1 高速公路收費系統(tǒng)的現(xiàn)狀
隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國家開始加快高速公路建設(shè)的步伐，大部分地區(qū)已經(jīng)形成了一個四通八達的高速公路網(wǎng)。無論在貨運還是客運方面高速公路都起著越來越重要的作用。隨著高速公路里程和交通量的不斷增加，如何進一步加強高速公路的管理水平，提高其運營效率，成為高速公路管理研究的重要內(nèi)容。建設(shè)和優(yōu)化高速公路收費是高速公路管理的重要任務(wù)之一，它直接影響高速公路通行的效率和運營的經(jīng)濟效益。為了保證投資效益和通行安全，高速公路設(shè)立了許多收費站和交通監(jiān)控中心，而過多地設(shè)立收費站，又降低了高速公路通行的效率。目前，收取道路交通費是我國道路建設(shè)投資的主要收回方式之一，然而伴隨著每條高速公路通車都需要大量的收費站24小時值班，收費站的建成和運營本身就消耗了相當一部分資金，而且由于大多數(shù)收費站采用人工收費方式，車輛交費需要完全停止，效率很低，在交通高峰時期，收費站成為高速公路的“瓶頸”，車輛頻繁地啟動剎車也造成了能源浪費和環(huán)境污染，同時還加快了車輛部件的磨損，帶來交通隱患，電子收費系統(tǒng)是ITS(Intelligent Transportation System)服務(wù)中的一個特殊領(lǐng)域，是解決高速公路收費問題的有效手段，國外已經(jīng)把電子收費系統(tǒng)作為ITS領(lǐng)域最先投入應(yīng)用的系統(tǒng)，我國在這方面尚處于起步階段。近年來，隨著公路交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，公路收費系統(tǒng)開始由人工向自動化方向發(fā)展，有效地降低了公路、橋梁等收費處的車輛阻塞率。但目前各種收費系統(tǒng)仍有不盡如人意的地方，有的磁卡或接觸式IC卡系統(tǒng)要求車輛必須停車才能進行收費作業(yè)，射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)是解決高速公路自動收費問題的一種有效可行的方法，實現(xiàn)了高速公路不停車收費。它能有效解決高速公路收費處車輛堵塞問題，具有較強的實用性。
未來的智能交通系統(tǒng)是21世紀現(xiàn)代交通運輸體系的發(fā)展方向, 是國家“十五”重點攻關(guān)項目, 同時又是科技部創(chuàng)新基金重點支持項目。本文主要介紹ZigBee這種短距離、低成本和低功耗的無線智能傳輸在停車場及高速公路收費中的應(yīng)用，希望能借此提高停車場或高速公路中收費效率低的問題。
2 無線收費、停車管理系統(tǒng)
車輛系統(tǒng)加裝ZigBee節(jié)點，在車輛管理及城市智能化等方面有著很大的益處。高速公路上的無線收費系統(tǒng)和公交車站的收費系統(tǒng)十分類似，下面就以公交車站的報站系統(tǒng)為例來分析整個系統(tǒng)的運作過程。
在廣州等城市，公交車信息已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，在站臺的站牌上，已經(jīng)可以看到某班次的車距離本站還有多少站等信息。公交車與站臺間通過ZigBee進行無線數(shù)據(jù)交互，如圖 1所示。ZigBee基站建立在站臺頂上，信號覆蓋范圍可達前后300 m，即使在繁華路段，有十多輛公交車也完全可以滿足車站進站進行數(shù)據(jù)交互的需要，在車輛上也可以使用GPRS信號發(fā)送接收器，這樣的改動可以減少一半的通訊成本，因為ZigBee本身是不需要通訊費用的。
為安全起見，可以使用ZigBee和GPRS雙通道冗余設(shè)計，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，關(guān)閉GPRS模塊。
普及和推廣ZigBee在車輛上的應(yīng)用，會帶來很多的附加收益。首先，在城市建設(shè)過程中，如果無線路燈已經(jīng)鋪設(shè)了ZigBee無線控制系統(tǒng)，那么公交車上的ZigBee節(jié)點還可以通過路燈上的ZigBee節(jié)點進行路由轉(zhuǎn)發(fā)，并可根據(jù)需要，檢測行車，進行諸如深夜省電模式的控制等。其次，ZigBee可以作為車輛的有源標識卡，在某些單位的停車場，可以通過讀卡器讀取車輛信息，無需人員登記車牌號及發(fā)放準入證等，只要經(jīng)過覆蓋100 m的讀卡范圍，即可掃描讀入車牌號等，如圖2所示。
3 方案優(yōu)勢
ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通訊方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來通知發(fā)現(xiàn)的新食物源的位置、距離和方向等信息，ZigBee技術(shù)模仿蜜蜂通過跳舞來傳遞信息的方式，通過相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間信息的接力傳遞，將一個信息從一個節(jié)點傳輸?shù)竭h處的另外一個節(jié)點。ZigBee具有低成本、低功耗（普通五號電池能使用6～24個月）、高速率（最高為250 kb/s）及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)良的特點。
