高速公路收費站ETC收費系統及其應用

孫嘉潞

摘 要：為了提高ETC系統建設的整體水平，使得新疆地區新建ETC系統的使用效率和應用水平得到保證，在對當前大部分地區ETC收費系統應用過程中存在的主要問題進行論述的基礎上，就ETC收費車道與人工收費車道之間的合理設置問題提出了對應的改良意見和優化策略。最后，以提高新疆地區在建高速公路收費站ETC收費系統的整體應用水平為目的，提出了相關的系統建設建議，對新建ETC系統架設以及應用起到了對應的參考作用。

關鍵詞：ETC 收費系統 信號盲區 系統應用

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0016-02

隨著新疆地區高速公路系統的日益完善以及乘用車保有數量的迅速增加，傳統的人工收費模式已經不能完全適應交通事業的發展，甚至在一定程度上阻礙了當前高速公路系統的持續建設，容易造成收費站車輛排隊、交通擁堵、環境污染以及交通事故等問題。這些因素和問題直接限制了新疆地區高速公路的整體運營效益以及公路的車輛通行能力。而當前解決該方法的有效措施即使用非現金的費用支付方式，利用當前先進的電子手段和通信技術，使得車輛不需要停車就能夠自動收取通行費用，即ETC技術。當前，新疆大部分地區的ETC系統依然處于在建狀態，還沒有形成完善的ETC收費網絡。為了充分發揮該系統的優越性，為在建ETC系統提供詳細的技術依據，需要在探討其基本工作原理的基礎上，分析其應用過程中存在的主要問題，并提出對應的優化解決方案及相關建議，從而實現新建ETC收費系統整體應用能力和應用水平的提高，為新疆地區高速公路系統以及智能交通系統的建設提供有效的基礎支撐。

1 ETC收費系統及其應用現狀

ETC（Electronic Toll Collection System）電子收費系統，因為使用后不需要停車即可以自動收費，而又被稱作不停車收費系統。該種系統是當前世界上最先進的路橋收費系統方式，其通過利用專門的短程微波通訊技術，能夠實現ETC系統架構中，公路路側單元（RSU）與隨車單元 （OBU）之間信息的實時交換，從而對進入閘口的車輛進行識別，之后利用計算機聯網技術與銀行的后臺系統進行實時結算處理，最終達到車輛通過路橋收費閘口不需要停車即能夠實現繳費的目的。該種收費系統完全采用全自動收費方式，是當前國內以及國際上正廣泛推廣的一種無人值守收費站建設子系統之一，能夠在公路、大型橋梁以及隧道等處進行不停車收費。從該套系統的發明以及應用來看，其在國外已經有較長的發展實踐，隨著互聯網技術以及通信技術的不斷成熟，在近些年來已經成為了大多數國家和地區進行電子收費系統建設和收費系統改造的首選方式之一。當前，我國國內的不停車收費系統正處于初步探索以及發展的階段，并建立了告訴公路電子收費應用的國家標準GB/T20851，為ETC系統的建設提供了標準的樣本，各個地區的高速系統建設過程中必須參照該系統，并已經完成了ETC收費系統車道的試點，開始進入到全面建設的階段。

2 ETC收費系統的基本工作原理

ETC收費系統通過安裝在車輛擋風玻璃位置的隨車電子標簽（車載單元）OBU（on-Board unit），從而與高速公路的收費站ETC專用車道的微波天線之間建立起對應的短程通訊通道（DSRC，Dedicated short Range communication），從而完成對駛入車道的車輛自動識別以及對應的通行費用收取，在整個過程中通過利用互聯網技術與銀行的后臺結算處理系統進行信息交換，達到不停車自動扣費的目的。當前，典型的ETC系統基本架構如圖1所示。

