ETC智能停車系統的優勢分析及應用

湯 權，林 華

(廣西捷通高速科技股份有限公司，廣西 南寧 530000)

0 引言

隨著社會日新月異的發展，人們的出行和生活方式發生了翻天覆地的變化。其中，城市的交通擁堵問題就是由這種變化所帶來的問題之一。電子化停車場的車輛收費與設備管理的自動化統稱為停車場的智能收費管理系統，作為自動化與機電一體化的產品，它將停車場全部交由計算機系統來管理。智能停車系統作為現代化停車場車輛管理的自動化手段，它包括了智能控制系統與欄桿機等機電設備，是安防行業里的一個子分類，也是安防技術領域的重要組成部分。

1 ETC智能停車系統的優勢分析

第一代車輛停車收費管理系統主要采用刷卡技術；第二代停車場收費管理系統主要采用車牌識別技術；而ETC智能停車系統作為第三代車輛快速通行收費的管理系統具有超越前者的優勢。

1.1 ETC概述

ETC(Electronic Toll Collection System)即電子不停車收費系統，其基于射頻識別(RFID)技術的《電子收費專用短程通信》(GB/T20851-2007)標準，使用的是5.8 GHz雙片式電子標簽。車輛在通過入口車道時將入口、車牌、車類等信息寫入電子標簽及IC卡中；在出口車道，根據車輛的入口、車牌、車類等信息，查詢費率表，自動計算通行費金額，回寫出口標識，完成ETC電子記賬或扣款。

將香煙盒大小的電子標簽粘貼在車輛前擋風玻璃的車內側后，國標ETC采用5.8 GHz的專用頻段與停車場進出口的RSU天線使用DSRC短程通信技術進行通信，并且使用國標密鑰對通信數據進行加密，直接讀寫ETC車輛和征費狀態等電子信息，因為不需要將圖像信息轉化為電子信息，所以準確率是100%。

國標ETC擁有交通運輸部建立的全國統一的支付結算中心，通行國標ETC智能停車場時，車輛不需要停車交費，自動通過互聯網技術來完成與銀行錢包的自動結賬處理。目前，ETC技術采用的收費模式一般有兩種，即前端扣費(儲值卡模式)和后臺記賬(記賬卡模式)。雖然前端扣費方式功能強大，應用廣泛，但這種收費模式使得ETC微波天線與車載電子標簽的交易時間較長，整個交易流程約耗時0.17 s，車速通常需要控制在40 km/h以下。而使用后臺記賬方式，可以使交易時間控制在0.06 s以內，快速安全地完成交易，不停車通行速度可達到100 km/h以上，車輛經過ETC天線區域時都無需減速。

1.2 ETC智能停車系統工作原理

1.2.1 身份的自動識別

把ETC卡插在車載電子標簽里，當車輛通過停車場進出口時，首先經過第一個感應線圈，線圈1感應到車輛后立即觸發RSU天線與車載電子標簽建立短程通信，將OBU內車輛信息通過后臺進行國密解析，并與ETC卡內的車輛信息進行比對驗證(如圖1所示)。

圖1 ETC智能停車系統進出場示意圖

1.2.2 圖像的采集

車輛觸發地感線圈后，攝像機將畫面自動抓拍并以圖片文件形式保存在車道計算機中備查。

1.2.3 信息比對和稽查

系統通過ETC天線讀取車載電子標簽中的車輛信息并與IC卡里的相應信息進行比對，如果信息不一致，就會進行警告等相關操作。

車輛出場時，自動查詢車輛的入場信息，計算時長和費用。見圖2。

圖2 ETC智能停車系統工作流程圖

1.2.4 車輛的通過

如果比對的結果一致，系統通過ETC天線與 IC卡進行交互回寫，交易完成后抬桿放行，當欄桿機的線圈傳感器感應到車輛通過后，欄桿就會自動關閉。

如果ETC讀取的信息不匹配，就會觸發警告并通知人工處理。

1.3 ETC智能停車系統的特點

1.3.1 數據安全性高

按照ETC國標強制規定“一車一卡一標簽”，一輛車只能辦理唯一一臺電子標簽并綁定唯一一張IC卡，且電子標簽一旦拆卸立即失效，即電子標簽和IC相當于車輛的“電子身份證”。

