一、背景

　　交通部在《公路水路交通信息化“十一五”發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，要“重點推進高速公路聯(lián)網(wǎng)收費、不停車收費和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控”。速聯(lián)積極響應(yīng)這一號召，本著“成本低、實效好的交通信息化發(fā)展模式”，開發(fā)了采用創(chuàng)新型Z網(wǎng)技術(shù)的高速公路車輛行駛路徑跟蹤及智能收費管理系統(tǒng)——Z-Net Intelligent Charge System。

　　二、目的

　　1、獲取車輛全程完整清晰的實際行車路徑，解決聯(lián)網(wǎng)收費后，分段收費公路中的精確拆分帳和結(jié)算問題，而且還能進一步實現(xiàn)不停車自動分段計費；

　　2、車輛的收費根據(jù)車輛實際行駛里程來進行，基本杜絕收費公路車輛的逃費現(xiàn)象；

　　3、由于減少了收費站，車輛不需減速停車，使道路更加暢通，因而，不僅大幅度節(jié)省了時間和燃料，而且，極大地提高了收費公路的通行能力；

　　4、由于減少了收費站數(shù)目，因而也就減少了管理人員和設(shè)施，這就大大降低了收費公路的建設(shè)和運營管理成本。

　　三、與現(xiàn)有其他技術(shù)的對比：

　　現(xiàn)有的車輛定位跟蹤，一般采用的是GPS定位跟蹤方法；現(xiàn)有公路收費的管理，一般采用的是在進口處發(fā)放紀錄有進口地址信息的IC卡或磁卡，再在出口處讀出卡中所記錄的進口地點的信息，從而進行計費的方法；此外，在個別地方也采用了RFID系統(tǒng)自動記費的辦法。

　　1、GPS定位跟蹤方法及其存在的問題：

　　GPS定位跟蹤系統(tǒng)除了建設(shè)成本及運營成本高以外（包括移動網(wǎng)絡(luò)使用費），它的使用在城市中還受到極大的限制。因為使用GPS設(shè)備的重要前提之一，是接收機與衛(wèi)星之間有直射路徑，而GPS信號在建筑物密集的城區(qū)及建筑物內(nèi)部存在信號接收盲區(qū)。另外GPS定位還要受到多徑效應(yīng)和許多其他因素的影響，包括初始定位信號捕獲時間較長等（通常為0.5～15min）。現(xiàn)場實驗表明，在高樓林立的城市，安裝GPS接收機的車輛，能夠正常接收GPS定位信號的概率大約為70％左右。在一些特殊場合，如鋼筋混凝土建筑物內(nèi)、地下車庫中，甚至完全收不到GPS信號。

　　2、IC卡和磁卡收費方法及其存在的問題：

　　1）由于它們只能分辨車輛的進口和出口位置，而不能記錄車輛在收費公路上實際行駛的路線和里程，因而，在許多地方，將會出現(xiàn)收費里程大大小于實際里程的逃費現(xiàn)象，特別是在許多收費公路形成網(wǎng)絡(luò)的地方。各種逃費方式五花八門，特別是在貨運為主的公路上；

　　2）由于國內(nèi)許多公路采用誰投資誰受益的方式，因而一條收費公路往往出現(xiàn)多個收費站的情況，不僅增加了人員管理、收費站建設(shè)的費用，而且大大降低了收費公路的通行速度，影響了收費公路的使用效率，同時也給通行的車輛帶來許多不便；

　　3）不能實現(xiàn)不停車收費。

　　3、RFID自動收費系統(tǒng)及其存在的問題：

　　對RFID卡來講，它完全是一種被動的通信方式，這種方式需要一個體積大，安裝麻煩，價格昂貴的讀寫器系統(tǒng)。當用于車輛跟蹤時，系統(tǒng)的問題是：

　　1）一般采用進口設(shè)備，不但系統(tǒng)價格高，體積龐大而且安裝麻煩；

　　2）所使用的900兆頻率，不僅存在合法性問題，而且，有時還會與現(xiàn)有的手機信號發(fā)生干擾；

　　3）由于RFID的通信方式是被動式的，通信距離的提高非常困難，因而，往往只能采用增大天線發(fā)射功率和增益的辦法，這就要求車載RFID卡的安裝位置，與固定的讀寫器天線的安裝位置有很好的匹配，這就使得遠距離RFID系統(tǒng)的使用存在很大局限。例如，要求車行通道很窄，車行速度很低，大型車輛的通過也存在一定的問題，因而，不適應(yīng)收費公路，特別是高速公路的普遍需要；

