ETC在智能停车场中的应用研究

2018-09-20代艳萍沈中伟王思政夏松林

价值工程 2018年29期

代艳萍沈中伟王思政夏松林

摘要：智能交通是现目前最受关注的人类未来发展话题之一，而智能停车场则是最和人们息息相关的交通问题。结合ETC技术的智能停车场技术将成为未来最贴近人们生活实际的智能停车技术。现目前虽说有很多智能停车技术，但都存在或多或少的环境要求高，管理困难以及技术要求高等问题。本文讲述了ETC在智能停车场中的研究，分别从ETC技术，智能停车场现状，结合车身规范技术的新型模式阐述了文章观点。

Abstract： Intelligent transportation is one of the most closely watched human future development topics， while smart parking is the most closely related traffic problem. The smart parking technology combining ETC technology will become the most practical intelligent parking technology in the future. Currently， although there are many intelligent parking technologies， there are more or less environmental requirements， high cost and difficult management. This paper describes the research of ETC in intelligent parking lot， and expounds the article viewpoint from the current situation of ETC technology and smart parking lot respectively.

关键词：ETC；智能停车场；新型模式；车身规范

Key words： ETC；smart parking lot；new mode；car specification

中图分类号：U491.7+1TP18 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0188-03

0 引言

ETC技术现已实现了对于用户车辆的识别和通讯，是时下最为热门的交通管理技术。将ETC技术应用进智能停车场也成为了大多数开发智能交通技术人员的首位选择。但是光实现停车场的智能收费是远远不够的，只有将智能管理的技术融入进停车场，才能真正的实现停车场的无人管理，达到理想智能停车场的目标。

1 ETC介绍

1.1 ETC发展进程

首先说到国外发展，最早研发ETC技术的是欧洲国家，早在1986年就将该技术运用到了实际工作中，并于1997年出台了相关标准，是一种在国际上获得了普遍认可的ETC技术。美国也仅在晚了两年时间推出了自己的ETC系统，其研发的“E-Zpass”系统，已成为目前最为著名的ETC技术。日本则是亚洲最早研究ETC技术的国家，1993年日本政府在提出的“道路技术5年规划”中就提到了大力发展ETC系统，并且在1999年就制定了全国统一的技术设备标准。而反观国内，我过于90年代才开始接触ETC系统，并在随后的二十多年间研发自己的ETC技术。广东省是我国最早将ETC投入实际应用的省份，其于1996年10月率先引入美国TI公司的ETC系统，大大提高了交通管理效率，改变了传统的交通管理模式。随后，我国于2007年首次出台了自己的ETC技术标准，形成了自主独立的ETC系统技术，使得该技术在国内得以大力发展。其发展形式经历了三个阶段：磁卡收费，接触式IC卡收费，非接触式ID卡收费。最新的非接触式ID卡收费系统具有更好的保密性，抗干扰性和便利性，在实际运用中具有更好的用户体验。

1.2 ETC系统组成

ETC系统分为了前台读取和交换系统以及后台数据处理和管理系统，其中又以前台系统为整个系统最为重要的支撑。而前台系统的组成主要分为了车载单元（OBU）和路侧识别单元（RSU），并且二者通过专用的短程通信DSRC协议来进行信息的无线交换，实现了汽车的自动识别，自动拍照和自动收取费用等功能。

①车载单元（OBU）又叫做电子标签，是一种能够进行短波通信和数据存储的移动设备，其中存储了车辆信息以及用户信息等数据，以供ETC系统作为调用收费查证的根据。一般OBU都是安装在车身前挡风处，便于识别。另外其还设置有IC卡接口，方便IC卡的插入，实现费用的实时支付，减少了繁琐的程序。

②路侧识别单元（RSU）是安置在路侧对装有OBU装置的来往车辆进行识别的短波通讯装置。其会发送广播，当车辆靠近时对其做出反应后，其会建立专用于和OBU通讯的通信链路。RSU通过DSRC协议和OBU进行加密通讯获取到车辆信息后，将其上传给后台处理系统。系统通过验证所获取的信息来下发车道控制和收费处理信息。如图1。

