作者：朱熙豪，郑于海，陶杰，刘海萍，倪双静（浙江省机电设计研究院）
摘要：基于5G+ETC所形成的交通感知网络融合云计算、现代通信技术、移动互联网技术、卫星定位系统、大数据处理技术等能实现高度智慧化的交通综合管理，是实时交通状态感知、道路交通管控、快捷城市管理、交通数据分析等多种融合全新技术和理念的创新应用。本文体系的建设推动了ETC多应用模式的研究，探索在实际业务中的实用性和效能，提升了ETC使用率，实现5G与ETC融合的智慧交通体系建设。
2020年，《交通强国建设浙江省试点任务》中要求加强ETC车载设备在智慧高速公路建设中的应用，搭建智慧云控平台，打造交通安全精准管控系统、车道运输组织创新系统，探索货车编队运输、雾天行车诱导等。2020年，交通运输部印发《2020年交通运输更贴近民生实事》，加快拓展ETC服务功能，包括开展ETC智慧停车城市试点等的全新的应用场景和体系，从国家政策层面推进了ETC在智慧城市和智慧高速中结合的全新应用。无论从国家层面还是ETC用户层面都急需提出创新ETC发展模式，强化ETC应用与服务，提升ETC使用率，推动ETC和5G高效融合，实现5G与ETC融合的智慧交通体系建设。
ETC用户不断增长，单一的高速收费场景已不再满足ETC市场需求，ETC将向城市延伸，从而赋能城市智慧交通管控生态链。目前交通管理系统的智能化水平普遍不高，无法适应车辆日益增长，交通持续拥堵的现状，且没有将交通与城市综合管理相结合。ETC应用发展方向如下。
（1）全面深化挖掘ETC道路信息数据的共享和利用，与交通诱导发布系统、互联网平台相结合，实现动态诱导、精细化诱导，建立完善的交通信息服务体系。（2）通过5G与ETC技术，将车辆、交通基础设施、红绿灯等系统进行物联，智能采集交通信息、天气信息以及其他交通设施信息等传输至车载终端。根据5G高精定位提供车辆的厘米级高精定位信息和行驶信息，实时指导车辆行驶的车道与车速，实现车道级导航。在发生突发事件时能及时使用5G通讯技术毫秒级延迟，实现紧急制动预警、前向碰撞预警等安全功能，实现部分自动驾驶场景。（3）构建部、省、市、县四级一体化的全路网5G+ETC智慧交通感知体系，精细化定位交通拥堵源，可实现交通拥堵影响范围评估及交通拥堵疏导策略。为交通管理部门搭建一套全路网、全场景的交通管控平台。为交通管理部门提供全天候、全路网监测监管交通运行状态提供数据支撑。与现有的交通管理体系不同，基于5G+ETC所形成的交通感知网络融合云计算、现代通信技术、移动互联网技术、卫星定位系统、大数据处理技术等能实现高度智慧化的交通综合管理。除去为车主提供路况导航、事故救援等服务外，还应包括多种融合全新技术和理念的创新应用：车位检测、车辆车位关联、电子支付、景区快捷出入功能等便民城市管理服务；更加精确的交通状态监控、交通拥堵预警、路网级的管控和诱导等城市宏观交通管理；对特殊车辆和“两客一危”车辆的应急调度和精准管控等城市重点车辆管理。
本系统将充分考虑后期平台的推广和应用，平台整体架构支持部、省、市、县四级体系，前期示范建设将考虑未来各级平台的功能，采用结构化、模块化设计，推动ETC多应用模式的深入研究，探索平台在实际业务中的实用性和效能。5G+ETC智慧交通感知体系具有数据感知、数据融合、数据处理和数据应用的数据智能处理与分析特性，系统架构如下图所示。用户层：为使用者提供可视化界面，通过数据管理可视化、数据应用可视化、安全监控可视化、指挥调度可视化手段，提供良好的人机交互界面。平台用户包括：交通运输管理人员、指挥调度人员以及系统操作人员和运维保障人员。展现层：对应用系统中所有的ETC设备、路网、车辆、视频（外部系统接入）等要素进行直观呈现，实现直观的视觉效果。包括：路网及车辆信息、车辆轨迹分析、运营/特种车辆管理、全域流量动态、交通调度指挥和运维保障等展示窗口。应用层：平台应用层是系统的核心运行引擎，通过数据分析与方法库融合，实现为用户提供具体的应用服务。包括：实时交通状态感知、道路交通管控、快捷城市管理、交通数据分析等。数据层：实现对数据接入层数据的采集、处理、融合、存储，并对应用系统所需的计算资源进行按需分配以实现资源的有效利用。在数据层实现统一的数据定义、设备设施档案统一、控制对象统一，保证数据完整性、时效性、一致性和准确性。网络层：由光纤通讯、交通运输专网和4G/5G互联网构成了通信网络。通过光纤通讯网络构建内部骨干网，实现快速、安全、高效的网络连接。感知层：接入了高速路网ETC、非高速路网及城市道路ETC、公共场所ETC、停车场ETC以及其他交通系统平台数据等。实时交通状态感知依托5G技术和ETC技术，ETC门架系统边缘计算节点实现车辆信息的获取。通过5G的组网技术，区域内的高速通讯网的组网，组网内的车辆及设备可以高速接入与通讯。