不停車收費系統（ETC）系統架構及未來生態模式

蒙楊超 楊漢飛 崔碩

摘要：隨著2020年初全球疫情大爆發，電子支付、無感交易成為當今貿易、服務重點關切的熱點之一，ETC不停車收費系統作為高速通行快速交易的方式之一，近年來發展迅猛;其安裝在車輛擋風玻璃上的車載電子單元（OBU）與ETC車道上的微波天線（RSU）之間通過專用短程通信（DSRC）技術，達到車輛通過高速公路收費站無需停車就能交納通行費用，ETC緩解了高速通行擁堵情況，未來也會結合大數據提煉出的人民生活日常使用場景，衍生出更多生態服務到ETC應用中，如洗車、加油、停車、充電、保險等供用戶使用。

關鍵詞：ETC;無感支付;高速通行;生態服務

中圖分類號：TP3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0192-02

0? 引言

ETC經過近10年發展，在2015年已實現全國互聯互通，并在2019年底，基本取消全國高速公路省界收費站人工通道，各省份高速公路入口車輛使用ETC比例達到90%以上[1]。為了進一步提高ETC產品質量，工信部聯合交通部提出研制符合車規級要求的ETC產品，并在各大車廠推行前裝級ETC產品（滿足GB/T 38444-2019國標要求），從2020年7月1日起，車廠新申請批準的車型應在選裝配置中增加ETC車載裝置供用戶使用。

1? ETC硬件系統

ETC系統主要由RSU（Road Side Unit，路側設備單元）和OBU（On Board Unit ，車載單元）組成。

①RSU由高增益定向束控讀寫天線和射頻控制器組成，高增益定向束控讀寫天線是一種微波收發模塊，負責信號和數據的發送/接收、調制/解調、編碼/解碼、加密/解密;射頻控制器是控制發射和接收數據以及處理向上位機收發信息的模塊。采用DSRC技術與車載單元OBU進行通訊，實現交易過程。

②OBU由電源模塊、MCU模塊、防拆模塊、藍牙模塊、ESAM模塊、聲光模塊六大模塊組成，如圖1所示。1）主控模塊：是OBU的核心，連接并控制其他功能模塊。2）DSRC射頻模塊：符合GB/T 20851.1～5標準規范要求，包括HDLC協議處理、FM0編碼、5.8G射頻前端等，在主控模塊的控制下實現DSRC物理層和邏輯鏈路層部分功能，是OBU關鍵部件之一。3）嵌入式安全模塊（ESAM）：為OBU關鍵信息存儲介質，同時承擔車輛信息加密及設備安全認證功能。4）電源模塊：將車載電源（12V）轉換為OBU內部電源（控制電壓分配），為其他功能模塊供電。5）聲光顯示模塊：在主控模塊的控制下實現車輛OBU與用戶間的交互，交互方式包括：LED指示燈、蜂鳴器等，保證駕駛員在車輛行駛狀態下可以通過聽覺信息獲取完整的與安全、法規及金額相關的信息。6）防拆模塊：a硬防拆：物理性防拆開關，使用超級電容可維持斷電后防拆開關30多天的防拆檢測及ESAM的狀態寫入。b軟防拆（上CAN）：使用車輛VIN碼綁定OBU。在激活OBU時，保存車輛VIN碼，車輛上電后，OBU自檢時判斷保存的VIN碼和車輛發來的VIN碼是否一致，若一致才可正常使用ETC系統。

③DSRC通信層：RSU與OBU的通訊通道（協議），RSU發射微波喚醒信號，DSRC數據接收，數據解析后，ESAM芯片從內存中讀寫出車輛識別信息，最后通過DSRC反饋到RSU，完成整個交易過程。

④ESAM應用層：密鑰的寫入，存儲交易過程的信息，存儲車輛VIN及其它信息。

⑤人機交互層：通過CAN與車機進行交互，可將交易信息，交易狀態，語音播報通過顯示屏顯示。

⑥ETC按產品形態的不同，可細分為兩大類，如圖1所示。

1）分體式：DSRC射頻模塊安裝于前檔風玻璃上，其它模塊安裝于后視鏡內，通過電源線取電;2）一體式：a非直接供電式（雙片式）：通過太陽能或者紐扣電池供電;b直接供電式（單片式）：通過整車蓄電池或者動力電池取電，不受外界環境因素影響，同樣安裝在前擋風玻璃上部中間位置，可使用塑料殼體扣住（類似于雨刷傳感器的固定方式）。

