引 言

在 ETC 車道系統(tǒng)中，正常情況下，RSU 與本車道上的OBU 通信，完成交易并抬桿。相鄰兩個(gè) ETC 車道間的 OBU 與 RSU 相互影響，OBU 收到非本車道 RSU 的數(shù)據(jù)干擾時(shí)會(huì)導(dǎo)致交易失敗，此現(xiàn)象稱為鄰道干擾現(xiàn)象 [1-2]。

產(chǎn)生鄰道干擾是雙向的 ：一方面，OBU在與本車道天線建立鏈接前收到鄰道天線的廣播命令，從而與鄰道天線建立鏈接，隨著車輛行進(jìn)，與主天線再次建立鏈接，兩個(gè)鏈接的專用命令會(huì)對(duì) OBU造成干擾，以致交易失敗 ；另一方面， 鄰道天線收到了 OBU 給其主道天線的回復(fù)，誤判為給自己的回復(fù)，從而主動(dòng)與 OBU建立專向鏈路，導(dǎo)致交易失敗。RSU 的信號(hào)輻射超出本車道范圍或 OBU 信號(hào)超出本車道范圍是干擾產(chǎn)生的根本原因。

鄰道干擾的來源是多方面的。例如，工程安裝中，天線安裝位置、天線下傾角度不符合實(shí)際情況 ；車道設(shè)計(jì)中，車道周圍有大的反射物 ；天線發(fā)射功率設(shè)置不合適 ；OBU接收靈敏度不一致 ；OBU發(fā)射功率不一致等。以上情況都可能造成鄰道干擾。由于實(shí)際車道的情況千差萬別，要完全解決工程上的問題很困難。產(chǎn)品一致性問題就是目前大多數(shù) ETC 廠家無法完全解決的難題。

現(xiàn)有的防鄰道干擾方法大多希望約束 RSU 與 OBU 間的交易范圍。此方法的實(shí)現(xiàn)較為困難，不僅對(duì)于 RSU 的天線設(shè)計(jì)會(huì)有較大難度，成本也會(huì)有較大增加，同時(shí)軟件算法也要考慮很多因素。

本文提出一種新穎的防鄰道干擾方案，旨在改變現(xiàn)有方案思路，改進(jìn)其不足之處。

1 技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本文創(chuàng)造性地提出一種新型的防鄰道干擾系統(tǒng) [3-4]，系統(tǒng)主要包含以下部分 ：

(1) ETC天線模塊 RSU。負(fù)責(zé)與 OBU建立專用鏈接、完成 ETC 交易流程，受控于集中控制器。

(2) ETC標(biāo)簽?zāi)K OBU。用于存儲(chǔ)車輛信息與電子錢包信息，響應(yīng) RSU命令，完成 ETC 扣款交易。

(3) 地感線圈。車道埋設(shè)的地感線圈負(fù)責(zé)向車道控制器上報(bào)本車道是否有車輛，地感線圈分為入車線圈、車牌抓拍線圈以及出車線圈。入車線圈負(fù)責(zé)上報(bào)車輛進(jìn)入本車道交易區(qū)域信息 ；車牌抓拍線圈負(fù)責(zé)觸發(fā)車牌抓拍相機(jī)工作 ；出車線圈負(fù)責(zé)上報(bào)車輛駛離本車道交易區(qū)域信息。在實(shí)際應(yīng)用中， 入車線圈可以與車牌抓拍線圈共用。

(4) 車牌識(shí)別。目前常規(guī)的高速公路收費(fèi)站車道均配有車牌識(shí)別系統(tǒng)，負(fù)責(zé)提取車輛的牌照信息，該系統(tǒng)主要起輔助作用，配備與否均可。

(5) 車道控制器。與車道輔助設(shè)備（費(fèi)率器、頂棚燈、道桿、牌照抓拍相機(jī)等）、RSU集中控制器、地感線圈等相連， 控制相應(yīng)設(shè)備。

(6) RSU集中控制器。與車道控制器相連，上報(bào)交易信息 ；與各車道 RSU相連，控制交易流程 ；根據(jù)各車道上報(bào)的信息集中判斷來車位置，統(tǒng)一調(diào)度交易流程。該集中控制器具有強(qiáng)大的處理能力，可部署在多車道的某個(gè)收費(fèi)崗?fù)せ蚴召M(fèi)站區(qū)。由于多個(gè)車道只需部署一臺(tái)集中控制器，因此大大降低了部署難度與成本。

具體車道部署時(shí)，同一收費(fèi)站的入口或出口的所有 ETC車道 RSU均設(shè)為同一信道、同一 RSUID。系統(tǒng)部署見圖 1。

系統(tǒng)工作時(shí)主要包含以下步驟 ：

(1) 車輛進(jìn)入車道，觸發(fā)入車地感線圈，入車信號(hào)上報(bào)至車道控制器 ；

(2) 車道控制器將入車信息通知 RSU集中控制器 ；

(3) RSU集中控制器控制所有車道 RSU，并發(fā)送 BST數(shù)據(jù)幀 ；

(4) 車輛上的 OBU收到 BST后回復(fù) VST 數(shù)據(jù)幀，各車道 RSU收到 VST數(shù)據(jù)幀的同時(shí)可測(cè)量 OBU回復(fù)信息的射頻接收信號(hào)強(qiáng)度 RSSI；

