【文章內(nèi)容簡介】 的服務(wù)的最小集合，這些服務(wù)由內(nèi)核元素所實現(xiàn)，它要求具備由初始化內(nèi)核元素（IKE）提供的會話初始化連接控制功能，由廣播內(nèi)核（BKE）提供的循環(huán)廣播傳送功能以及由傳輸內(nèi)核（TKE）提供的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳送到功能。本層協(xié)議定義了可能訪問應(yīng)用層內(nèi)核元素所應(yīng)具備的要求，以允許用戶元素同時獨(dú)立對這些內(nèi)核進(jìn)行訪問。本層內(nèi)核元素總是以單獨(dú)實例的方式存在，并且在應(yīng)用處理進(jìn)程之外被分配。l 設(shè)備應(yīng)用本部分的標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)備在ETC的應(yīng)用上需要規(guī)定的主要應(yīng)用接口等的要求，首先明確ETC系統(tǒng)中使用的DSRC應(yīng)該是什么樣的架構(gòu)，然后對OBE的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義，最后對交易過程中涉及到的主要流程給出示例。在明確ETC系統(tǒng)中的DSRC的架構(gòu)方面，下圖說明了基本架構(gòu)形式：圖21 基于DSRC的ETC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Figure 21 Structure of ETC based on DSRC如圖21可見，標(biāo)準(zhǔn)首先明確OBE的形態(tài)，即為雙片式類型，支持IC卡的讀寫，并約定用戶的支付信息存儲在IC卡中，而車輛本身的特性數(shù)據(jù)（如車長、寬、高、輪數(shù)、軸數(shù)等）則存儲在OBE中。這是DSRC在ETC中應(yīng)用的關(guān)鍵規(guī)定所在。從而也就明確了ETC系統(tǒng)應(yīng)該采用組合式收費(fèi)技術(shù)。對OBE數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義涉及到密鑰文件、系統(tǒng)文件和車輛信息文件的定義，密鑰文件的定義決定了OBE本身的安全性，而車輛信息文件的定義記錄了車輛本身的主要屬性。制定DSRC系列標(biāo)準(zhǔn)的目的就是要建立大家都遵循的規(guī)定，按此標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的DSRC設(shè)備、建設(shè)的ETC車道應(yīng)該能相互兼容，特別是相互能識別、處理OBE設(shè)備，這就是設(shè)備互換性問題，也是編制本系列標(biāo)準(zhǔn)的初衷。從這個角度看，其五個子標(biāo)準(zhǔn)中的前四個標(biāo)準(zhǔn)都是互連互通所需要的。從重要性講，通過DSRC系列標(biāo)準(zhǔn)的介紹、分析，可以知道物理層參數(shù)是互連互通的物理基礎(chǔ)，鏈路通信協(xié)議是信息能相互識別的邏輯基礎(chǔ)，初始化內(nèi)核是建立連接的第一步。這些都是重要的，但并不是說其他就可以不需要，其實，不但上述四個標(biāo)準(zhǔn)是需要的，而且單純依靠上述四個標(biāo)準(zhǔn)，并不能確保能夠互連互通，還需要涉及到IC卡應(yīng)用數(shù)據(jù)定義等問題。 所以，后來交通部公路設(shè)計院又出臺了《公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)技術(shù)要求》對整個收費(fèi)系統(tǒng)各層級的功能、數(shù)據(jù)庫定義、車道建設(shè)、IC卡數(shù)據(jù)格式定義等等從上到下一一進(jìn)行了規(guī)定。