让ETC进入相控阵精准时代
2013-07-10 15:36:30   来源：智能交通管理杂志2013年5月刊 作者:文/黄小岛   作者:    评论：0

　　一、ETC在中国的历史

　　二十年前，我们谈ETC，没人知道。

　　十年前，我们谈ETC，只有专家知道。

　　五年前，我们谈ETC，交通这个行业的人知道。

　　今天，我们谈起ETC，全国大多数的老百姓都知道……

　　今天，ETC系统，在全国的很多省份和地区已经成功应用并推广，并日益成为老百姓出行离不开的一个系统。节能，畅快，高效，这些确确实实的好处，是这个系统为老百姓所接受的根本。

　　ETC系统，电子不停车收费系统，这个高效先进的系统，在1998年第一次进入中国。那时候的中国ETC还处于摸索方案，借鉴国外系统，和讨论可行性的阶段。

　　2004年，是中国ETC历史上的首个里程碑。作为中国改革开放最前沿的广东省，首次制定出两片式组合收费方案，制定广东省ETC专用短程收费技术地方标准（DB44系列），实现全省高速公路联网收费。

　　2007年，在广东省DB44系列地方标准的基础上，交通运输部制定并发布了电子不停车专用短程通讯"DSRC"国家标准（GB20581系列）。至此，中国ETC进入了规范化的有序发展。

　　二、埃特斯ETC在中国

　　中国式的ETC发展，即将进入第十个年头。这十年发展，是迅猛的，也是辉煌的。从开始的一无所知，慢慢摸索，到今天的统一标准，有效管理，离不开国家对于智能交通的大力推广和支持，也离不开各个业主单位和运营单位的大力投入和努力。

　　埃特斯公司1998年参与广州市"八桥一隧"项目，2002年参与第一条两片式组合式收费ETC车道在京珠高速的试点，发展到今天，已成为国内ETC系统关键设备专业供应商，埃特斯一直坚持"专业ETC，卓越ETC"的理念，并倡导新技术改善ETC通行效率，不断为之探索和努力。

　　多年来，埃特斯一直专业从事电子不停车收费系统领域的开拓。2004年参与广东省ETC地方标准编纂工作，2007年参与ETC技术国家标准的编纂工作。

　　2007年作为首个通过交通运输部国家标准检测的企业，目前在交通运输部核准的ETC关键设备供应商中，编号为"001"

　　埃特斯也多次参与智能交通国家重点课题的公关项目，并多次获得交通运输和科技司颁发的科技创新奖。

　　埃特斯见证了国内的ETC发展的历程，见证了国内ETC从萌芽到发展到今天成熟的历程。

　　三、目前ETC发展情况和问题

　　ETC在中国的十年发展历程，相伴着中国经济的迅猛发展，同时也伴随着出行量与机动车保有量的迅猛增加，随之带来的很多问题。

　　目前国内ETC系统主要的问题表现为：通车速度慢；跟车干扰严重；邻道干扰严重。

　　通车速度慢的主要原因为，目前ETC车道RSU发出的通讯区域是固定的，7.5米长，3.3米宽的椭圆形区域。固定的区域不仅导致RSU与OBU之间的通讯范围有限，而且在通讯区域边沿地区容易出现信号灰色区域，影响通讯。加之城市周边一些车流量较大的收费站过车频繁，导致这些收费站易出现塞车或交易停滞状况。

　　跟车干扰问题的出现，也与通讯区域固定有关。前车无标签，后车有标签，在固定的通讯区域下，容易出现交易后车但放走前车并将后车拦下的情况。这种问题在车流量大的收费站层出不穷。由跟车干扰问题所带来的收费站投诉，不仅给业主单位和管理单位带来了极大的困扰，也不利于增加车主对使用ETC的信心。

　　对于邻道干扰的问题，固定的通讯区域，要求信号在区域边沿衰减程度很大才能有效控制邻道干扰，然而RSU调试过程中信号区域是否能够做到完美的边界衰减，是目前造成邻道干扰的主要原因。在ETC系统投入初期并无太大影响，但随着ETC用户越来越多，用OBU和卡的情况越来越复杂，ETC车道的不断投入，目前，邻道干扰已经是困扰业主单位和设备供应商的一大难题。

　　针对目前国内ETC系统存在的以上不足和瓶颈之处，需要有新的技术应用来改善目前ETC系统的表现和通行效率。

　　根据目前ETC系统存在的以上不尽人意的现状和技术性能瓶颈问题，浙江省交通科学研究所与广州埃特斯公司通力合作，展开ETC系统新应用场景需求和设备性能升级的技术调研，依托军工企业技术优势，采用相控阵技术实现技术创新，研制出新一代的路测设备----爱塔那（Iantenna-1）相控阵ETC天线。它提高了收费的精确率和通行速度，并为自由流路径识别标识站和计重ETC的实施提供了更好的技术支撑。