在本方案中可采用ZigBee模塊作為無線傳輸?shù)暮诵牟考哂薪M網(wǎng)簡單、電池使用時間長、系統(tǒng)成本低和免執(zhí)照頻段等特點，在停車場或高速公路收費站中優(yōu)勢非常明顯，在一些路段中已經(jīng)開始應(yīng)用，大大提高了收費的工作效率。
(1)組網(wǎng)簡單
在本方案中，需要某些特定的路段上安裝ZigBee通訊模塊。兩個模塊之間的距離一般不會超過500 m，彼此之間相互獨立，通訊數(shù)據(jù)接力式地一級一級往下傳遞，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬于直線型，網(wǎng)絡(luò)拓撲相對而言比較簡單。致遠電子依靠強大的研發(fā)團隊，能為客戶提供完善技術(shù)服務(wù)支持，客戶在開發(fā)的過程中只需專注于上位機軟件的編寫，省去復(fù)雜的組網(wǎng)開發(fā)，大大提升了產(chǎn)品的核心競爭力。
(2)電池使用時間長
在停車場或高速公路收費站中，節(jié)點數(shù)相對較多、網(wǎng)絡(luò)中的起始節(jié)點和終點節(jié)點距離較遠，如果采用電池供電，不宜頻繁地更換通訊模塊的電源。ZigBee低功耗的特點就顯得十分重要。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號電池可支持1個節(jié)點工作6~24個月，甚至更長，這是ZigBee的突出優(yōu)勢。單個節(jié)點的模塊功耗低于100 mW，而且單芯片可實現(xiàn)大部分功能。當模塊處于休眠狀態(tài)時，工作電流低至微安級。致遠電子推出的ZICM2410 ZigBee模塊，按每隔10 s發(fā)送一次數(shù)據(jù)信息計算，使用550 mAh(放電量約為500 mAh)的電池可以工作13個月。
(3)系統(tǒng)成本低
本方案的節(jié)點數(shù)目須根據(jù)停車場收費站的規(guī)模而定，有時可能會多達到上百個，成本無疑是大家最關(guān)心的問題。ZigBee免協(xié)議專利費，省去協(xié)議方面的費用，每塊芯片的價格僅為幾美元，在整個系統(tǒng)的傳輸方面可以說是有獨到的優(yōu)勢。致遠電子根據(jù)實際需要，自行設(shè)計了特有的ZLGnet協(xié)議，傳輸速度更快，距離更遠。同時，無線事業(yè)部使用的2.4 GHz射頻芯片設(shè)計生產(chǎn)的ZigBee模塊ZM2410，已完成射頻前端及整機設(shè)計驗證、板材及加工工藝攻關(guān)、射頻一致性測試、高品質(zhì)射頻器件采購存貨等前期準備工作，具備本土優(yōu)勢和品質(zhì)保障的模塊，價格更符合國內(nèi)市場，廣為客戶青睞。
(4)免執(zhí)照頻段
ZigBee采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)頻段、2.4 GHz、915 MHz（美國）和868 MHz（歐洲）。相比于繞射能力更強的低頻段無線通訊技術(shù)，2.4 GHz的ZigBee有著更準確的信號強度指示，更大的數(shù)據(jù)通訊率，說到通訊速率，433 MHz最大100 kb/s的通訊速率似乎也夠用了，但是10倍于433 MHz最大傳輸速率的ZigBee技術(shù)(ZICM2410模塊可達1 MHz)，通訊速率將可以承載更多的應(yīng)用，如體征數(shù)據(jù)傳輸，環(huán)境參數(shù)采集以及下行信息控制等。
4 展望
無論從交通工程還是從智能運輸系統(tǒng)的角度看待，先進的電子收費技術(shù)對于我國公路運營管理效率的提高有很大的潛力，根據(jù)國家關(guān)于信息技術(shù)推進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步的總思路，電子收費技術(shù)將逐步在中國得到應(yīng)用和采納。本文對ZigBee技術(shù)在停車場或高速公路收費中的應(yīng)用做了簡單的介紹，為解決停車場或高速公路收費的問題提供有益的參考。通過引進ZigBee無線技術(shù)對停車場或高速公路收費站進行智能化武裝，可以大大提高收費的效率，使人們的出行更快速、更便捷。本方案已經(jīng)在某些停車場中投入使用，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，工作至今無故障報告。長期以來，市場上對低價格、低傳輸率、短距離、低功耗的無線通訊產(chǎn)品都有很大的需求。ZigBee這一射頻通訊領(lǐng)域最有潛力的技術(shù)未來將會在更多的領(lǐng)域中應(yīng)用，更加深入地影響人們的生活。下一步我公司將會加大ZigBee推廣的力度，讓智能無線產(chǎn)品早日走進千家萬戶。