高速公路ETC、CPC卡收費(fèi)機(jī)理與流程研究

張進(jìn)進(jìn)，李永漢，謝 冰，戶 磊

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司 長沙市 410200)

1 高速公路ETC、CPC卡收費(fèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 高速公路ETC收費(fèi)特點(diǎn)

(1)通行效率高

新的收費(fèi)模式下，收費(fèi)站以ETC車道為主，一般保留一條ETC/MTC混合車道。ETC通道車輛通行時間一般不超過3s，車道數(shù)量多，通行速度快，可有效避免收費(fèi)廣場擁堵，實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)。MTC通道的車輛需要減速、停車、取卡等環(huán)節(jié)，入口通行時間一般為6～8s；出口因還需收費(fèi)環(huán)節(jié)，通行時間一般為14～20s。ETC顯著提升高速公路通行效率，緩解收費(fèi)站出入口的交通擁堵。

(2)運(yùn)營成本低

高速公路收費(fèi)站的運(yùn)營成本，主要包括設(shè)備維護(hù)成本和人工成本，因收費(fèi)站需24h不間斷服務(wù)，人工成本占據(jù)主要位置。ETC專用車道只需安裝RSU天線、車輛檢測器、光柵車輛分離器等電子設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)入口標(biāo)識及通行費(fèi)收取功能，無需收費(fèi)人員值守，可大幅減少收費(fèi)站收費(fèi)人員配置，減少收費(fèi)站用地規(guī)模，從而大幅度降低運(yùn)營成本。

(3)綠色環(huán)保

汽車尾氣排放是造成城市空氣污染的因素之一。汽車在勻速行駛狀態(tài)下尾氣排放量相對較少，在原地怠速、加減速時尾氣排放量明顯增加。MTC車輛需要減速停車，加速駛出等過程，尾氣排放比正常行駛高出數(shù)十倍。ETC車輛通常適當(dāng)減速即可通過收費(fèi)站，尾氣排放量處于中低水平，有利于減少空氣污染，符合綠色環(huán)保的出行理念[1]。

1.2 高速公路CPC卡收費(fèi)特點(diǎn)

(1)精準(zhǔn)識別MTC車輛路徑

CPC卡集13.56MHz和5.8GHz通信功能于一體，具備車輛路徑信息和入口信息讀寫功能。在車輛駛?cè)胧召M(fèi)站入口車道發(fā)放，當(dāng)車輛駛?cè)氤隹谲嚨阑厥铡PC卡作為MTC車輛的通行券和路徑信息的存儲載體使用，在車速為0～160km/h條件下，標(biāo)識點(diǎn)系統(tǒng)的單點(diǎn)標(biāo)識成功率≥99.5%。CPC卡可通過設(shè)置在各個互通的標(biāo)識點(diǎn)精準(zhǔn)識別MTC車輛路徑。

(2)實(shí)現(xiàn)MTC車輛全國聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)

取消省界主線收費(fèi)站之前，MTC用戶使用通行介質(zhì)繁多，各省通行介質(zhì)的密鑰和種類也不盡相同。MTC用戶通行介質(zhì)主要有IC卡、433MHz復(fù)合通行卡和紙質(zhì)通行券三種。湖南、湖北等大部分省份采用IC卡，廣東、四川和浙江省采用433MHz復(fù)合通行卡，北京采用紙質(zhì)通行券。各省通行介質(zhì)種類不統(tǒng)一，無法全國聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)。取消省界主線站后，MTC用戶也需實(shí)現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)，需采用“分省計(jì)費(fèi)，統(tǒng)一收費(fèi)”方式。CPC卡技術(shù)參數(shù)全國統(tǒng)一，對MTC車輛發(fā)放CPC卡作為其通行介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)MTC車輛全國聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)、一卡通行。

