1高速公路收费系统的现状
随着经济的不断发展，国家开始加快高速公路建设的步伐，大部分地区已经形成了一个四通八达的高速公路网。无论在货运还是客运方面高速公路都起着越来越重要的作用。随着高速公路里程和交通量的不断增加，如何进一步加强高速公路的管理水平，提高其运营效率，成为高速公路管理研究的重要内容。建设和优化高速公路收费是高速公路管理的重要任务之一，它直接影响高速公路通行的效率和运营的经济效益。为了保证投资效益和通行安全，高速公路设立了许多收费站和交通监控中心，而过多地设立收费站，又降低了高速公路通行的效率。目前，收取道路交通费是我国道路建设投资的主要收回方式之一，然而伴随着每条高速公路通车都需要大量的收费站24小时值班，收费站的建成和运营本身就消耗了相当一部分资金，而且由于大多数收费站采用人工收费方式，车辆交费需要完全停止，效率很低，在交通高峰时期，收费站成为高速公路的“瓶颈”，车辆频繁地启动刹车也造成了能源浪费和环境污染，同时还加快了车辆部件的磨损，带来交通隐患，电子收费系统是ITS(Intelligent Transportation System)服务中的一个特殊领域，是解决高速公路收费问题的有效手段，国外已经把电子收费系统作为ITS领域最先投入应用的系统，我国在这方面尚处于起步阶段。近年来，随着公路交通事业的蓬勃发展，公路收费系统开始由人工向自动化方向发展，有效地降低了公路、桥梁等收费处的车辆阻塞率。但目前各种收费系统仍有不尽如人意的地方，有的磁卡或接触式IC卡系统要求车辆必须停车才能进行收费作业，射频自动识别不停车收费系统是解决高速公路自动收费问题的一种有效可行的方法，实现了高速公路不停车收费。它能有效解决高速公路收费处车辆堵塞问题，具有较强的实用性。
未来的智能交通系统是21世纪现代交通运输体系的发展方向, 是国家“十五”重点攻关项目, 同时又是科技部创新基金重点支持项目。本文主要介绍ZigBee这种短距离、低成本和低功耗的无线智能传输在停车场及高速公路收费中的应用，希望能借此提高停车场或高速公路中收费效率低的问题。
2 无线收费、停车管理系统
车辆系统加装ZigBee节点，在车辆管理及城市智能化等方面有着很大的益处。高速公路上的无线收费系统和公交车站的收费系统十分类似，下面就以公交车站的报站系统为例来分析整个系统的运作过程。
在广州等城市，公交车信息已经联网，在站台的站牌上，已经可以看到某班次的车距离本站还有多少站等信息。公交车与站台间通过ZigBee进行无线数据交互，如图 1所示。ZigBee基站建立在站台顶上，信号覆盖范围可达前后300 m，即使在繁华路段，有十多辆公交车也完全可以满足车站进站进行数据交互的需要，在车辆上也可以使用GPRS信号发送接收器，这样的改动可以减少一半的通讯成本，因为ZigBee本身是不需要通讯费用的。

为安全起见，可以使用ZigBee和GPRS双通道冗余设计，在ZigBee网络畅通的情况下，关闭GPRS模块。
普及和推广ZigBee在车辆上的应用，会带来很多的附加收益。首先，在城市建设过程中，如果无线路灯已经铺设了ZigBee无线控制系统，那么公交车上的ZigBee节点还可以通过路灯上的ZigBee节点进行路由转发，并可根据需要，检测行车，进行诸如深夜省电模式的控制等。其次，ZigBee可以作为车辆的有源标识卡，在某些单位的停车场，可以通过读卡器读取车辆信息，无需人员登记车牌号及发放准入证等，只要经过覆盖100 m的读卡范围，即可扫描读入车牌号等，如图2所示。

