二义性路径识别方案

二义性路径识别方案1概述1.1二义性路径识别系统浙江省高速公路已实施二义性路径识别系统，采用“ 433MHz电子标签+ 13.56MHz非接触式IC卡”相结合的技术路线。二义性路径识别系统主要由复合通 行卡、复合读写设备和路侧标识系统三部分核心设备和系统组成。主要功能如下：（1）采用复合通行卡代替目前的IC卡作为高速公路的通行卡。复合通行卡 内复合了433MHz有源电子标签及MIFARE I逻辑加密卡两个模块，有源电子标签 模块用于记录路径信息，MIFARE I逻辑加密卡用于记录入、出口收费操作数据；（2）采用复合读写器代替IC卡读写器。复合读写器同时具备标准短距离非 接触式IC卡读写能力及433MHz读写能力，能完成对复合通行卡的正常读写；（3）路侧识别系统主要由标识控制器和标识天线组成，设在高速公路主线 上。使车辆在自由流的情况下，接收到路径标识信息。主要流程如下：车辆在高速公路入口时领取复合通行卡，当车辆高速通过主 线标识点时，路侧标识系统可将标识信息写入复合通行卡中，在出口通过复合读 写器读取卡内的入口和标识信息，确定行驶路径。结合目前的全省高速公路联网 收费系统平台，实现二义性路径识别，完成收费和精确拆分结算。1.2ETC系统不停车收费系统（又称电子收费系统ElectronicToll Collection System， 简称ETC系统）是以现代通信技术、电子技术、自动控制技术、计算机和网络技 术等高新技术为主导，实现车辆不停车自动收费的智能交通子系统。该系统通过 路侧单元（RSU）与车载单元（OBU）之间的专用短程通信，在不需要司机停车和 其他收费人员操作的情况下，自动完成收费处理过程。不停车、无人操作和无现 金交易是电子收费系统的三个主要特点。浙江省高速公路即将建设电子不停车收费ETC车道540条，并建设相应的省级 运营管理系统、路网用户服务中心和服务点等。1.3存在的问题ETC车辆使用的收费卡片通常为双界面智能卡，而不是浙江省高速公路中使 用的复合通行卡，在经过二义性的路侧标识系统时，无法写入路径信息。如果ETC 车辆也采用复合通行卡来记录路径信息，会严重影响出入口效率，失去了不停车 收费系统建设的意义。如果ETC车辆不能解决二义性路径的精确识别问题，则ETC车辆的通行费就无 法和MTC通行费一起进行精确拆分。因此，ETC车辆的二义性路径识别问题，是浙江路网建设ETC系统后面临的一 个主要问题。1.4解决方案根据浙江省高速路网现有二义性系统的实际情况，以及本投标人对浙江路网 现状的理解，创新性的提出了 ETC车辆的二义性路径识别方案。方案的核心思想是在现有二义性路侧标识系统处增设5.8GHZ频段的ET C路径 标识设备，发送路径标识信息。当ETC车辆经过路侧标识系统时，OBU会将收到 的路径标识信息转存入ESAM卡和双界面卡中。在出口时OBU再将双界面卡中的 路径信息读出并上传给ETC路侧单元（RSU），由ETC的路侧单元将路径信息上报 给高速公路联网收费系统平台，实现路径标识功能。2方案说明2.1总体结构浙江省现有高速公路收费系统结构图如图2-1所示。其中二义性路径识别系 统由路侧标识子系统、路段中心（分中心）监视管理子系统、管理中心监视管理 子系统组成。路侧标识子系统完成对经过车辆所携复合通行卡的路径信息写入功能。路段分中心监视管理子系统可以监测路侧标识站子系统的状态，并转发管理 中心子系统下发给路侧标识站的控制指令，路段分中心监视管理子系统没有对路 侧标识站进行控制的权限。管理中心监视管理系统不但可以监测路侧标识站子系统的状态，还可以对路侧标识站发送控制指令。图2-1现有高速公路收费系统结构图图2-2增加ETC系统后的系统结构图增加ETC系统后的系统结构图如图2-2所示。对于车道子系统的影响是增加了 ETC车道子系统。加入二义性路径识别功能 后，需要对车道子系统的出入口操作流程增加路径信息的读取/写入操作，在应 用流程部分描述。支持二义性路径识别功能，不需要对车道子系统进行硬件设备 的变更。ETC车道子系统的完整组成，不是本文档关注的重点，因此不做详述。对于路侧标识子系统的改进，是需要增设5.8GHz的ETC路径标识设备，用来 发送路径信息。2.2路侧标识子系统增设ETC路径标识设备后的路侧标识子系统组成如图2-2所示，主要由路侧单 元、复合通行卡、摄像机、光端机、ETC路径标识设备组成。其中只有ETC路径标 识设备为新增设备。ETC路径标识设备安装在路边或车道上方，发送5.8GHz的路径信息，实现对 经过该标识站的ETC车辆的路径标识功能。