③DSRC短波通信协议是专用于RSU与OBU之间通讯的一种通讯技术。其基础是建立在5.8GHz的通讯频率上，通讯距离达到了十米，具有很强的抗干扰能力。其加密通信支持3DES、RSA算法，高安全性数据传输机制以及支持双向认证及加/解密。该技术能实现特定区域内点对点的专门通讯，不受其他电波的干扰。目前美国，欧洲，日本所出台的DSRC通信协议已受到了業内的公认，成为技术标准。

2 智能停车场引入ETC技术的需求

智能停车场是人们未来交通组成必不可少的一个部分，其实现将基于信息识别，数据管理，摄像处理等大量的新技术。若是要真正投入应用还必须依赖于成熟的系统模式，可靠的现有技术和已有的用户群体。而ETC是目前现有交通系统中拥有最多与此相关技术的系统，其出现为智能停车提供了更大可行性。以下提出了几个将ETC投入智能停车场应用可能性的原因：

①智能识别：理想的智能停车场由于没有人工的操作，因此需要相应传感器来对车辆的信息进行识别和交互。现有ETC中的RSU/OBU技术已解决了车辆身份识别和信息交互的问题，并在实际运用中有着很好的读取识别能力和稳定性。

②数据管理：要实现智能停车的设想就要有相应的大数据进行支持。其中运用到的用户信息，车辆信息，收费付费情况都需要大数据的记录和管理。ETC后台处理系统自身所具备的数据管理和存储功能为智能停车大数据的需求提供了基础。

③用户基础：现目前全国已有上千万驾驶者加入到了ETC用户群体，这一群众基础将使得智能停车场拥有一群可开发的用户群体。这些用户已体会到了电子不停车收费系统所带来的便利性和实用性，使得智能停车投入应用后更快的受到人们认可。

④统一标准：我国已有自己统一的一套ETC系统标准。若是ETC技术应用进智能停车场，这将使得智能停车场更快的规范化和系统化，减少新型停车场进入实际应用中探索的过程和大量费用。

3 智能停车现状

首先说到现在最为主流的智能停车技术，它们都还只能实现半自动的停车收费和数据记录，而对于停车场的管理并不能起到正确的规范作用。这类停车场大多结合了无线感应，微波传感以及图像识别技术等高新技术。在停车场的出入口处都设有天线，并且这些天线都由一台前台控制服务器所管理。前台服务管理器又与交通系统发布的收付费系统相连接，以实现标准收费。这类智能停车场实现了较为理想的收费方式，但是对于车辆在车位中的管理具有較大的缺陷。因为感应天线是放在进出停车场的位置，对于进出停车场的车辆能够很好的做出记录和查询，但是当车辆驶入停车场内的单个车位后，由于没有相应的感应器和视频处理器对其进行监控，所以当车辆发生不正确的停放情况时，控制系统不能做到及时的提醒和处理，导致停车场不能做到合理正确的规范。由于这些原因导致该类型停车场必须加入人为的管理和操作，离我们所设想的完全自动化还有一段距离。但这类停车场也有其自身的优势，其可以不通过大规模改造现有停车场，而只是在现有停车场的基础上加装所需要的硬件设施即可实现半智能化的管理功能，大大节省了其加装费用。这类停车场也可以看作是我们向全自动管理的智能停车场发展的一种过渡型停车场，它为我们提供了很多技术参考和停车场设计经验。

另一类正在研发和设计的停车场就要高级的多了，其对于场地，技术和投入都要求很高。这类全新的智能停车场设计的环境都是以封闭的大楼为基础，需要专门为其开发一片智能停车场地，对于现有停车场的改造较大，不能很好的实现兼容。其次，由于要对车辆实现理想的管理功能，车场中会加入很多载运车辆的装置和中转机构，其结构不仅复杂，而且不能保证运行的平稳性和工作的稳定性。其对于行驶的路面也有一定要求。再说到该类停车场对技术的要求，为了实现运载装置的理想运载功能，其上会设置不少感应器，并且运载器和运载器之间还会有相应的交互装置，不仅如此，在其运行的车道上也会设有大量的传感装置，这将会加大对于传感器技术的要求和数量。此外，由于加入了更多的附属设备，整个系统在运行时需要运算更加精确和高级的计算机。只有计算机拥有精确的计算能力和完整的系统模块才能保证该类停车场中的各个部分在工作时不产生相互干扰作用；否则，各个部分功能不能很好的协调将导致整个系统的瘫痪甚至是严重的管理事故。由于这类新型停车场对于场地和技术的要求较高，因此其开发和投产的费用将远远超过现有类型的停车场，和理想的智能停车场还要很大的出入。

