淺談高速公路ETC電子收費系統(tǒng)的技術(shù)研究

論文關(guān)鍵詞：高速公路ETC電子收費系統(tǒng)技術(shù)研究

論文摘要：ETC（ElectronicTollCollection）電子收費系統(tǒng)是一個集中了微波無線通信、圖象識別、自動控制、傳感技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)及信息處理等多項高新技術(shù)的智能交通電子系統(tǒng)，通過車載電子標簽自動與安裝在路側(cè)或門架上的微波天線進行信息交換從而實現(xiàn)車輛無需停車即可自動收取道路通行費用。本文重點介紹了高速公路ETC電子收費系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能及其工作流程。

1、引言

隨著高速公路聯(lián)網(wǎng)收費里程的不斷增長、交通流量的不斷加大，高速公路收費站點車輛擁堵和環(huán)境污染問題日益突出，如何提高疏通能力和車道收費的處理效率迫在眉睫。ETC電子收費系統(tǒng)通過微波無線通信、計算機網(wǎng)絡(luò)及信息處理、圖象識別、傳感技術(shù)、自動控制等多項高新技術(shù)手段，利用車載電子標簽自動與安裝在路側(cè)或門架上的微波天線進行信息交換從而實現(xiàn)車輛無需停車即可自動收取道路通行費用，車輛以不停車方式通過收費站能夠明顯提高收費站的通行能力，減少因排隊、繳費造成的燃油消耗和尾氣排放，極大地改善了高速公路的交通狀況，大大促進高速公路收費管理的發(fā)展。2、ETC電子收費系統(tǒng)概述

ETC電子收費系統(tǒng)是一個集中了微波無線通信、計算機網(wǎng)絡(luò)及信息處理、圖象識別、傳感技術(shù)、自動控制等多項高新技術(shù)在高速公路收費系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)車輛不停車自動收費的智能交通電子系統(tǒng)。

ETC電子收費方式，具有全自動、快速便捷、非現(xiàn)金交易、大容量等優(yōu)點，它利用車載電子標簽自動與安裝在路側(cè)或門架上的微波天線進行信息交換，控制計算機根據(jù)插入在電子標簽中存儲的信息識別出道路使用者信息，在不需要司機停車和其他收費人員操作的情況下，自動完成收費處理過程。與傳統(tǒng)的MTC系統(tǒng)相比，ETC系統(tǒng)具有以下特點：

(1)有效地提高了收費車道的車輛通行能力，加快了收費速度；(2)減少剎車時造成的機件損耗，降低油耗，減少車輛尾氣污染；(3)一卡通行多個收費站，方便駕車者；(4)系統(tǒng)管理簡單、工作安全可靠；(5)杜絕收費工作中的貪污通行費現(xiàn)象。3、ETC電子收費系統(tǒng)工作原理

ETC電子收費系統(tǒng)主要利用車輛自動識別技術(shù)，通過路側(cè)車道或門架上控制系統(tǒng)的信號發(fā)射與接收裝置（RSU）識別車輛上的車載單元(OBU)的“電子標簽”，ETC車道計算機根據(jù)“電子標簽”中存儲的信息識別出車輛的基本信息，根據(jù)車輛行駛情況從車主的銀行賬號或儲值中扣除通行費。交易成功后,車道欄桿自動抬起，放行車輛；車輛通過后，欄桿自動降下。整個過程不需人工干預，車輛不停車快速通過ETC收費車道。4、ETC電子收費系統(tǒng)構(gòu)成

ETC電子收費系統(tǒng)主要由ETC收費車道、收費站管理系統(tǒng)、ETC管理中心、專業(yè)銀行及傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。根據(jù)分工的不同，系統(tǒng)又可分為前臺系統(tǒng)和后臺系統(tǒng)兩大部分。

前臺主要通過ETC收費車道系統(tǒng)實現(xiàn)不停車收費。ETC車道設(shè)備主要由天線、天線控制器、觸發(fā)線圈、抓拍線圈、落桿線圈、自動欄桿機、通行信號燈、閃光報警器、車道計算機、車道控制器、費額顯示器（帶余額顯示功能）、車道攝像機、字符疊加器、霧燈、車牌識別系統(tǒng)等組成。

