代艷萍 沈中偉 王思政 夏松林

摘要：智能交通是現目前最受關注的人類未來發(fā)展話題之一，而智能停車場則是最和人們息息相關的交通問題。結合ETC技術的智能停車場技術將成為未來最貼近人們生活實際的智能停車技術?，F目前雖說有很多智能停車技術，但都存在或多或少的環(huán)境要求高，管理困難以及技術要求高等問題。本文講述了ETC在智能停車場中的研究，分別從ETC技術，智能停車場現狀，結合車身規(guī)范技術的新型模式闡述了文章觀點。

Abstract： Intelligent transportation is one of the most closely watched human future development topics， while smart parking is the most closely related traffic problem. The smart parking technology combining ETC technology will become the most practical intelligent parking technology in the future. Currently， although there are many intelligent parking technologies， there are more or less environmental requirements， high cost and difficult management. This paper describes the research of ETC in intelligent parking lot， and expounds the article viewpoint from the current situation of ETC technology and smart parking lot respectively.

關鍵詞：ETC；智能停車場；新型模式；車身規(guī)范

Key words： ETC；smart parking lot；new mode；car specification

中圖分類號：U491.7+1TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0188-03

0 引言

ETC技術現已實現了對于用戶車輛的識別和通訊，是時下最為熱門的交通管理技術。將ETC技術應用進智能停車場也成為了大多數開發(fā)智能交通技術人員的首位選擇。但是光實現停車場的智能收費是遠遠不夠的，只有將智能管理的技術融入進停車場，才能真正的實現停車場的無人管理，達到理想智能停車場的目標。

1 ETC介紹

1.1 ETC發(fā)展進程

首先說到國外發(fā)展，最早研發(fā)ETC技術的是歐洲國家，早在1986年就將該技術運用到了實際工作中，并于1997年出臺了相關標準，是一種在國際上獲得了普遍認可的ETC技術。美國也僅在晚了兩年時間推出了自己的ETC系統(tǒng)，其研發(fā)的“E-Zpass”系統(tǒng)，已成為目前最為著名的ETC技術。日本則是亞洲最早研究ETC技術的國家，1993年日本政府在提出的“道路技術5年規(guī)劃”中就提到了大力發(fā)展ETC系統(tǒng)，并且在1999年就制定了全國統(tǒng)一的技術設備標準。而反觀國內，我過于90年代才開始接觸ETC系統(tǒng)，并在隨后的二十多年間研發(fā)自己的ETC技術。廣東省是我國最早將ETC投入實際應用的省份，其于1996年10月率先引入美國TI公司的ETC系統(tǒng)，大大提高了交通管理效率，改變了傳統(tǒng)的交通管理模式。隨后，我國于2007年首次出臺了自己的ETC技術標準，形成了自主獨立的ETC系統(tǒng)技術，使得該技術在國內得以大力發(fā)展。其發(fā)展形式經歷了三個階段：磁卡收費，接觸式IC卡收費，非接觸式ID卡收費。最新的非接觸式ID卡收費系統(tǒng)具有更好的保密性，抗干擾性和便利性，在實際運用中具有更好的用戶體驗。

1.2 ETC系統(tǒng)組成

ETC系統(tǒng)分為了前臺讀取和交換系統(tǒng)以及后臺數據處理和管理系統(tǒng)，其中又以前臺系統(tǒng)為整個系統(tǒng)最為重要的支撐。而前臺系統(tǒng)的組成主要分為了車載單元（OBU）和路側識別單元（RSU），并且二者通過專用的短程通信DSRC協議來進行信息的無線交換，實現了汽車的自動識別，自動拍照和自動收取費用等功能。

①車載單元（OBU）又叫做電子標簽，是一種能夠進行短波通信和數據存儲的移動設備，其中存儲了車輛信息以及用戶信息等數據，以供ETC系統(tǒng)作為調用收費查證的根據。一般OBU都是安裝在車身前擋風處，便于識別。另外其還設置有IC卡接口，方便IC卡的插入，實現費用的實時支付，減少了繁瑣的程序。

②路側識別單元（RSU）是安置在路側對裝有OBU裝置的來往車輛進行識別的短波通訊裝置。其會發(fā)送廣播，當車輛靠近時對其做出反應后，其會建立專用于和OBU通訊的通信鏈路。RSU通過DSRC協議和OBU進行加密通訊獲取到車輛信息后，將其上傳給后臺處理系統(tǒng)。系統(tǒng)通過驗證所獲取的信息來下發(fā)車道控制和收費處理信息。如圖1。

③DSRC短波通信協議是專用于RSU與OBU之間通訊的一種通訊技術。其基礎是建立在5.8GHz的通訊頻率上，通訊距離達到了十米，具有很強的抗干擾能力。其加密通信支持3DES、RSA算法，高安全性數據傳輸機制以及支持雙向認證及加/解密。該技術能實現特定區(qū)域內點對點的專門通訊，不受其他電波的干擾。目前美國，歐洲，日本所出臺的DSRC通信協議已受到了業(yè)內的公認，成為技術標準。

