天津市高速公路管理处 天津 300000
摘要：如今，高速公路路网的构造越来越复杂和庞大，并体现了主体的多样化，它的建设给人们的出行带来了极大的便利，但在收费相关的事情上有一些待解决的问题。在卫星定位的新式高速公路通行卡中，既能准确辨认车辆的行驶途径，又无需在路径辨认点建造基站，并且兼容现有的收费体系的认证机制和读写设备，还能够存储进口车辆的抓拍照片，有效地避免了发生倒卡现象，提高了收费体系的安全性。本篇文章中作者提出在高速公路复合式通行卡的计划中引进卫星定位的技术，此技术能够对通行卡的构造进行合理的规划，并适用于高速公路车辆行进途径的辨认算法及通行卡的关键设备选型进行深入的研究。通过通行卡的运用可以完成对车辆行进轨道的跟踪和记录存储，解决了实际行驶路线收费的准确性。
关键词：卫星定位；新型高速公路；通行卡；结构设计及原理
1.前言
我国高速公路网十分的密集而庞大，车辆行驶的路线也不那么单一了，而是有多项的选择。我国高速公路目前所采用的是联网收费、运营的管理模式，其管理模式使我国高速公路的收费效益一直不高。这篇文章作者针对这些问题并在卫星定位的路径识别技术的基础上实行了高速公路通行卡的方案。
2.模拟通行卡的工作状态
当车辆驶入高速公路收费站的进口时，通过人工发卡或者自助取卡的方式，车辆会拥有一张记录了此辆车的车牌号、车型的大小、进口的地址名称和发卡的时间等基本信息的通行卡，这些信息会是跟踪车辆行进的途径和记录行程的信息。当此卡在休眠的状态下时，车辆到达一个地点需要经过非接触式IC卡读写器，那么此卡的磁场感应器就会将磁信号瞬间转换成电信号，进而将通行卡内的CPU模块进行激活，然后通行卡就进入了工作状态，而CPU模块就会操控双界面CPU卡把此车辆的相关信息记录到存储器当中。当车辆在高速公路上正常的行驶时，CPU模块会立刻阻断电流，保证通行卡在低能耗的状态下，为真正使用时做准备。当电源被阻断，通行卡仍然会保持在休眠的状态；当再次连接电源时，卫星定位模块就会立马进入工作，很快获得车辆定位和基本的信息，并把这些信息传输、记录在双界面CPU卡的存储器当中。当定位的信息完成一次记载后，那么通行卡就会立马进入到下一轮的休眠时期，这样的反复循环直到车辆进入高速公路出口的收费站。当高速收费人员把通行卡贴近非触摸式IC卡读写器的时候，磁场感应器会再次把CPU模块瞬间激活，使其进入工作状态，将精确的定位信息展示出来，当高速公路地图和后台收费软件相吻合时，就会得到车辆的实际行驶路径，最后收费软件依据行驶路径的信息和高速公路路段的不同进行收费。
3.通行卡路径匹配算法
如何对综合高速公进行车辆行进途径的判别，那么我们可以选用直接投影的算法。直接投影的算法的原理是把当时车辆行进时的定位数据在离这个定位方位比较近的一条高速公路上进行投影，再将这个比较近的高速公路投影点坐标最终匹配到车辆当时的方位，然后对预选路段的间隔度量值进行计算，最终判别那个最小的路段当作是车辆当时的行进路段。投影法对路径匹配的算法的过程是：首先，要搜集卫星定位的所有数据，并将卫星定位所接收到的数据信息转到后台的收费系统中。然后，要判断定位数据是不是真的有效，当数据存在无效时，就需要我们根据历史定位的数据信息进行有效的推测。最后，休眠的状态下的定位数据选择时，要求替换最早的数据且保留一次有效的数据，最终匹配结束。
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4.新通行卡的关键设备选型
4.1卫星定位的模块
