不停車收費系統關鍵技術及其應用

王夫釗

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550022）

0 引言

不停車收費系統（Electronic Toll Collection Sys?tem，簡稱“ETC”）是ITS領域中的一個重要方面。由于其可回收交通基礎設施的投資，又能緩解收費站的排隊現象，減少了環境污染，因此許多國家都對不停車收費系統投入了的研發力量。我國交通運輸部門也已將不停車收費系統列入交通科技的技術創新重點之一。

1ETC系統概述

不停車收費系統又稱電子收費系統，是以現代通信技術、電子技術、自動控制技術、計算機技術和網絡技術為主導而發展起來的。系統可實現車輛的不停車智能自動收費，是目前世界上最先進的路橋收費系統（見圖1）。現有的電子不停車收費系統的功能包括：數據采集、管理收費車道的交通、收費車道的車道控制機和后臺網絡數據接口、內部業務管理、查詢系統。車道控制系統用于各種現場設備的交通控制和管理，安裝在車輛上的電子標簽可記錄各種車輛信息，并通過管理子系統實時傳輸到收費站。管理子系統的收費站負責管理數據收集。

圖1 ETC收費站原理圖

2ETC系統工作原理

2.1 售卡和充值

車輛應事先在售卡點（工商銀行和高管局發售）購買車載單元（OBU），由工作人員貼于車窗玻璃上（具有防拆功能）。OBU可以在遠離收費中心的多個售卡點銷售和充值。售卡或充值時把操作者員工號、加值日期、加值站點號、持卡人姓名或駕駛證號、認證標識、加值金額、有效期等數據寫進OBU，并連同卡號形成一條記錄寫進本地機并上傳。

2.2 入口處理

當車輛進入收費車道，車輛檢測器將信號傳給前端控制器，控制器控制天線工作、接收電路和車輛上的OBU進行通訊，并進行CRC校驗。確認接收到的數據準確無誤后，通過RS485接口將數據傳遞到收費機。

當某一車輛駛入入口車道時，車道控制機通過天線與OBU通訊，讀出卡中信息，判定該卡有效性。判定OBU有效性的充分條件如下：

（1）該OBU密碼被本系統機具接受；

（2）該OBU儲存的系統信息和用戶信息是本系統所規定的格式；

（3）該OBU不在黑名單內；

（4）該OBU所存余額超過本系統規定的最低限額；

（5）當前狀態為“已出口”；

（6）沒有讀寫故障。

若卡有效，則向OBU寫入“車輛類型”、“收費站名”、“車道號”、“日期時間”等信息。收費機控制：車道信號燈由紅色變為綠色；自動欄桿提起；車輛駛離檢測器的檢測域，自動欄桿落下，系統可以處理下一部車。收費車道設備完成一次正常收費處理業務，生成入口記錄存貯在車道計算機內，并立刻上傳給收費站計算機。

當OBU寫為無效卡，當卡被確認為無效時，收費機終端顯示器屏幕會提示并在提示欄顯示“無效卡！”。車道會報警，并在費額顯示器上顯示“請轉向人工車道”的提示。

2.3 出口處理

當某一車輛駛入入口車道時，車道控制機通過天線與OBU通訊，讀出卡中信息，判定該卡有效性。車輛類型、收費站名、路費金額等內容以大字體在屏幕上顯示；車道信號燈為紅色顯示；自動欄桿顯示關閉狀態；車道設備處于：交通指示燈為紅色，或自動欄桿顯示關閉狀態。收費機屏幕顯示如下內容：車輛類型、收費站名、路費金額、儲值卡的余額；系統在OBU的余額中減去本次路費，并將余額存入OBU寫中，車道出現：車道信號燈為綠色顯示；自動欄桿顯示升起狀態。若該卡不夠支付本次路費的金額，系統會提示車輛轉向人工車道繳費后放行。