后臺系統(tǒng)由收費站管理子系統(tǒng)、ETC管理中心和專業(yè)銀行組成，負責后臺的ETC交易數(shù)據(jù)服務(wù)、運營參數(shù)管理以及系統(tǒng)運行監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)接口軟件，在站級實現(xiàn)ETC電子收費系統(tǒng)與聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理工作。ETC管理中心是ETC系統(tǒng)的最高管理層，既要進行收費信息與數(shù)據(jù)的處理和交換，又要行使必要的管理職能。后臺系統(tǒng)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)文件在公路公司和用戶之間進行交易、拆帳和財務(wù)結(jié)算，配有多臺功能強大的計算機，完成系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)、圖像的采集和處理。5、ETC電子收費系統(tǒng)功能

(1)探測車輛的駛出、駛離并對車輛進行計數(shù)，傳送檢測結(jié)果。結(jié)合車輛識別，可判斷車輛是否有電子標簽（OBU）；(2)具有實時圖像抓拍和車牌識別功能。當車輛通過車道時，抓拍設(shè)備自動對車輛圖像進行抓拍并保存，識別車牌號碼并保存；(3)在人口車道將人口收費站、車型等信息寫入蘇通卡信息；在出口車道，更具車輛經(jīng)過的人口收費站、費率等計算通行費金額；(4)根據(jù)車道計算機控制指令正確控制車道設(shè)備動作，包括自動欄桿的升起、通行信號燈的切換、報警器的開關(guān)、費額顯示器的顯示、大棚燈的切換等；(5)完成車道和收費站之間的數(shù)據(jù)交換。包括接收收費站下達的信息、上傳蘇通卡原始通行費數(shù)據(jù)、人口車道的過車信息等；(6)如果車輛通過ETC車道時出現(xiàn)異常，車到系統(tǒng)將攔截該車車輛不允許通行，系統(tǒng)不再對該車輛進行出路，由收費站工作人員引導至隔壁的MTC車道。6、ETC電子收費系統(tǒng)工作流程

(1)當裝有電子標簽的車輛進入通訊范圍，首先壓到埋入地下的觸發(fā)線圈，啟動讀寫天線；(2)讀寫天線與電子標簽進行通訊，電子標簽以微波方式發(fā)出電子標簽標示和車型代碼，讀寫天線接收并判別電子標簽的有效性，如果電子標簽有效則進行交易，無效則報警并保持車道封閉，直到車輛離開檢測線圈；(3)對于持無效卡或無卡的車輛，若其在收費車道上高速跟車沖卡而過，讀寫天線在確認無效性的同時，將啟動快速自動欄桿，關(guān)閉收費車道，當場將沖卡車輛攔截。(4)如交易成功，車道控制欄桿抬起，車道交通信號燈變綠，費額顯示器上顯示交易信息；(5)車輛通過抓拍線圈時，系統(tǒng)進行圖像抓拍，字符疊加器將過車信息疊加到抓拍圖像中；(6)車輛通過落桿線圈后，欄桿自動回落，車道通行信號燈變紅；(7)系統(tǒng)保存交易信息，并上傳至收費站服務(wù)器，一個收費流程完成，等待下一車輛進入。7、結(jié)語

隨著聯(lián)網(wǎng)收費路段的增多，相對于MTC來說，ETC收費的優(yōu)勢越來越突出，但目前的ETC電子收費系統(tǒng)仍然存在通信技術(shù)、跟車干擾、貨車不適用、誤報警、投資成本高等問題，以及相鄰省之間ETC技術(shù)標準不完全統(tǒng)一、密鑰體系標準不同、聯(lián)網(wǎng)收費運營管理機制不同的問題，隨著通信技術(shù)和跨省ETC技術(shù)的不斷提高，ETC電子收費系統(tǒng)必將依靠其難以比擬的靈活性和可擴展性，在高速公路收費管理中得到廣泛的推廣和應(yīng)用。參考文獻

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[2]楊詳妹等.長三角聯(lián)網(wǎng)ETC在滬蘇浙高速的應(yīng)用[J].中國交通信息產(chǎn)業(yè),201*(5)：66-70.

