二义性路径识别收费方案.doc

二义性路径识别系统

解

决

方

案
目录
1二义性路径识别系统解决方案4
1.1系统总体框架4
1.2二义性路径识别系统组成部分及功能介绍5
1.2．1路侧标识站子系统6
1.2．2路段监视管理子系统7
1.2．3管理中心管理监视子系统7
1.3 二义性路径识别系统硬件组成及工作原理8
1.3.1系统构成8
1.3.2后台管理系统：10
1.3.3系统关键设备工作机理11
1.3.4ODU工作机理15
1.3.5 ODU与PC工作机理15
1.3.6 RSU工作机理16
1.4 系统关键设备说明17
1.4.1双频电子标签（OBU）说明17
1.4.2双频读卡器（ODU）说明20
1.4.3 信标基站（RSU）说明21
2方案特点25
3二义性路径识别系统优势27
4参考附图29
前言
1.1 方案目的    本方案为多义性路径识别系统解决方案说明。对我司多义性路径识别关键设备应用模型、产品外观、电气参数、方案特点。
1.2 方案范围     包含对我司多义性路径识别关键设备应用模型、产品外观、电气参数、方案特点等方面的描述。
1.3 读者对象    本文档面向的主要读者对象为：公司领导、市场拓展人员、部门负责人、项目负责人、产品经理和技术研发人员。
1.4 参考文档    《多义性路径识别系统通讯协议说明书》
1.5 术语与缩写解释

引言：
  伴随我国高速公路不断建设，公路网结构变得错综复杂，路径二义性问题日益严峻，特别是我国目前实施高速公路联网收费，投资主体多元化以及管理结构形式多样性,如不考虑车辆实际行驶路径，单单依靠记录车辆通过高速公路入、出口信息，实施收费操作，这种方式既不科学又不准确。而路径识别不仅仅涉及对每一通行车辆如何计算通行费的问题，同时还涉及到收入的通行费拆分给哪个收费单位的问题，通行费的拆分直接关系到高速公路收费运营工作，关系到各条高速公路的合法利益。
通过对于高速公路系统的深入研究，基于RFID技术的二义性路径识别系统，建设方便，运行可靠，可以为高速公路收费系统提供车辆准确可靠的路径信息。
1二义性路径识别系统解决方案
1.1系统总体框架
二义性路径识别系统由路侧标识站子系统、路段中心监视管理子系统、管理中心监视管理子系统组成。路侧标识站子系统完成对车辆所携车载单元的路径信息写入功能，包括：路侧标识单元、桌面单元、复合通行证组成；路侧标识站子系统；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；管理中心监视管理子系统除了与路段分中心进行通信外，还可以使用移动通信网络直接和路侧标识站进行通信，监测路侧标识站子系统的状态，并对其发送控制指令。另外，管理中心根据车辆实际的行驶路径进行通行费的拆分、结算，完成信息的查询和指令的发送功能。

