颈， 研制基于5.8G频段的多路径识别MTC卡产品， 达到了比433M更好的接收指标， 更长的使用寿命， 更简易的工程部署。 因此采用5.8G交通专有频段实现MTC多路径识别就成为一种更有效的选择。

三、 高速公路5.8G&MTC&ETC统一多路径解决方案

1、 统一多路径解决方案部署

5.8G MTC&ETC统一多路径解决方案采用5.8G智能交通频段为工作频率， 在部署时统一兼容ETC车辆和MTC车辆。 系统部署如下图所示：

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