2 高速公路ETC、CPC卡收費(fèi)機(jī)理與流程

在新的收費(fèi)模式下，區(qū)別原有收費(fèi)模式的核心技術(shù)在于多義性路徑識別。多義性路徑又可稱為二義性路徑，是指在收費(fèi)公路路網(wǎng)內(nèi)兩個收費(fèi)站之間存在兩條或兩條以上不同的行駛路徑。在封閉的高速公路路網(wǎng)內(nèi)，通過取消省界主線站項(xiàng)目新增的ETC門架系統(tǒng)，車輛在經(jīng)過ETC門架時，標(biāo)識路側(cè)單元(Roadside Unit簡稱RSU)通過5.8GHz專用短程通信技術(shù)與CPC卡和車載單元(Onboard Unit簡稱OBU)進(jìn)行信息交換,通過門架編碼信息精準(zhǔn)識別ETC車輛和MTC車輛的路徑。

2.1 高速公路ETC收費(fèi)機(jī)理與流程

當(dāng)ETC車輛駛?cè)隕TC入口車道時，車道系統(tǒng)檢測為正常ETC用戶(OBU有效、未列入黑名單)，寫入入口信息不停車通行；若為MTC車輛、ETC黑名單車輛等情況，按運(yùn)營服務(wù)規(guī)則處理。當(dāng)ETC車輛通過ETC門架時，ETC門架系統(tǒng)讀取OBU中的車型、車牌號碼、車牌顏色等信息，依據(jù)本路段費(fèi)率計(jì)算費(fèi)額，生成交易流水(對于單片式OBU，生成通行憑證)及時上傳至省高速公路收費(fèi)管理中心和部聯(lián)網(wǎng)中心。當(dāng)ETC車輛駛?cè)隕TC出口車道時，車道系統(tǒng)檢測為正常ETC用戶時，扣通行費(fèi)后放行，用戶快速通過；若為MTC車輛、ETC黑名單用戶等情況，按運(yùn)營服務(wù)規(guī)則處理。

針對交易失敗的車輛(雙片式OBU用戶未插卡、OBU拆卸等情況)，ETC門架系統(tǒng)還可通過ETC路側(cè)天線(RSU)讀取這些車輛OBU中的車牌號碼、車牌顏色及車型等關(guān)鍵信息，輔以車牌圖像識別信息，形成ETC通行記錄，作為通行費(fèi)扣繳依據(jù)。對于交易失敗又未能獲取OBU車牌信息的車輛，可通過車牌圖像識別系統(tǒng)獲取車輛抓拍圖片和車牌信息，經(jīng)系統(tǒng)或人工校核，且結(jié)果100%無誤的，作為通行費(fèi)扣繳依據(jù)。對于部分ETC門架系統(tǒng)未獲取到任何信息的少數(shù)車輛，后臺系統(tǒng)可通過已獲取的該車輛通行其他ETC門架系統(tǒng)的信息擬合路徑(當(dāng)擬合出現(xiàn)多種路徑可能時，按照最短路徑還原路徑)，推算其可能漏收的收費(fèi)路段，輔以車牌圖像識別信息，可作為通行費(fèi)扣繳依據(jù)。

2.2 高速公路CPC卡收費(fèi)機(jī)理與流程

MTC車輛采用“5.8GHz復(fù)合通行卡+車牌圖像識別”的收費(fèi)方式，采用CPC卡作為通行介質(zhì)，車牌圖像識別為輔助，實(shí)現(xiàn)對MTC車輛的分段計(jì)費(fèi)，出口收費(fèi)。當(dāng)MTC車輛駛?cè)隡TC車道時，入口車道發(fā)放CPC卡，CPC卡中記錄入口信息、駛?cè)霑r間、車牌號碼、車牌顏色、車型等信息，對于大件運(yùn)輸車輛還需人工核查超限運(yùn)輸車輛通行證信息，確保相關(guān)信息的準(zhǔn)確性。當(dāng)MTC車輛通過ETC門架時，ETC門架系統(tǒng)讀取CPC卡中的車型、車牌號碼、車牌顏色，計(jì)算通行費(fèi)并寫入CPC卡中，作為出口收費(fèi)依據(jù)，同時將過站信息寫入CPC卡內(nèi)，形成CPC卡車輛的通行記錄并及時將信息上傳至省高速公路收費(fèi)管理中心和部聯(lián)網(wǎng)中心。當(dāng)MTC車輛駛?cè)隡TC出口車道時，出口車道系統(tǒng)從CPC卡中讀取車輛信息、計(jì)費(fèi)信息、過站信息等，并上傳至省高速公路收費(fèi)管理中心系統(tǒng)或部聯(lián)網(wǎng)中心系統(tǒng)，根據(jù)后臺獲取的CPC卡通行記錄及圖像流水記錄計(jì)算通行費(fèi)并進(jìn)行核對，核對后出口車道系統(tǒng)完成收費(fèi)。MTC可支持現(xiàn)金、手機(jī)移動支付等多種方式供用戶選擇。