二义性路径识别系统图
1.2二义性路径识别系统组成部分及功能介绍
  二义性路径识别系统由路侧标识站子系统、路段中心监视管理子系统、管理中心监视管理子系统组成。路侧标识站子系统完成对车辆所携车载单元的路径信息写入功能，包括：路侧标识单元、桌面单元、复合通行证组成；路侧标识站子系统；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；管理中心监视管理子系统除了与路段分中心进行通信外，也可使用移动通信网络直接和路侧标识站进行通信，监测路侧标识站子系统的状态，并对其发送控制指令。另外，管理中心根据车辆实际的行驶路径进行通行费的拆分、结算，完成信息的查询和指令的发送功能。下图为二义性路径识别系统的架构。
二义性路径识别系统物理架构
1.2．1路侧标识站子系统
  路侧标识站子系统主要由路侧单元、车载单元、摄像机、光端机组成；为了使路侧标识站子系统能够正常工作，还需要配电箱、UPS、避雷装置等辅助设备；桌面单元本质上不属于路侧标识站子系统，但由于该设备对于车道子系统的更新是必配产品，并且其负责读出路侧标识站子系统写入车载单元的路径信息，因此将桌面单元也归在路侧标识子系统中。
1.2．2路段监视管理子系统
路段监视管理子系统由光端机、视频分配器、多串口服务器、硬盘录像机、应用服务器、数据服务器组成。其中，光端机具有视频接口及数据通讯接口，接收上传的视频信号及数据；视频分配器用来将路侧标识站传回的视频信号进行分配，以满足硬盘录像机和大屏幕等多个视频输入的需要；多串口服务器用来将路侧单元和路段分中心应用服务器进行联网；硬盘录像机用来将路侧标识站上传的视频信息进行存储，并向应用系统提供回放、下载等服务，可存储30天的视频数据；应用服务器用来完成业务处理功能，数据服务器用来存储应用数据，可根据实际需要选取。路侧标识站的视频信息一般还要传给监控室的原有视频监控系统，该视频监控系统负责控制路侧标识站的摄像机方向调节和视频信息的大屏幕显示。所以，视频设备、传输设备等可以利用现有监视系统， 通讯提供自主研发的路段监视管理系统软件。
1.2．3管理中心管理监视子系统
管理中心监视管理子系统主要由应用服务器和数据服务器组成。应用服务器完成业务处理功能，数据服务器用来存储应用数据，实现业务管理、操作人员管理、数据管理。其中，业务管理主要指管理标识站，包括查询标识站参数、设置标识站参数、标识站状态监视、标识站天线控制、查询操作记录、异常告警、设置告警、查询告警、查看视频、打印功能；管理操作人员包括增加人员、删除人员、修改人员、查询人员、管理密码；数据管理包括数据备份、设置备份策略、数据恢复。
1.3二义性路径识别系统硬件组成及工作原理
1.3.1系统构成
整个二义性路径识别系统主要由双频电子标签（OBU）、双频读卡器（ODU）、信标基站（RSU）以及后台服务系统（包括服务器、前制机、终端机、SMS modem等）组成，如下图。

设备功能：
入口/出口站点：※   双频电子标签（OBU）：用于存储车辆相关信息以及车辆在高速公路路网内行驶的路径信息。※  双频读卡器（ODU）：用于读写双频电子标签或IC卡信息。
标记站点。※  双频电子标签（OBU）：用于存储车辆相关信息以及车辆在高速公路路网内行驶的路径信息。
※  信标基站（RSU）：安装在路边或车道上方，与双频电子标签进行信息交互，实现路径标识功能。
※  光端机：RS232数据转接。
1.3.2后台管理系统：
※  SMS modem（短信息调制解调器）：短信息收发，实现后台管理系统与RSU之间的通讯。
※  光端机：RS232数据转接。
※  前置机：RSU管理。
※  串口池：RS232转以太网。
※  后台服务器：宽带接入，数据管理。
※  宽带调制解调器：宽带接入。
※  路由器：宽带连接拨号，端口数据分发
通讯系统设备列表与要求

1.3.3系统关键设备工作机理
 多义性路径识别系统关键设备包括：双频电子标签（OBU）、双频读卡器（ODU）、信标基站（RSU）。
1.3.3.1 OBU工作机理
    OBU与ODU通过433HMz/13.56MHz无线链路进行通信；OBU与RSU通过433MHz无线链路进行通信。
1.3.3.2 OBU与ODU工作机理
（1）OBU与ODU应用流程如下：※  OBU初始状态为低功耗休眠模式；
※  OBU接收ODU 13.56MHz唤醒信号后被激活进入工作模式；
※  OBU与ODU进行数据通讯；在路径网络入口，ODU将入口信息写入OBU；在路径网络出口，ODU从OBU读取入口信息以及路径信息；
※  OBU进入低功耗休眠模式。
（2）OBU与ODU应用流程图：

1.3.3.3 OBU与RSU工作机理
（1）OBU与RSU应用流程如下※  OBU处于低功耗睡眠模式；
※  OBU接收RSU 433MHz唤醒信号后被激活进入工作模式；
※  OBU与RSU进行数据通讯，RSU将路径信息写入OBU；
※  OBU进入低功耗睡眠模式
（2）OBU与RSU应用流程图

