高速公路ETC系統的優化

石建民（甘肅省高速公路管理局，甘肅 蘭州 730000）

高速公路ETC系統的優化

石建民（甘肅省高速公路管理局，甘肅 蘭州 730000）

隨著高速公路的快速發展，ETC收費模式成為未來高速公路收費的重要發展方向，但目前ETC系統運行中存在車輛通過ETC車道速度快與ETC高速欄桿機抬桿慢的矛盾，會造成車輛輕微剎車，容易引發交通事故，文中主要針對該問題解決的相關理論和技術進行了探討。

高速公路；ETC；優化

近年來，隨著高速公路事業的飛速發展，高速公路收費站傳統的人工收費模式已越來越不適應交通發展的需求，收費站因車輛排隊繳費造成的車輛擁堵、環境污染、交通事故等問題日益突出。而ETC作為高速公路收費系統的重要發展方向，其能夠最大限度地緩解收費站的車輛擁堵問題，達到高速公路快速、便捷通行的目的，目前甘肅省ETC系統已實現全國電子不停車聯網收費，但仍存在車輛通過ETC車道速度快與ETC高速欄桿機抬桿慢的矛盾，本文主要分析了通過ETC欄桿機后置及相關軟硬件優化的方式來緩解此類矛盾，在甘肅省現有的ETC收費車道試行后取得了良好的效果。

1 ETC不停車收費系統的構成及原理

1.1 ETC不停車收費系統的構成及主要設備技術要求

ETC系統主要由ETC收費車道、收費站管理系統、ETC管理中心、專業銀行等組成。它的前端ETC收費車道是整個ETC關鍵技術的核心，由車道控制器、ETC路側設備、車載設備、綜合信息顯示器、車牌識別設備、高速自動欄桿機、車輛檢測器和車輛檢測線圈及傳輸網絡組成。后端設備主要為收費站服務器、管理計算機，ETC管理中心管理機及ETC電子標簽發行設備等[2]。

1.1.1 車道控制器

實現對車道設備的管理和控制，下載費率表、黑名單等，進行圖象抓拍。控制器主要由工業控制計算機、擴展接口板、電源和設備機箱等部分組成。其中工業控制計算機制配置工業級CPU母板，電磁兼容設計，低功耗，全面故障自我診斷能力及報警提示；擴展接口板具有對外圍設備驅動功能的數據量I/O板，所有接口板和功能板必須附有光電隔離保護以減少雷電及高能浪涌的沖擊；電源需對總電源和工控機等各獨立設備電源分別控制，并做抗干擾處理；設備機箱便于安裝和內部維修，門框和進線孔加密封橡膠墊圈，不設通風孔，保證機箱防水、防塵。

1.1.2 路側設備

技術標準應滿足GB/T 20851.1～5-2007《電子收費專用短程通信》系列標準、《公路聯網收費技術要求》中的規定。天線與控制設備可以是一體化設置模式或分體設置模式。路側設備通信范圍能夠根據收費車道的現場狀況進行適當的調節。正常情況下，車道天線通信覆蓋范圍應僅局限于本車道內（寬度約2.5米至3.25米），不會對相臨車道產生干擾，也不會讀取到相臨車道的車載設備。在正常的通信覆蓋范圍和車輛通行情形內，路側設備可對進入通信范圍內的多個車載設備進行讀寫，不會遺漏任何一個車載設備。

1.1.3 車載設備

車載單元又稱為車載電子標簽，通常安裝在車輛擋風玻璃上，主要由收發器與信息存儲介質（如IC卡）組成。國際上目前使用的收發器大多工作在微波頻段，少數工作在紅外頻段，通過OBU收發器與RSU收發器，就可以實現車輛與車道控制機之間的信息交互；IC卡存儲了許多關于該車的信息，如車主的基本信息、車牌號碼、車型、車輛年審有效時間、車輛的標識碼和其他有關車輛屬性的數據，當車輛進入RSU的識別區時，能將這些數據傳送給RSU，起到車輛身份證的作用；同時，也可接受、記錄由RSU發送的有關數據，設備的技術指標及產品檢測應符合GB/T20851.1-5-2007國家標準。

