基于移动⽹络技术的⾼速公路智能管理系统
李廷
（北京邮电⼤学经济管理学院北京100876）
摘要：⽬前，我国已建⽴了覆盖全国、⽐较完善的⾼速公路⽹，⽽落后的⾼速公路管理系统使⾼速公路管理中存在的问题不能得到彻底、有效、及时的解决，⼤⼤制约了⾼速公路在经济和社会发展中作⽤的发挥。建⽴⼀套现代化的⾼速公路管理系统取代原有落后的系统成为解决问题的关键。本⽂旨在提出⼀种基于移动⽹络技术的⾼速公路智能管理系统，解决现存⾼速公路管理中的问题，提⾼⾼速公路的通过能⼒，降低⾼速公路的事故发⽣率，完善⾼速公路的各项服务。
关键词：移动⽹络；⾼速公路；管理系统；⽆停车收费系统 中图分类号：⽂献标识码：⽂章编号：
⼀、引⾔
中国道路运输协会会长姚明德说，到2010年，全国⾼速公路通车⾥程将达到65000公⾥。在基础建设飞速发展的同时，⾼速公路管理系统的建设却相对滞后。⽬前，国内⼤多数⾼速公路已安装了通信、监控和收费系统，但整体信息化概念淡薄，缺乏信息管理的总体规划，各系统⾃成体系、缺乏联系，由此⽽导致⾼速公路收费站通过能⼒差，环境污染重，事故发⽣率⾼，故障排除速度慢，信息服务能⼒弱，成为发展⾼速公路的瓶颈。⾼速公路管理系统是未来交通运输信息化的发展⽅向，也是21世纪⾼速公路交通管理系统设计的重点。我国针对国内交通的具体发展状况，研究并提出了中国ITS（智能交通系统）体系框架，其中就包括⾃动公路系统的内容。作为⼀种快速、经济、安全、舒适的交通运输⽅式，⾼速公路管理应紧跟国家ITS整体规划，以充分发挥其效益。国外⾼速公路ITS技术的应⽤，已经产⽣了显⽽易见的效果。 本⽂提出基于移动⽹络技术的⾼速公路智能管理系统，旨在综合现有的移动⽹络技术、ETC（电⼦不停车收费）技术、⼿机⽀付技术、GPS技术建成⼀种⾼速公路综合管理系统，从⽽实现⾼速公路车辆不停车收费、车辆实时监控和车辆的信息服务，最⼤化的发挥⾼速公路在社会⽣活和经济发展中的重要作⽤。 ⼆、国外⾼速公路管理系统发展研究
⽬前，发达国家均已建⽴⽐较完善的⾼速公路管理系统，不同国家的⾼速公路管理系统侧重不同，有
的注重智能化，有的注重信息化，但它们的共同的功能和⽬的都是实现了⾼速公路的不停车收费，降低了⾼速公路的事故发⽣率，完善了⾼速公路的各项服务。下边以美国和德国为例研究国外的⾼速公路管理系统。
1、美国的智能运输系统
美国作为⽬前世界上最发达的国家拥有世界上最完善、覆盖全国的⾼速公路运输⽹。同时，美国政府⼗分重视将电⼦、通信、计算机和信息技术⾼科技⼿段运⽤到⾼速公路管理中，积极发展交通智能化管理，也称智能运输系统，其⽬的是在传统交通⼯程管理的基础上，充分利⽤现代化⾼科技⼿段，解决和满⾜⼈们对交通“⾼速、安全、舒适”的要求，⼤⼤提⾼交通运输的安全性和运⾏效率。美国的智能运输系统主要由六个⼦系统组成：(1).交通管
收稿⽇期：2008-03-15
基⾦项⽬：国家⾃然科学基⾦项⽬（70740009）
作者简介：李廷（1988—），男，⼭西运城⼈，北京邮电⼤学经济管理学院，⾏政管理硕⼠。
理⾃动监控系统。主要对路⽹中⾏驶的车辆实施全天候、全⽅位、⽴体监控，预报交通流量情况，适时进⾏交通疏导、车辆事故预测、事故定位、现场记录和安全⾏车指导等，保证最⼤限度地发挥路⽹