而且ETC車輛信息和交易信息均采用國密進行加密，無法直接讀取，必須通過由交通部母密鑰離散出來的各省子密鑰才能解密。而交通部在高速公路收費系統中有成熟和完善的密鑰管理體系，每一份密鑰都是可追溯的，從根源上杜絕了違規盜刷的情況發生，具有極高的安全性。

1.3.2 抗干擾性強

根據歐洲標準化委員會已公布的ETC相關標準，在我國，5.8 GHz被國內及國際指定為用于電子收費的專用頻段，基于5.8 GHz的ETC 應用只有雙片式電子標簽的國家標準(GB/T20851)，被干擾的情況較少。

1.3.3 數據傳輸速率快

ETC專用的5.8 GHz RSU天線的數據傳輸速率為：下行寫入速度500 Kbps，即每秒鐘能寫入500 000位的信息，是電子車牌的1 600倍；上行讀取速度250 Kbps，即每秒鐘能讀取250 000位的信息，是電子車牌的40倍。

高傳輸速率可以使系統在更短的時間里完成交易處理，可以允許車輛以更高的速度通過交易區域，還可以在不遠的將來為車路協同、智慧城市和智慧交通承載更多的增值服務。

1.3.4 通訊距離遠

采用5.8 GHz DSRC協議的智能停車系統通過反向散射原理，能夠在半徑≥30 m的范圍內實現動態上下行雙向通訊互不干擾，比只能單向通訊的電子車牌更穩定可靠。

1.4 不同停車系統對比分析

我們對市場上常見的無感停車系統、熱議的電子車牌停車系統以及最新的ETC停車系統進行多維度的對比分析，更直觀地展示各家系統的優劣(見表1)。

表1 停車系統對比表

1.5 ETC智能停車系統的優點分析

ETC智能停車系統作為第三代車輛快速通行收費的管理系統具有政策性優勢和技術性優勢：

(1)國務院在“十三五”現代綜合交通運輸體系的發展規劃當中，對ETC的發展提出了明確的要求，核心就是要求ETC使用率在2020年要達到50%以上的水平。ETC智能停車系統的發展，完全符合國務院的要求，將綠色出行落實到位。

(2)ETC智能停車系統完全實現路內路外智能停車一體化要求，實現城市級智能停車平臺化運營，通過大數據為智慧城市管理提供強有力的支持。

(3)ETC智能停車系統，真正實現“無、非、不、集”(無人值守、非現金支付、不停車體驗、集中管理)的停車場體驗，讓停車場管理方實現“減員增效”，為車主用戶提供安全高效的無感支付體驗。

(4)ETC智能停車系統安全性最有保證，賬戶體系成熟、結算流程健全。設備的耐用性極強，售后服務成本低。

(5)可以遠程實時設置通行時間及通行區域，查詢現時場內停車情況、任意時刻的出入場記錄，并可查詢相應圖像資料。

(6)實現對于原有車場管理系統的升級，ETC智能停車系統性價比、兼容性高。

(7)結算方式靈活多樣，ETC卡、銀聯、銀行、支付寶、微信全覆蓋。

(8)ETC系統的IC卡識別率是100%，比視頻車牌識別系統識別率高。車牌識別系統通常識別率標稱95%，是在天氣和環境較好的情況下。雨雪天氣，識別率降至20%以下，影響車輛進出繳費。

1.6 車牌識別技術的缺陷分析

車牌識別技術在停車場收費管理系統中的應用到底能走多遠，關鍵取決于車牌識別率的高低。

(1)人眼是世界上最精密的“攝像機”，雖然目前攝像機像素有了很大的提高，但是對于人眼都無法分辨的無牌車、污損車輛號牌、假牌、套牌、遮擋車號牌，基于攝像機圖像識別技術的車牌識別系統更加無法解決。(2)由于車牌識別系統的車牌號碼采集是通過圖像識別技術完成，而圖像采集時天然會受到許多環境因素的影響，例如車速過快(正常的車牌識別車速：0～20 km/h)、攝像機抖動、對焦不準、煙雨霧霾霜雪、補光角度變化、反光、光暈、攝像頭上的塵污或遮擋等因素，使得在現實的停車場應用場景中采集到的圖像與實驗室環境下采集到的圖像對比，存在不同程度的圖像質量下降現象，直接表現為車牌號碼的識別率降低。(3)在實際使用中，攝像機所拍攝到的圖片背景往往是復雜多樣的，車牌在圖片中的位置往往也不固定，甚至圖片中車牌的大小、車牌種類、港澳車牌、新能源車牌、車牌角度等往往也是不盡相同，而且夜晚燈光(包括車燈)的強度和角度也會嚴重干擾到車牌識別的結果，從而造成在現實停車場的應用中，車牌識別攝像機的識別準確率普遍較低。