1.1.4 綜合信息顯示器

采用點陣式顯示屏，在長期暴露于太陽光的環境條件下，其可見性不能降低。收費顯示屏可自動調節發光強度，以防止在夜間產生眩光影響司機視覺，又節省了能源，防止器件過早惡化。采用LED 16×16點陣式顯示屏，全屏可顯示4行8列漢字。費額顯示器上顯示的內容可通過軟件進行控制。

1.1.5 車牌設別設備

它由一體化的攝像機（含防護罩、抓拍單元、視頻數據接口等）、識別單元、光補償設備、驅動軟件、識別軟件、立柱等組成。車牌識別系統具有車道圖像抓拍、車牌定位、字符切割、字符識別、字符匹配、后三位車牌號比對、后四位車牌號比對、全牌比對等功能，并能夠將比對結果反饋給車道收費軟件。識別系統提供收費軟件開發所必需的資源和軟件接口。ETC系統中的車牌識別器需前置設置。設置位置要避免前車對后車的遮擋，一般距離觸發線圈前沿4-7m，動態圖像捕獲速率15幀以上，觸發信號由檢測線圈2通過車輛檢測器提供。

1.1.6 高速自動欄桿

應符合中華人民共和國交通行業標準JT/T(428.1—428.2)—2000《收費欄桿技術條件》。桿臂長度2m,起落時間0.3-0.6S，檢測線圈感應車速大于60KM/H，驅動方式步進電機。

1.1.7 雙通道車檢器、檢測線圈

雙通道車檢器通過接入檢測線圈把車檢信號轉變為I/O信號。四個檢測線圈中1#檢測線圈設置在路側設備無線通訊區域前，用于檢測車輛的進入，觸發路側設備進行車輛的識別；2#線圈用于表示RSU通訊區內存在車輛，是車輛位置判斷，并能把兩輛相距很近的車識別出各自信息；3#線圈用于檢測車輛的駛入和車輛的記數、觸發車牌識別和圖片抓拍、異常車輛駛入的檢測、觸發綜合信息顯示器的信息提示等；4#線圈設置在高速自動欄桿前，通過欄桿機內雙通道車輛檢測器將信號轉變為I/O信號，轉入ETC車道控制機，用于控制高速自動欄桿機的起落。線圈電纜由截面積不小于1.5m2的多股銅導線構成，應用于超低壓電路（AC32V以上），埋設后的環形線圈絕緣電阻＞500MΩ，埋設后的電感量＞180μH。

1.2 ETC不停車收費系統工作原理

當裝有車載設備OBU的車輛進入通信區域時，首先壓到檢測線圈1（觸發線圈），檢測有車，車道控制器啟動ETC路側設備的讀寫天線檢測車輛是否安裝有電子標簽OBU，若車輛裝有OBU，此時壓到檢測線圈2（邏輯線圈），進一步確認RSU通訊區內存在車輛，自動區分前后車輛信息，確認存在車輛，讀寫天線RSU與電子標簽OBU進行雙向通信，判別電子標簽是否有效，非現金支付IC卡是否有效，車輛是否屬于黑名單車輛，讀取OBU卡內入口信息并對入口信息是否有效進行判斷等判斷，如均判斷正常則進行交易，若交易成功（若車輛在入口車道系統在IC卡內寫入相關信息，若車輛在出口車道扣除卡內費額后回寫出口信息），此時綜合信息顯示器上顯示車型、通行金額等交易信息，信號燈綠燈亮，系統控制高速欄桿抬起，車輛放行；緊接著壓到檢測線圈3（報警抓拍線圈），系統啟動車牌識別系統進行圖像抓拍記錄抓拍結果。系統保存交易記錄，形成過車流水記錄，保存于本地數據庫，并通過傳輸網絡將其上傳至收費站服務器，最后車輛壓到檢測線圈4（通過線圈），車檢器發信號給車道機車輛通過，綜合信息顯示器信號燈紅燈亮，恢復原狀，自動欄桿自動落桿，本車輛交易結束[1]。