实现车辆感知、ETC点位感知、故障感知、车辆轨迹感知、车辆告警感知。对车辆基础信息数据进行采集，配合高精地图就可以实现全局监控车道级的车辆实时信息，实现对特殊车辆和“两客一危”车辆的实时监控和轨迹跟踪。并依据特殊车辆的路径对需要进行调度的区域提前进行应急交通疏导、快速联动，提升应急事件处理效率。对于“两客一危”车辆则根据限行规则、法律法规等，对违法违规车辆进行管理，实现精准管控。 通过高精地图全局监视车辆实时检测信息。不同的车辆种类以不同的图标在地图上进行展示；可以根据按车牌号、车主姓名、车型等信息进行实时感知，并可以对公交车辆、渣土车辆及其他特种车辆的位置和路径信息进行实时感知，设置电子围栏，系统根据电子围栏属性和告警策略，实时监控车辆侵入情况并进行告警处理。全局感知所有ETC点位，包括运行状态、通讯状态等，每种状态在地图上以不同的图标展示，可实时获取通过车辆的标识、时间以及通过两个点位之间的时间、速度等信息，以及通过ETC点位的流量以及两个点位的流量动态。每辆车经过每个ETC点位被检测到后，通过5G网络实时提供厘米级、毫米级高精度定位服务，构建全天候、全天时、全地理的精准时空服务体系，用于结合高精地图实时将规定的车辆按感知时间顺序实时描绘出车道级的通行轨迹。根据划分的电子围栏或限行政策，在其范围内的车辆在系统上进行告警显示，快速查找车辆和车主信息，并可对立即定位和调取实时的行驶轨迹，便于快速查找追踪。将重点车辆（“两客一危”）列入管理范围，对不同的路段进行设定，以确保车辆按照预定路线、时间行驶并保持限定车速，最大限度地消除安全隐患。 道路交通管控是构建智慧交通体系非常重要的一个环节。通过合理优化管控措施，以及分析管控区内、管控区边界、管控区外不同交通运行特征，以云计算、大数据和ETC技术为基础，及时、精准获取海量的交通数据并构建交通数据处理模型，智能配置道路交通资源，实现路网级的管控和诱导，全路网交通各类信息的充分共享与交换，实现城市综合管理的道路交通信息采集、拥堵调节等的应用。随着ETC感知设备在道路覆盖范围扩大，为城市交通提供了精准的路况信息、交通流量、车辆轨迹等车辆出行数据，根据ETC采集的实时数据为交通决策者精细化的交通组织设计、道路交通设施改造和精准化的道路交通管控、交通疏导提供科学化决策依据。（1）利用电子围栏功能，检测非法驶入车辆信息、限行车辆，并将信息发送至相关执行部门。（2）对特种车辆行驶轨迹进行分析，监测特种车辆是否按预定路线行驶，特种车辆是否是超速等危险驾驶行为。（3）对辖区内公共交通的动态监管。实现全市路网内营运车辆交通量、运行速度、事件的管理，向交通管理部门提供统计、分析数据，帮助交通管理部门分析营运效益、调控营运策略，以达到在重大事件中快速响应，快速决策、快速调度。（4）在灯控交叉口上游路段布设ETC感知设施可实时检测交叉口车辆的排队长度和断面交通流量，为灯控交叉口信号配时方案实时优化控制提供精准的数据支撑。从而有效提升主干道通行能力、加快道路平均行驶速度、缩小路口平均延误。以移动互联网技术、图像识别技术和ETC 技术为基础可实现城市综合管理的车位检测、车辆车位关联、电子支付、景区便捷出入等功能应用。实现ETC+智慧停车、ETC+智慧加油，ETC+智慧洗车、ETC+智慧充电、ETC+智慧景区/园区等相结合的ETC多场景服务，助力智慧交通、智慧城市发展。在场景内布设RSU，利用OBU和IC卡共同作为车辆身份识别装置，辅以车牌自动识别技术，使拥有电子标签的车辆自由出入各个卡口，实现无需下车即可进行非现金支付。目前，新建的停车场已经开始重视使用ETC收费系统，实现停车无人值守，提高停车位使用效率，优化城市停车供需关系，推动城市动静态交通均衡协调发展，提升城市交通综合服务能力。在公、铁、机场等大型交通枢纽场站周边停车场、路侧停车泊位布设ETC检测设备，可实时检测车辆动、静的状态，为拥堵路段、区域提供交通预警、预报分流诱导措施。在重点区域内、商场购物中心等具有代表性公共场所，如宾馆、医院、商场、大型影剧院、购物中心、大型交通场站周边各停车场所布设ETC检测设备，可实时感知每个停车场所的停车泊位占用情况和空余停车泊位消息，有效减少车辆寻找停车泊位的难度。将ETC技术应用于智能停车场中，除了实现停车场收费，更应注重解决支付安全性和便捷性问题，并实现针对性的信息发布和车位引导，满足司乘用户要求，同时提供全面的车辆统计信息，为管理者的决策提供参考。结合ETC感知的历史数据对车辆轨迹、流量、用户行为、道路情况进行数据查询和分析。对5G与ETC技术获取的车辆位置、状态、速度、方向和运行轨迹等数据进行分析，具有高效的防盗、防抢功能，极大提高了车辆运行的安全性和调度的便捷性。