2 智能停車場引入ETC技術的需求

智能停車場是人們未來交通組成必不可少的一個部分，其實現將基于信息識別，數據管理，攝像處理等大量的新技術。若是要真正投入應用還必須依賴于成熟的系統(tǒng)模式，可靠的現有技術和已有的用戶群體。而ETC是目前現有交通系統(tǒng)中擁有最多與此相關技術的系統(tǒng)，其出現為智能停車提供了更大可行性。以下提出了幾個將ETC投入智能停車場應用可能性的原因：

①智能識別：理想的智能停車場由于沒有人工的操作，因此需要相應傳感器來對車輛的信息進行識別和交互?，F有ETC中的RSU/OBU技術已解決了車輛身份識別和信息交互的問題，并在實際運用中有著很好的讀取識別能力和穩(wěn)定性。

②數據管理：要實現智能停車的設想就要有相應的大數據進行支持。其中運用到的用戶信息，車輛信息，收費付費情況都需要大數據的記錄和管理。ETC后臺處理系統(tǒng)自身所具備的數據管理和存儲功能為智能停車大數據的需求提供了基礎。

③用戶基礎：現目前全國已有上千萬駕駛者加入到了ETC用戶群體，這一群眾基礎將使得智能停車場擁有一群可開發(fā)的用戶群體。這些用戶已體會到了電子不停車收費系統(tǒng)所帶來的便利性和實用性，使得智能停車投入應用后更快的受到人們認可。

④統(tǒng)一標準：我國已有自己統(tǒng)一的一套ETC系統(tǒng)標準。若是ETC技術應用進智能停車場，這將使得智能停車場更快的規(guī)范化和系統(tǒng)化，減少新型停車場進入實際應用中探索的過程和大量費用。

3 智能停車現狀

首先說到現在最為主流的智能停車技術，它們都還只能實現半自動的停車收費和數據記錄，而對于停車場的管理并不能起到正確的規(guī)范作用。這類停車場大多結合了無線感應，微波傳感以及圖像識別技術等高新技術。在停車場的出入口處都設有天線，并且這些天線都由一臺前臺控制服務器所管理。前臺服務管理器又與交通系統(tǒng)發(fā)布的收付費系統(tǒng)相連接，以實現標準收費。這類智能停車場實現了較為理想的收費方式，但是對于車輛在車位中的管理具有較大的缺陷。因為感應天線是放在進出停車場的位置，對于進出停車場的車輛能夠很好的做出記錄和查詢，但是當車輛駛入停車場內的單個車位后，由于沒有相應的感應器和視頻處理器對其進行監(jiān)控，所以當車輛發(fā)生不正確的停放情況時，控制系統(tǒng)不能做到及時的提醒和處理，導致停車場不能做到合理正確的規(guī)范。由于這些原因導致該類型停車場必須加入人為的管理和操作，離我們所設想的完全自動化還有一段距離。但這類停車場也有其自身的優(yōu)勢，其可以不通過大規(guī)模改造現有停車場，而只是在現有停車場的基礎上加裝所需要的硬件設施即可實現半智能化的管理功能，大大節(jié)省了其加裝費用。這類停車場也可以看作是我們向全自動管理的智能停車場發(fā)展的一種過渡型停車場，它為我們提供了很多技術參考和停車場設計經驗。

另一類正在研發(fā)和設計的停車場就要高級的多了，其對于場地，技術和投入都要求很高。這類全新的智能停車場設計的環(huán)境都是以封閉的大樓為基礎，需要專門為其開發(fā)一片智能停車場地，對于現有停車場的改造較大，不能很好的實現兼容。其次，由于要對車輛實現理想的管理功能，車場中會加入很多載運車輛的裝置和中轉機構，其結構不僅復雜，而且不能保證運行的平穩(wěn)性和工作的穩(wěn)定性。其對于行駛的路面也有一定要求。再說到該類停車場對技術的要求，為了實現運載裝置的理想運載功能，其上會設置不少感應器，并且運載器和運載器之間還會有相應的交互裝置，不僅如此，在其運行的車道上也會設有大量的傳感裝置，這將會加大對于傳感器技術的要求和數量。此外，由于加入了更多的附屬設備，整個系統(tǒng)在運行時需要運算更加精確和高級的計算機。只有計算機擁有精確的計算能力和完整的系統(tǒng)模塊才能保證該類停車場中的各個部分在工作時不產生相互干擾作用；否則，各個部分功能不能很好的協調將導致整個系統(tǒng)的癱瘓甚至是嚴重的管理事故。由于這類新型停車場對于場地和技術的要求較高，因此其開發(fā)和投產的費用將遠遠超過現有類型的停車場，和理想的智能停車場還要很大的出入。