2 目前甘肅省ETC系統的現狀

2.1 ETC系統車道的布局

目前甘肅省ETC車道布局采用高速自動欄桿島頭前置模式，自動欄桿島頭設置模式具有提高誤入ETC車道的非ETC車輛快速駛出，減少因誤入車道引起的擁堵的特點。

高速自動欄桿島頭前置布局模式收費島的長度設置為36～48米，ETC車輛通過速度可達到20～30公里／小時。關鍵設備車道控制器設置在收費亭內；ETC天線設置在收費島前端，設置3m×6m（通過調節天線的角度，可以設置最大區域為3m×8m）的通訊區域（交易區域）；綜合信息顯示器、車牌識別設備、高速自動欄桿機依前后順序設置在收費島身內，天線與高速欄桿機在地面投影距離為8m；4個車輛檢測線圈分別為1#線圈（觸發線圈）設置在天線前端，距離天線8m，2#線圈（邏輯線圈）距離1#線圈0.5m，3#線圈（報警抓拍線圈）距離欄桿機3.5m，4#線圈（通過線圈）設置在高速欄桿下。系統通信網絡采用交換機、光收發器的形式，實現車道間，車道與收費站之間網絡通信模式。后端設備服務器、管理機等分別設置在收費站監控室、ETC管理中心。

圖1 線圈以及設備位置圖

2.2 ETC管理后臺設備情況

目前甘肅省ETC管理后臺設備存在設備落后，老化嚴重的現象，尤其車道設備間及車道設備與收費站設備間的通訊傳輸設備，收費站服務器等設備老化嚴重，已經不能滿足目前ETC運行的要求。

依目前的布局方式及后臺設備老化嚴重的現狀，部分以30-40KM/H速度經過ETC車道時須輕微剎車減速方能通過收費車道，經常發生車輛通過ETC車道時速度過快，高速欄桿機抬桿不及時，再加上司乘人員感應欄桿機抬桿時的視覺延遲時間，導致通過車輛輕微剎車，引發交通事故的現象。需進行進一步優化。

3 ETC高速欄桿機后置優化

根據目前ETC運行中存在交易時間較長以及抬桿時欄桿離車輛較近，給司乘人員通過時體驗度較差等問題，經過多次實地勘察調研，提出如下優化方案。

3.1 ETC車道布局優化

將高速欄桿機根據現場實際情況后置5m，欄桿機后移后天線與欄桿機地面投影距離由原來的8m增加至13m，4#線圈（通過線圈）隨欄桿機后置5m，其余設備布局保持不動，高速欄桿機改移后加大了車輛交易成功后到高速欄桿機之間的緩沖距離，車輛到達欄桿機前12-15m時欄桿機抬桿，解決了車輛的通行速度以及有效提升了司乘人員的體驗滿意度。

3.2 線圈及車檢器優化

高速欄桿后置后ETC車道線圈敷設距離變遠，雙絞延長部分最長的達到10m左右，存在干擾及電感量不足的問題，目前甘肅省使用的線圈電感量普遍在60-120mh左右，已經達到地感線圈標準電感值的最低極限值。因此敷設線圈時延長部分采用專用線圈延長饋線來降低干擾。目前現用車檢器也為國產普通車檢器，動作時間75毫秒，靈敏度相對較差，運行不穩定等諸多問題。因此也對車檢器進行優化更新，采用進口高靈敏度的車檢器替換，進口車檢器動作時間為25毫秒，較大的節省了系統的處理時間，提前高速欄桿機的抬桿時間，起到快速通行的作用。

