【文章內(nèi)容簡介】 PDT繼電器 輸入 和 8路帶光電隔離的數(shù)字量輸出 。每個 繼電器都帶有一個紅色的 LED指示燈 ， 用來顯示繼電器的開 /關(guān)狀態(tài)以便檢測 。 PCL725的 8路數(shù)字量輸入通道帶有光電隔離 ，具有抗噪聲能力 和 在 有漂移電壓的情況下正常工作 。 車輛檢測線圈 車輛 檢測線圈共有三個，分別是觸發(fā)線圈、抓拍線圈、過車線圈。車輛檢測線圈連接到車輛檢測器上， 當(dāng)有車輛通過時，線圈周圍產(chǎn)生電感變化，車輛檢測器發(fā)送電平信號，使車道控制機(jī)內(nèi)的 PCL725卡中的某一輸入通道電路信號產(chǎn)生變化，表明有車經(jīng)過。當(dāng)車輛通過以后， PCL725卡的這一通道的電路信號恢復(fù)，表示無車。通過這一特性可幫助車道控制機(jī)打開微波天線 RSU、統(tǒng)計車輛交易數(shù)量、車輛圖像抓拍觸發(fā)以及電動欄桿機(jī)的聯(lián)動。 觸發(fā)線圈：當(dāng)車輛經(jīng)過觸發(fā)線圈時，線圈產(chǎn)生信號給車道控制機(jī)，車道控制機(jī)對 RSU進(jìn)行初始化，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 抓拍線圈：當(dāng)車輛經(jīng)過觸發(fā)線圈時，車道控制機(jī)啟動車道攝像機(jī)，進(jìn)行圖像抓拍，若成功交易，則升起欄 桿機(jī)。若交易失敗，黃閃報警器發(fā)出報警。 過車線圈：當(dāng)車輛經(jīng)過觸發(fā)線圈時，車道控制機(jī) 會 控制欄桿機(jī)降落。 第二章 ETC 系統(tǒng)和 DSRC 協(xié)議 11 費額顯示器 主要顯示車輛交易過程中的過車信息、錯誤報警信息和提示信息 ，以及 整個車道信息。 電動 欄桿機(jī) 電動 欄桿機(jī)安裝在每個收費車道的收費亭的通行入口 處 和通行出口 處 ，通行入口欄桿的作用是使車輛有秩序地進(jìn)入收費區(qū)，當(dāng)收費作業(yè)完成后，由車道 計算機(jī) 發(fā)出信號，抬起通行出口欄桿機(jī)，放行車輛。 字符疊加器 VDM 字符疊加器這一設(shè)備的主要目的是把有關(guān)的收費信息同步疊加到車道視頻的一定位置。便于以后車道過車記錄圖 片的核查。采用視頻采集卡的主要目的是對采集到的視頻圖像進(jìn)行壓縮處理。 同時 可以以文件的形式將圖片保存在 車道控制機(jī) 內(nèi)。 抓拍攝像機(jī)和車牌識別器 VPR 抓拍攝像機(jī)和車牌識別器的主要作用是抓拍停車?yán)U費的車輛的圖像并識別、提取出該車的車牌。 抓拍攝像機(jī)同時具有實時監(jiān)控作用。抓拍攝像機(jī)和車牌識別器的工作由 車輛檢測線圈來觸發(fā)。車牌識別單元通過串口傳遞識別結(jié)果。 通行燈和雨棚燈 通行燈位于車道通行出口旁邊，有紅、綠兩色，用以指示車輛駕駛員是否可以駛離收費作業(yè)區(qū)。雨棚燈安裝在每一車道上方的雨棚上，在迎車流行駛方向的雨棚 上有紅色、綠色的信號燈一組，用來表示當(dāng)前車道是否可以通行、收費。 黃閃報警器 處于費額顯示器上端，由車道控制機(jī)通過外設(shè)控制器控制，用于提醒收費站注意有違章情況發(fā)生。 外圍設(shè)備的控制應(yīng)用都是由車道控制機(jī)來完成，具體 ETC車道 控制機(jī) 連接如圖。 車 道 控 制 機(jī) 電 動 欄 桿 機(jī) 通 行 信 號 燈 雨 棚 信 號 燈 黃 閃 報 警 器 P C L 7 2 5 I / O 卡 串口通行卡 R S U 控 制 器 費 額 顯 示 器 視 頻 卡 字 符 疊 加 器 車 牌 識 別 器 攝 像 機(jī) 抓 拍 攝 像 機(jī) 圖 ETC 車道控制機(jī)連接示意圖 DSRC 協(xié)議簡介 對于實際的不停車收費系統(tǒng)，為了能夠高效、可靠地完成收費過程，盡可能地提高收費口的通行能力， DSRC協(xié)議 應(yīng)用在 車道系統(tǒng) 中 時是 AVI技術(shù)出 現(xiàn)的，下面簡要介紹一下 AVI技術(shù) [11]。 AVI 技術(shù) 簡介 AVI(Automatic Vehicle Identification)自動車輛識別技術(shù)，是不停車收費的核心技術(shù)。