依據(jù)ETC系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)的ETC車道、在ETC系統(tǒng)中應(yīng)用依據(jù)DSRC系列標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的DSRC設(shè)備，這樣才能真正實現(xiàn)互連互通，即可以真正聯(lián)網(wǎng)。車載電子單元（簡稱：OBU）是ETC自動繳費(fèi)中的另外一個關(guān)鍵設(shè)備，OBU通常安裝在車輛的前檔風(fēng)玻璃左上角。在過車時DSRC設(shè)備與OBU進(jìn)行交互，獲取相關(guān)的車輛信息，并且通過OBU來讀取卡片信息和向卡片寫入扣款和過站信息。OBU在使用前必須經(jīng)過發(fā)行，把相關(guān)的信息記錄到OBU之中。發(fā)行通常分為初始化發(fā)行和個性化發(fā)行兩個步驟。初始化發(fā)行主要寫入服務(wù)提供商代碼、協(xié)約類型、合同版本、合同序列號等信息；并更新應(yīng)用維護(hù)、應(yīng)用加密和應(yīng)用認(rèn)證密鑰。個性化發(fā)行則寫入電子標(biāo)答的發(fā)行日期、終止日期、防拆標(biāo)志、車牌號、車牌顏色、車型和車輛尺寸和軸型信息。國內(nèi)ETC系統(tǒng)采用雙界面CPU卡來實現(xiàn)自動繳費(fèi)。CPU卡是真正意義上的智能化非接觸式卡，CPU卡內(nèi)具有中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（EEPROM）以及片內(nèi)操作系統(tǒng)（COS），CPU卡不僅僅是單一的非接觸卡，而是一個帶有卡片操作系統(tǒng)（COS）的應(yīng)用平臺，裝有COS的CPU卡相當(dāng)于一臺微型計算機(jī)，不僅具有數(shù)據(jù)存儲功能，同時具有命令處理、計算和數(shù)據(jù)加密等功能。CPU卡在ETC中起到以下作用：l 數(shù)據(jù)安全和保密采用密鑰實現(xiàn)加密、解密和交易，實現(xiàn)用戶卡與OBU之間的安全認(rèn)證l 支付和結(jié)算工具卡片中有電子錢包文件，出站時由DSRC設(shè)備直接扣費(fèi)，提高通行效率l 良好的數(shù)據(jù)載體CPU卡記錄車輛的入口站信息，信息作為出口收費(fèi)的重要依據(jù)。ETC系統(tǒng)中應(yīng)用的CPU卡主要有記賬卡和儲值卡兩種類型：其中記賬卡為“先使用，后付費(fèi)” 的貸記卡，容易產(chǎn)生壞賬，需要較高的用戶信息保障；而儲值卡則具有電子錢包功能，車主需要先進(jìn)行充值才能使用，不存在資金風(fēng)險。記賬卡過收費(fèi)站時只記錄過車歷史，不進(jìn)行扣費(fèi)，交易時間較短，產(chǎn)生的異常也較少；而儲值卡由于需要對電子錢包扣費(fèi)，相對記賬卡交易耗時較長，并且可能出現(xiàn)扣付不成功。目前廣東省ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中，儲值卡主要發(fā)行給個人用戶，而記賬卡則發(fā)行給信譽(yù)較好的企事業(yè)單位，而福建則暫時只采用了記賬卡。ETC自動繳費(fèi)中車輛的識別是由DSRC設(shè)備、車載電子單元和CPU卡互相配合來完成的。當(dāng)車輛進(jìn)行收費(fèi)站DSRC的交易范圍時，車輛檢測器會自動打開DSRC設(shè)備，DSRC設(shè)備通個微波信號自動搜索區(qū)域內(nèi)的OBU，當(dāng)檢測到區(qū)域中的第一個OBU后，就會對該OBU進(jìn)行鎖定進(jìn)行易。對當(dāng)前OBU鎖定時不會再處理其它OBU發(fā)送的信息。當(dāng)車輛識別出OBU的唯一標(biāo)識號后，也就相應(yīng)地識別出了區(qū)域中的對應(yīng)車輛。