一、引言

ETC門架系統(tǒng)是取消省界收費(fèi)站、實(shí)現(xiàn)電子不停車收費(fèi)的重要設(shè)施，具備對通行車輛進(jìn)行多路徑識別、自動計費(fèi)等功能，提升高速公路路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)概況感知的全覆蓋，因?yàn)橐劳虚T架數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確獲取到行車時間流量、車速，包括路網(wǎng)整體的運(yùn)行狀況。

這種技術(shù)可以為駕駛者和收費(fèi)站的工作人員提供非常大的便利，實(shí)現(xiàn)自動收費(fèi)，同時還可以節(jié)省收費(fèi)的時間。ETC門架系統(tǒng)具備通行車輛分段計費(fèi)、流量調(diào)查、視頻監(jiān)控、超速篩查等功能，汽車經(jīng)過門架之后，門架上安裝的監(jiān)控系統(tǒng)會自動識別汽車，同時實(shí)現(xiàn)計費(fèi)。

隨著ETC應(yīng)用的發(fā)展，提高ETC服務(wù)質(zhì)量、減少故障率成為了突出的問題。使安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載電子標(biāo)簽（OBU）與在車道ETC門架系統(tǒng)通訊的可靠性尤其重要。其中車載單元（OBU）和路測單元（RSU）的協(xié)議一致性是ETC系統(tǒng)運(yùn)行的根本，包括核心物理層指標(biāo)、可靠性和通信流程完整性（協(xié)議一致性）等。對ETC門架依據(jù)《GB/T 20851-2019》、《JTG 2182-2020》和《JTG 3520-2021》進(jìn)行測試不僅能夠保證相關(guān)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)符合性，更能保證門架系統(tǒng)日常使用中的穩(wěn)定性及可靠性，為ETC的應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

二、測試標(biāo)準(zhǔn)概述

本方案主要測試內(nèi)容為《JTG 2182-2020公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn) 第二冊 機(jī)電工程》標(biāo)準(zhǔn)中6.4 ETC門架系統(tǒng)中表6.4.2 ETC門架系統(tǒng)實(shí)測項(xiàng)目中的第20-25項(xiàng)進(jìn)行測試，包括通信區(qū)域、RSU工作信號強(qiáng)度、RSU工作頻率、RSU占用帶寬、RSU前導(dǎo)碼、RSU通信流程。具體內(nèi)容如下圖：

具體測試方法主要參照《GB/T 20851-2019電子收費(fèi) 專用短程通信》和《JTG 3520-2021公路機(jī)電工程測試規(guī)程》。

三、ETC門架測試方案對比

3.1基于暫停測試路段通行的實(shí)時測試方案

3.1.1 方案概述

基于暫停測試路段通行的實(shí)時測試方案為目前公路交通行業(yè)常用測試方案，此方案首先需要暫停測試路段（約被測車道ETC門架前后數(shù)十米距離）的車輛通行，并且在測試特定測試項(xiàng)目時，需要調(diào)整RSU處于對應(yīng)測試狀態(tài)，實(shí)時使用測試設(shè)備進(jìn)行測試，同時需要進(jìn)行測試結(jié)果記錄等工作。

3.1.2 所用設(shè)備

此方案一般需要使用手持頻譜儀+全向天線。要求兩者頻率范圍至少覆蓋ETC通信頻率，并且需要已知天線相關(guān)參數(shù)（天線K因子、線纜損耗和天線增益）。

3.1.3 測試流程

• 通信區(qū)域（OBU測試）：

1）被測RSU設(shè)置為連續(xù)發(fā)射工作信號狀態(tài)

2）在測試線的車道中軸線位置，保持OBU距離水平地面1.2m高度處，由車道中軸線位置先后分別向車道兩邊緣緩慢移動OBU，查找RSU發(fā)射信號無法與OBU 通信的邊界點(diǎn)，用卷尺分別測量兩側(cè)邊界點(diǎn)至車道中軸線的距離并記錄。

• 通信區(qū)域（場強(qiáng)測試）：

1）被測RSU設(shè)置為連續(xù)發(fā)射載波信號狀態(tài)，無法設(shè)置發(fā)射載波信號時，可設(shè)置為連續(xù)發(fā)射工作信號狀態(tài)

2）在測試線的車道中軸線位置，保持測試天線距離水平地面1.2m高度處，由車道中軸線位置先后分別向車道兩邊緣緩慢移動測試天線，測量RSU發(fā)射信號場強(qiáng)，查找場強(qiáng)降低至規(guī)定最小值（113dBμV/m）的邊界點(diǎn)，用卷尺分別測量兩側(cè)邊界點(diǎn)至車道中軸線的距離并記錄。

• RSU工作信號強(qiáng)度：

1）根據(jù)測試要求，將測試天線放置于RSU通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）調(diào)整頻譜分析儀功率幅度標(biāo)尺至合適值，測量范圍應(yīng)覆蓋被測信號。

3）設(shè)置掃頻寬度為5MHz，測試信道功率，讀取測試值并記錄。

注意：測試時應(yīng)確保讀取通信區(qū)域內(nèi)最大信道功率。被測RSU可采用工作信號作為被測信號。

• RSU工作頻率：

1）將測試天線放置于RSU 通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）設(shè)置掃頻寬度為5MHz，讀取信號主縱模峰值處頻率值并記錄。

注意：被測RSU最好采用發(fā)射持續(xù)載波信號狀態(tài)，條件不允許時也可采用工作信號作為被測信號。

• RSU占用帶寬：

1）將測試天線放置于RSU 通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）設(shè)置掃頻寬度為30MHz，測量功率比例為99%，讀取占用帶寬結(jié)果數(shù)值。

