RSU在電子不停車(chē)收費ETC系統中的設計

　我國ETC自國家標準頒布實(shí)施以來(lái)，經(jīng)過(guò)兩三年的發(fā)展。目前為止市場(chǎng)上已經(jīng)出現了十幾家的產(chǎn)品提供商，基本形成了多廠(chǎng)商競爭局面。因為ETC的方便快捷，贏(yíng)得各地業(yè)主的一致好評，各地建設力度與日俱增，目前國內絕大部分省市已經(jīng)建設開(kāi)通ETC車(chē)道，截至目前，全國已建成超過(guò)1700條ETC車(chē)道，用戶(hù)接近100萬(wàn)。但是客觀(guān)上說(shuō)各家廠(chǎng)商的技術(shù)水平參差不齊、產(chǎn)品技術(shù)成熟度不一樣。因此整個(gè)行業(yè)仍然處于在摸索中不斷的試錯與被教訓，以及從教訓中獲得成長(cháng)的初級發(fā)展階段。握奇OBU使用的是集成芯片的方案，保證了產(chǎn)品可靠性、穩定性，及產(chǎn)品的一致性。以前曾經(jīng)專(zhuān)門(mén)寫(xiě)過(guò)關(guān)于OBU集成芯片方案的可靠性設計，本文重點(diǎn)介紹下ETC系統中的另外一個(gè)重要設備——RSU。RSU是路側單元，架在收費站龍門(mén)架上，車(chē)輛通過(guò)收費站時(shí)，車(chē)內的OBU就是與路側的RSU進(jìn)行通信，完成扣款操作。所以RSU在整個(gè)電子不停車(chē)收費系統中扮演著(zhù)舉足輕重的角色。從RSU的設計技術(shù)方案來(lái)講，從系統功能、性能、環(huán)境適應性、可維護方案幾方面闡述。

　　1、系統功能性設計：

　　1.1分體設計，方便靈活：路側設備采用單元化、模塊化設計，將整個(gè)RSU分為天線(xiàn)端和機柜端兩個(gè)部分。微波射頻模塊位于天線(xiàn)端，避免了饋線(xiàn)過(guò)長(cháng)引起的信號損耗，保證了接收靈敏度和發(fā)射功率滿(mǎn)足國標要求并留有裕量；數據調制與解調、編碼與解碼模塊位于天線(xiàn)端，使用高效率的并口傳輸，縮短處理和傳輸時(shí)間；PSAM卡安裝在機柜端，由測試狀態(tài)進(jìn)入到運營(yíng)狀態(tài)時(shí)，更換PSAM卡無(wú)需將天線(xiàn)端拆下，避免再次調整天線(xiàn)角度，使得操作更加方便、簡(jiǎn)單、快捷；各種狀態(tài)指示和檢測模塊位于機柜端，方便檢測人員快速、準確的判斷設備工作狀態(tài)，進(jìn)行故障診斷。 

　　1.2多級功率調整，通信區域控制精確：發(fā)射功率能夠根據實(shí)際應用情況實(shí)時(shí)調整，通過(guò)更改軟件配置參數實(shí)現多達64級的調整范圍，調整范圍更大，調整步進(jìn)更加精細，使得通信區域的控制更為精確，降低鄰道干擾的影響。 

　　1.3多頻配置精確，適應不同應用：采用頻率鎖相技術(shù)與溫度補償技術(shù)相結合的方式，使得工作頻點(diǎn)更加穩定�？删幊替i相技術(shù)讓頻率設置更為方便，只需改變軟件設置參數，即可實(shí)現不同工作頻率的轉換。除包含國標目前規定的兩個(gè)頻點(diǎn)外，頻率設置的范圍更大，為鄰道設置、協(xié)議變化等導致的頻點(diǎn)增加等問(wèn)題提供解決方案。 

　　1.4豐富通信接口，滿(mǎn)足各種應用：具備豐富通信接口方式，包括網(wǎng)絡(luò )接口和RS232/485接口。網(wǎng)口通信方式傳輸速度快，可以縮短交易時(shí)間，提高通行速度。同時(shí)有利于實(shí)現組網(wǎng)功能和遠程控制。RS232/485接口能兼容現有大多數車(chē)道設備，使用方便，滿(mǎn)足各種應用條件的使用要求。 

　　1.5標準化設計，符合互聯(lián)互通要求：設計上，物理參數和協(xié)議上完全符合國標GB/T 20851-2007，同時(shí)又保證了滿(mǎn)足特殊需求的靈活性。設備通過(guò)了國家交通部組織的互聯(lián)互通測試，在滿(mǎn)足國家標準的同時(shí)，具有良好的兼容性和互操作性。另外，在設計上采用了更為靈活的技術(shù)方案，技術(shù)參數和協(xié)議可快速跟蹤國標升級，或根據各地業(yè)主的實(shí)際應用需求進(jìn)行個(gè)性化定制，更具應用性和兼容性。 