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1、引言...........................................................................................................................................................22、中國ETC發(fā)展和現(xiàn)狀...............................................................................................................................23、ETC電子收費系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與工作原理............................................................................................34、ETC電子收費系統(tǒng)構(gòu)成............................................................................................................................35、ETC電子收費系統(tǒng)功能............................................................................................................................46、ETC電子收費系統(tǒng)工作流程....................................................................................................................47、ETC電子收費系統(tǒng)優(yōu)點與弊端................................................................................................................58、結(jié)語...........................................................................................................................................................6參考文獻.........................................................................................................................................................7

淺析高速公路ETC電子收費系統(tǒng)

（河北工業(yè)大學土木工程學院天津300401）

摘要：ETC（ElectronicTollCollection）電子收費系統(tǒng)是一個集中了微波無線通信、

圖象識別、自動控制、傳感技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)及信息處理等多項高新技術(shù)的智能交通電子系統(tǒng)，通過車載電子標簽自動與安裝在路側(cè)或門架上的微波天線進行信息交換從而實現(xiàn)車輛無需停車即可自動收取道路通行費用。本文對高速公路ETC電子收費系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及其工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能和工作流程以及現(xiàn)階段ETC的優(yōu)缺點進行了分別闡述。

關(guān)鍵詞：高速公路、ETC現(xiàn)狀、ETC系統(tǒng)構(gòu)成與原理、ETC優(yōu)缺點

1、引言

隨著高速公路聯(lián)網(wǎng)收費里程的不斷增長、交通流量的日益加大，高速公路收費站車輛擁堵現(xiàn)象和環(huán)境污染問題越發(fā)突出，面對如何提升道路疏通能力和車量收費的處理效率，ETC電子收費系統(tǒng)應(yīng)運而生。ETC電子收費系統(tǒng)通過微波無線通信、計算機網(wǎng)絡(luò)及信息處理、圖象識別、傳感技術(shù)、自動控制等多項高新技術(shù)手段，利用車載電子標簽自動與安裝在路側(cè)或門架上的微波天線進行信息交換從而實現(xiàn)車輛無需停車即可自動收取道路通行費用，車輛以不停車方式通過收費站能夠明顯提高收費站的通行能力，減少因排隊、繳費造成的燃油消耗和尾氣排放，極大地改善了高速公路的交通狀況，大大促進高速公路收費管理的發(fā)展。

2、中國ETC發(fā)展和現(xiàn)狀

隨著指導中國高速公路電子收費應(yīng)用的國家標準GB/T20851《電子收費專用短程通信》在201*年3月17日的正式發(fā)布和交通部門的大力宣貫的推廣。中國ETC發(fā)展的標準之爭終于告一段落。在這之前的歐洲標準，日本標準和國標之爭，915M產(chǎn)品，2.4G產(chǎn)品和5.8G產(chǎn)品之爭終于塵埃落地。中國選擇了自己的國標，選擇了5.8G。

標準既已確立。中國的ETC產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用也蓬勃發(fā)展。ETC產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家已經(jīng)有十多家。其中不乏能提供整體解決方案的廠家。到目前為止，交通部組織開展的京津冀和長三角區(qū)域高速公路聯(lián)網(wǎng)不停車收費示范工程進展順利，已經(jīng)在北京、上海、江蘇、江西等地開通運營，截止201*年1月，全國范圍內(nèi)開通ETC車道的數(shù)量約為240條左右。

目前ETC的生產(chǎn)廠家，多數(shù)都是規(guī)模較小，產(chǎn)品總類較少的公司。整個ETC系統(tǒng)包括的產(chǎn)品很多，除基建施工和收費系統(tǒng)的清分算系統(tǒng)較成熟外。ETC系統(tǒng)還包括OBU，RSU，發(fā)行工具，密鑰系統(tǒng)，ESAM，PSAM和CPU卡等關(guān)鍵產(chǎn)品�，F(xiàn)在的廠家各自為政，缺乏彼此之間的緊密合作。生產(chǎn)OBU和RSU的對密鑰系統(tǒng)不太了解。生產(chǎn)CPU卡的對OBU和RSU不了解。目前的現(xiàn)狀，需要出現(xiàn)更強有力的企業(yè)出現(xiàn)，對整體系統(tǒng)有全面的把握，成為整體解決方案的提供商，進而成為ETC服務(wù)的服務(wù)提供商。當前，握奇是中國唯一一家提供ETC的OBU，RSU及相關(guān)系統(tǒng)，密鑰及相關(guān)系統(tǒng)，IC卡及相關(guān)系統(tǒng)的整體解決方案的提供商。

3、ETC電子收費系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與工作原理

ETC利用射頻識別技術(shù)RFID,實現(xiàn)車輛快速通行。其關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾個方面：自動車輛識別（AVIAutomaicVehicleIdenification）技術(shù)、自動車型分類（AVIAutomaticVdhicleClassification）技術(shù)、短程通信（DSRCDedicatedShortCommunication）技術(shù)、逃費抓拍系統(tǒng)（VESVideoEnforcementSystem）