2.3 收費(fèi)站點(diǎn)路徑數(shù)據(jù)信息流

(1)5.8GHz標(biāo)識點(diǎn)系統(tǒng)信息流

省中心系統(tǒng)向標(biāo)識點(diǎn)系統(tǒng)逐級下發(fā)路徑標(biāo)識編碼等系統(tǒng)參數(shù)，并向收費(fèi)車道逐級下發(fā)路徑基礎(chǔ)費(fèi)率等運(yùn)營參數(shù)。標(biāo)識點(diǎn)系統(tǒng)向省中心系統(tǒng)實(shí)時逐級上傳設(shè)備狀態(tài)信息和標(biāo)識流水記錄[2]。如圖1所示。

圖1 多義性路徑識別系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

5.8G標(biāo)識信息按照標(biāo)識點(diǎn)隸屬的路段將標(biāo)識數(shù)據(jù)通過各個收費(fèi)站通信機(jī)房接入到通信系統(tǒng)，再從各個收費(fèi)站按照原有聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)的傳輸路徑逐級上傳。

(2)車道抓拍圖片信息流

入口車道抓拍的圖片應(yīng)及時傳輸?shù)礁鱾€區(qū)域中心/路段中心,便于還原車輛行駛路徑。為了應(yīng)對可能出現(xiàn)的收費(fèi)爭議，將出口車道抓拍圖片同步傳輸?shù)絽^(qū)域中心/路段中心，圖片經(jīng)處理后上傳至省中心。

(3)車輛路徑查詢信息流

當(dāng)收費(fèi)員發(fā)現(xiàn)卡內(nèi)車輛路徑信息不完整或無信息時，就會提示有查詢要求。中心開始收到查詢要求后，首先會檢查這個車輛進(jìn)入的車道是否是該路段的車道。若確實(shí)是該路段，那么就會在區(qū)域中心/路段中心有一個信息的檢查，而且會把檢查結(jié)果發(fā)送給查詢車道；若它不是該路段，那么就會把查詢要求重新發(fā)送到省中心路徑識別管理系統(tǒng)。省中心根據(jù)5.8GHz標(biāo)識點(diǎn)識別信息、高清卡口識別的車牌信息、入/出口信息還原該車輛路徑，最后會將路徑結(jié)果及圖片反映給出口車道。

3 湖南省取消省界收費(fèi)站工程實(shí)施方案

“湖南省取消省界收費(fèi)站工程”的設(shè)計(jì)按照“一次通行、一次扣費(fèi)、一次告知”的總體要求實(shí)施。主要包括以下4項(xiàng)內(nèi)容：

(1)對收費(fèi)車道系統(tǒng)改造

將最外側(cè)超寬車道改造為ETC/MTC混合車道。按收費(fèi)站的日峰值交通量核算，當(dāng)車流量<4500，僅設(shè)置2進(jìn)2出ETC車道；因原收費(fèi)模式下出口一般多余入口，為降本增效，部分MTC車道暫時保留利用，不做混合車道考慮。

(2)新建ETC門架系統(tǒng)