一個完善的ETC系統主要包括專用的ETC收費車道、管理中心、收費站管理系統、車道控制設備、費用收取顯示設備、專用銀行系統、自動欄桿設備、車輛檢測設備以及信息傳輸網絡幾個部分。當裝有OBU的車輛駛入專用的收費通道之后，設置在專門收費架位置的車輛檢測設備即對該車輛的OBU進行掃描，讀取設備中的相關信息，將設備芯片中的相關信息，包括車輛類型、牌照、進入高速公路地點/時間等一一記錄下來；當車輛駛離高速公路時，則出口的檢測設備對OBU芯片進行再次掃描，并通過比對上次的讀取信息，得到該車輛在高速公路上行駛的時間、具體里程以及需要繳納的費用等。并結合車載OBU單元中記錄的車輛用戶信息，例如車型、車牌、姓名以及銀行賬戶，在后續的幾秒鐘之內完成賬戶的結算操作。在整個過程中，車主不需要停車取票、繳費等，大大的縮短了車輛通過收費閘口的時間，有效的避免了收費站堵塞以及環境污染等問題。

3 新疆地區在建ETC系統應該關注的幾個主要問題

為了保證新疆地區新建ETC系統的建設水平，需要分析當前其他區域建設和使用ETC系統過程中存在的主要問題，以此作為后續新建ETC系統的技術參考。從當前國內部分地區ETC系統應用的實際情況來看，ETC系統存在的問題主要包括如下幾個方面。

3.1 長通信區存在的跟車干擾情況

由于ETC收費系統的通信區大致在自動欄桿前的2～10m之間，由于該區域設置范圍較大，導致在該區域中存在著多輛車輛的問題。而當前面的車輛沒有完成正常的繳費操作時，會出現前面車輛被放行通過，而后面車輛被失誤攔截的問題。

3.2 短通信區存在的通行速度較低的情況

設置的短通信區通常位于自動欄桿前的1～6.6 m之間，當進行通行費用交易的過程中，車輛距離欄桿較近，這時車輛必須緩慢通過欄桿才能正常的完成相關交易，否則會出現沖卡的問題。這在很大程度上降低了車輛的通行效率，不利于ETC系統的廣泛推廣和應用。

3.3 信號盲區問題

在自動欄桿前方存在通信盲區問題，這主要是當前的ETC系統微波天線通常設置在欄桿前方位置2 m處，而隨車OBU設備與天線接收之間存在的特定方向問題，使得車載的OBU系統在微波天線的下方不能正常的進行通信信息交換。通常，正常的通信區域在欄桿的前方2 m位置處，當通過車輛速度過快，或者因為其他問題而導致在該通信區域中沒有完成交易就進入到欄桿前的信號盲區時，導致欄桿沒有自動升起，從而使得收費交易不能完成，限制了車輛的通信速度。

3.4 車道內需要倒車的問題

由于不同的ETC系統在應減少設備方面存在一定的差異性，而且使用的OBU單元存在性能差異的問題，加之車輛通過車道時的行為較為復雜，導致車輛ETC系統在實際的應用過程中存在著需要倒車才能夠正常交易處理的問題。這對于在通行高峰期的高速公路而言，容易引發車道堵塞的問題，不能將ETC系統的優勢充分發揮出來。

3.5 其他相關問題

當前，ETC系統還不能用于貨車，而且系統在建設初期存在著投資成本高的問題，在一定程度上限制了ETC系統的大范圍推廣與應用。另外，雖然ETC系統應用已經有對應的國家標準，但是當前依然存在著系統間的兼容問題。這對于大范圍應用ETC系統之后的高速系統管理而言是一個嚴重的隱患，不利于ETC系統的建設和推廣，同時也會給未來智能交通系統的建設和發展帶來系統架構隱患。

4 新疆地區在建ETC系統優化和改良的具體策略

ETC系統是當前最為先進的智能交通收費系統之一，其在應用的過程中雖然存在著上述諸多的問題，但是其依然不會限制其在全國范圍內廣泛的推廣和應用。在應用過程中，為了避免上述問題，除了需要對系統自身進行對應的改良之外，還需要對與ETC系統相配套的車道以及車輛排隊方式等進行對應的優化和改良，達到提高ETC系統整體使用效率和應用水平的目的。