4 ETC在智能停車中的新管理模式

經歷了近三十年的發(fā)展，如今的ETC技術已形成了相當的技術標準和成熟度，所以結合ETC技術的智能停車場將大大節(jié)省開發(fā)費用和提高其系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于現有ETC系統(tǒng)已融入了智能識別功，可以實現智能停車的信息讀取和交互，為智能停車場的實現提供了最根本的技術基礎。另外它還加入了視頻拍照技術，可以實現收費查證和數據記錄。但是要想實現車輛在單個停車位中的位置規(guī)范功能，就需要有精確的定位信息，這就需要輔助于其他技術的應用。（圖2）

①結合壓力傳感器的車身定位。目前，已有大量壓力傳感器應用在了停車技術中，但是都僅僅是將其用來判斷車位中是否有車輛，而并沒有用于對車身位置的判斷。車輛通過四個車輪與地面接觸，通過對四個車輪位置區(qū)域的限制來實現對車身位置的限制，將會有很好的精確度和實用性。壓力傳感器的成本不高，且耐用度好，是很好的基建元件。且其寬廣的承重范圍，可以適應各種大中小型車輛。

通過重力公式：G=mg

壓強公式P=F/S

且一般車輛質量不小于700kg，單個輪胎接地面積不小于0.013平方米

則有：P=700×9.8/（4×0.013）≈132kp

所以通過RSU感應到車輛后，啟動壓力傳感器，當每個壓力傳感器都感應到大于132k的壓強時，判定有車輛駛入，然后對車身位置起到限定作用，并將車輛占用信息上傳終端。若是未能符合正確的停放標準則對車輛進行提醒，若是駕駛人未能修正位置，則進行拍照，并將車輛信息上傳系統(tǒng)，最后再通過系統(tǒng)對車輛進行處理和記錄。這樣很好的實現了車輛在停車位中的管理，不僅僅是收費功能的智能實現。

②結合虛擬車位的車輛管理。該技術需要建立在RFID卡的識讀基礎上，由于成本原因一般是基于RSSI原理。車場中需要設置一定數量的參考坐標，通過待定標簽與參考標簽的RSSI相似度，以精確定位待定標簽位置。該技術成本低且較易于實現。

若參考坐標為（X1，YI）

待定標簽坐標為（X，Y）

則參考標簽和待定標簽的誤差可以根據公式：e=求出。

由于這類技術本身是基于近似算法會有大概10公分左右的誤差，可能在精確度上還有待提高，但是其和ETC的結合易于實現，因為基于RFID技術，其和ETC有共同之處，在未來的實現上可以直接利用現有的OBU標簽作為待定標簽，減少了從新開發(fā)電子標簽的程序和費用。另外成本也是其一大優(yōu)勢。（圖3）

③結合精確定位系統(tǒng)的停車位管理。若是此技術的實現，將大大減少智能停車場在硬件設施上的投入和開發(fā)，大大減少費用支出。但是此技術要求車輛擁有精確的定位裝置和完善的軟件模擬系統(tǒng)。模擬系統(tǒng)按照停車場的布置設置了相應車位和通道，以模擬車輛在實際停車場中的行駛狀況和位置，判定車輛是否正確停在了車位中，并且虛擬系統(tǒng)還可以設置提示，引導和車位信息，為駕駛者提供跟為便捷的停車體驗。不僅如此，結合了電子地圖后，停車場能夠更好的和外界道路交通相結合，實現更為完整的交通體系建設。

這三類技術對于停車場內的車輛定位管理在精確性，可行性和費用投入方面都能做到很好的平衡。并且他們和ETC的結合可以實現停車費用收取的自動化和管理的自動化，不再有賴于人為的管理。

5 總結

現有的智能停車系統(tǒng)還有賴于人為的操控，對于車位不能做到合理的管理，而新開發(fā)的智能停車系統(tǒng)對于技術，場地和資金的投入都有著很高的要求，對于實現還存儲在很大的問題。而結合時下流行的ETC技術和車身定位技術的智能停車場，能夠在技術成熟度，費用投入，穩(wěn)定性上有一個很好的綜合，是未來智能停車場的很好發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]陳紅華，李潔，王文騏.ETC技術及其發(fā)展[A].上海大學，2001.

[2]馮汀，許家珆.電子不停車收費系統(tǒng)的設計與實現[D].電子科技大學，2015.

[3]山寶銀，陳俊杰.標準ETC系統(tǒng)中車載單元（OBU）的設計及研制[D].東南大學，2011.

[4]朱凌，路小波.ETC技術在智能停車場管理中的應用研究[D].東南大學交通學院，2005.

[5]葉晶晶，楊潔，劉海明，肖劍.基于壓力傳感器的車位自動識別系統(tǒng)的設計[D].黔南名族師范學院，2016.

[6]陳增強，國峰，牛攀峰，張青.加入虛擬標簽的射頻識別室內識別算法[A].南開大學，2015.