在各個互通立交、入/出口之間設(shè)置ETC門架系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)ETC車輛和MTC車輛分段計(jì)費(fèi)，并將通行記錄和抓拍圖像信息(包括車牌號碼、車牌顏色等)及時上傳至省聯(lián)網(wǎng)中心和部聯(lián)網(wǎng)中心。左右幅門架間距為100m，可有效避免兩門架間設(shè)備相互干擾；省界收費(fèi)站冗余配置ETC門架設(shè)施一套，確保跨省結(jié)算信息穩(wěn)定可靠。

(3)升級各級收費(fèi)業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

對省中心、區(qū)域分中心/路段分中心、收費(fèi)站各級收費(fèi)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，新增ETC門架系統(tǒng)相關(guān)軟件功能和財(cái)務(wù)及CPC卡管理工作站、ETC門架系統(tǒng)管理工作站等，同時完成與部聯(lián)網(wǎng)中心的安全直連。

(4)新增CPC卡系統(tǒng)

根據(jù)各個收費(fèi)站入口流量分析，湖南省需新增CPC卡約180萬張；同時建設(shè)10個CPC卡區(qū)域調(diào)撥中心和1個CPC卡省中心，分別進(jìn)行區(qū)域調(diào)撥和跨省調(diào)撥。

4 高速公路ETC、CPC卡使用優(yōu)化建議

為盡量減少ETC車輛因中途拔卡、卡片松動、儲值卡余額不足等問題導(dǎo)致交易失敗等情況，提高ETC車輛交易成功率，降低運(yùn)營壓力，還應(yīng)采取以下措施：

(1)加快推動既有存量ETC儲值卡用戶向記賬卡用戶的轉(zhuǎn)換。ETC發(fā)行方可根據(jù)不同用戶采取不同的記賬方式，如對于高信用等級用戶，可由用戶自行選擇綁定銀行卡或第三方支付賬戶；對于低信用等級用戶，可轉(zhuǎn)為預(yù)付式記賬卡用戶，后臺綁定借記卡賬戶并預(yù)存保證金。

(2)加快完成相關(guān)系統(tǒng)改造，推廣發(fā)行單片式OBU(綁定后臺支付賬戶)。單片式OBU簡化了前端交互流程，可大幅提高交易成功率，同時也具有與雙片式OBU同等完備的安全機(jī)制和不可抵賴性，生成通行憑證，可直接作為扣費(fèi)及后期清分結(jié)算的依據(jù)。

路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，給各路段間CPC卡的補(bǔ)充調(diào)撥提出了更高的要求，由于交通流量、交通流向的不均衡導(dǎo)致各路段間通行卡的庫存狀態(tài)不一，甚至無卡可發(fā)。可采用二維碼紙劵作為應(yīng)急預(yù)案，二維碼紙劵通過防偽措施可以實(shí)現(xiàn)更好的保密性和防偽性能，從而使得偽造二維碼難度和成本增加，因此在無CPC卡時，可以采用二維碼紙券作為通行介質(zhì)，需要在入口車道增加二維碼打印機(jī)，在出口車道增加掃描儀，對MTC車道軟件進(jìn)行相應(yīng)的改造，入口車道支持條碼打印、出口車道支持條碼掃描功能。路段在使用二維條碼時，應(yīng)向省中心進(jìn)行申報，經(jīng)允許后方可使用。

5 結(jié)語

在交通強(qiáng)國思想指導(dǎo)下，高速公路發(fā)展日新月異。多義性路徑識別技術(shù)推動了ETC、CPC卡技術(shù)發(fā)展，ETC和CPC卡作為高速公路主要的兩大收費(fèi)介質(zhì)相輔相成，使高速公路變得更加快捷、智慧、暢通。但是使用CPC卡的車輛需要人工收費(fèi)，不是智慧交通發(fā)展的主流方向，仍需大力推廣ETC，引導(dǎo)CPC卡存量用戶轉(zhuǎn)向ETC用戶。充分利用電子不停車收費(fèi)技術(shù)的優(yōu)勢，提高通行效率，降低運(yùn)營成本，獲得更大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，提高我國高速公路智能化水平。