根据过往车辆通过时间段、车辆类型、车牌号码、路段名称、行驶方向等统计一个时间段内经过一个路段，或多个路段的车流量信息，统计结果为管理者的决策提供参考。根据车辆的车牌、车辆类型，通过ETC的时间段、频次、行驶方向、记录类型等条件进行机动车的行车路线行为分析。针对不同车辆的起始点区域进行聚类，可形成车主行车路线的行为分析，为道路的交通机动车需求模型构建和道路的溯源性分析提供支撑。ETC道路感知数据实时显示城市主干道、环路及主要支路上的交通通行状态图。根据道路的级别和设计时速，判断其状态，可以根据拥堵的趋势，并及时调整交通管理措施。5G与ETC融合的智慧交通体系建设，其运维成本低，ETC安装可借用卡口、诱导屏的杆体或龙门架，路口安装可借用电子警察、信号灯杆体，大大节约了设备施工安装成本，其5G 蜂窝网络定位系统可以利用现有5G基站。因而本系统还具有技术成熟、覆盖面广、数据精准度高、对恶劣环境适应性强、技术迭代、更新换代周期长、运维成本低等经济实用性。该交通体系为交通管理部门打造一套全路网、全场景的ETC应用平台，逐步完成高速公路、国省干线、城市道路、停车场（站）等重要交通基础设施的信息化建设，实时获得城际与城市交通实时车辆通行状态，为城市交通管理者提供交通决策、交通诱导依据，提高社会交通的出行效率和经济效益。实现了关联车辆、车主等信息的全路网内车辆运行态势实时感知，分析提供道路拥堵、车辆轨迹等动态信息，为动态交通管控提供支撑，大大提升了公共交通信息化程度，推进路网交通数据资源赋能交通发展，将促使交通管理部门提升城市智慧交通的整体服务质量的能力，并形成部、厅、地市及区县交通局四级管控“一张网”局面，构建全量化、精准化交通大数据运营规范化管理体系，促进道路交通运输行业经济健康可持续发展。实现5G与ETC融合的智慧交通体系完全融入到智慧城市的建设中，与交通、交警、城管、住建、公安等相关部门数据充分融合，从而实现创新交通管控，为全面建成全路网交通感知平台，构建综合交通大数据中心体系奠定基础。[1] 王丰,班伟杰,戴泽华.融合ETC及无感支付技术的高速公路收费系统设计[J].现代电子技术,2021,44(03):1-5.[2] 石竹玉.电子车牌与ETC系统融合研究[J].交通企业管理,2021,36(01):53-55.[3] 辛广宇.ETC自由流收费技术在停车场中应用分析[J].市政技术,2021,39(01):21-23.[4] 周小杰.智慧交通ETC门架系统网络安全建设[J].科技创新与应用,2020(36):71-72.[5] 王艳.新型智慧城市建设路径的困境及其对策研究[J].智能建筑与智慧城市,2021(01):31-33.[6] 谈帅,罗尊骅.基于WebGIS北斗车辆监控系统的关键技术研究与系统设计[J].网络安全技术与应用,2021(01):142-144.[7] 陈帅,张炜.新时期基于5G网络的智慧交通建设浅述[J].中国新通信,2020,22(23):9-10.[8] 陆哲元.基于高精地图的车路协同智能交通系统[J].中国公共安全,2019(11):101-103.[9] 庄凌凡,刘留,张嘉驰,邱佳慧.基于5G蜂窝网络的城市列车高精度定位探讨[J].导航定位学报,2020,8(05):1-10.[10] Camacho F, Cárdenas C, Muñoz D. Emerging technologies and research challenges for intelligent transportation systems: 5G, HetNets, and SDN[J]. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 2018, 12(1): 327-335.[11] Sodhro A H, Pirbhulal S, Sodhro G H, et al. Towards 5G-enabled self adaptive green and reliable communication in intelligent transportation system[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2020.[12] 陈戈,赵晨.基于北斗高精度定位车辆监控平台设计与实现[J].电子设计工程,2020,28(04):52-55.[13] 王鑫宇.5G时代背景下城市智慧交通发展探讨[J].交通企业管理,2020,35(06):7-9.（原文刊载于2021年《中国交通信息化》增刊）
责任编辑 | 王虹
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