　　1.6先進(jìn)系統架構，方便用戶(hù)定制：采用先進(jìn)的嵌入式LINUX操作系統，可以方便的進(jìn)行文件管理、內存管理、網(wǎng)絡(luò )管理、遠程更新和應用擴展，而且能夠實(shí)現脫機交易。同時(shí)，能夠根據應用需求在不改變主要流程的情況下，通過(guò)增加程序模塊實(shí)現快速功能擴展。通信協(xié)議上采用先進(jìn)的層次結構和組件架構，滿(mǎn)足國標要求，并可以快速、準確的為各種地方需求做出定制，并保證其穩定性和可靠性。 

　　1.7軟件接口豐富，適應各種通信需求：具有基于專(zhuān)用短程通信（DSRC）應用層和設備應用服務(wù)原語(yǔ)進(jìn)行封裝的應用編程接口（API）函數方式，以動(dòng)態(tài)／靜態(tài)庫的形式提供，支持Linux操作系統。具有基于具體ETC 應用流程（包括ETC 車(chē)道交易、電子標簽初始化發(fā)行等）的集成命令接口方式，以接口數據幀格式的形式提供。具有透明傳輸接口，可實(shí)現ETC流程完全PC控制工作方式。具有豐富的調試命令接口，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )用命令行的方式調試設備。 

　　1.8豐富通信協(xié)議，適應各種需求：支持TELNET，SOCKET，TCP/IP等網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議，適合于多種復雜環(huán)境的需求，并且硬件無(wú)需改動(dòng)。 

　　1.9多路信號采集，支持不同工作方式：支持多種工作模式，如觸發(fā)模式：RSU設備預留多路信號采集接口，可以將地感線(xiàn)圈觸發(fā)信號直接送入RSU，自主啟動(dòng)工作；常開(kāi)模式：RSU設備一直處于工作狀態(tài)，搜索合法的標簽進(jìn)行交易通信；人工控制模式：由車(chē)道計算機發(fā)出命令，控制RSU開(kāi)始工作。

　　2 系統性能設計：

　　2.1天線(xiàn)覆蓋精準，調整方便：采用微帶陣列天線(xiàn)作為微波信號的收發(fā)天線(xiàn)，通過(guò)精確的天線(xiàn)陣列分布計算和獨有的旁瓣抑制手段，將天線(xiàn)波束水平主瓣控制在21°以?xún)�，旁瓣電平抑制超過(guò)-19.3dB。嚴格控制波束覆蓋的范圍，保證投射到車(chē)道上的通信區域寬度在3m以?xún)�，泄露到相鄰�?chē)道的信號功率及其微弱，最大程度的抑制了“鄰道干擾”。RSU天線(xiàn)縱向覆蓋范圍可以通過(guò)天線(xiàn)俯仰角度和發(fā)射功率進(jìn)行精確調整，保證通信區域的長(cháng)度滿(mǎn)足交易要求，減少了跟車(chē)干擾的可能。 

　　2.2功率控制精確，分辨率更高：采用數字功率控制方案，進(jìn)行遠端RSU發(fā)射功率的控制與調整，能夠實(shí)現功率多達64級步進(jìn)調整，調整步進(jìn)更為精確，可以實(shí)現通信覆蓋范圍的細微調整，有效控制交易通信區域，抑制鄰道干擾。 

　　2.3高速處理芯片，交易速度快：采用技術(shù)先進(jìn)的高速芯片ARM和FPGA進(jìn)行數據分析和處理，在保證穩定性和可靠性的前提下，大大提高了數據處理速度， 降低了交易數據處理時(shí)間，提高車(chē)輛通行速度。

　　3 環(huán)境適應性設計

　　3.1先進(jìn)的EMC設計，適應各種電磁環(huán)境：RSU系統的電磁兼容性（EMC）是系統能夠在各種復雜的電磁干擾惡劣環(huán)境中，能夠正常穩定的完成交易的一項關(guān)鍵指標。它不僅關(guān)系到產(chǎn)品本身的工作可靠性和使用安全性，而且還可能影響到其他設備和系統的正常工作，關(guān)系到電磁環(huán)境的保護問(wèn)題。我國政府和ETC國家標準認證中心對電子產(chǎn)品的EMC指標有明確且嚴格的指標要求。采用先進(jìn)的EMC設計理念，具有超強的抗電磁干擾能力，能夠在日益復雜惡劣的外界電磁環(huán)境中正常使用。同時(shí)，對外的電磁能量輻射嚴格按照有關(guān)國家標準控制，在系統交易覆蓋范圍以外的電磁輻射量做到在同行業(yè)中最低。產(chǎn)品通過(guò)握奇智能科技內部的相關(guān)EMC測試。該測試標準比國家標準更加嚴格。 