從理論上講，與人工收費方式相比，ETC系統能夠將收費效率提高5～10倍。但是，從ETC系統的實際應用情況來看，雖然在系統的架設過程中存在著不合理的問題，例如車道設置不合理、車輛排隊過程過于隨意，都會迅速降低通行效率，使得ETC系統的潛力不能得到充分發揮。在實際的應用過程中，在安裝ETC系統之后，因為系統設置不合理而造成的收費效率提高不明顯的問題比比皆是。若ETC專用車道的使用效率不能得到提高，將會減少本來就緊張的人工收費車道數量，使得人工收費車道車輛的延誤數量增加，不但造成了ETC車道的閑置與資源的浪費，而且導致人工收費車道擁堵問題進一步惡化。因此，在建設ETC收費系統的過程中，必須針對ETC技術及其應用進行深入研究，分析系統應用過程中存在的主要問題，對ETC系統與人工收費車道之間的比例進行合理設置，從而保證整體收費效率最高。

雖然通過擴大車道以及增加車道的數量能夠顯著改善收費站的收費通行效率，但是由于車道的數量通常是固定不變的，為了能夠滿足日益增加的車輛通行需求，必須提高收費效率，保證車輛的通行速度。因此，未來不停車收費必將成為以后收費站建設的主流方式，但是考慮到擁堵高峰的客觀存在，人工收費車道必將會在相當長的一段時間與ETC收費車道并存，這不但能夠顯著減少成本，而且能夠提高高速公路的收費效益。這時，就需要考慮車道的最佳配置問題，要避免由于ETC車道的使用率過低而導致效率過低的問題。總之，為了保證ETC系統的應用水平得到充分發揮，必須保證ETC車道與人工收費車道兩者之間的關系得到合理處理，使得各方資源得到最佳配置，使得交通通行效益得到最大化的發揮。

5 高速公路新建ETC收費系統建設及應用的具體策略

5.1 基于技術應用提高系統兼容性

由于當前大多應用的ETC系統當中，其主要包括通信收費系統、車輛識別系統以及車載設備等，其通常來自于不同的設備供應商和技術提供服務上。雖然其在設備系統設計過程中都基于對應的國家標準進行了對應的設計，但是在部分細節方面依然存在著標準不統一的問題，在使用的過程中會出現不兼容的先喜愛那個，導致信息不能夠正常的交換，使得ETC最終的功能不能得到實現。所以，提高技術標準的統一性，對相關的細節環節予以一一規范，保證技術的相互兼容是未來ETC應用改革的重要內容。

5.2 確保區域范圍內網絡互聯

對于ETC系統而言，其在運行過程中必須得到網絡技術的相關支持，通過建立全國范圍內的高速公路收費站通信網絡互連才能夠為ETC系統的推廣及應用提供完善的技術支持。但是，當前我國還有部分地區的高速公路系統依然實現區域化的互聯網連接，尤其是在西部區域，該現象較為明顯。這時，通過完善移動運營商的管理機制，將ETC系統納入到GSM網絡中，使得高速公路通信網絡的全方位覆蓋將是一個有效的方式。

5.3 保證用戶信息安全程度

在ETC系統的應用過程中，RFID數據的保密性和安全性逐步成為了人們所關注的問題。同時，在車載電子標簽當中，因為其中保存著自身的基本信息、車輛詳細信息等，具備對應的隱私性。同時，由于電子標簽數據讀取工作主要是通過閱讀器完成的，其發射的無線射頻具有出發功能，若使用相同頻率的閱讀器發射頻率，對應的標簽都將會作出對應的反應，并進行對應的數據傳輸。從當前ETC系統使用的加密方法來看，并不能保證其在非正常狀態下所發射的數據信號得到保密。因此，如何保證數據的安全性以及用戶信息的隱私將是未來數據安全管理的重要方向。

參考文獻

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