4 ETC在智能停车中的新管理模式

经历了近三十年的发展，如今的ETC技术已形成了相当的技术标准和成熟度，所以结合ETC技术的智能停车场将大大节省开发费用和提高其系统稳定性。由于现有ETC系统已融入了智能识别功，可以实现智能停车的信息读取和交互，为智能停车场的实现提供了最根本的技术基础。另外它还加入了视频拍照技术，可以实现收费查证和数据记录。但是要想实现车辆在单个停车位中的位置规范功能，就需要有精确的定位信息，这就需要辅助于其他技术的应用。（图2）

①结合压力传感器的车身定位。目前，已有大量压力传感器应用在了停车技术中，但是都仅仅是将其用来判断车位中是否有车辆，而并没有用于对车身位置的判断。车辆通过四个车轮与地面接触，通过对四个车轮位置区域的限制来实现对车身位置的限制，将会有很好的精确度和实用性。压力传感器的成本不高，且耐用度好，是很好的基建元件。且其宽广的承重范围，可以适应各种大中小型车辆。

通过重力公式：G=mg

压强公式P=F/S

且一般车辆质量不小于700kg，单个轮胎接地面积不小于0.013平方米

则有：P=700×9.8/（4×0.013）≈132kp

所以通过RSU感应到车辆后，启动压力传感器，当每个压力传感器都感应到大于132k的压强时，判定有车辆驶入，然后对车身位置起到限定作用，并将车辆占用信息上传终端。若是未能符合正确的停放标准则对车辆进行提醒，若是驾驶人未能修正位置，则进行拍照，并将车辆信息上传系统，最后再通过系统对车辆进行处理和记录。这样很好的实现了车辆在停车位中的管理，不仅仅是收费功能的智能实现。

②结合虚拟车位的车辆管理。该技术需要建立在RFID卡的识读基础上，由于成本原因一般是基于RSSI原理。车场中需要设置一定数量的参考坐标，通过待定标签与参考标签的RSSI相似度，以精确定位待定标签位置。该技术成本低且较易于实现。

若参考坐标为（X1，YI）

待定标签坐标为（X，Y）

则参考标签和待定标签的误差可以根据公式：e=求出。

由于这类技术本身是基于近似算法会有大概10公分左右的误差，可能在精确度上还有待提高，但是其和ETC的结合易于实现，因为基于RFID技术，其和ETC有共同之处，在未来的实现上可以直接利用现有的OBU标签作为待定标签，减少了从新开发电子标签的程序和费用。另外成本也是其一大优势。（图3）

③结合精确定位系统的停车位管理。若是此技术的实现，将大大减少智能停车场在硬件设施上的投入和开发，大大减少费用支出。但是此技术要求车辆拥有精确的定位装置和完善的软件模拟系统。模拟系统按照停车场的布置设置了相应车位和通道，以模拟车辆在实际停车场中的行驶状况和位置，判定车辆是否正确停在了车位中，并且虚拟系统还可以设置提示，引导和车位信息，为驾驶者提供跟为便捷的停车体验。不仅如此，结合了电子地图后，停车场能够更好的和外界道路交通相结合，实现更为完整的交通体系建设。

这三类技术对于停车场内的车辆定位管理在精确性，可行性和费用投入方面都能做到很好的平衡。并且他们和ETC的结合可以实现停车费用收取的自动化和管理的自动化，不再有赖于人为的管理。

5 总结

现有的智能停车系统还有赖于人为的操控，对于车位不能做到合理的管理，而新开发的智能停车系统对于技术，场地和资金的投入都有着很高的要求，对于实现还存储在很大的问题。而结合时下流行的ETC技术和车身定位技术的智能停车场，能够在技术成熟度，费用投入，穩定性上有一个很好的综合，是未来智能停车场的很好发展方向。