??? 摘? 要: 給出了交通信息采集及監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構設計,著重討論了路邊單元、車載單元、車道控制系統(tǒng)及確保系統(tǒng)信息安全的措施。本系統(tǒng)通過微波標識卡和IC卡分別對機動車輛和人員進行有效標識,并能實時記錄和監(jiān)控機動車輛和人員有關的消費和控制信息,滿足了多種應用功能的需求。?
??? 關鍵詞: 智能交通系統(tǒng)(ITS)? 信息采集 監(jiān)控
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??? 現(xiàn)有交通系統(tǒng)存在的問題主要表現(xiàn)在功能單一、缺乏交互能力、實時性不夠、價格較高等方面[1][3]。因此,需要有一個準確、可靠的信息采集和監(jiān)控系統(tǒng),它將來自底層的實時數(shù)據(jù)收集起來,準確、迅速地通過高速信息傳輸網(wǎng)送交后臺進行分析和處理,并及時執(zhí)行后臺下達的處理結果及監(jiān)控指令。智能交通系統(tǒng)(ITS,Intelligent Transportation Systems)[1～2]是現(xiàn)代高新技術在交通系統(tǒng)綜合與集成的道路交通系統(tǒng),它強調智能化的道路、車輛與人的協(xié)調統(tǒng)一,以求營建安全、快速、舒適、高效、重視環(huán)境保護的道路交通系統(tǒng)。ITS服務的對象是流動的車輛及駕駛人員,其數(shù)據(jù)大多為動態(tài)、實時、分布的數(shù)據(jù)。?
1 系統(tǒng)的總體結構?
??? 根據(jù)應用需求,在主要的交通路口(包括交通路口、橋梁、重要路段)設置微波收發(fā)天線及路邊控制器。在不影響車輛行駛速度的情況下,實時采集各種經(jīng)過車輛上的微波標識卡上的車輛運行及消費、控制信息。上述數(shù)據(jù)由運行在數(shù)據(jù)匯集點服務器上的數(shù)據(jù)收集和發(fā)送系統(tǒng)上傳給系統(tǒng)后臺管理中心。其總體結構如圖1所示。?
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2 路邊單元?
??? 路邊單元包括微波收發(fā)天線及路邊控制器兩個主要部分。路邊控制器采用工業(yè)控制計算機,通過固化的系統(tǒng)軟件、庫軟件和應用軟件控制各天線收發(fā)器的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送,并完成與上位機的通信。通信處理接口控制器與控制計算機之間采用串行通訊,它可以插接多塊通信處理接口板,因此一臺路邊控制器可以同時對多臺天線收發(fā)器進行控制。其組成結構如圖2所示。?
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2.1 微波收發(fā)天線?
??? 收發(fā)天線作為路邊單元不可缺少的重要部分,其基本功能是發(fā)射和接收天線電波。發(fā)射時,把高頻電流轉換為電磁波;接收時,把電磁波轉換為高頻電流。天線種類很多,為了提高通信的質量,減少誤碼率(在Ber<10-6),本系統(tǒng)采用了定向天線。設備安裝示意圖如圖3所示。?
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??? 通信區(qū)域:當天線距地面5.2m、電子標簽距地面1m、位誤碼率滿足Ber<10-6時,有效通信區(qū)域為3.5m×3m的區(qū)域。?
2.2 通信處理?
??? 通信處理在通信處理接口板中完成,主要實現(xiàn)DSR通信協(xié)議的功能,即將高級語言編碼的用戶程序轉換成歐洲CEN標準的“原語”。?
??? 通信時間 當車輛時速V=160km/h時,車輛經(jīng)過有效通信區(qū)域的時間T為:?
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??? 由于允許路邊單元從車載單元(微波標識卡)內完成讀取/寫入數(shù)據(jù)的時間較短,要求讀/寫的數(shù)據(jù)盡可能精簡。?
2.3 控制機?
??? 控制機負責收集并轉換收發(fā)天線和POS機(安裝于停車場、加油站等的IC卡消費終端設備)等消費控制終端設備采集的數(shù)據(jù),并將轉換后的數(shù)據(jù)通過本地的局域網(wǎng)傳給本地數(shù)據(jù)匯集點服務器;同時也可根據(jù)集成管理子系統(tǒng)下發(fā)的命令對數(shù)據(jù)做出及時的處理(如黑名單的告警等)。?
3 車載單元?
??? 本系統(tǒng)的車載單元采用微波標識卡(OBE)。為了對系統(tǒng)中的流動實體對象(車輛和消費者)進行有效的控制,采用IC卡標識消費者,OBE標識機動車輛。IC卡和OBE耦合標識一次駕駛活動。?
