二义性路径识别收费方案.docx
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二义性路径识别收费方案
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 R
SU 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/13.5
6Mhz 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