通过能⼒。(2).先进的出⾏信息系统。利⽤车载的导航设备与⾃动交通管理系统相配合，及时得到所需的各种交通状况、道路、⽓象条件、车辆事故和⾃⾝安全等有关信息。通过公⽤通信⽹和个⼈计算机，还可以家中或办公室得到出⾏前的最佳⾏驶路线和沿途的⽓象情况等信息，使出⾏者可以合理地选择出⾏⽅式、时间和路线，同时也可以使路⽹交通流量获得平衡分配，提⾼运输效率。(3).商业营运车辆管理系统。集团统⼀调控⼤型载货车、出租车和其他商业营运车辆的合理使⽤，达到商业营运实现信誉、⾼效、安全的⽬的。(4).公共交通管理系统。实现对公共汽车、地铁和多⼈乘坐的车辆与各种公共交通运输⽅式有效地联接。利⽤GPS车辆⾃动定位系统和交通通信系统，使驾驶员与管理部门直接联系，进⾏适时调度和路线调整，实现可靠、安全和⾼效的公共交通服务。(5).电⼦收费系统。主要是实现⾃动收费，利⽤IC卡或电⼦标签等⽅式，实现公路收费快捷、便利。⼀种是车辆在收费处需停车，⽤IC卡完成⾃动收费；另⼀种是车辆预先交纳通⾏费⽤，通过交费电⼦标签识别，车辆缓⾏通过。(6).车辆⾃动控制系统。利⽤车载计算机、传感识别器和通信设备，由道路导⾏、监控、信号、指挥、避让、防撞等设施提供车辆⾃动驾驶信息，实现车辆全⾃动驾驶。
2、德国⾼速公路通信信息管理系统
德国⾮常重视通信系统及信息系统的建设，并⼴泛应⽤在公路的规划、设计、建设、养护、运输等环节中，发挥着巨⼤功能，社会经济效益显著。
德国⾼速公路通信信息管理系统分为⼏部分：⼀是专⽤通信⽹络；⼆是紧急电话系统；三是信息采集系统；四是信息显⽰和发布系统；五是监控管理中⼼。专⽤通信⽹络和紧急电话系统都由联邦交通主管部门建设和管理，所有通信信息设施可直接接⼊，全国统⼀标准，紧急电话在汉堡设全国总中⼼。⾼速公路上的信息采集、信息处理、交通分析和信息发布以及交通信息化等设施由各州政府交通主管部门建设、管理和维护，公共信息对外发布，作到信息共享。监控管理中⼼由公路交通主管部门负责，与公安/警察部门职责分明，公路交通主管部门负责交通的诱导、疏散和信息发布等交通管理，⽽警察署负责道路安全及监督检查等，两者信息分享，互相交换信息。德国⽬前在⾼速公路上未建任何收费设施，对车辆收取的通⾏费包含在燃油费和养路费中。德国⾼速公路和城市交通的信息化管理中，运⽤了许多先进的技术⼿段，如摘要：智能交通诱导系统、应急通信系统、隧道平安监控系统、GPS全球定位系统、GIS地理信息系统、交通⽹络控制系统、交通信息发布查询系统等，这些先进的交通通信信息技术⼿段，为交通管理提供了有效可靠的技术保证和为道路使⽤者提供优质的服务。
三、基于移动⽹络技术的⾼速公路智能管理系统
⾼速公路智能化的含义。是指将先进的信息技术、数据通信技术、控制技术、传感技术、运筹学、⼈⼯智能和系统综合技术有效地集成应⽤于⾼速公路的建设和管理，使其具有语⾔、数学逻辑推理、视觉模拟或替代⼈的肢体运动的能⼒，从⽽加强车辆、道路、使⽤者三者之间的联系，从⽽形成⼀种安全、⾼效的运输系统。
基于移动⽹络技术的⾼速公路智能管理系统包括电⼦收费⼦系统、实时监控⼦系统、信息服务⼦系统和后台总系统4个系统模块，通过与装有⼿机SIM卡的车载系统互相传递信息，从⽽实现对⾼速公路和⾏驶车辆的智能化管理。
图1 基于移动⽹络技术的⾼速公路智能管理系统架构图
1、电⼦收费⼦系统
（1）电⼦收费⼦系统概述
电⼦收费⼦系统的主要功能是实现⽆停车收费，后台总系统接收到车载SIM卡的信号后，将车载SIM卡所包含的车辆信息传送给电⼦收费⼦系统并令其放⾏，电⼦收费⼦系统记录车辆驶⼊⼝和驶出⼝信息并结算费⽤，该费⽤通过⼿机钱包即时⽀付。这种收费⽅式是模仿⽬前国际流⾏最先进的ETC（电⼦不停车收费）技术，它是在⽆⼈值守的收费车道上应⽤⽆线电射频识别和计算机技术⾃动完成对通过车辆的识别、收费操作、车道设备控制和收费数据处理。另外，电⼦收费⼦系统除继承了先进的ETC技术外，还完善了多项收费功能。例如，如果车辆在⾼速公路上发⽣违规⾏为，交警可以由电⼦收费⼦系统通过⼿机⽀付代为收取。如果司机需要在⾼速公路服务站购买⾷品或服务，只需输⼊SIM卡号和密码即可由电⼦收费⼦系统通过⼿机⽀付代为收取。
图2 电⼦收费⼦系统⼯作路径图