ETC系統(tǒng)由后臺系統(tǒng)、車道控制器、RSU和OBU等組成，主要利用車輛自動識別技術(shù)，通過路側(cè)車道或門架上控制系統(tǒng)的信號發(fā)射與接收裝置（RSU）識別車輛上的車載單元(OBU)的“電子標簽”，ETC車道計算機根據(jù)“電子標簽”中存儲的信息識別出車輛的基本信息，根據(jù)車輛行駛情況從車主的銀行賬號或儲值中扣除通行費。交易成功后,車道欄桿自動抬起，放行車輛；車輛通過后，欄桿自動降下。整個過程不需人工干預，車輛可以在不停車的情況下快速通過ETC收費車道，減少了時間浪費和不必要的油耗。

4、ETC電子收費系統(tǒng)構(gòu)成

ETC電子收費系統(tǒng)主要由ETC收費車道、收費站管理系統(tǒng)、ETC管理中心、專業(yè)銀行及傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。根據(jù)分工的不同，系統(tǒng)又可分為前臺系統(tǒng)和后臺系統(tǒng)兩大部分。

前臺主要通過ETC收費車道系統(tǒng)實現(xiàn)不停車收費。ETC車道設(shè)備主要由天線、天線控制器、觸發(fā)線圈、抓拍線圈、落桿線圈、自動欄桿機、通行信號燈、閃光報警器、車道計算機、車道控制器、費額顯示器（帶余額顯示功能）、車道攝像機、字符疊加器、霧燈、車牌識別系統(tǒng)等組成。

后臺系統(tǒng)由收費站管理子系統(tǒng)、ETC管理中心和專業(yè)銀行組成，負責后臺的ETC交易數(shù)據(jù)服務(wù)、運營參數(shù)管理以及系統(tǒng)運行監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)接口軟件，在站級實現(xiàn)ETC電子收費系統(tǒng)與聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理工作。ETC管理中心是ETC系統(tǒng)的最高管理層，既要進行收費信息與數(shù)據(jù)的處理和交換，又要行使必要的管理職能。后臺系統(tǒng)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)文件在公路公司和用戶之間進行交易、拆帳和財務(wù)結(jié)算，配有多臺功能強大的計算機，完成系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)、圖像的采集和處理。

5、ETC電子收費系統(tǒng)功能

(1)探測車輛的駛出、駛離并對車輛進行計數(shù)，傳送檢測結(jié)果。結(jié)合車輛識別，可判斷車輛是否有電子標簽（OBU）；(2)具有實時圖像抓拍和車牌識別功能。當車輛通過車道時，抓拍設(shè)備自動對車輛圖像進行抓拍并保存，識別車牌號碼并保存；(3)在入口車道將入口收費站、車型等信息寫入蘇通卡信息；在出口車道，根據(jù)車輛經(jīng)過的人口收費站、費率等計算通行費金額；(4)根據(jù)車道計算機控制指令正確控制車道設(shè)備動作，包括自動欄桿的升起、通行信號燈的切換、報警器的開關(guān)、費額顯示器的顯示、大棚燈的切換等；(5)完成車道和收費站之間的數(shù)據(jù)交換。包括接收收費站下達的信息、上傳蘇通卡原始通行費數(shù)據(jù)、人口車道的過車信息等；(6)如果車輛通過ETC車道時出現(xiàn)異常，車道系統(tǒng)將攔截該車輛不允許通行，系統(tǒng)不再對該車道進行出路，由收費站工作人員引導至隔壁的MTC車道。

6、ETC電子收費系統(tǒng)工作流程

(1)當裝有電子標簽的車輛進入通訊范圍，首先壓到埋入地下的觸發(fā)線圈，啟動讀寫天線；(2)讀寫天線與電子標簽進行通訊，電子標簽以微波方式發(fā)出電子標簽標示和車型代碼，讀寫天線接收并判別電子標簽的有效性，如果電子標簽有效則進行交易，無效則報警并保持車道封閉，直到車輛離開檢測線圈；(3)對于持無效卡或無卡的車輛，若其在收費車道上高速跟車沖卡而過，讀寫天線在確認無效性的同時，將啟動快速自動欄桿，關(guān)閉收費車道，當場將沖卡車輛攔截。(4)如交易成功，車道控制欄桿抬起，車道交通信號燈變綠，費額顯示器上顯示交易信息；(5)車輛通過抓拍線圈時，系統(tǒng)進行圖像抓拍，字符疊加器將過車信息疊加到抓拍圖像中；(6)車輛通過落桿線圈后，欄桿自動回落，車道通行信號燈變紅；(7)系統(tǒng)保存交易信息，并上傳至收費站服務(wù)器，一個收費流程完成，等待下一車輛進入。