　　四、相控阵技术应用在ETC系统RSU中有效改善通行效率

　　相控阵技术，是目前最先进的国防雷达技，用电扫描的方式替代了上一代雷达天线的机械转动结构，实现了快速探测跟踪多个目标的卓越性能。将相控阵雷达技术，这一先进技术应用于ETC路测设备，大大提升了产品的性价比，改善了ETC系统的精确度和通车效率。

　　五、相控阵技术应用于RSU的技术要点

　　1 系统构成

　　相控阵技术解决方案下车道设备组成如下图，与传统技术下的车道设备有明显的不同。主要不同之处在于图中红色部分的自动波束跟踪扫描技术。

　　图3 ETC天线相控阵技术解决方案车道设备示意图

　　2 码率大大降低和通车速度大幅提高

　　通行速度测试

　　本项测试验证了相控阵技术解决方案最为突出的优点，克服移动通讯边缘信号衰落问题，锁定车头处于通讯区域中心，微波通讯的载噪比C/N始终处在较高的水平，从而实现了低误码率。同时，通讯区域动态范围大和低误码率，促成了通车速度大大提高，比前一代天线快了近一倍，达到100km/h。

　　3 从根本上解决跟车干扰问题

　　解决跟车干扰问题的技术理论依据，可由以下2.1.1.1测试中得出：

　　3.1波束扫描范围测试

　　本项测试验证了图3ETC天线相控阵技术波束跟踪车辆实际状况，波束可随地感线圈信号的变化而移动：

　　当三个地感线圈信号为000，即无地感线圈被触发，手持obu由远处走进天线，在12.5m左右obu可被天线波束唤醒；

　　用金属板触发第一个地感线圈，则地感线圈信号为100，手持obu由远处走进天线，在8m左右obu才被天线波束唤醒；

　　用金属板触发第二个地感线圈，则地感线圈信号为010，手持obu由远处走进天线，在4.5m左右obu才被天线波束唤醒；

　　车道通讯区域扫描控制逻辑，集成在车道工控机天线设备驱动程序的动态库中，车道应用程序可不作升级修改。

　　由于波束可迅速随地感线圈信号的变化而移动，当无电子标签的车辆向前行进时，波束跟踪随动，后面的车辆不会进入通讯区域，直到无电子标签的车辆触发第三个地感线圈，被车道工控机识别为误闯车。

　　另外，相控阵天线根据地感线圈信号，发出的微波波束自动跟踪车辆快速扫描，锁定车头始终处于信号最强的通讯区域中心位置，信噪比始终比较高，交易成功率可提高了一个数量级以上。

　　3.2跟车干扰测试

　　本项测试以实际车辆通行状态，验证相控阵技术解决方案抗跟车干扰效果。

　　反复进行上图各种车型的跟车测试表明，相控阵技术解决方案的抗跟车干扰效果非常优异，在跟车距离小于1m时，也不会出现跟车干扰。这是因为：

　　通讯区域静态范围小，从原理上可比较彻底地解决跟车干扰和邻道干扰问题。

　　通讯区域跟随车辆所压地感线圈的移动而移动，并会按照车辆的先后顺序，锁定第一辆车进行通讯和处理，直到第一辆车交易成功或触发第三个地感线圈（误闯车）。

　　第一辆车处理结束后，处理第二辆车时，根据地感线圈信号的不同，确定微波波束重新回扫位置。

　　4 有效解决邻道干扰问题

　　邻道干扰测试环境如下图:

　　由于相控阵技术的使用，RSU的通讯区域较传统RSU更加精准。

　　由于通讯区域可前后移动跟随车辆，即便RSU的通讯区域很小，车头也始终处在通讯区域中心，车辆最高通行速度不仅不减小，反而因为动态通讯区域变大，车辆最高通行速度提高了一倍。而通讯区域变小，有利于消除邻道感扰。

　　反复进行上图各种车型的邻道测试表明，相控阵技术解决方案的抗邻道干扰的效果显著。

　　5 相控阵技术RSU与传统技术下RSU性能表现对比

　　六、相控阵ETC系统RSU在国内的成功应用案例

　　截止至2012年年底，浙江省、陕西省、福建省、河北省的共计256条ETC车道采用了相控阵技术RSU解决方案并已开通运营。

　　业绩说明如下：

　　七、浙江沪杭甬高速公路应用案例

　　浙江沪杭甬高速公路德胜收费站使用相控阵技术RSU后业主应用体会："在使用埃特斯的相控阵技术之前，以前的天线无法解决德胜的干扰问题，我们不断为用户投诉所困扰；跟车干扰每年赔偿车损的费用达10万以上；使用埃特斯的相控阵技术之后，德胜问题基本解决，因跟车打车的现象也基本消失，而且交易成功率也大大提高，基本不安排专门人员处理故障问题，只要班长处理一下个别问题即可，达到了etc车道设计的初衷。"---沪杭甬高速公路杭州监控中心

　　作者简介

　　黄小岛：广州市埃特斯通讯设备有限公司执行董事