便当袋基于移动⽹络技术的⾼速公路智能管理系统通过电⼦收费⼦系统对⾼速公路收费站的⼯作进⾏控制。收费车道主要由车道计算机、车道控制器、微波读写控制器（包括信号检测天线）、车道摄像机、⾼速栏杆、费额显⽰牌、车辆检测器、声光报警器等设备组成。
图3 应⽤电⼦收费系统的⾼速公路收费站收费模拟图
电⼦收费技术特别适于在⾼速公路或交通繁忙的桥隧环境下采⽤。在传统采⽤车道隔离措施下的不停车收费系统通常称为单车道不停车收费系统，在⽆车道隔离情况下的⾃由交通流下的不停车收费系统通常称为⾃由流不停车收费系统。实施不停车收费，可以允许车辆在较⾼的速度之内通过，故可⼤⼤提⾼公路的通⾏能⼒；公路收费⾛向电⼦化，可降低收费管理的成本，有利于提⾼车辆的营运效益；同时也可以⼤⼤降低收费⼝的噪声⽔平和废⽓排放。由于通⾏能⼒得到⼤幅度的提⾼，所以，可以缩⼩收费站的规模，节约基建费⽤和管理费⽤。另外，不停车收费系统对于城市来说，就不仅仅是⼀项先进的收费技术，它还是⼀种通过经济杠杆进⾏交通流调节的切实有效的交通管理⼿段。对于交通繁
忙的⼤桥、隧道，不停车收费系统可以避免⽉票制度和⼈⼯收费的众多弱点，有效提⾼这些市政设施的资⾦回收能⼒。（2）电⼦收费与其它收费⽅式的⽐较
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由表1⾼速公路电⼦收费与其它收费⽅式的⽐较中可以看出，电⼦收费在各个⽅⾯都由于其它收费⽅式，它⼏乎解决了其它收费⽅式所产⽣的所有问题，尤其是车道放⾏能⼒远远超越了其它收费⽅式，使⾼速公路的通⾏速率得到了飞跃性的提⾼。
（3）电⼦收费⼦系统的优势
第⼀，绿⾊化。汽车通过收费站时不⽤停车和等待，节约能源，减少了对收费站周围环境的污染。
第⼆，电⼦化。车辆收费完全由电⼦设备完成，避免了车辆漏费和⼈为错误的发⽣。
第三，节约化。不⽤建设庞⼤的收费站，同时也节省了雇佣⼈⼒收费和管理的成本。提⾼了企业形象。
第四，⾃动化。车辆在⾼速公路上的各种收费全由电⼦收费⼦系统完成，基本不需要⼈⼒的参与，⼤⼤提⾼了收费的⾃动化。
第五，⾼速化。车辆经过收费站⽆需停车缴费和排队等候，提⾼了车辆通过速度。
2、实时监控⼦系统
（1）实时监控⼦系统概述
实时监控⼦系统通过移动⽹络定位系统和视频监控系统的协同⼯作，获得⾼速公路上⾏驶车辆的实时信息和⾼速公路路⾯的实时路况、车道占有率、车辆速度、突发事件等的信息，及时将信息发送给后台总系统，后台总系统将获得的信息⼜发送给电⼦收费⼦系统及信息服务⼦系统，各⾃实现其功能。
移动⽹络定位系统是模拟⽬前已成熟的GPS导航定位技术的功能，将其应⽤到⾼速公路智能监控系统中，实现对车辆的实时控制的。该系统和GPS导航定位系统的不同之处在于将卫星定位置换为移动⽹络定位，通过与电信运营商的合作，采⽤其技术，并在车辆内装载SIM卡装置接收和发送信号，实现对车辆信息的采集，实时监控和信息服务。
⾼速公路视频监控系统⼀般分为收费监控和道路监控两部分。收费监控系统主要是对收费站的车道、收费⼴场、收费亭的收费情况，对收费车道通过的车辆类型、以及车辆通过收费车道过程中的突发事件和特殊事件进⾏观察和记录，实施有效的监督。道路监控系统主要是对⾼速公路⼲线、互通⽴交、隧道等⾼速公路重点路段进⾏监视，以掌握⾼速公路交通状况。在此基础上协同移动⽹络定位系统能及时发现交通阻塞路段、违章车辆，以便及时给予引导，保证⾼速公路的安全通畅。
⽬前，世界上⾼速公路监控系统最发达的是美国，美国即使同时利⽤GPS导航定位系统和视频监控系统来实现对车辆和车道的控制。美国采⽤这项技术，⼤⼤降低了⾼速公路的事故发⽣率，提⾼了⾼速公路的通⾏速率，实现了巨⼤的社会效益和经济效益。
图4 实时监控⼦系统⼯作路径图
（2）实时监控⼦系统的特点