(5) 各車道 RSU將收到的 VST 信息中的車牌信息以及RSSI 信息上報(bào)至 RSU 集中控制器 ；

(6) RSU集中控制器將車牌信息上報(bào)至車道控制器，并利用各車道 RSU上報(bào)的 RSSI信息，使用最佳估計(jì)法或概率統(tǒng)計(jì)法判斷出車輛所處車道，然后將判斷信息上報(bào)車道控制器 ；

(7) 車道控制器將 RSU控制器上報(bào)的車牌信息、車道判斷信息和地感線圈判斷的車道信息、車牌識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出的車牌進(jìn)行比對(duì)，最終確認(rèn)車輛所處車道 ；

(8) RSU 集中控制器控制各車道 RSU 與車輛上的 OBU 完成后續(xù)交易流程，該過程各車道 RSU 同時(shí)向同一個(gè) OBU 發(fā)送信息，保證 OBU 的接收效果 ；

(9) RSU集中控制器將完成交易的 OBUID 上報(bào)至車道控制器 ；

(10) 車道控制器控制對(duì)應(yīng)車道的車道欄桿打開 ；

(11) 車輛駛離車道，出車線圈上報(bào)駛離信息至車道控制器。

系統(tǒng)工作步驟簡(jiǎn)圖如圖 2 所示。

2 系統(tǒng)工作流程

本文系統(tǒng)首先要求同一 ETC 站點(diǎn)的 RSU 統(tǒng)一規(guī)劃天線號(hào)，天線號(hào)與車道號(hào)一致，每個(gè) RSU 都將自己的天線號(hào)作為其在本站點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)，并且同一站點(diǎn)（出口或者入口） 的 RSU 均使用相同信道 [5]（信道 0 或信道 1）。當(dāng)入車地感線圈沒有被觸發(fā)時(shí)（即沒有車輛在交易隊(duì)列中），RSU 均處于靜默狀態(tài)，不發(fā)送任何信號(hào)。

當(dāng)載有 OBU 的車輛駛?cè)胝军c(diǎn)任意一個(gè) ETC 車道時(shí)，首先觸發(fā)入車地感線圈，同時(shí)車牌抓拍照相機(jī)拍攝車牌并識(shí)別， 車道控制器控制 RSU 集中控制器使得所有 RSU 同步（也可采用時(shí)隙制度分步發(fā)送）發(fā)送喚醒 BST 信號(hào)，OBU 接收后回復(fù) VST 信號(hào)，其中包含車輛的車牌信息等。各車道 RSU 接收到 VST 的同時(shí)可測(cè)量 OBU 回復(fù)信號(hào)的強(qiáng)度（即 RSSI），各 RSU 將接收到的 RSSI 上報(bào)至 RSU 集中控制器，該控制器使用最佳估計(jì)法或概率統(tǒng)計(jì)法判斷出車輛所處車道，與地感和車牌識(shí)別上報(bào)的信息進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)車輛所處車道。之后的交易流程均由RSU 集中控制器對(duì)各RSU 進(jìn)行控制完成， 當(dāng)交易流程完成后，RSU 集中控制器將交易完成的確認(rèn)信息以及該車輛的車道信息上報(bào)至車道控制器，車道控制器控制車道設(shè)備進(jìn)行顯示、抬桿等操作，允許過車。

如果有多輛車在各車道進(jìn)行交易，原理相同，各車道RSU 發(fā)送的信息均由 RSU 集中控制器進(jìn)行管理。

3 結(jié) 語

本文相對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果 ：

使用集中控制，節(jié)約車道配置，降低了成本及施工難度 ；

當(dāng)沒有車輛在交易范圍內(nèi)時(shí)，RSU關(guān)閉，從而節(jié)約能源，降低輻射，綠色環(huán)保 ；

改變了之前防鄰道干擾的傳統(tǒng)觀念，傳統(tǒng)方法主要是控制交易范圍，不讓本車道的 RSU 信號(hào)打擾其他車道， 這無疑加大了天線的設(shè)計(jì)難度，提升了設(shè)計(jì)成本，而本文方案提出“多對(duì)一”的建議，判斷出 OBU所處車道后，使所有 RSU都可與之交易，不僅信號(hào)強(qiáng)，交易穩(wěn)定，還極大地提升了系統(tǒng)效率。

本文方法論述的設(shè)備和方案已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)，目前已完成系統(tǒng)模擬商用。經(jīng)過實(shí)踐證明，該系統(tǒng)完全滿足設(shè)計(jì)要求，合理、實(shí)用。