　　4）由于RFID系統(tǒng)的通信方式是被動式的，因而， RFID 系統(tǒng)的讀寫器，必須要接收到經(jīng)車載RFID卡反射回來的天線信號，才算完成一個RFID卡身份讀取過程。因而，當有多個車道時，不僅需要安裝多個遠程RFID讀寫系統(tǒng)，而且很難避免鄰道干擾和誤讀等現(xiàn)象；

　　5）由于RFID本身主要是一種身份編號，它儲存的信息資料非常有限，而且信息的存取也比較麻煩。因而很難實現(xiàn)更多的功能擴展。
綜上所述，現(xiàn)有GPS定位跟蹤方法的主要缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，運營費用高，不能在復(fù)雜的城市環(huán)境條件下，滿足車輛定位跟蹤的實際需要；而現(xiàn)有收費公路管理系統(tǒng)，還不能有效解決車輛逃費，和不停車分段計費的管理問題。而本公司基于創(chuàng)新型Z網(wǎng)技術(shù)的高速公路車輛行駛路徑跟蹤及智能收費管理系統(tǒng)——Z-Net Intelligent Charge System，從根本上解決了這些問題。

　　四、技術(shù)優(yōu)勢：

　　從與現(xiàn)有其他技術(shù)的對比中，可以明顯地看出我公司系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢：

　　1、成本低：總的硬件（不包括無線車牌）每公里路段的平均投入不足三萬元；

　　2、體積小：讀寫器只有香煙盒大小，標識站整個系統(tǒng)包括天線和發(fā)射機總共只有一個隨身聽大小（見下圖），安裝維護十分方便；

 
　　下圖是安裝在鄭州市西南繞城高速公路十八里河收費站，（K38+020）點龍門架上的一個433兆車輛路徑跟蹤標識站系統(tǒng)，（包括4個大天線和一個大收發(fā)機）和我公司一個安裝電線桿上的很小的標識站系統(tǒng)：

　　3、低功耗（接收狀態(tài)< 3微安）及低發(fā)射功率（主機< 0.1瓦）；

　　4、工作準確度高、抗干擾能力強并且穩(wěn)定可靠：采用創(chuàng)新型的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和直序擴頻的通信方式，使系統(tǒng)具有更好的工作準確度、抗干擾能力和工作的可靠性；

　　5、運營和維護的成本都非常低：本系統(tǒng)是全自動化的，它的運營成本遠遠低于現(xiàn)有任何其它系統(tǒng)。它可以完全利用現(xiàn)有收費系統(tǒng)的管理人員，不需要增加格外的人手進行操作和維護；

　　6、回報高：某省為例，該省約4000公里的收費公路上建立起這個系統(tǒng)，建設(shè)費用不足一億元（包括無線車牌），而該省收費公路系統(tǒng)，每年的收入約為80-90億人民幣，如果按5%左右的逃費率計算，該省每年因車輛逃費所帶來的損失估計就將近5個億，使用本系統(tǒng)后，可以基本杜絕現(xiàn)有車輛逃費現(xiàn)象，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

　　五、本系統(tǒng)運營方式：
 
　　1、整個收費公路各分段收費路段的分界點處，公路分岔點的各分支路上，以及其它為了避免車輛逃費的關(guān)鍵控制位置安裝信號機，信號機安裝位置和高度，以能使信號機與所有公路上經(jīng)過的車載無線車牌實現(xiàn)通信為原則。信號機相對無線車牌的信號覆蓋范圍一般應(yīng)在50 - 200 米范圍。