在規模化商用過程中，由于每天停車場進出車輛的基數非常大，即使0.1%的失敗率也會給停車場收費管理工作帶來麻煩，從而阻礙車牌識別停車系統的推廣。而且，由于車牌視頻識別技術沒有形成統一的國家標準，不同廠商的硬件就會有不同的識別算法和接口，為集團化管理增加難度，技術拓展性較差。

1.7 電子車牌的劣勢分析

電子車牌(Electronic Vehicle Identification，EVI)，是基于射頻識別(RFID)技術中的無源(不需要電源)電子標簽的細分應用。

電子車牌與ETC的主要區別在于ETC的5.8 GHz電子標簽需要電源(太陽能電池或者車載供電)，而作為電子車牌的800～900 MHz電子標簽不需要電源。電子車牌工作所需要的能量依賴于路測天線的輻射能量，其受制于路測天線輻射功率的限制而無法進行較復雜的讀寫操作和無法提高上下傳速率。而且電子車牌沒有建立全國統一的支付結算體系，還不能支持大范圍的商業化應用。

1.8 應用趨勢

ETC智能停車系統雖然比車牌識別技術和電子車牌停車系統有更多技術優勢和產品優點，但是由于宣傳和推廣非常欠缺，導致大家對ETC并不了解，甚至受到某些互聯網媒體的炒作誤導，對ETC存在誤解。筆者認為切實提升ETC的公眾認知、降低ETC電子標簽的安裝費用、提升ETC智能停車場的覆蓋率，才能完全發揮國標ETC的真正優勢，提升停車場效率和管理水平，降低停車場人工成本，節能減排。

2 ETC智能停車場系統的實際應用

基于ETC系統的以上優點，停車場全范圍覆蓋ETC系統可以有效地解決因停車導致的擁堵和混亂等問題，提高人民的生活質量。ETC在各類停車楊的運用是未來的趨勢，包括小區停車場、商圈停車場、醫院停車場、學校停車場、政府辦公樓停車場、機場等交通樞紐停車場。

2.1 ETC智能停車場系統的應用方案

ETC停車場應根據停車場地理位置、規模大小、進出車輛類型和車流量、管理方式、投資規模和合作方式等條件，結合停車場所有權方提出的業務需求以及雙方洽談形成的具體合作方案，選用合適的具體建設技術方案。一般來說，有兩種建設技術方案：

(1)通用型ETC停車場：適用于新建或改建的大型停車場(商場、機場)，完全采用ETC技術和設備建設的ETC停車場。

(2)改造型ETC停車場：改造型ETC停車場是在保留現有停車場技術和管理方式的基礎上，增加ETC相關設備，在技術和接口上嵌入原有系統的建設方式。運用該方式，ETC相關設備投資額較少，建設周期短，比較適用于小型停車場的ETC技術改造。

2.1.1 通用型ETC停車場

通用型ETC停車場主要是指可以直接使用國標ETC標簽的各類停車場，國標ETC標簽車輛可以全國通行，車主自行在各省ETC發行方辦理，無需停車場管理方介入，可以直接兼容全國各地所有的ETC車輛用戶，避免與車主的溝通問題。