2? ETC軟件系統及車道交易原理

ETC的軟件部分是激活ETC交易功能必不可少的一個關鍵組成部分，可分為兩部分：①一次發行（灌輸密鑰）：OBU在出廠前需在ESAM芯片寫入密鑰，并錄入車輛信息（VIN碼等），采集的信息錄入到發行方數據庫，形成車輛安裝OBU的白名單。②二次發行（激活設備）：目前市面上主要通過小程序、網頁或獨立APP進行綁定銀行卡并激活OBU設備，基本架構如圖2所示。

ETC車道內安裝有微波天線RSU，當天線檢測到裝有ETC車輛進入車道時，OBU將標簽信息和高速卡內信息發送到RSU，RSU接收到信息傳送給車道控制系統，控制系統判斷OBU內是否為有效高速卡，當系統判斷為有效車輛時，系統控制閘機放行、信息屏顯示車輛相關信息。車輛快速通過ETC車道，實現不停車收費，如圖2所示。

3? ETC生態服務

①ETC生態服務涵蓋內容如表1所示。

②以前我們對ETC的使用場景只停留在高速通行方面，但隨著電子交易的不斷發展，ETC可使用場景擴大到日常的停車、加油以及未來網絡金融、商品購買等方方面面，ETC設備里包含有車輛的所有信息，且與車主信息綁定，同時帶有防拆卸功能，相對于之前識別車牌（套牌車冒名交易）的模式，此方式更具安全性、可靠性及可追蹤性。我將重點闡述停車服務的設計邏輯，其它生態應用場景類似。傳統的停車場采用車牌識別，掃碼支付等實現停車-掃碼-付款-啟動的扣款方式，這種模式不便之處在于，步驟較多，耗時較長，極易造成出口堵車，對于露天場地遇到雨雪天氣干擾時，也會造成識別錯誤的風險，影響用戶體驗;但ETC停車場支付，無需停車就能實現收費，用戶體驗升級，停車場ETC系統主要由天線盒子、車牌識別裝置、收費顯示板、車場收費管理系統軟件、ETC停車云平臺及監控設備等組成。當車輛進入ETC收費車道，車輛OBU與天線盒子進行數據交換，車輛識別裝置對車輛進行掃描，識別車輛的車牌，車場收費管理系統與ETC停車云平臺進行數據傳輸，獲得車輛信息并判斷是否為白名單。當車輛即將離開停車場時，收費管理系統計算車輛從進入到離開停車場的時間，并與云平臺進行數據交換，在停車場出入口實現無人值守的自動化不停車通行及電子扣費等非現金支付手段[3]，如圖3所示。

ETC停車為無人值守提供了解決方案，實現了快速通行，為車主用戶提供了便捷高效的無感支付體驗;ETC支付，減少了場內預約付款，提高了通行效率，減少了管理人員，實現了車場的降本增效;無需掃碼付款，實現快速通行，減少了排隊等待時間，緩解了城市擁堵，同時也減少了尾氣排放，對于智慧城市和智慧交通的搭建具有關鍵性作用。截止目前全國已經建設ETC停車場近萬個，ETC加油點4000多個，ETC洗車機2000多個，且數據還在按每日量進行增長，目前國家大力興建RSU路測單元設備，覆蓋到居民小區、旅游景點、機場、火車站等使用頻次較高的場所，相信不久將來，圍繞ETC構建生態圈必將到來。

4? 總結

ETC作為緩解高速交通壓力而推行的無感交易手段，自2005年以來得到了飛速發展，到2019年已擁有近數億用戶，且路端設備也不斷完善，人工收費通道全部改成ETC專用通道，大大降低了擁堵率，但ETC的功能不止用于收費通行，未來，在AI、大數據、云計算等技術的驅動下，隨著ETC設備升級、車輛信息共享及信用體系完善、車載多設備標準逐步成熟，以及ETC場景不斷豐富，無人駕駛、V2X（Vehicle to Everything，車聯網）等技術創新融合，ETC設備將成為車聯網重要的入口，甚至與智能手機融合，成為新的移動互聯網平臺;最終，成為智慧城市物聯網的核心成員，前景十分廣闊。

參考文獻：

[1]劉志偉，程琳，等.不停車收費系統（ETC）的概括研究[J].科技創新導報，2008.

[2]溫炳，等.不停車收費系統（ETC）及其應用[J].山西交通科技，2003.

[3]黃慧瓊，張澤昆，等.城市中心商業區停車場ETC系統應用與評價[J].交通科技與經濟，2020.