注意：被測RSU采用發(fā)射持續(xù)工作信號狀態(tài)。

• RSU前導(dǎo)碼：

1）將測試天線放置于RSU 通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）設(shè)置掃頻寬度為0，切換為時域模式，觀察信號包絡(luò)，判斷前導(dǎo)碼。

注意：被測RSU采用發(fā)射持續(xù)工作信號狀態(tài)。

• RSU通信流程：

1）將測試天線放置于RSU 通信區(qū)域內(nèi)的測試位置，開始測試。

2）設(shè)置頻譜分析儀為記錄模式，掃頻寬度應(yīng)大于5MHz，使用解調(diào)模式輸出解調(diào)后的編碼信號，開始測試。

3）將正常交易的車載單元（OBU）放入通信區(qū)域的測試位置和RSU進(jìn)行交互。

4）將存儲的編碼信號解碼為信息源碼并記錄輸出結(jié)果。

注意：以輸出的信息源碼是否符合電子收費(fèi)專用短程通信應(yīng)用層服務(wù)原語的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為測試結(jié)果。應(yīng)用層服務(wù)原語包括BST、GetSecure.request、TransferChannel.request、SetMMI.request、Event_Report等。

3.1.4 測試方案弊端

• 測試過程復(fù)雜，對測試人員要求較高；
• 長時間占用車道，存在堵塞交通風(fēng)險；
• 信息源碼解讀難度大，測試人員識別服務(wù)原語極其困難。

3.2基于分析錄制IQ文件的便捷測試方案

3.2.1 方案概述

錄制IQ文件的便捷測試方案是一種基于對頻譜儀或射頻記錄儀錄制的IQ文件進(jìn)行處理分析和解析的便捷測試方案，該方案最大程度上提高了ETC門架測試的效率，極大的簡化了測試的復(fù)雜程度，并且降低了暫停車道可能導(dǎo)致堵塞的風(fēng)險。

3.2.2 所用設(shè)備

此方案所需設(shè)備有兩種組合：

1）頻譜儀（支持IQ錄制功能，帶寬至少5MHz，錄制時間不小于15s）+全向天線+ETC交易過程分析軟件ProEye

2）射頻記錄儀+全向天線+ETC交易過程分析軟件ProEye

3.2.3 測試流程簡述

• 通信區(qū)域（場強(qiáng)測試）：

1）被測RSU設(shè)置為連續(xù)發(fā)射載波信號狀態(tài)，無法設(shè)置發(fā)射載波信號時，可設(shè)置為連續(xù)發(fā)射工作信號狀態(tài)

2）在測試線的車道中軸線位置，保持測試天線距離水平地面1.2m高度處，由車道中軸線位置先后分別向車道兩邊緣緩慢移動測試天線，測量RSU發(fā)射信號場強(qiáng)，查找場強(qiáng)降低至規(guī)定最小值（113dBμV/m）的邊界點(diǎn)，用卷尺分別測量兩側(cè)邊界點(diǎn)至車道中軸線的距離并記錄。

• RSU工作信號強(qiáng)度/RSU工作頻率/RSU占用帶寬/RSU前導(dǎo)碼/RSU通信流程：

1）將可與被測RSU正常通信的OBU安裝在測試車擋風(fēng)玻璃上；并將測試天線放置于測試車內(nèi)擋風(fēng)玻璃旁，確保天線可接收到下行信號。

2）測試車輛正常駛過被測ETC門架相應(yīng)車道，測試車輛進(jìn)入ETC交易區(qū)域前打開頻譜儀或射頻記錄儀的IQ記錄功能，待交易完成后停止記錄。

3）打開ETC交易過程分析軟件ProEye，導(dǎo)入錄制的IQ文件，分析RSU工作信號強(qiáng)度、工作頻率、占用帶寬、前導(dǎo)碼及通信流程。

3.2.4 測試方案優(yōu)勢

• 極大地簡化測試過程復(fù)雜程度，避免實(shí)時測試不慎造成的誤差；
• 核心軟件一鍵測試結(jié)果，降低測試人員要求，；
• 避免長時間占用車道，降低堵塞交通風(fēng)險；
• 精確解析查找信息源碼，解決應(yīng)用層服務(wù)原語極難解析的核心困難；
• 支持?jǐn)?shù)據(jù)截圖保存，便于數(shù)據(jù)存儲分析。

四、核心測試軟件-ETC交易過程分析軟件ProEye

4.1軟件概述

ETC交易過程分析軟件ProEye是一款分析ETC系統(tǒng)通信流程（協(xié)議一致性）的專業(yè)測試軟件。主要是對已錄制的包含ETC射頻交互過程的IQ文件進(jìn)行分析。支持常用的IQ文件格式；支持解析射頻指標(biāo)、應(yīng)用層及設(shè)備應(yīng)用層的關(guān)鍵交互語句和特征數(shù)據(jù)。射頻指標(biāo)包括信號強(qiáng)度、載波頻率、頻率容限、調(diào)制系數(shù)、占用帶寬等指標(biāo)；應(yīng)用層及設(shè)備應(yīng)用層解析可自動搜索關(guān)鍵交互語句，例如前導(dǎo)碼、BST、VST、SetMMI.rs、SetMMI.rq等信息。以此來判斷ETC系統(tǒng)的通信流程是否正常。支持提供C#的API，供二次開發(fā)使用。

4.2軟件結(jié)構(gòu)框圖

4.3軟件界面示意圖