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摘要：給出了交通信息采集及監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(biāo)識卡和IC卡分別對機(jī)動(dòng)車輛和人員進(jìn)行效標(biāo)識，并能實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)控機(jī)動(dòng)車輛和人員有關(guān)的消費(fèi)和控制信息，滿足了多種應(yīng)用功能的需求。
關(guān)鍵詞：智能交通系統(tǒng)（ITS）信息采集 監(jiān)控
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、這時(shí)性不夠、價(jià)格較高等方面[1][3]。因此，需要有一個(gè)準(zhǔn)確、可靠的信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)，它將來自底層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集起來，準(zhǔn)確、迅速地通過高速信息傳輸網(wǎng)送交臺后進(jìn)行分析和處理，并及時(shí)執(zhí)行后臺下達(dá)的處理結(jié)構(gòu)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(shù)在交通系統(tǒng)綜合與集成的道路交通系統(tǒng)，它強(qiáng)調(diào)智能化的道路、車輛與人的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，以求營建安全、快速、舒適、高效、重視環(huán)境保護(hù)的道路交通系統(tǒng)。ITS服務(wù)的對象是流動(dòng)的車輛及駕駛?cè)藛T，其數(shù)據(jù)大多為動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、分布的數(shù)據(jù)。
1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)應(yīng)用需求，在主要的交通路口（包括交通路口、橋梁、重要路段）設(shè)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(shí)時(shí)采集各種經(jīng)過車輛上的微波標(biāo)識卡上的車輛運(yùn)行及消費(fèi)、控制信息。上述數(shù)據(jù)由運(yùn)行在數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)服務(wù)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(jié)構(gòu)如圖1所示。
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(gè)主要部分。路邊控制器采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過固化的系統(tǒng)軟件、庫軟件和應(yīng)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(jī)的通信。通信處理接口控制器與控制計(jì)算機(jī)之前采用串行通記，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(shí)對多臺天線收發(fā)器進(jìn)行控制。其組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。
收發(fā)天線作為路邊單元不可缺少的重要部分，其基本功能是射和接收天線電波。發(fā)射時(shí)，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電源波；接收時(shí)，把電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流。天線種類很多，為了提高通信的質(zhì)量，減少誤碼率（在Ber<10 -6），本系統(tǒng)采用了定向天線。設(shè)備安裝示意圖如圖3所示。
通信區(qū)域：當(dāng)天線距地面5.2m、電子標(biāo)簽距地面1m、位誤碼率滿足Ber<10 -6時(shí)，有效通信區(qū)域?yàn)?.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(shí)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(zhuǎn)換成歐洲CEN標(biāo)準(zhǔn)的“原語”。
T=[(3.5×3600×10 3)/(160×10 3)](ms)=78.7ms
由于允許路邊單元從車載單元（微波標(biāo)識卡）內(nèi)完成讀取/寫入數(shù)據(jù)的時(shí)間較短，要求讀/寫的數(shù)據(jù)盡可能精簡。
2.3 控制機(jī)
控制機(jī)負(fù)責(zé)收集并轉(zhuǎn)換收發(fā)天線和POS機(jī)（安裝于停車場、加油站等的IC卡消費(fèi)終端設(shè)備）等消費(fèi)控制終端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過本地的局域網(wǎng)傳給本地?cái)?shù)據(jù)匯集點(diǎn)服務(wù)器；同時(shí)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(shí)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(biāo)識卡（OBE）。為了對系統(tǒng)中的流動(dòng)實(shí)體對象（車輛和消費(fèi)者）進(jìn)行有效的控制，采用IC卡標(biāo)識消費(fèi)者，OBE標(biāo)識機(jī)動(dòng)車輛。IC卡和OBE耦合標(biāo)識一次駕駛活動(dòng)。
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(gè)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(jìn)行有效認(rèn)證，并需要在汽車高速行駛的過程中，在極短時(shí)鐘內(nèi)完成對IC卡的數(shù)據(jù)讀寫。為了解決認(rèn)證和讀寫效率之間的矛盾，對OBE卡進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，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(rèn)證，事后由OBE完成對IC卡的數(shù)據(jù)更新操作。
OBE結(jié)構(gòu)及其與IC卡的耦合示意圖如圖4所示。
在OBE 的MEMORY中存在有車輛ID，并且是唯一的。在IC卡中存放的是IC卡擁有者的個(gè)ID信息，當(dāng)IC卡插入OBE后，IC卡的個(gè)人ID就下載到OBE中的MEMORY，當(dāng)OBE經(jīng)過天線接收器時(shí)，這些信息（包括個(gè)人ID和車輛ID）發(fā)送給RSE，其交易過程如圖5所示。
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(jié)構(gòu)如圖6所示。車道控制完成最前端設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集，主要由自動(dòng)車輛識別裝置（AVI）完成車輛自動(dòng)參數(shù)的快速自動(dòng)識別。該裝置通過無線電波與車載識別卡OBE實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換，使系統(tǒng)可在極短時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng)，因而車輛通過收費(fèi)口時(shí)，可以不停車快速通過。
當(dāng)有車輛進(jìn)入工作區(qū)時(shí)，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(dòng)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(dòng)反饋給車輛控制機(jī)形成過車記錄；車道控制機(jī)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(dòng)標(biāo)桿等作出相應(yīng)反應(yīng)，
控制、指揮通行；當(dāng)系統(tǒng)檢測到有非正常狀態(tài)的車輛（如止付卡、無卡、非結(jié)卡等）通告時(shí)報(bào)警，提醒稽查人員進(jìn)行處理，并由抓拍攝像機(jī)抓拍，記錄在案。
5 安全措施
*所有進(jìn)入系統(tǒng)的終端交易設(shè)備必須遵循中國人民銀行頒布的有關(guān)IC卡交易的標(biāo)準(zhǔn)。
*IC卡的安全性：每張IC卡都有一個(gè)唯一的交易密鑰。
*終端的安全性：終端在每次上電時(shí)均執(zhí)行相應(yīng)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(rèn)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(jìn)行雙向認(rèn)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(shí)現(xiàn)雙向認(rèn)證。
*通訊的安全性：每筆交易上送時(shí)均采用ISO8583格式進(jìn)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(diǎn)是：通過IC卡和微波標(biāo)識卡對消費(fèi)者和機(jī)動(dòng)車輛進(jìn)行有效標(biāo)識，并能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確記錄和監(jiān)控消費(fèi)者和機(jī)動(dòng)車輛有關(guān)的消費(fèi)和控制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了IC卡、微波標(biāo)識卡與監(jiān)控系統(tǒng)之間信息的動(dòng)態(tài)交互，滿足了多種不同應(yīng)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(shè)備，實(shí)時(shí)采集經(jīng)過車輛上的微波標(biāo)識卡的信息，系統(tǒng)還具有準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠及不影響車輛正常行駛的優(yōu)點(diǎn)。