3 方案优势
ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通讯方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，ZigBee技术模仿蜜蜂通过跳舞来传递信息的方式，通过相邻网络节点之间信息的接力传递，将一个信息从一个节点传输到远处的另外一个节点。ZigBee具有低成本、低功耗（普通五号电池能使用6～24个月）、高速率（最高为250 kb/s）及网络结构优良的特点。

在本方案中可采用ZigBee模块作为无线传输的核心部件，具有组网简单、电池使用时间长、系统成本低和免执照频段等特点，在停车场或高速公路收费站中优势非常明显，在一些路段中已经开始应用，大大提高了收费的工作效率。
(1)组网简单
在本方案中，需要某些特定的路段上安装ZigBee通讯模块。两个模块之间的距离一般不会超过500 m，彼此之间相互独立，通讯数据接力式地一级一级往下传递，网络结构属于直线型，网络拓扑相对而言比较简单。致远电子依靠强大的研发团队，能为客户提供完善技术服务支持，客户在开发的过程中只需专注于上位机软件的编写，省去复杂的组网开发，大大提升了产品的核心竞争力。
(2)电池使用时间长
在停车场或高速公路收费站中，节点数相对较多、网络中的起始节点和终点节点距离较远，如果采用电池供电，不宜频繁地更换通讯模块的电源。ZigBee低功耗的特点就显得十分重要。在低耗电待机模式下，2节5号电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长，这是ZigBee的突出优势。单个节点的模块功耗低于100 mW，而且单芯片可实现大部分功能。当模块处于休眠状态时，工作电流低至微安级。致远电子推出的ZICM2410 ZigBee模块，按每隔10 s发送一次数据信息计算，使用550 mAh(放电量约为500 mAh)的电池可以工作13个月。
(3)系统成本低
本方案的节点数目须根据停车场收费站的规模而定，有时可能会多达到上百个，成本无疑是大家最关心的问题。ZigBee免协议专利费，省去协议方面的费用，每块芯片的价格仅为几美元，在整个系统的传输方面可以说是有独到的优势。致远电子根据实际需要，自行设计了特有的ZLGnet协议，传输速度更快，距离更远。同时，无线事业部使用的2.4 GHz射频芯片设计生产的ZigBee模块ZM2410，已完成射频前端及整机设计验证、板材及加工工艺攻关、射频一致性测试、高品质射频器件采购存货等前期准备工作，具备本土优势和品质保障的模块，价格更符合国内市场，广为客户青睐。
(4)免执照频段
ZigBee采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段、2.4 GHz、915 MHz（美国）和868 MHz（欧洲）。相比于绕射能力更强的低频段无线通讯技术，2.4 GHz的ZigBee有着更准确的信号强度指示，更大的数据通讯率，说到通讯速率，433 MHz最大100 kb/s的通讯速率似乎也够用了，但是10倍于433 MHz最大传输速率的ZigBee技术(ZICM2410模块可达1 MHz)，通讯速率将可以承载更多的应用，如体征数据传输，环境参数采集以及下行信息控制等。
4 展望
无论从交通工程还是从智能运输系统的角度看待，先进的电子收费技术对于我国公路运营管理效率的提高有很大的潜力，根据国家关于信息技术推进传统产业技术进步的总思路，电子收费技术将逐步在中国得到应用和采纳。本文对ZigBee技术在停车场或高速公路收费中的应用做了简单的介绍，为解决停车场或高速公路收费的问题提供有益的参考。通过引进ZigBee无线技术对停车场或高速公路收费站进行智能化武装，可以大大提高收费的效率，使人们的出行更快速、更便捷。本方案已经在某些停车场中投入使用，系统运行稳定、可靠，工作至今无故障报告。长期以来，市场上对低价格、低传输率、短距离、低功耗的无线通讯产品都有很大的需求。ZigBee这一射频通讯领域最有潜力的技术未来将会在更多的领域中应用，更加深入地影响人们的生活。下一步我公司将会加大ZigBee推广的力度，让智能无线产品早日走进千家万户。