OBU唤醒机制模式说明
（1）433M ASK信号唤醒
    电子标签在路上工作时，一旦进入唤醒信号覆盖区域，将激活电子标签，启动电子标签接收路径信息。
（2）13.56M信号唤醒
    通过计算机控制的读卡器发出的13.56M信号唤醒电子标签，标签将进入接收读卡器命令的状态，并根据相应的命令作出处理。
（3）定时唤醒
    电子标签在路上工作时，定时监测信标基站无线链路通信数据，若监测到有效数据则接收路径信息。
OBU唤醒机制控制说明
（1）路上工作模式时，有两种唤醒方式：433M ASK信号唤醒和定时唤醒；这两种唤醒方式都能满足路径标识要求；
（2）唤醒方式的切换由读写器控制，车道软件通过计算机接口操作读写器，通过读写器把唤醒方式的配置参数发送到电子标签，从而设定电子标签的唤醒机制；
（3）唤醒机制变换过程中，电子标签、读写器均不需要变更软件。
（4）双频电子标签兼容定时唤醒模式。
1.3.4ODU工作机理
 ODU与PC通过RS232接口进行通信；ODU与OBU通过433MHz/13.56Mhz无线链路进行通信。
1.3.5 ODU与PC工作机理
（1）ODU与PC应用流程如下
※ ODU接收PC控制指令；
※  ODU接收指令进行数据处理后向PC返回操作结果；
（2）ODU与PC应用流程图

1.3.6 RSU工作机理
 RSU与后台管理中心通过GPRS、SMS或者RS232进行通信；RSU与OBU通过433MHz无线链路进行通信。
（1）RSU与后台管理中心应用流程如下
※  RSU接收后台管理中心控制指令；
※  RSU接收指令进行数据处理后向后台管理中心返回操作结果；
（2）RSU与后台管理中心应用流程图

1.4 系统关键设备说明
1.4.1双频电子标签（OBU）说明

双频电子标签（OBU）电气性能

双频电子标签（OBU）方案特点
 我司研发的双频电子标签，是基于433MHz、13.56MHz双频唤醒，基于高质量高性能半导体芯片的解决方案，运用了前沿的软/硬件设计理念，特点见下表：

1.4.2双频读卡器（ODU）说明
双频读卡器（ODU）外观 

双频读卡器（ODU）电气性能

双频读卡器（ODU）方案特点
    我司研发的双频读卡器，是基于433MHz、13.56MHz RF技术，基于高质量高性能半导体芯片的解决方案，运用了前沿的软/硬件设计理念，特点见下表：