　　2、將讀寫器安裝在收費公路進出口處的計算機上，并安裝相應(yīng)的管理軟件。計算機與收費公路管理中心的數(shù)據(jù)庫相連。

　　3、在收費公路進口處準備一定數(shù)量的無線車牌，每個無線車牌都有一個唯一的編號，而且還可以根據(jù)不同需要，儲存不同量的信息，并對數(shù)據(jù)的存取進行授權(quán)加密。信號一經(jīng)寫入，便不能擦去，只有當車輛來到出口處，將所存信息傳入公路管理中心數(shù)據(jù)庫后，公路管理中心才會授權(quán)給出口處的讀寫器，清除無線車牌中所存的信息，供新的車輛使用。無線車牌的電池電量低于一定水平時，將會自動報警，以促使管理人員更換電池并對電池進行充電。

　　4、當車輛來到收費公路入口處時，將領(lǐng)取一個無線車牌，（為了備案需要，還可通過拍照和計算機視頻識別的方法，將車牌號輸入無線車牌）并將其置于車上適當?shù)奈恢谩o線車牌使用一次性紐扣電池，或可充電紐扣電池驅(qū)動；通過電源節(jié)能管理，或外部喚醒的方式，無線車牌電池的使用壽命可達幾年。 

　　5、車輛實際行駛路徑的信息，通過公路沿途信號機不斷發(fā)射信號，路過的車載無線車牌接收并記錄這些信號而產(chǎn)生；無線車牌隨車將這些信號所代表的位置信息和時間信息帶到公路出口，并由出口處的讀寫器讀入計算機，計算機將計算出該車應(yīng)付的總的過路費，同時再將這些信息存入公路管理中心的數(shù)據(jù)庫，管理中心收到數(shù)據(jù)并將其存檔后，將會給出口處計算機反饋一個清除無線車牌所存儲的信息的授權(quán)指令，管理中心也將利用這些信息，對總費用進行分配。

　　6、在整個系統(tǒng)設(shè)置好后，經(jīng)過簡單的試運行和調(diào)整，整個系統(tǒng)就可以投入使用了。

　　六、應(yīng)用實例：

　　2006年6月，由河南省聯(lián)網(wǎng)辦組織發(fā)起，具體由交通部公路科學(xué)研究院，和國家電子標簽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心共同負責，在北京交通部測試場，對參與“全國高速公路車輛行駛路徑跟蹤識別系統(tǒng)測試”項目的全國幾十家的路徑識別產(chǎn)品進行了基本功能測試，我們的測試結(jié)果是相當突出的，給與會同志留下了深刻印象； 通過參加由交通部公路科學(xué)研究院，國家電子標簽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心共同負責的，河南省交通廳高速公路車輛路徑跟蹤識別項目的，嚴格實驗室測試和公路現(xiàn)場實際應(yīng)用測試，更加確定了我們的產(chǎn)品在同行業(yè)中的領(lǐng)先地位，在眾多競爭廠家中，只有我們一家的產(chǎn)品，完全通過了所有測試，包括電磁干擾，抗潮濕試驗等，無論從體積大小，電池功耗，到讀些距離，讀寫速度和讀寫準確率，都遠遠超過其它競爭廠家，而且，我們還是唯一一家進行并通過系統(tǒng)測試的單位。

　　2007年4月，又從參與北京測試的幾十家單位中，選出了9家，進一步在河南鄭州周邊的繞城公路上進行了全面的系統(tǒng)功能測試，結(jié)果經(jīng)測試的六項指標中，我們除單向路側(cè)標識車內(nèi)不同位置效果測試的準確率是97.72%-100%外，其余指標準確率均為100%，是全國最好的；另外，在北京國家電子標簽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心實驗室中進行了物理指標的測試，我們是全國唯一所有物理指標全部滿足要求的。
下圖是在鄭州高速公路上實測紀錄，和對車輛跟蹤結(jié)果的顯示圖：

　　七、應(yīng)用升級：

　　本系統(tǒng)經(jīng)我公司進一步開發(fā)，可同時用作：
　　1、不停車收費；
　　2、特定車輛定位、跟蹤；
　　3、車輛速度檢測；
　　4、不同時段、不同路段車流量信息的分析；
　　5、高速公路綜合環(huán)境信息監(jiān)測。

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