7、ETC電子收費系統(tǒng)優(yōu)點與弊端

ETC電子收費系統(tǒng)是一個集中了微波無線通信、計算機網(wǎng)絡(luò)及信息處理、圖象識別、傳感技術(shù)、自動控制等多項高新技術(shù)在高速公路收費系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)車輛不停車自動收費的智能交通電子系統(tǒng)。其優(yōu)點甚多，但也不盡完美，仍存有些許不足。

優(yōu)點：ETC電子收費方式，具有全自動、快速便捷、非現(xiàn)金交易、大容量等優(yōu)點，它利用車載電子標簽自動與安裝在路側(cè)或門架上的微波天線進行信息交換，控制計算機根據(jù)插入在電子標簽中存儲的信息識別出道路使用者信息，在不需要司機停車和其他收費人員操作的情況下，自動完成收費處理過程。與傳統(tǒng)的MTC系統(tǒng)相比，(1)ETC電子收費有效地提高了收費車道的車輛通行能力，加快了收費速度；(2)減少剎車時造成的機件損耗，降低油耗，減少車輛尾氣排放，真正做到了節(jié)能減排、高效環(huán)保；(3)一卡通行多個收費站，不用再為停車繳費而煩惱，極大的方便了駕車者；(4)系統(tǒng)管理簡單、工作安全可靠；(5)切實有效的杜絕了收費工作中的貪污通行費現(xiàn)象。(6)更少的基礎(chǔ)建設(shè)投入，更低的運營成本。（下面通過一些圖表進行直觀對比）

①對于使用者的好處更高的收費站通行能力

通行能力：1條ETC車道=3～5條MTC車道

②對于投資方的益處更少的基礎(chǔ)建設(shè)投入

2條ETC車道+6條MTC車道＝14條MTC車道（按通行能力)，節(jié)約40％建設(shè)費用。

更低的運營成本

14條MTC車道＝120萬/年

2條ETC車道+6條MTC車道＝60萬/年

缺點：ETC電子收費好處可見一斑，但是在其運營中仍有弊端存在。①在運營過程中如若有其他車輛誤入ETC車道，將會直接導致其擁堵；

②ETC系統(tǒng)跟車干擾嚴重：前車無電子標簽，后車有電子標簽；兩輛車都安裝有電子標簽；前車有電子標簽，后車無電子標簽

③短通信區(qū)車輛通行速度低；④自動欄桿附近存在通信盲區(qū)；

⑤由于個別駕駛者的素質(zhì)有待提高，惡意旁道插隊逃費現(xiàn)象仍無法解決；

⑥ETC行業(yè)魚龍混雜，生產(chǎn)規(guī)模不盡相同，各自為政，各類ETC系統(tǒng)之間的兼容問題。

8、結(jié)語

隨著聯(lián)網(wǎng)收費路段的增多，相對于MTC來說，ETC收費的優(yōu)勢越來越突出，但目前的ETC電子收費系統(tǒng)仍然存在通信技術(shù)、跟車干擾、貨車不適用、誤報警、投資成本高等問題，以及相鄰省之間ETC技術(shù)標準不完全統(tǒng)一、密鑰體系標準不同、聯(lián)網(wǎng)收費運營管理機制不同的問題，隨著通信技術(shù)和跨省ETC技術(shù)的不斷提高，ETC電子收費系統(tǒng)必將依靠其難以比擬的靈活性和可擴展性，在高速公路收費管理中得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

ETC電子收費系統(tǒng),，隨著人類社會的快速發(fā)展，科學技術(shù)的日新月異，必將日臻趨于完美。伴著ETC電子收費系統(tǒng)的普及，想必在不久的將來一場具有顛覆性意義的科技風暴將會席卷整個交通運輸界，給我們帶來一場翻天覆地的變化，這也意味著人們的生活將會變得越發(fā)高效，能源將會極大的節(jié)約，人與自然也會愈發(fā)和諧。接下來將會從無人駕駛汽車的發(fā)展、原理、現(xiàn)狀、利與弊以及現(xiàn)實中的應(yīng)用來展開一下。

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7

201*.9.

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