在高速公路ETC入口和出口車道中，車道識別出來目的有所不同，入口是為了獲取OBU中的信息，并把信息寫入到卡片之中；而出口則是通過讀取卡片中的信息來進(jìn)行費(fèi)率的計算。車輛識別的具體過程描述如下：l 入口識別過程車輛進(jìn)入高速公路時，DSRC設(shè)備通過讀取OBU的唯一標(biāo)識號識別出車輛，并把OBU中存儲的車型、車牌信息寫入卡片之中；同時還寫入入口站編碼、入口時間等。l 出口識別出口同樣通過讀取DSRC通訊區(qū)域的OBU標(biāo)識號來識別車輛，同時通過OBU獲取卡片中的入口站編碼、入口車型、入口車牌、入口時間等；并把讀取到的信息交由車道計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行驗證和計算通行費(fèi)。驗證和計費(fèi)通過后，如是記賬卡則直接放行，而儲值卡在扣費(fèi)后再放行。 車輛分離技術(shù) 由于ETC過車無人值守，沒有收費(fèi)員的參與。而高速公路過車的特點(diǎn)的車流量比較密集，如何確保車輛有序地經(jīng)過ETC收費(fèi)車道，是ETC系統(tǒng)得以正常運(yùn)營的前提。因此如何有效地實現(xiàn)車輛的分離是ETC系統(tǒng)需要考慮的一個重要技術(shù)難點(diǎn)。ETC計重收費(fèi)需要在兩個地方過行車輛分離：其一是稱重時如何進(jìn)行車輛分離；其二是在交易時如何進(jìn)行車輛分離。流行的車輛分離技術(shù)包括：紅外線光柵分離、電磁感應(yīng)傳感器分離。國內(nèi)車輛的稱量主要采用紅處線光柵連續(xù)掃描來進(jìn)行分離，目前計重時的分離都被計重設(shè)備生產(chǎn)廠商集成到稱重子系統(tǒng)中，ETC系統(tǒng)不需要單獨(dú)考慮。而ETC交易時的分離是采用車檢器來實現(xiàn)分離，具體來講就是在ETC車道的路面下合理地放置三到五個感應(yīng)線圈，當(dāng)車輛通過地面時就會依次觸發(fā)地感，通過檢測地感的變化來確定車輛的數(shù)目和位置。ETC計重收費(fèi)過程中，車輛需要在不停車的情況下，完成車輛重量的稱量，通行費(fèi)的計算自動繳費(fèi)功能。因此在系統(tǒng)中實現(xiàn)車輛的動態(tài)稱重，是ETC系統(tǒng)實現(xiàn)計重收費(fèi)的關(guān)鍵。稱重設(shè)備通常包含稱重傳感器、稱重控制器、紅外線車輛分離器、檢測線圈、電纜及附件等。稱重系統(tǒng)通常又分為如下幾個子系統(tǒng)：l 光幕車輛分離子系統(tǒng) 該子系統(tǒng)主要考慮高分辨率、高速掃描及高速信號處理速度的特點(diǎn)，以保證避免由于車輛較近、掛車等原因引起的誤判，同時在可靠性上考慮了諸如雨天、霧天及強(qiáng)光照射等惡劣氣候下的正常使用等要求。另外控制儀表軟件會對車輛在秤臺上停留、來回倒車進(jìn)行了技術(shù)處理，使實際分車能力達(dá)到了最佳效果。光幕防護(hù)罩表面涂金屬反光漆，夜間起到提醒駕駛員注意的作用。l 輪胎識別子系統(tǒng) 輪胎的識別主要需要考慮輪胎識別傳感器在高度疲勞情況下易損的特點(diǎn)，技術(shù)上采用模擬量輸出（替代開關(guān)量）、全密封激光焊接、高強(qiáng)度不銹鋼結(jié)構(gòu)的傳感器，保證其使用壽命及可靠性。輪胎識別傳感器同時采用的是銷軸定位的方式，更于維護(hù)。系統(tǒng)檢測原理是通過檢測脈沖量的變化來判斷輪胎的類型，準(zhǔn)確率達(dá)到99%以上。流行的稱重設(shè)備有彎板式和石英式兩種，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。 彎板式稱重設(shè)備彎板式傳感器是一種應(yīng)變式傳感器，利用受壓時內(nèi)部的應(yīng)變片網(wǎng)產(chǎn)生的變形的原理來測量。 