淺析ETC門架系統

鄭宏斌

（安徽省高等級公路工程監理有限公司，安徽 合肥 230000）

1 ETC門架系統建設背景

隨著我國深化收費公路體制改革的不斷推進，收費公路相關問題如降低過橋成本，有效控制客貨車審批不合規，隨意收費、隨意罰款等等得到了進一步的解決。現階段已經基本取消國道、省際快車實現快速直通收費，擁堵程度得到有效的緩解。隨著電子不停車快捷收費（ETC）技術的大規模推廣，全國支線公路收費站在2019年底已經基本取消，不停車快速收費已經基本實現，擁堵現象明顯減少，為群眾提供方便的總體建設已經初步目標。

2 總體架構

全國聯網收費系統框架由收費公路聯網結算管理中心（以下簡稱“部聯網中心”）、省聯網結算管理中心（以下簡稱“省聯網中心”）、省內區域/路段中心、ETC門架、收費站、ETC車道、ETC/MTC混合車道等組成。

本文將重點介紹ETC門架系統的構成，以及在聯網收費系統中的作用。

3 ETC門架系統的功能及構成

3.1 ETC門架系統的構成

3.1.1 ETC門架的設置原則

1）在改變交通流（例如入口/出口匝道、交叉路口）前，在路段設置ETC橋梁；2）在省界設置ETC門架時，必須分別由兩個相鄰省份設置；3）ETC門框應置于直線段出入口匝道末端與十字路口，直線距離應該在1.5km～3km之內，不符合要求的路段可結合具體情況予以調整；4）ETC關口站框架的布局應盡量避免頻率接近5.8GHz的干擾源。；5）在達成ETC門架功能要求的基礎上，應綜合考慮安放場地的選擇，優先選擇電源、安裝、接線合適的場地，并盡可能靠近施工現場附近的收費站房；6）避開交通擁堵厲害的路段、避開背光等干擾，以便準確識別車牌圖像；7）其位置需要盡可能離高速公路主線還有相鄰的非收費公路遠一些。

3.1.2 ETC門架系統布局

ETC門架系統系統由上下雙向龍門組成。上下雙向門架應向后錯開，距離不宜小于30m，且不宜過遠。省界ETC門架系統設置在省界的ETC門架系統，上、下行方向各設置兩個門架。路段ETC門架系統設置在非省界的路段ETC門架系統，上、下行方向各設置一個門架。

3.1.3 ETC門架系統構成

ETC門架系統包括的設備、設施主要有：車道控制器、RSU、車牌圖像識別設備（含光補償設備）、高清全景攝像機、站級服務器、防雷接地設施、通信設備、電源設備、北斗授時設備，現階段，我省對車道控制器、RSU、車牌圖像識別設備、高清全景攝像機等關鍵設備都采用冗余設置，提高可靠性。