通用型ETC停車場主要涉及的技術有：RSU天線識別國標ETC標簽，讀取車牌、IC卡號、標簽ID號等車輛信息。

(1)通用型ETC停車場概述

通用型ETC停車場系統從結構上劃分，整體框架結構主要由車道子系統、停車場子系統、后臺管理中心子系統組成。系統框架圖如圖3所示。

車道子系統由基礎車道設備構成，配置統一的車道管理軟件，完成車輛的進出通行管理和計費扣費工作，是ETC停車場系統的功能實現終端。

停車場子系統是ETC停車場不停車收費的重要組成部分，是ETC停車場不停車收費最基礎的管理單元。該子系統向上的接口是后臺管理中心子系統，向下的接口是車道子系統。

圖3 通用型ETC停車場系統框架圖

停車場子系統要求能夠對ETC停車場的收費車道進行實時監控，對所有車道上的ETC車輛的收費數據進行匯總和統計，并整理上傳到后臺管理中心。

同時，停車場子系統接收后臺管理中心下發的費率表等系統參數，并下發至車道；提供報表服務，共用數據結果。

后臺管理中心子系統主要完成收費數據的轉發、存儲、匯總、報表功能，對于ETC收費數據，還應考慮建立與當地ETC發行方中心數據機房的數據鏈路通道，以實現ETC收費后臺數據與停車場實際交易數據的核對與結算。

(2)停車場子系統的構成

停車場子系統采用基于以太網的B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務器模式)、C/S(Client/Server，客戶機/服務器)組合型網絡結構。數據的共享和管理通過中心機房服務器實現，另外，配置一臺后臺管理計算機，并安裝后臺管理軟件，完成自動導出智能停車場財務報表、歷史記錄的工作，同時對操作人員的操作權限進行管理，對車輛黑白名單進行更新與管理。

圖4 通用型ETC停車場子系統網絡拓撲圖

通用式ETC停車場管理系統由中心服務器、崗亭工作PC、停車場收費管理軟件、RSU天線、OBU車載電子標簽、道閘、高清攝像機、LED顯示屏、地感線圈等組成(見圖4)。系統中心服務器設在中央控制室，停車場進、出門崗亭內放置工作PC，高清攝像機自動抓拍圖片，以便收費人員校對出入車輛(見下頁圖5)。

圖5 通用型ETC停車場車道實體效果圖

2.1.2 改造型ETC停車場

改造型ETC停車場是指在保留現有停車場技術和管理方式的基礎上，僅增加ETC相關設備，在技術和接口上嵌入原有系統的建設方式。運用該方式，ETC相關設備投資額較少，建設周期短，比較適用于小型停車場的ETC技術改造。

2.1.2.1 改造型ETC停車場系統概述

改造型ETC停車場系統無需對原有停車場系統進行軟硬件的更改升級，可相對獨立地建立起ETC通道，與原有停車場系統同時并行。改造型ETC停車場系統框架見圖6。

圖6 改造型ETC停車場系統框架圖

圖6右側淺色部分，主要增加安裝了ETC天線(含有APN SIM卡)以及與原來停車場管理系統工控主機相聯的各種通信接口。

2.1.2.2 改造型ETC停車場系統運行原理

根據項目現場實際情況，分為兩種模式：

(1)停車場系統采用獨立改造方式

在沒有原停車場系統供應商支持下的系統改造，保留原有停車場設備和系統，增加智能天線(即天線+獨立系統)直連后臺服務器，查詢月保及臨保計時計費參數，并行控制欄桿機完成裝有ETC標簽的車輛不停車“閃過”(見圖7)。

圖7 改造型ETC停車場系統框架圖(獨立運行)

(2)舊停車場系統采用嵌入改造方式

在原停車場系統供應商支持下的系統改造，保留原有停車場設備和系統，增加智能天線(即天線+嵌入式系統)直連道閘收費管理機，查詢月保及臨保計時計費參數，完成扣費功能，然后控制欄桿機開啟，完成裝有ETC標簽的車輛不停車“閃過”(見圖8)。

圖8 改造型ETC停車場系統框架圖(嵌入運行)

2.2 ETC智能停車場的應用案例

從2017年開始，廣西、廣東、北京、河南、山東、江蘇、四川、成都等省市都分別有幾十個到一兩百個不等的ETC智能停車場陸續建成并投入使用，根據不完全統計，全國投入使用的ETC智能停車場已經超過1 000個。其中，僅北京市2018年計劃投入使用的ETC智能停車場就有200個。

3 結語

ETC作為智能交通領域中的一個重要方面，具有節約能源、減少污染、降低車輛磨損、減少車輛延誤、杜絕票款流失、提高通行能力與服務水平這些優點。但是也存在一定的不足，例如：電子標簽的覆蓋率還不夠高，在停車場應用中對于沒有裝電子標簽的車主，還是要用到半自動化人工收費這一方式。