所謂的自動車輛識別就是借助收費系統(tǒng)的各種硬件和軟件控制程序來辨別通過車輛的識別信息以實現(xiàn)正確收費的系統(tǒng)。 AVI系統(tǒng)主要包括電子標(biāo)簽 (OBU)、路側(cè)單元 (RSU)、專用短程通信協(xié)議 (即DSRC協(xié)議 )、感應(yīng)線圈設(shè)備。 車輛在高 速行駛狀態(tài)下電子標(biāo)簽 (OBU)與路側(cè)單元(RSU)進(jìn)行雙向 通信 ，并根據(jù)站級系統(tǒng)下發(fā)的各種運營參數(shù)完成與 車載電子標(biāo)簽間的交易，車道控制機(jī)可以讀取 OBU中存放的有關(guān)車輛的固有信息 (如車輛類別、車主、車牌號等 )、道路運行信息、征費狀態(tài)信息按照既定的收費標(biāo)準(zhǔn)，通過計算，從 車載 IC卡中扣除本次道路使用通行費。其中： 電子標(biāo)簽 (OBU) 電子標(biāo)簽既是車輛的身份標(biāo)簽，又是車輛的電子錢包。 車載單元采用兩片式電子標(biāo)簽，由車載電子標(biāo)簽和雙界面 CPU卡兩部分組成。雙片式 ETC電子標(biāo)簽和雙界面 CPU卡同時存儲包括車輛類型、顏色、車牌號碼、車主、車輛物理參數(shù)等固定信息，雙界面 CPU卡存儲帳號、余額、交易記錄、出入口編號等信息，雙 界面CPU卡內(nèi)存儲的信息能以接觸式和非接觸式兩種方式進(jìn)行讀寫訪問。 第二章 ETC 系統(tǒng)和 DSRC 協(xié)議 13 路側(cè)單元 (RSU) 路側(cè)單元 主要指車道通信設(shè)備 ，即 路側(cè) 天線，其參數(shù)主要有 工作 頻率、發(fā)射功率、通信接口等。 路側(cè) 天線能夠覆蓋的通信區(qū)域大約 為 3~30米。 專用短程通信協(xié)議 專用短程通信協(xié)議 (Dedicated ShortRange Communication， 簡稱 DSRC協(xié)議 )是ETC系統(tǒng)的核心，目前，世界上存在著歐美日三大 DSRC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，而國際上還沒形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。電于標(biāo)簽使用的頻率帶寬有三種： 900928MHz、 。美國采用的頻率范圍為 900928MHZ，日本采用 ，歐洲采用。 DSRC協(xié)議分為物理層、數(shù)據(jù)鏈 路層和應(yīng)用層三層。 感應(yīng)線圈設(shè)備 感應(yīng)線圈設(shè)備通常置于電子收費口的前方，檢測是否有車輛將要通過。當(dāng)感應(yīng)線圈設(shè)備檢測到來車時，會自動觸發(fā)相應(yīng)的設(shè)備如 RSU、自動抓拍 攝像機(jī) 、 電動欄桿機(jī) 等，使其 處于 工作狀態(tài)。常用的探測方法有電磁感應(yīng)、壓感探測、紅外或微波探測等。 目前用于高速公路不停車收費的車輛識別技術(shù)主要以微波射頻技術(shù)和紅外線技術(shù)為主。 由于技術(shù)發(fā)展的原因，紅外線信號弊端限制了 它在收費環(huán)境，尤其是開放公路系統(tǒng)中的使用。 而射頻技術(shù)克服了紅外線技術(shù)的不足，因此，微波射頻技術(shù)成為各國 AVI系統(tǒng)的主流。紅外線技術(shù)與微波射頻技術(shù)的比較 [1]如表 。 表 紅外線系統(tǒng)和微波射頻系統(tǒng)的比較 技術(shù)名稱 構(gòu)造 價格 信號 紅外線 簡單 便宜 信號不穩(wěn)定 微波射頻 復(fù)雜 昂貴 信號穩(wěn)定 DSRC 協(xié)議 簡介 DSRC協(xié)議 是用于機(jī)動車輛在高速公路等收費點實現(xiàn)不停車自動收費 ETC的技術(shù)， 是 ETC系統(tǒng)中最關(guān)鍵做基礎(chǔ)的部分 。采用 DSRC技術(shù)完成 RSU與 OBU之間的數(shù)據(jù)通信，從而完成 整個收費過程。 