ETC路径标识设备可以共用原有路侧标识子系统的电源和通信设备，安装部 署简单，并且433MHZ和5.8GHz两个频段相差很大，不会造成互相干扰。光纤通往路段分中心路侧标识站光端机RS232RS485BNC RS232路侧单元ETC路径标识设备摄像机OBU复合通行卡图2-3路侧标识子系统2.3标示站信息存储ETC车辆经过标识站时，标识站信息将写AOBU中。根据交通部区域联网电子不停车收费系统应用示范技术规范及“长三 角高速公路联网电子不停车收费(ETC)系统应用技术要求”中的规划，在OBU中的 ESAM以及双界面CPU卡中都规划设计了标识站信息文件。ESAM总体文件结构:2.3.1ESAM有关标识站信息文件的规划00FF系统密钥文件EF01系统信息文件EF02系统保留文件DF01 ETC应用目录 00FF应用密钥文件 EF01车辆信息文件 EF02应用交易记录文件 EF03应用保留文件1 EF04应用保留文件2 EF05应用保留文件3 EF06 OBU应用预留文件1EF07 OBU应用预留文件2EF08省市私有文件 EF09长三角公有文件DF02标识站应用目录 00FF应用密钥文件EF02标识站信息文件EF03标识站保留文件1 EF04标识站保留文件2文件标识（FID）EF02文件类型二进制文件文件大小256字节读取：自由写入：自由字节类型 长度（字节）内容ESAM中标识站信息文件结构:1 - 256an256标识站信息2.3.2双界面CPU卡中有关标识站信息文件的规划:（1）CPU卡总体文件结构:0000系统密钥文件0016持卡人基本信息文件0001 DIR目录数据文件DF01联网收费应用目录0000应用密钥文件0015卡发行基本数据文件0012联网收费信息文件0002电子钱包文件0018钱包交易记录文件0019复合消费专用文件0008应用保留文件10009标识站应用文件000A应用保留文件2000B长三角公有文件000C省市私有文件（2）CPU卡中标识站信息文件结构:文件标识（FID）0009文件类型二进制文件文件大小256字节读取：自由写入：自由字节类型长度（字节）内容1- 256an256标识站信息2.3.3标识站信息的规划设计对于上述ESAM和CPU卡中标识站信息文件中信息的具体规划，我们建议如下:字节类型长度（字节）内容1cn1标识站数量2cn1标识站1编号3 - 6Datetime4经过标识站1的时间（UNIX时间）7cn1标识站2编号8 - 11Datetime4经过标识站2的时间（UNIX时间）12cn1标识站3编号13 - 16Datetime4经过标识站3的时间（UNIX时间）17cn1标识站4编号18 - 21Datetime4经过标识站4的时间（UNIX时间）22cn1标识站5编号23 - 26Datetime4经过标识站5的时间（UNIX时间）设计思路如下：文件共256字节，第1字节记录本次入口以来经过标识站的数量，以后每5个字节按经过的顺序记录一个标识站信息，包括标识站编号和时间；车辆入口时将ESAM和CPU卡中标识站数量清零；出口读取标识站信息成功后也将标识站数量清零；为确保标识站信息的有效性，出口时应核对经过标识站的时间，必须在 入口时间和出口时间之间，否则无效。3方案应用流程银行系统（网银系统）转账指令，确认信息路径信息 一路侧标识系统复合通行卡参数、时钟信息、控制信息标识数据、状态信息浙江省联网收费结算管理中心时钟、费率参数车道控制参数复合通行卡参数复合通行卡查询信息拆分结算结果复合通行卡参数、时钟信息、控制信息复合通行卡参数、时钟信息、-控制信息 入口发卡数据出口收费数据报警信息复合通行卡查询请求拆分结算结果确认路段收费分中心标识数据、状态信息复合通行卡参数、时钟信息、控制信息ET路侧标识系统路径信息标识数据、状态信息标识数据、状态信息复合通行卡时钟、费率参数车道控制参数复合通行卡参数 复合通行卡查询信息入口发卡数据出口收费数据报警信息 复合通行卡查询请求入口发卡数据入口发卡数据、路径信息图3-4二义性路径识别系统、收费系统数据流图整个应用系统的数据流图如图3-1所示。增加对ETC车辆的路径识别后对原有 系统流程的影响如下：ETC车辆入口流程：需要OBU在入口操作中增加入口路径信息的写入。ETC车辆出口操作流程：需要在RSU和OBU中增加读取路径信息指令。ETC车辆路径标识流程：需要OBU增加接收路径信息功能。