1.4.3信标基站（RSU）说明
信标基站（RSU）外观
信标基站由唤醒基站和通信基站组成。

通信基站外观见下图：

信标基站（RSU）电气性能

信标基站应用
  信标基站由唤醒基站和通信基站组成，在标识站应用中，通常采用两套唤醒基站和一套通信基站配合使用的方式。安装示意图如下：

信标基站方案特点
  我司研发的信标基站，是基于433MHz RF技术，基于高质量高性能半导体芯片的解决方案，运用了前沿的软/硬件设计理念，特点见下表：

2方案特点
1、充分保护用户原有设备投资
系统设计之初，就充分考虑到与一期系统的兼容性。此次中兴通讯建设的二期路径识别系统可以和原有一期系统完全兼容，三个关键设备和网络设计上的全兼容性可以有效的保护业主已有投资。
2、双重唤醒机制，系统标识成功率高
系统采用了入口唤醒和路上唤醒的双唤醒模式，标识成功率高。
3、安全机制严格，保证交易可靠安全
系统采用严格的安全控制机制。在入口通过标准的对称加密算法（3DES）对复合通行卡信息进行加密，并写入卡片的存储区域；出口处采用相同的操作对卡片的合法性进行判断，防止卡片的伪造；同时，对复合通行卡中的路径信息进行认证，验证数据的正确性，如果数据错误或非法，则进行丢弃，保证安全交易。
4、具备状态监控，便于远程维护管理　
系统提供电信级的网管功能。
5、适应较宽温度，支持复杂应用环境
采用工业级的元器件，使其在－20℃至65℃的宽温度范围内都能保证高灵敏度、高可靠性的工作。存储温度范围可以达到－40℃至70℃。
采用先进的自动温度补偿机制，内部装有温度自动补偿设备，具有较宽的工作温度范围，可以支持-40℃的低温环境。有效的保证了RSU的输出功率不受环境温度变化的影响，从而保证RSU的天线覆盖范围不受环境温度的影响，稳定可靠。
6、交易时间短
采用高端处理器和先进射频收发芯片，保证设备的高稳定性、高可靠性，目前高频和超高频处理速率均处于业内领先水平。
在高速路上进行路径标识的交易时间仅为5ms，标识准确率高。
7、频点精度高
频点精度在5ppm之内(远低于标准要求的10ppm)，更高的频点精度保证了与其他设备之间的可靠通信。
8、全年7×24小时连续运行
三个关键设备在可靠性稳定性通过了全球专业的技术指标认证，通过EMC测试、环境适应性测试、国家级震动试验、国际CE认证等。系统采用稳定性和安全性更高的嵌入式操作平台，确保全年7×24小时稳定运行。
9、完善的售后服务保障体系
在国内设立33个办事处，全面负责产品的工程维护和技术咨询。各服务机构均已接入公司总部局域网，能快速、准确的为客户提供优质服务。
3二义性路径识别系统优势
1、全套解决方案
提供从硬件设备（路侧单元RSU、车载单元OBU、桌面单元ODU）到收费站系统软件、路段分中心系统软件、管理中心系统软件以及远程操作维护平台全套解决方案，实现了软硬件的无缝连接，避免了不同厂家之间产品繁琐的对接问题。端到端的集成方案和完善的一站式服务，一揽子的工程实施方案，为客户带来放心满意的服务质量。
2、网络化的设计
网络化系统保证了信息的及时传递和更新。管理中心和路段收费分中心（中心）需要监视管理路侧标识站信息，本系统支持光纤组网和移动网络通信两种通信方式，实现信息的交互，设备的管理及远程维护。
3、 路径信息的准确识别
基于RFID的二义性路径识别系统，具有识别距离远，最大距离可达200米，识别速度快，同时识别多个对象(多台车辆)，抗干扰能力强，适应各种恶劣环境，采用特殊加密方法，极难被仿制和人为干扰破坏，具有很高的安全性，准确的进行路径信息的记录。
4、便捷性
二义性路径识别系统建设简便，只需要对现有的收费系统进行简单的改造，通过一增、一改、一换即可实现二义性路径识别系统与高速公路联网收费的有效结合。
一增：在二义路径的关键点增设路侧标识站，即可实现路径信息的发送；
一改：对原有收费软件中的拆分模块进行修改，根据车辆实际行驶的路径进行费用的合理拆分；
一换：更换现有的IC通行卡及读写器，改用兼顾高频13.56MHz和超高频433MHz的复合式通行卡，将普通读写器更换为具备标准短距离非接触IC卡读写及433MHz RFID读写能力的桌面单元ODU。
5、经济性
二义路径关键点不多，路侧标识系统投资不多；采用433MHz超高频系统，相对于ETC来说，设备投资的成本较低；出入口收费站和车道可基本沿用现有的设备，除增设路径标识站，更换桌面发卡器即ODU外，无需其它设备及基础设施的建设费用。
6、兼容性
现有收费运作模式基本不用改变。出入口的操作流程基本不变；后台数据的传输方式不变，收费方式和结算模式基本保持不变。
7、维护便捷性
系统在研发过程中，就考虑了路侧设备需要在室外恶劣的环境下工作，不易维护的特点，所以设备支持远程维护及远程状态查询、告警、诊断的功能，即在监控中心可以查到各个标识站的运行情况，远程管理各个标识站的路侧设备，降低了维护难度及成本。
8、可扩展性
系统无明显排他性，提供外部接口，可以随时添加其它设备，另外，系统扩展性强，支持设备升级，设备软件版本更新更加方便。 
4参考附图
实际安装位置示意及安装效果图

安装位置示意图

安装效果图