第⼀，实时监控⼦系统采⽤移动⽹络定位技术取代电⼦眼实现对车辆的实时监控，使车辆超速违章⽆漏洞可逃。同时，车辆在⾼速公路上发⽣交通事故时，通过分析实时监控的图像判断事故原委，可以作为交通事故的证据，明确事故责任⽅。
第⼆，实时监控⼦系统通过移动⽹络定位系统和视频监控系统的协同⼯作对路⽹中⾏驶的车辆实施全天候、全⽅位、⽴体监控，预报交通流量情况，适时进⾏交通疏导、车辆事故
预测、事故定位、现场记录和安全⾏车指导等，保证最⼤限度地发挥路⽹通过能⼒。
第三，通过实时监控⼦系统所采集的各项信息更加精确、可靠、科学，通过信息⼦系统的收集和综合分析可以作为⾼速公路管理和⾼速公路建设的有⼒依据。
3、信息服务⼦系统
（1）信息服务⼦系统概述
信息服务⼦系统从后台总系统获得电⼦收费⼦系统及实时监控⼦系统所采集的各项信息，并⾃主收集影响⾼速公路车辆⾏驶各项因素的信息，然后对这些信息进⾏综合分析，得出结果，并将结果同时发送给后台总系统。
信息服务⼦系统主要功能在于收集信息并为⾼速公路上⾏驶的车辆提供信息服务。车辆所需要的共同信息，信息⼦系统会通过路况⼴播向司机提供天⽓、路⾯状况、事故易发地、等信息，同时实时向道路使⽤者提供前⽅道路交通状况信息、推荐⾏驶路线。对于每辆车所需要的特殊信息，信息⼦系统会通过SIM连接的汽车⾳响向司机提供⾏车路线、⼊⼝、出⼝、收费情况等信息，避免司机⾛错路，使旅途更加舒适。
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车辆驶⼊⾼速公路前，司机可以打电话给信息服务⼦系统的⼯作台，查询天⽓、路⾯情况、车道状态、设施服务、⾏车路线等信息。车辆进⼊⾼速公路后，信息服务⼦系统会实时向司机提供故障信息、路线信息、出⼝信息、⾏车⾥程信息。车辆出⾼速公路后，信息服务⼦系统会根据收费站⼦系统发送的结算信息向司机发送总⾏车⾥程信息，收费信息等信息。
图5 信息服务⼦系统⼯作路径图
（2）信息服务⼦系统的特点
第⼀，信息服务⼦系统所收集的信息全⾯、准确、可靠，使数据分析的结果更加科学，提⾼了信息服务的质量。
第⼆，信息服务⼦系统为司机提供各个⽅⾯包括个⼈车辆更加全⾯的信息，使司机在⾼速公路上的⾏使更加便捷、安全，使服务更加⼈性化。
第三，信息服务⼦系统作为⾼速公路智能管理系统的重要组成部分为⾼速公路管理的信息化做出了巨⼤的贡献。
4、后台总系统
（1）后台总系统概述
后台总系统是基于移动⽹络技术的⾼速公路智能管理系统的枢纽⼦系统，是⾼速公路上各种信息的总数据库。同时，后台总系统协调电⼦收费⼦系统、实时监控⼦系统和信息服务⼦系统的⼯作，为它们的⼯作提供⽀撑，从它们那⾥获取信息，并将它们各⾃需要的信息发送给它们。
后台总系统从其它⼦系统获得信息后，就基本掌握了有关⾼速公路各种因素的各种信息，进⽽为与⾼速公路相关的各个部门提供信息服务。⾸先，⼯程项⽬部门。后台总系统为⼯程项⽬部门提供详细、客观、准确的数据⽀持，使得⾼速公路的⼯程项⽬更加科学、合理的规划、制定和实施。其次，交通管理部门。后台总系统为交通管理提供客观、精确、即时的信息，使得交通管理部门可以随时掌控路⾯状况，处理紧急事故，科学做出判断。再次，故障处理部门。后台总系统为故障处理部门发送及时的设备使⽤信息和路⾯信息，使得故障处理部门能快速处理设备故障和路⾯故障。最后，路⾯养护部门。后台总系统为路⾯养护部门提供即时的路⾯信息和客观的年史数据，使得路⾯养护部门及时清理路⾯，科学合理的制定路⾯养护计划。
图6 后台总系统⼯作路径图
琴谱架
（2）后台总系统的特点
第⼀，后台总系统是⾼速公路智能管理系统的核⼼，联接各个⼦系统的枢纽，保障整个智能管理系统的协调运⾏。
第⼆，后台总系统拥有有关⾼速公路的各项信息，为有关⾼速公路的其它部门及时提供信息，使⾼速公路的运营更加顺畅。
机器人装配生产线
四、结语