3.1标识站交易流程的设计标识站交易由于需要支持车辆高速通过，对交易时间要求高，且ETC车辆通 过标识站时用户可能未将CPU卡插入0 BU中，因此在ETC交易时仅将标识站信息写 AOB U的ESAM中，主要流程如下：1. RS U与OBU之间通过BST/VST完成初始化，且VST中带有系统文件信息和目前 标识站数量；2. RSU通过GetSecure服务读取OBU的车辆信息文件（DID=1,FID=1）,并且完成RSU与OBU之间的安全认证；3. RSU通过TransferChannel服务发送ESAM指令，根据VST中返回的标识站数 量计算标识站信息写入位置，将标识站信息（标识站编号和当前时间）写入ESAM ；4. RSU通过SetMMI服务进行人机指示（可选）；5. RSU释放与O BU的连接。3.2ETC出口交易流程的设计在ETC出口处，除了需从CPU卡中读出入口信息外，还需从OB U的ESAM中读出 标识站信息，主要流程如下：1. RSU与O BU之间通过BST/VST完成初始化，且VST中带有系统文件信息和目前 标识站数量；2. RSU通过GetSecure服务读取OBU的车辆信息文件（DID=1,FID=1），并且完成 RSU与OBU之间的安全认证；3. 若标识站数量大于0，则根据VST中返回的标识站数量计算需读取标识站信 息的长度，并RSU通过TransferChannel服务发送ESAM指令，读取标识站信息；4. RSU通过TransferChannel服务发送CPU卡指令，读取卡发行信息及入口信 息和钱包余额；5. 车道控制程序计算费额；6. RSU通过TransferChannel服务发送CPU卡指令，对钱包进行扣款操作，并 写出口信息；7. RSU通过TransferChannel服务发送ESAM指令，清除标识站信息；8. RSU通过SetMMI服务进行人机指示；9. RSU释放与O BU的连接。3.3MTC出口交易流程的设计在MTC出口处，对于ETC车辆，将CPU卡从OBU中拔出交收费员人工处理。由于 ETC车辆经过标识站时仅将标识站信息与AOBU，因此必须保证用户将CPU卡已经 在OBU中插拔卡过一次，由O BU将ESAM中的标识站信息同步到CPU卡中（需对现有 国标OBU增加此插卡自动同步的功能）。其主要流程如下：1. 用户插拔CPU卡一次，保证ESAM中标识站信息完全同步到CPU卡中，同步完 成后清除ESAM中标识站信息；2. 用户将CPU卡交收费员，在MTC读卡器中读CPU卡的发行信息、入口信息及 标识站信息；3. 计算费额，并对CPU卡电子钱包进行扣款操作，并写出口信息；4. 清除CPU卡中标识站信息。5. MTC出口交易完成。4方案兼容性4.1系统兼容性考虑ETC系统如果支持二义性路径识别，需要在原有路侧标识子系统处增加ETC 路径标识设备。该设备可共享原有的电源和通信系统，并且支持原有路侧标识设 备的通信协议，可以纳入管理系统实现统一管理。路段收费中心和管理中心的原有软件系统不需要做任何改动，可直接将ETC 路径标识设备与原有路侧标识设备进行统一管理。4.2长三角高速公路联网兼容性考虑根据长三角区域高速公路联网不停车收费示范工程的精神，浙江省的ETC 系统必须支持长三角区域中其他地区ETC车辆的不停车通行，同时浙江的ETC 车辆也必须能够在长三角区域中其他地区的ETC车道实现不停车通行。以上兼容 性不能因为增加了对二义性路径识别的支持而受到影响。本系统方案中，RSU和OBU的空口信息交互在入口处与原系统相同，在出 口处增加了 RSU读取路径信息、OBU发送路径信息操作。因此在入口处的兼容 性不受影响，需要考虑出口操作的兼容性处理。对于异地的ETC车辆，RSU在和OBU进行交易认证时即可获取OBU的地区 标识，识别出该车辆为外地车辆。对于外地车辆，在正常交易后不发送读取路径 信息指令，而是按原有流程正常结束交易。因此可完全兼容长三角其他地区的 ETC车辆。当本地ETC车辆进入长三角其他地区的ETC系统时，RSU不会对OBU发送 读取路径信息指令，OBU可按正常流程结束交易。综上所述，支持二义性路径识别后，不会影响整个长三角地区高速公路联网 的兼容性。5方案实施图5-5部署万案部署说明：（1）浙江路网现有路侧标识子系统的配电箱内分三层，每层高300mm, 目 前基本都有一层为备用空间，可以放置ETC路侧标识设备的主机；（2）从主机通过专用同轴电缆引出两个通信天线，天线安装在龙门架上， 安装高度为6米。天线面对着来车方向，部署在龙门架上单侧车道中间正上方。 天线为定向天线，通讯区域覆盖单侧车道；（3）天线倾角及主机发射功率可根据现场情况调节；（4）定向天线安装的抱杆直径为80mm；（5）天线与原443MHz标识设备天线相距1米以上。