3.1 IC卡和OBE之間的通信?
??? 在信息采集過程中,通常需要IC卡與OBE協(xié)作共同完成一次完整的信息采集。為了保證整個交易過程的可靠性和數(shù)據(jù)完整性,需要在OBE和IC卡之間進行有效認證,并需要在汽車高速行駛的過程中,在極短的時間內完成對IC卡的數(shù)據(jù)讀寫。為了解決認證和讀寫效率之間的矛盾,對OBE卡進行針對性設計,利用OBE中的存儲區(qū)域作為交易的高速緩沖,事前由OBE完成對IC卡的認證,事后由OBE完成對IC卡的數(shù)據(jù)更新操作。?
??? OBE結構及其與IC卡的耦合示意圖如圖4所示。?
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3.2 交易過程?
??? 在OBE的MEMORY中存有車輛ID信息,并且是唯一的。在IC卡中存放的是IC卡擁有者的個人ID信息,當IC卡插入OBE后,IC卡的個人ID就下載到OBE中的MEMORY,當OBE經(jīng)過天線收發(fā)器時,這些信息(包括個人ID和車輛ID)發(fā)送給RSE,其交易過程如圖5所示。?
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4 車道控制系統(tǒng)?
??? 車道控制系統(tǒng)兼有信息采集和監(jiān)控功能,其結構如圖6所示。車道控制機完成最前端設備的控制和數(shù)據(jù)采集,主要由自動車輛識別裝置(AVI)完成車輛自動參數(shù)的快速自動識別。該裝置通過無線電波與車載識別卡OBE實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換,使系統(tǒng)可在極短時間內作出反應,因而車輛通過收費口時,可以不停車快速通過。?
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??? 當有車輛進入工作區(qū)時,由電磁車輛檢測器完成對車輛的檢測和分隔處理,向系統(tǒng)發(fā)出有車通過的信號;由天線自動識別并讀取通行車輛車載卡中的卡號、車類等車輛身份參數(shù)信息,自動反饋給車輛控制機形成過車記錄;車道控制機根據(jù)系統(tǒng)黑名單檢查卡的狀態(tài),控制車輛交通信號燈、顯示牌以及電動欄桿等作出相應反應,控制、指揮通行;當系統(tǒng)檢測到有非正常狀態(tài)的車輛(如止付卡、無卡、非結卡等)通行時報警,提醒稽查人員進行處理,并由抓拍攝像機抓拍,記錄在案。?
5 安全措施?
??? ·所有進入系統(tǒng)的終端交易設備必須遵循中國人民銀行頒布的有關IC卡交易的標準。?
??? ·IC卡的安全性:每張IC卡都有一個唯一的交易密鑰。?
??? ·終端的安全性:終端在每次上電時均執(zhí)行相應的安全檢查,包括終端合法性的檢查,終端同PSAM卡(IC卡管理系統(tǒng)終端部分的安全模塊)的雙向認證。在交易過程中每次均包含電子簽名,防止篡改。?
??? ·交易的安全性:每筆交易均由IC卡同交易終端的安全模組(PSAM)之間進行雙向認證來完成。交易終端的安全模組采用PSAM卡(密鑰卡),由密鑰卡與IC卡之間實現(xiàn)雙向認證。?
??? ·通訊的安全性:每筆交易上送時均采用ISO8583格式進行加密傳輸,防止非法修改。?
??? 本信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點是:通過IC卡和微波標識卡對消費者和機動車輛進行有效標識,并能實時、準確記錄和監(jiān)控消費者和機動車輛有關的消費和控制數(shù)據(jù),實現(xiàn)了IC卡、微波標識卡與監(jiān)控系統(tǒng)之間信息的動態(tài)交互,滿足了多種不同應用功能的需要。此外,由于采用微波收發(fā)天線及其路邊控制設備,實時采集經(jīng)過車輛上的微波標識卡的信息,系統(tǒng)還具有準確、及時、可靠及不影響車輛正常行駛的優(yōu)點。?
參考文獻?
1 Robert L. From the 1986 Caltrans Conference to the?1995 World Congress:A Decade of Global Progress in?Intelligent Transportation.Proceedings of 3rd World??Congress on ITS, French, 1995?
2 陸化普,史其信. ITS——新一代道路交通系統(tǒng). 公路交通科技,1997(4):9～14?
3 房建成,申功勛,萬德鈞.市區(qū)車輛導航監(jiān)控與交通管理系統(tǒng)研究. 中國公路學報,1997;10(3):94～100