??? 摘? 要: 給出了交通信息采集及監控系統的總體結構設計,著重討論了路邊單元、車載單元、車道控制系統及確保系統信息安全的措施。本系統通過微波標識卡和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(ITS)? 信息采集 監控

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??? 現有交通系統存在的問題主要表現在功能單一、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控系統,它將來自底層的實時數據收集起來,準確、迅速地通過高速信息傳輸網送交后臺進行分析和處理,并及時執行后臺下達的處理結果及監控指令。智能交通系統(ITS,Intelligent Transportation Systems)^[1～2]是現代高新技術在交通系統綜合與集成的道路交通系統,它強調智能化的道路、車輛與人的協調統一,以求營建安全、快速、舒適、高效、重視環境保護的道路交通系統。ITS服務的對象是流動的車輛及駕駛人員,其數據大多為動態、實時、分布的數據。?

1 系統的總體結構?

??? 根據應用需求,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。上述數據由運行在數據匯集點服務器上的數據收集和發送系統上傳給系統后臺管理中心。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天線及路邊控制器兩個主要部分。路邊控制器采用工業控制計算機,通過固化的系統軟件、庫軟件和應用軟件控制各天線收發器的數據采集和發送,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 微波收發天線?

??? 收發天線作為路邊單元不可缺少的重要部分,其基本功能是發射和接收天線電波。發射時,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,有效通信區域為3.5m×3m的區域。?

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DSR通信協議的功能,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,車輛經過有效通信區域的時間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/寫入數據的時間較短,要求讀/寫的數據盡可能精簡。?

2.3 控制機?

??? 控制機負責收集并轉換收發天線和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據,并將轉換后的數據通過本地的局域網傳給本地數據匯集點服務器;同時也可根據集成管理子系統下發的命令對數據做出及時的處理(如黑名單的告警等)。?

3 車載單元?

??? 本系統的車載單元采用微波標識卡(OBE)。為了對系統中的流動實體對象(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據完整性,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卡的數據讀寫。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卡的數據更新操作。?

??? 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經過天線收發器時,這些信息(包括個人ID和車輛ID)發送給RSE,其交易過程如圖5所示。?

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4 車道控制系統?

??? 車道控制系統兼有信息采集和監控功能,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據采集,主要由自動車輛識別裝置(AVI)完成車輛自動參數的快速自動識別。該裝置通過無線電波與車載識別卡OBE實現高速數據交換,使系統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,向系統發出有車通過的信號;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;車道控制機根據系統黑名單檢查卡的狀態,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;當系統檢測到有非正常狀態的車輛(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。?

??? 本信息采集和監控系統的主要特點是: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、準確記錄和監控消費者和機動車輛有關的消費和控制數據,實現了IC卡、微波標識卡與監控系統之間信息的動態交互,滿足了多種不同應用功能的需要。此外,由于采用微波收發天線及其路邊控制設備,實時采集經過車輛上的微波標識卡的信息,系統還具有準確、及時、可靠及不影響車輛正常行駛的優點。?

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. 公路交通科技,1997(4):9～14?

3 房建成,申功勛,萬德鈞.市區車輛導航監控與交通管理系統研究. 中國公路學報,1997;10(3):94～100