1 高速公路收費系統的現狀
隨著經濟的不斷發展，國家開始加快高速公路建設的步伐，大部分地區已經形成了一個四通八達的高速公路網。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容。建設和優化高速公路收費是高速公路管理的重要任務之一，它直接影響高速公路通行的效率和運營的經濟效益。為了保證投資效益和通行安全，高速公路設立了許多收費站和交通監控中心，而過多地設立收費站，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，電子收費系統是ITS(Intelligent Transportation System)服務中的一個特殊領域，是解決高速公路收費問題的有效手段，國外已經把電子收費系統作為ITS領域最先投入應用的系統，我國在這方面尚處于起步階段。近年來，隨著公路交通事業的蓬勃發展，公路收費系統開始由人工向自動化方向發展，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仍有不盡如人意的地方，有的磁卡或接觸式IC卡系統要求車輛必須停車才能進行收費作業，射頻自動識別不停車收費系統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是21世紀現代交通運輸體系的發展方向, 是國家“十五”重點攻關項目, 同時又是科技部創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
車輛系統加裝ZigBee節點，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和公交車站的收費系統十分類似，下面就以公交車站的報站系統為例來分析整個系統的運作過程。
在廣州等城市，公交車信息已經聯網，在站臺的站牌上，已經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進行無線數據交互，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據交互的需要，在車輛上也可以使用GPRS信號發送接收器，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雙通道冗余設計，在ZigBee網絡暢通的情況下，關閉GPRS模塊。
普及和推廣ZigBee在車輛上的應用，會帶來很多的附加收益。首先，在城市建設過程中，如果無線路燈已經鋪設了ZigBee無線控制系統，那么公交車上的ZigBee節點還可以通過路燈上的ZigBee節點進行路由轉發，并可根據需要，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放準入證等，只要經過覆蓋100 m的讀卡范圍，即可掃描讀入車牌號等，如圖2所示。
3 方案優勢
ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發展的通訊方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來通知發現的新食物源的位置、距離和方向等信息，ZigBee技術模仿蜜蜂通過跳舞來傳遞信息的方式，通過相鄰網絡節點之間信息的接力傳遞，將一個信息從一個節點傳輸到遠處的另外一個節點。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）及網絡結構優良的特點。
在本方案中可采用ZigBee模塊作為無線傳輸的核心部件，具有組網簡單、電池使用時間長、系統成本低和免執照頻段等特點，在停車場或高速公路收費站中優勢非常明顯，在一些路段中已經開始應用，大大提高了收費的工作效率。
(1)組網簡單
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，通訊數據接力式地一級一級往下傳遞，網絡結構屬于直線型，網絡拓撲相對而言比較簡單。致遠電子依靠強大的研發團隊，能為客戶提供完善技術服務支持，客戶在開發的過程中只需專注于上位機軟件的編寫，省去復雜的組網開發，大大提升了產品的核心競爭力。
(2)電池使用時間長
在停車場或高速公路收費站中，節點數相對較多、網絡中的起始節點和終點節點距離較遠，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5號電池可支持1個節點工作6~24個月，甚至更長，這是ZigBee的突出優勢。單個節點的模塊功耗低于100 mW，而且單芯片可實現大部分功能。當模塊處于休眠狀態時，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發送一次數據信息計算，使用550 mAh(放電量約為500 mAh)的電池可以工作13個月。
(3)系統成本低
本方案的節點數目須根據停車場收費站的規模而定，有時可能會多達到上百個，成本無疑是大家最關心的問題。ZigBee免協議專利費，省去協議方面的費用，每塊芯片的價格僅為幾美元，在整個系統的傳輸方面可以說是有獨到的優勢。致遠電子根據實際需要，自行設計了特有的ZLGnet協議，傳輸速度更快，距離更遠。同時，無線事業部使用的2.4 GHz射頻芯片設計生產的ZigBee模塊ZM2410，已完成射頻前端及整機設計驗證、板材及加工工藝攻關、射頻一致性測試、高品質射頻器件采購存貨等前期準備工作，具備本土優勢和品質保障的模塊，價格更符合國內市場，廣為客戶青睞。
(4)免執照頻段
ZigBee采用直接序列擴頻在工業科學醫療(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，2.4 GHz的ZigBee有著更準確的信號強度指示，更大的數據通訊率，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(ZICM2410模塊可達1 MHz)，通訊速率將可以承載更多的應用，如體征數據傳輸，環境參數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的角度看待，先進的電子收費技術對于我國公路運營管理效率的提高有很大的潛力，根據國家關于信息技術推進傳統產業技術進步的總思路，電子收費技術將逐步在中國得到應用和采納。本文對ZigBee技術在停車場或高速公路收費中的應用做了簡單的介紹，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。本方案已經在某些停車場中投入使用，系統運行穩定、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品都有很大的需求。ZigBee這一射頻通訊領域最有潛力的技術未來將會在更多的領域中應用，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，讓智能無線產品早日走進千家萬戶。