彎板是一種得到廣泛贊譽(yù)的動態(tài)稱重傳感器，得到包括歐盟交通委員會、美國聯(lián)邦交通委員會等組織進(jìn)行的歷次動態(tài)稱重產(chǎn)品測試中均得到良好結(jié)果。彎板是由在內(nèi)部集成了應(yīng)變片網(wǎng)的金屬板構(gòu)成，為防止長期潮濕滲透和腐蝕，傳感器表面覆蓋一層高溫硫化橡膠。彎板傳感器的長度為508mm(在行駛方向)，、可以完整的紀(jì)錄輪胎的壓力信號，真實的測量輪載值。通常一個車道鋪設(shè)兩個傳感器，用于測量車軸載荷。整個傳感器厚度不大于25mm，安裝在鋼制支架中，整個支架是用環(huán)氧樹脂澆入路面的淺槽中，并采取一定的措施確保彎板的高可靠性和長壽命。彎板的精度為：1%～%。彎板式傳感的主要有以下特征：l 可靠的高精度，和長期的穩(wěn)定性；l 傳感器的厚度很薄，安裝僅需一個淺槽，并且有基礎(chǔ)框架保護(hù)，以防止道路形變對傳感器的影響；l 傳感器非常耐用，傳感器是一體，不易產(chǎn)生傳感器的磨損和破裂；l 不受剎車或加速引起的水平方向力的影響；l 完整的用高溫硫化橡膠密封；l 易于更換，實質(zhì)上無需維修；l 高質(zhì)量產(chǎn)品，壽命大大高于10年。 共聚化合物式壓電傳感器是由一個金屬管以及放置在其中的壓電電纜構(gòu)成，有效長度通常為1830mm，可擴(kuò)展到3600mm，寬度為20mm，為條狀傳感器，不能一次測出車輪載荷，通過在測量期間信號累加，用積分算法求出載荷。傳感器直接埋入路面，道路(特別是瀝青混凝土路面)的形變對其影響較大?；炷谅访婧蜑r青路面的溫度影響不同，并且難于補(bǔ)償。由于傳感器設(shè)計簡單，其產(chǎn)品價格相對較低。在用于車輛分類時其性能是令人滿意的，但在動態(tài)稱重中，其應(yīng)用非常有限。條形傳感器的使用壽命相對較短，并且受公路以及安裝質(zhì)量影響較大。共聚化合物式壓電傳感器主要有以下特性：l 薄條形傳感器，安裝深度較淺；l 通過電勢信號變化，局部測量車輪載荷；靈敏度隨著傳感器變化，并在不同的安裝條件下很難控制；l 對水平方向力靈敏，路面上過強(qiáng)的振動會引起 “鬼軸”現(xiàn)象；l 溫漂較大；l 車輛通過時，如果車速過低，將無法稱量；車輪凹槽和磨損會引起靈敏度偏差；l 使用壽命大約為3～5年。 石英式稱重設(shè)備石英式傳感器是利用石英的壓電效應(yīng)進(jìn)行測量的。壓力使石英晶體產(chǎn)生變化，因而產(chǎn)生和壓力成對應(yīng)關(guān)系的電勢。 石英傳感器是一種新型的傳感器，近幾年由于其性能得到較大的提高，目前得到一定的應(yīng)用。石英傳感器也屬于條形傳感器一類，寬度為50mm，高度44mm。和共聚化合物傳感器一樣，石英傳感器也不能一次完整的測量出輪載，而是通過積分累加進(jìn)行計算的，但石英傳感器的溫漂極小，也沒有“鬼軸”現(xiàn)象，低速、高速狀態(tài)都可進(jìn)行稱量，同時石英的物理特性比較穩(wěn)定，其靈敏度隨時間變化較小。石英傳感器的安裝也是采取直接埋入路面的方式，因而也不可避免的受到路面形變的影響，同時更換時需要路面施工。 小結(jié)本章主要介紹了ETC計重收費(fèi)中應(yīng)用的的關(guān)鍵技術(shù)，其中自動車輛認(rèn)別技術(shù)和車分離技術(shù)是ETC自動繳費(fèi)中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。而車輛的動態(tài)稱重技術(shù)則是在ETC系統(tǒng)中實現(xiàn)計重收費(fèi)需要額外考慮的技術(shù)。通過對當(dāng)前各種動態(tài)稱重設(shè)備的對比，選取彎板式稱重設(shè)備做為ETC計重收費(fèi)項目中的稱重設(shè)備。第三章 ETC計重收費(fèi)系統(tǒng)總體規(guī)劃 ETC計重收費(fèi)設(shè)計原則計重收費(fèi)是指對貨車按照實際的車貨總重或軸承負(fù)載量進(jìn)行計費(fèi)。