國際上 DSRC專用短程通信技術(shù)曾出現(xiàn) 3個主要的工作頻段： 900928MHz， ，目前我們國家采用的是源于 ISO/TC024國際標(biāo)準(zhǔn)化組織智能運輸系統(tǒng)技術(shù)委員會 (國內(nèi)編號為 SAC/TC268)的 ISM頻段，下行鏈路 500Kbps， 2AM； 上行鏈路 250Kbps， 2PSK的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。不過根據(jù)最新出臺的 DSRC協(xié)議，上下行鏈路速率均為 1042Kbps，調(diào)制方式都采用 ASK，但是載波頻率仍然保持 [11]。 國內(nèi)外具體的載 波頻率選擇如下： 國外 DSRC頻段選擇 目前國際上已形成 CEN/TC278，美國 ASTM/IEEE，日本 ISO/TC204為核心的DSRC標(biāo)準(zhǔn)化體系。其中 CEN/TC278和日本 ISO/TC204已公開發(fā)表其 DSRC標(biāo)準(zhǔn)。美國則仍對 ASTM/IEEE提出的 DSRC標(biāo)準(zhǔn)草案持異議 [11]。 歐美日三個國家的 DSRC頻段選擇及應(yīng)用如表 。 第二章 ETC 系統(tǒng)和 DSRC 協(xié)議 15 表 歐美日三個標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比較 歐洲 (CEN) 北美 (ASTM) 日本 (ARIB) 通信媒介 微波 微波 微波 915MHZ 載波頻率 /GHZ 下行 默認(rèn)值： 7 個信道 1 個信道 下行 上行 上行 / 可選其他值 調(diào)制方式 下行： ASK QPSK ASK ASK 或者 QPSK 上行： MPSK (M=2/4/8) 傳輸速度 下行 /上行 Kbps 默認(rèn)值： 500/250 600027000 500 ASK： 1024/1024 QPSK： 4096/4096 可選值： 500/500 1000/750 通信系統(tǒng) 被動式 主動式 主 /被 主動式 無線訪問方式 異步 TDMA TDMA TDMA TDMAFDD 多路訪問控制 分隙 ALOHA 分隙 ALOHA CSMA 自適應(yīng)分隙ALOHA 數(shù)據(jù)幀 (時隙 )長度 /bits 可變 (最大 512) 可變 可變 800 由上述可知，全球不同地區(qū)采用不同 DSRC協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，這樣一方面在短期內(nèi)促進(jìn)了 DSRC設(shè)備和電子收費系統(tǒng)市場的擴(kuò)大，另一方面又造成不同地區(qū)之間 DSRC系統(tǒng)兼 容非常困難，存在隱患。因此，需要提供一個統(tǒng)一的 DSRC協(xié)議國際標(biāo)準(zhǔn)來保證 DSRC和 ETC設(shè)備可以全球采購并可實現(xiàn)大范圍的聯(lián)網(wǎng)收費。 我國 DSRC協(xié)議結(jié)構(gòu) DSRC協(xié)議可以說是 DSRC的基礎(chǔ)。美國，歐洲，日本均建立了自己的 DSRC標(biāo)準(zhǔn)，但是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織目前尚未制定出完整的 DSRC國際標(biāo)準(zhǔn)，但資料表明，基于 DSRC國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將成為必然 [11]。 DSRC協(xié)議 是在小范圍與區(qū)域內(nèi)實現(xiàn) RSU與 OBU之間雙向通信的一種協(xié)議。具有專用性強、服務(wù)領(lǐng)域窄和實時性強等特點，它采用簡化的三層協(xié)議結(jié)構(gòu)：物理層 、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 RSU和 OBU之間的物理傳輸媒介可以是無線微波信道，也可以是無線紅外信道。 DSRC 基本 分層 結(jié)構(gòu) 我國采用歐洲的被動式 DSRC標(biāo)準(zhǔn) CEN/TC278來制定我國的專用短程通信標(biāo)準(zhǔn) (DSRC物理層工作在 )。 