若使用全額現金方式，則終端屏幕提示：“儲值卡余額不足，請使用現金支付，按[現金]鍵”，收費員確認收取路費后，按“確認”鍵；若使用補現金的方式，則終端屏幕提示：“儲值卡余額不足，請使用現金支付，按[現金]鍵”，并將路費與儲值卡余額的差額顯示在“應收現金”處，收費員確認收取路費后，按“確認”鍵。然后車輛駛離檢測器的檢測域，自動欄桿落下，系統可進行下一次收費業務。收費車道設備完成一次正常收費處理業務，生成車輛的“類型”、付款的“幣種”、出口通過的“日期、時間”、“收費金額”、“付款方式”、“收費員工號”等信息，存貯在車道計算機內，并立刻上傳給收費站計算機。

當卡被確認為無效時，收費機終端顯示器屏幕會以紅色提示并報警，對車輛進行抓拍。根據不同情況，值班員提醒司機對車載卡充值。并按現金收取通行費和罰款。

3ETC系統關鍵技術

3.1 車輛自動識別系統（AVI）

該系統主要由車載設備(OBU：On-Board Units)和路邊設備(RSE：Road-Side Units)組成，兩者通過使用一種基于5.8GHz微波頻段短程通信DSRC（Dedicated Short Range Communication）完成路邊設備對車載設備信息的一次讀寫，即完成收(付)費交易所必需的信息交換手續。目前用于ETC的短程通信主要是微波和紅外兩種方式，由于技術發展歷史的原因，微波方式的ETC已成為各國DSRC的主流。

3.2 違章車輛抓拍系統（VEC）

該系統主要由數碼照相機、圖像傳輸設備、車輛牌照自動識別系統等組成。對不安裝車載設備OBU的車輛利用系統防砸車功能實施逃費抓拍，并傳輸到收費中心，通過車牌自動識別系統識別違章車輛的車主，實施通行費的補收手續。

3.3 兩片式電子標簽

兩片式電子標簽同單片式電子標簽比較，多一片可插拔的作為擴展存儲器使用的IC卡。兩片式電子標簽主要作為車輛識別卡和通信中繼器使用，電子標簽中只記錄車牌號、車型或車輛的物理參數，為車道系統提供車輛識別信息，而賬號、金額方面的信息則儲存在IC卡內，電子標簽與IC卡之間可以進行數據交換。ETC車道天線可以借助車載電子標簽遠距離快速讀取IC卡中的數據信息，從而實現免停車通過收費站并完成收費交易。

4ETC系統的應用

我國最早的ETC系統應用開始于1996年10月，廣東省路路通有限公司引進美國TI公司的ETC收費設備，開發了ETC收費系統軟件；2001年，廣東省采用組合式ETC技術在廣韶公路、虎門大橋完成ETC示范工程并使組合式ETC技術進入了真正的可操作階段；2003年，長沙機場高速路開通了那時最先進的路橋不停車收費系統；2004年，成都機場高速公路啟用不停車收費系統；2005年，北京機場高速公路收費站“升級版”的不停車收費系統投入運行，新系統增加了抓拍取證、違章稽查等功能，隨后，不停車收費系統（ETC）在全國范圍內得到大面積的運用。

貴州省在2012年也開始了大面積的ETC系統建設，僅2012年就建成超過80條ETC車道，基本覆蓋了9大地州市的主要出口。

5 結語

我國的ETC產品和應用還面臨著諸多問題，需對ETC產品設計的思路和采用的技術路線進行重新的思考，采用集成芯片的方案已經成為解決目前產品問題的必由之路。只有當我國的ETC產品有了質的提高，形成規模化的產業基地，我國ETC產業才能蓬勃發展。

[1] 劉志偉，程琳.不停車收費系統（ETC）的概況研究[J].科技創新導報，2008（2）：11.

[2] 劉瑋，李欣董，靜薇.基于射頻識別技術的高速公路不停車車輛自動收費系統的設計[J].黑龍江科技信息，2008（4）：74.

[3] 廉飛宇，范伊紅，張元.ETC電子不停車收費的技術研究[J].計算機工程與技術，2007，43（5）：204-207.