卫星定位已在航天、航空、勘探等等领域得到了广泛的应用，它可以提供全天24小时的定位、授时以及测速的功用。我国数字大规模集成电路的发展日益成熟，并且适用于多个领域，不断的被应用和推广，人们也越来越关注定位的功用。研究开发机构就将卫星定位这门新型技术应用到我们日常使用的电子商品和移动终端中。由于卫星定位技术的好坏很大程度上是取决于芯片技能的好坏，卫星定位芯片的技术对电子商品的档次和电子商品未来的拓展方向有着最直接的影响。目前的芯片市场，我国斗极芯片是占据较大的比例，除此之外还有几家国外的大型生产厂家，包括索尼、摩托罗拉等。CMA－M8Q主要特点是能耗少、灵敏度比较高、抗干扰性比较强，并且支持GNSS运行同步等特点，它可以在全球任何一个地方提供给我们准确的、可靠的的卫星定位的信息。所以说，新型高速公路通行卡的卫星定位模块就应该选择使用CMA－M8Q模块，才能保证其真实的数据。
4.2电池
由于通行卡的体积比较小，所以，电池的容量也不大，因此我们必须在电路的设计和程序的固化上采取有效的改进措施。我们新通行卡的充电电池所采用的材质是超薄聚合物锂电池，它的特点是自身耗电量低、循环寿命长、超薄，并且能经受注过充、短路的现象，抵抗重物的撞击，不会造成自焚和爆炸。因为在大多数时间内，通行卡处于休眠的状态，所以集成电路的芯片要选用功耗比较低的。通行卡是没有必要对车辆全程行驶的过程进行卫星定位的，无论通行卡是在发放前，还是在收回后，都应该处于低功耗的休眠状态下。查看车辆记载地理位置信息时，程序每次工作时间不逾越500ms，并且每7～8min唤醒工作一次，除此之外的时间都要在休眠的状态，这样的情况下，通行卡充一次电的时间就可以完成车辆在高速公路行驶时所有的工作。
4.3双界面的CPU 卡
我国高速公路人工收费的车道都是使用非接触式IC卡当作通行卡的，这个通行卡是非接触式逻辑加密的卡。双界面CPU卡是可以同时支持非接触式和接触式这两种通讯方式的，只有一个CPU来控制接触接口、非接触接口这两个接口，可以自动选择接触的模式和非接触的模式，它拥有接触式CPU卡的特点和功能，而且还具备非接触式CPU卡的特点和功能。在高速公路通行卡的运行中，卫星定位路径识别技术不仅仅要接收卫星定位模块所采集的地理位置的信息和坐标，而且还要兼容能够读写收费站原有的非接触式IC卡，所以说，我们可以采用双界面的CPU卡进行全部的接收，使用这个卡就无需更换原有的高速公路非接触式IC卡读写器的收费系统，并且也没必要修改收费系统的认证机制，因为新的通行卡与原有的系统有着高度的兼容性。
结束语
随着高速公路联网收费的升级和改进，车辆行进途径的准确性与不同路段收费问题也是我们应该面对的新问题。本篇文章提出在高速公路通行卡的设计中，以卫星定位为核心技术，努力改进车辆在高速公路上行进途径的准确性，此技术的可行性极高，并且在成本上也比较合理，有效促进了高速公路联网收费系统的整体效益。并且，由于通行卡内是采用了双界面的CPU卡，相比以前的非接触式IC卡，其性能指标和安全指数用起来更加放心，可以进行全面的推广。
参考文献：
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［4］万维逸．超薄型二义性路径复合通行卡［Ｊ］．中国交通信息化，2014（1）．
论文作者:张文
论文发表刊物:《基层建设》2016年26期9月中
论文发表时间:2016/12/8
标签：高速公路论文; 卫星定位论文; 车辆论文; 路径论文; 信息论文; 模块论文; 数据论文; 《基层建设》2016年26期9月中论文;