CEN/TC278具有 3層結(jié)構(gòu) ： 物理層 (EN12253)[27]、數(shù)據(jù)鏈路層 (EN 12795)[28]和應(yīng)用層 (EN 12834/ISO 15628 )[29]。 DSRC分層示意圖如圖 。 DSRCA pp li c a ti on L a ye r 應(yīng)用層D a ta L ink L a ye r 數(shù)據(jù)鏈路層P hy s ic a l L a ye r 物理層 圖 DSRC 分層結(jié)構(gòu)示意圖 DSRC協(xié)議在 ETC車道系統(tǒng) 中的應(yīng)用如圖 。 收 費 系 統(tǒng) （E T C） 收 發(fā) 天 線 ( R S U ) 車 載 單 元 ( O B U ) 路 測 單 元R S U 收 費 應(yīng) 用 DSRC 應(yīng) 用 層 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 物 理 層 物 理 層 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 應(yīng) 用 層 收 費 應(yīng) 用 圖 DSRC 協(xié)議在 ETC 車道系統(tǒng) 中的應(yīng)用 第二章 ETC 系統(tǒng)和 DSRC 協(xié)議 17 其中 DSRC各層協(xié)議功能如下： 物理層 (Physical Layer)： 規(guī)定了 DSRC通信系統(tǒng)的機(jī)械、電氣、功能和過程的參數(shù)，以激活、保持和釋放通信系統(tǒng)之間的物理連接。其中載波頻率是一個很關(guān)鍵的參數(shù)，它是造成世界上 DSRC系統(tǒng)差別的主要原因。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 DSRC物理層工作在 ，在此頻段上為 DSRC通信建立 了一個物理層通用框架，為互換性奠定基礎(chǔ)。 為了 實現(xiàn) 路邊設(shè)備單元與車載設(shè)備單元之間的信息交換，還對通信介質(zhì)提出了相應(yīng)要求。 數(shù)據(jù)鏈路層 (Data Link Layer)： 規(guī)定了媒介訪問和邏輯鏈路控制方法，定義了共享物理媒介、尋址和差錯控制的操作。數(shù)據(jù)鏈路層是專用短程通信的中間層次，與 ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型中數(shù)據(jù)鏈路層功能上并無本質(zhì)不同。通常來講，數(shù)據(jù)鏈路可以粗略地理解為數(shù)據(jù)通道。物理層為終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒介及其連接。媒介是長期的，而連接是有生存期的。在連接生存期內(nèi)，收發(fā)兩端可以進(jìn)行不等的一次 或多次數(shù)據(jù)通信。每次通信都要經(jīng)過建立通信聯(lián)絡(luò)和拆除通信聯(lián)絡(luò)兩個過程。 應(yīng)用層 (Application Layer)： 規(guī)定了應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)的分解與重組并提供了一些DSRC應(yīng)用的基礎(chǔ)性工具。應(yīng)用層中的過程可以直接使用這些工具，例如 :通信初始化過程、數(shù)據(jù)傳輸和擦去操作等等。另外，應(yīng)用層還提供了支持同時多請求的功能。 本章小結(jié) 本章圍繞著 ETC車道系統(tǒng) 的研究展開，首先 分析了 ETC系統(tǒng) 的總體結(jié)構(gòu)， 在此基礎(chǔ)上詳細(xì)研究了 ETC車道系統(tǒng) 的功能 、總體 結(jié)構(gòu) 、相關(guān)技術(shù)以及 DSRC通信協(xié)議 。為后續(xù)章節(jié)的研究 提供了理論 基礎(chǔ)。 第 三 章 DSRC 協(xié)議理論研究 現(xiàn)代社會的發(fā)展導(dǎo)致信息化 進(jìn)程 日益 加快，人們對無線通信的需求與目俱增。而無線通信 從作用距離 可以分為： 超 長距離通信 (衛(wèi)星通信 等 )、長距離通 信 (短 波通 信等 )、 中 等距離 通 信 (GSM/CDM