3.3 車道設備間傳輸設備優化

目前甘肅省ETC車道本地網絡主要采用普通交換機滿足車道各設備（車道機、天線、門架情報板、車牌識別儀）之間的共享網絡，普通交換性能較低，網絡延遲較大，可能出現丟包現象，大大降低了設備運行的可靠性。本次優化考慮更換性能優異的交換機，提高車道設備間數據的交換能力，減少網絡阻塞和丟包現象，提高設備運行的可靠性和運行速度。

3.4 傳輸網絡的優化

傳輸網絡的配置直接關系到數據處理的速度，對ETC系統的運行速度有著很大的影響。目前甘肅省收費系統車道與收費站之間的傳輸方通信網絡多采用交換機、光收發器的形式，存在數據業務的傳輸設備較多，引起數據延遲及數據傳輸過程丟包幾率增大。本次考慮將目前的傳輸網絡也進行優化。直接將交換機加光收發器落后的網絡傳輸模式更改為車道與收費站之間采用千兆光交換網絡通訊形式，減小了中間環節引起的網絡延遲，可大大提高通訊速度。

3.5 收費站服務器優化

目前甘肅省ETC系統采用與MTC共用服務器的情況，且原服務器配置偏低，原各站服務器配置普遍采用IBM塔式X3400 M系列，配置內存4G或8G，硬盤140GB或300GB，雙核CPU，4線程，主頻配置在1.9GHz-2.4GHz間，并且出現老化嚴重，服務器運行緩慢、死機等情況經常出現，影響收費車道數據的上傳下發、收費車道全國聯網數據的實時更新等收費業務。本次對服務器也進行了優化，增加了ETC專用高配置服務器，采用IBM X3650 X6,內存32GB，硬盤300GB， 8核CPU， 24線程，主頻1.9GHz，提高了收費數據的處理效率，提高全國ETC數據業務的上傳下發效率。

3.6 軟件系統優化

本次優化還邀請了全國范圍內的ETC軟件專家對軟件架構和業務處理邏輯進行了分析，并借鑒國內其他省份的先進技術和經驗，對業務流程進行梳理優化，提高系統交易時間，并對兼容性差，造成交易緩慢，通行體驗效果差老舊電子標簽及儲值卡進行了回收、升級。

4 優化后取得的成效

對高速欄桿后置及配套設備的優化后ETC車道后期進行了運行狀態的監測，優化后的ETC車道在車道的交易成功率、交易耗時、車道服務時間、黑名單信息更新等方面都得到了很大的提升，ETC車輛在保持30～40公里／小時的速度下通過車道時基本不需要剎車即可通過，取得了良好的預期效果。

[1]王亞利．ETC電子收費系統淺析[J]．價值工程，2011(16)．

[2]王震宇．ETC 系統標準化和技術選擇[D]．西安公路交通大學交通信息工程及控制系，2009．

衢州市副市長王良春一行視察金格蘭公司

5月26日，衢州市副市長王良春視察中建材衢州金格蘭石英有限公司（簡稱金格蘭公司），衢州市科技局、科協領導等一行全程陪同調研。金格蘭公司總經理王友軍攜公司主要干部熱情接待了各位領導。

王友軍總經理就金格蘭公司目前的經營、科研、社會責任、企業文化情況及發展目標做了全面的匯報。

王良春副市長聽取了報告并參觀視察了金格蘭公司展廳、生產車間和院士專家工作站，詳細詢問了公司在半導體行業、太陽能光伏行業的配套產品和技術水平，高度評價金格蘭公司的科技創新水平，對公司獲批浙江省院士專家工作站予以祝賀，并希望公司做好科技創新，持續發展，對衢州引入的半導體和太陽能光伏公司予以配合，做大做強。

Discussion on optimization of expressway ETC system in gansu province

With the rapid development of expressway,ETC charging mode has become an important development direction of expressway charges in the future．However,there is a contradiction between the speed of ETC and the speed of ETC high-speed railings．Slightly brake,easy to lead to traffic accidents,the text mainly for the problem to solve the relevant theory and technology were discussed．

expressway；ETC；optimization

U412．36+6

B

1003-8965（2017）03-0166-03