交通是国民经济的输⾎管，⾼速公路作为交通⽹络的最主要组成部门越来越受到各国的关注。⾼速公路在未来的发展趋势是⾃动化、⾼速化、信息化、智能化。基于移动⽹络技术的⾼速公路智能管理系统正是根据⾼速公路发展趋势⽽构思的，⽽且⽬前该系统所需要的各项技术均已成熟，实现该⾼速公路管理系统只需将各种技术整合构建成⼀个新的⼤系统，易于实现。由于该系统对⽬前⾼速公路管理中的各种问题都能予以有效地解决，所以它的建⽴必将为⾼速公路的管理作出历史性的⾰新，为经济和社会的发展作出前所未有的贡献。
参考⽂献：
[1]黄斌.ETC在⾼速公路中的应⽤[J].《中国交通信息产业》，2006，(2).
[2]李娜. 基于牌照识别的⾼速公路⾃动收费系统[D].中国优秀硕⼠学位论⽂全⽂数据库，2006
[3]鞠亚莉，段强峰. ⾼速公路收费管理的问题及对策[J]. 重庆交通学院学报，2003，(7).
[4]徐超忠.浅谈德国⾼速公路通信信息系统的管理[J]. 中国交通信息产业，2003，(7).
[5]赵韩涛，慕德春. 我国⾼速公路管理系统发展综述［EB/OL］.
www.doczj/doc/87447a8771fe910ef12df837.html /Common/DocumentDetail.aspx?ID=2009042411025902895 [6]英⼦.浅谈⾼速公路智能化管理系统［EB/OL］.www.doczj/doc/87447a8771fe910ef12df837.html /2007lwj/13.htm An Intelligent highway management system based on Mobile network technology
LI Ting
(School of Economics and Management, BUPT, Beijing 100876, China)
Abstract: At present, China has established a nationwide and complete highway network, but, the unenlightened Freeway Management Systems make the problems of Freeway management cannot be solved drastically, effectively and timely, which seriously restricted the action of the freeway in the development of social and economic. Establishing a modern management system to replace the unenlightened highway system is the key part of the solution. This paper presents an intelligent highway management systems based on the mobile network technology, it can resolve the existing problems, improve highway capacity, reduce the rate of highway accident and improve highway services.
ccyv2Keywords: Mobile networks; highway; management system; ETC
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