當(dāng)車輛為標(biāo)準(zhǔn)裝載時，按實際重量收費(fèi)；當(dāng)車輛超載時，則增加其超載部分費(fèi)用，超載越多收費(fèi)也越多，對空載的重型載貨貨車則降低一個檔次收費(fèi)。計重收費(fèi)是治理超載運(yùn)輸過程當(dāng)中一種較為科學(xué)、有效的手段?？紤]到目前雙有ETC車道和收費(fèi)站空間的實際情況，為保證ETC中計重收費(fèi)系統(tǒng)的可行性和方便實現(xiàn)。在設(shè)計過程中必須遵循以下原則：l 最大過車效率原則ETC系統(tǒng)建設(shè)的目的就是要提供一定最為快速和方便車輛收費(fèi)技術(shù)，解決車輛在收費(fèi)站需要停車和堵車的問題。而在ETC系統(tǒng)中集成計重收費(fèi)必然會對系統(tǒng)的過車速度有一定的影響。因此在設(shè)計時應(yīng)盡可能不影響過車的效率。l 高穩(wěn)定性原則ETC系統(tǒng)是一種無人值守的系統(tǒng)，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求非常高。ETC中實現(xiàn)計重收費(fèi)，需要增加計重設(shè)備，而目前動態(tài)稱重的穩(wěn)定性和可靠性還是與ETC的要求有一定的差距。因此在增加計重設(shè)備后如何保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是ETC系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵守的一個基本原則。l 實用性原則 由于ETC計重收費(fèi)系統(tǒng)主要在現(xiàn)有的車道結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造，因此系統(tǒng)的設(shè)計時應(yīng)盡可能地考慮到現(xiàn)有ETC系統(tǒng)的架構(gòu)，盡量減小對現(xiàn)有系統(tǒng)的改造工作量。同時在設(shè)計時，車道的布局應(yīng)充分考慮收費(fèi)站現(xiàn)有的空間布局，使設(shè)計的系統(tǒng)具有高度的實用性，能進(jìn)行普遍性的推廣。 ETC計重收費(fèi)功能需求車道收費(fèi)軟件功能需求包括五大部分：一是過車需求；二是現(xiàn)場管理需求；三是數(shù)據(jù)產(chǎn)生與傳輸需求；四是操作使用需求；五是自我監(jiān)控需求。功能明細(xì)如下表31：表31 車道收費(fèi)軟件功能表Table 31 Function List Of The Eet Lane System序號功能項功能明細(xì)1車輛過車需求客車（客車和小車）快速通過ETC車道；單貨車快速通過ETC車道；貨車通過時按計重或空載計費(fèi)；欄截非法車。2車道設(shè)備控制和管理交通燈管理；費(fèi)顯管理；欄桿機(jī)管理；天線管理。3數(shù)據(jù)管理流水生成、傳輸和恢復(fù)；工班的生成、傳輸和恢復(fù)；參數(shù)下載和更新；操作日志記錄。4操作管理上班下班交易查詢設(shè)備檢測5監(jiān)控管理設(shè)備狀態(tài)交易過程數(shù)據(jù)操作員操作 ETC計重車道布局選擇 現(xiàn)有ETC車道布局ETC系統(tǒng)在我國的試用表明，實際中有很多違章車輛(無卡或透支車輛)進(jìn)入ETC車道，影響ETC車道的正常運(yùn)行，達(dá)不到ETC車道的目的。因此，需要一條將違章車輛從ETC車道分流出來的停車收費(fèi)車道。車道的布局圖如圖32所示，ETC車道的前方有ETC車道引導(dǎo)標(biāo)志，當(dāng)合法車進(jìn)入通信區(qū)域時，車道天線讀取電子標(biāo)簽上的信息，如里是在出口，則扣除相應(yīng)的通行費(fèi)用，此時電子欄桿抬起，車輛通過。當(dāng)非法車輛通過通信區(qū)域時，由于