　　3.2自動(dòng)溫度補償設計，適應更寬溫度范圍：憑借十幾年來(lái)在RF系統方面的研發(fā)創(chuàng )新積淀，在RSU上采用了先進(jìn)的自動(dòng)溫度補償控制系統，在外界高低溫度劇烈變化的環(huán)境中，通過(guò)該控制系統為設備的正常穩定工作提供了可靠保障，有效的保證了RSU各項指標不受環(huán)境溫度變化的影響，從而保證RSU的天線(xiàn)覆蓋范圍不受環(huán)境溫度的影響，穩定可靠。其中最為關(guān)鍵的RSU發(fā)射功率和頻率，RSU通過(guò)內部高低溫度環(huán)境交替劇烈變化測試實(shí)驗證明：在-40℃--+85℃溫度環(huán)境交替變化時(shí)，交易穩定正常。 

　　3.3防塵防水防震設計，適應惡劣環(huán)境：設計理念先進(jìn)，分體設計結構分為天線(xiàn)端和機柜端。具有方便靈活的安裝，操作特點(diǎn)。天線(xiàn)端安裝完成后，其他一切操作由遠端機柜控制調試設置，并控制使用，同時(shí)，天線(xiàn)端具有高等級的防塵、防雨和抗震能力，真正做到免維護。即：可以完全防止外物及灰塵的侵入，防止來(lái)自各方向噴射出的水進(jìn)入�？梢詿o(wú)防護的應用于室外，可安全可靠的工作在高速公路收費島附近灰塵密布，氣候惡劣的室外環(huán)境。機柜端置于控制室，操作上做到“足不出戶(hù)”即可實(shí)現各項使用控制的完成。兩端的鏈接采用單根通訊電纜航空接頭，將供電與數據線(xiàn)包含于內，安裝極為方便、簡(jiǎn)單、快捷。并且供電采用24V DC，使用安全。 

　　3.4防雷、防靜電設計，適應雷雨環(huán)境：RSU本身具有突出的防雷能力，在不加外部防雷器件的情況下即可防沖擊電流10KA以上。

　　4 系統可維護性設計

　　4.1單元模塊化設計，維護快速便捷：采用單元模塊化設計，這種方案結構簡(jiǎn)單，易于維護。由于采用分體設計，將PSAM卡置于機柜端，更換PSAM卡時(shí)無(wú)需將天線(xiàn)端拆下。同時(shí)，機柜端能夠監控天線(xiàn)端各部分的工作狀態(tài)，易于快速故障診斷和定位。模塊化設計使得維修能夠在最短時(shí)間內完成，減少對車(chē)道正常通行的影響。
　　4.2支持網(wǎng)絡(luò )功能，實(shí)現遠程管理：支持網(wǎng)絡(luò )功能，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )管理工具對設備進(jìn)行配置和組網(wǎng)管理。組網(wǎng)內所有RSU可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )配置軟件或本地命令調試工具進(jìn)行遠程管理，包括程序更新、故障診斷、數據監控、參數配置等功能。
 
　　4.3大容量存儲，支持日志備份：內部集成了大容量存儲芯片，可以支持100000條日志記錄，便于故障的跟蹤、分析和處理。

　　從上面的分析得知，ETC高速公路電子不停車(chē)收費系統是嚴格按照國家標準：GB/T 20851-2007進(jìn)行設計開(kāi)發(fā)，并始終保持與國家制定ETC標準的各有關(guān)部門(mén)保持密切聯(lián)系與溝通，產(chǎn)品的更新與國標更新相同步。公司擁有一支技術(shù)實(shí)力雄厚的ETC項目團隊，依靠強大的研發(fā)實(shí)力和對ETC系統設備研發(fā)的執著(zhù)追求，攻克了一個(gè)個(gè)的難關(guān)，進(jìn)行了一次次的創(chuàng )新，將一系列的研發(fā)成果成功的應用于其研發(fā)的產(chǎn)品當中，所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品在多方面擁有其獨特的技術(shù)優(yōu)勢和保障，與其他同類(lèi)產(chǎn)品相比較，具有明顯的優(yōu)勢，完全保證路側端設備RSU的穩定性、可靠性和系統的兼容性。并且作為國內唯一能提供的ETC系統的一攬子方案為業(yè)主提供了一套值得信賴(lài)的解決方案。

RSU在電子不停車(chē)收費ETC系統中的設計