3.2 ETC門架系統的功能

ETC門架系統當中的功能主要有：1）其交易處理流程對OBU單、雙芯片OBU以及CPC卡均支持。其加解密運算用的是國產SM4對稱密碼算法，同時也支持符合JR/T 0025規定的算法DES與3DES；2）所有通行車輛（含ETC、MTC車輛在內）的車牌顏色與號碼均可在系統中被自動識別出來，再經過人工核對修正后，將識別出來的一切相關信息，以二進制圖片的形式，做流水記錄，并存入站級服務器當中；3）對ETC車輛分段予以計費扣費，輸出ETC交易流水（也就是通行憑證），一旦未能成功扣費，需要輸出相應的ETC通行記錄。對ETC交易流水、輸出的通行記錄、以及圖像流水記錄做匹配，再手動進行核對修正；找出沒能成功扣費車輛的圖像記錄，并報送省聯網中心以及部聯網中心；4）實現MTC車輛分段計費。CPC卡可以提供相關信息，可以接受更新后的信息，同時生成CPC卡使用記錄。系統自動匹配CPC卡流量記錄和圖像流量記錄，可由人工核對修正，篩選出計費失敗MTC車輛的圖像流水記錄，及時報送給省網中心跟部網中心；5）ETC門架必須配備卸重機構，讓同一車輛只能形成一個流量或一條記錄，同一輛車不僅有OBU還要有CPC卡，只生成CPC卡通行記錄，并上傳至省聯網中心系統和部聯網中心系統。如果同一車輛在同一ETC門架系統內，連續生成ETC交易流水、通行記錄、CPC卡通行，或者是圖像流水記錄，不僅要將重復的流程以及記錄做刪除處理，還要報送給省網中心和部網中心；6）具有自檢功能、程序和應用也可以在線更新，可實時向省網中心和部網中心上報ETC門架系統及設備信息，即車道控制器CPU占用率、內存占用率、硬盤占用率，關鍵設備在線、工作狀態，包括機柜溫、濕度，供電狀態以及網絡狀態等；7）接收省網中心發布的ETC門架系統參數并予以更新；8）與北斗授時時鐘保持同步；9）關鍵設備（如RSU以及車牌圖像識別等）要求做冗余設計，使其能全天持續工作；10）應用信息的存儲應具有備份與容錯機制。它最多可存儲180d的圖像、30d的視頻；11）在通信網絡故障時，應能獨立工作，允許離線運行。此時，全部操作數據均允許本地存儲。等到網絡恢復的時候，被暫時扣留在本地的數據就會馬上自動報送給省網中心與部網中心，從而使數據完整、一致、可靠、真實，為數據的確定性與安全性提供保障；12）具備最基本的防雷保護還有接地保護，在防雷擊方面和防浪涌沖擊方面，具備滿足要求的能力，為人員和相關設備的安全提供保障。能實現基本的防雷保護效果以及接地保護效果。

4 ETC門架系統通信傳輸

4.1 安徽省高速公路通信網絡現狀

1）核心層現狀：核心層以合肥繞城高速環線光纜及市政光纜租賃組建，選取安徽省交通控股集團皖通大廈及及其機場高速信息中心、合肥處（位于金寨路）、肥東、北環處（位于雙墩）五個節點組建2*10GE分組傳輸環網。核心層傳輸環網主要用于業務調度，設備采用華為PTN3900和PTN3900-8。

2）匯聚層現狀：匯聚層采用10GE分組傳輸環網，根據安徽省交通控股集團有限公司22個管理處（公司或中心）所處地理位置進行劃分，共組建8個匯聚環網：東北匯聚環網、西南匯聚環網一、西南匯聚環二、西南匯聚環三、南匯聚環一、南匯聚環二、東南匯聚環一及東南匯聚環二。

4.2 通信系統方案

1）站-部通信傳輸方案：ETC門架數據、視頻通過專用鏈路傳輸至就近實體收費站服務器，經過服務器處理后，各實體收費站設置4G無線終端設備，通過虛擬專網的接入方式 將數據及ETC門架全景監控視頻實時傳輸到運營商的物聯網平臺，然后通過數據專線傳輸至部聯網中心機房。我省的站部主備通信鏈路均采用運營商物聯網方案，4G無線主用鏈路運營商為中國聯通，備用鏈路運營商為中國電信。

2）站-省通信傳輸方案：ETC門架系統服務器設置于就近實體收費站。為確保ETC門架數據、視頻至就近收費站的傳輸穩定性、可靠性及實時性，采用主備鏈路。主用鏈路傳輸至就近實體收費站，通過PTN傳輸至省中心。備用鏈路為ETC門架系統利用高速公路已敷設光纜將數據及ETC門架全景監控視頻實時傳輸到運營商的物聯網平臺。

3）特殊情況下的主備切換：①主用鏈路狀態數據走向，站-省傳輸數據走向：站-高速公路PTN傳輸網-路段中心（交控集團中心）-省聯網中心-部聯網中心（特指10.254.6.0/24）.站-部傳輸數據走向：站-站部4G主鏈路（聯通4G物聯網）-部聯網中心（10.254.0.0/16）；②備用鏈路狀態數據走向：站-省傳輸數據走向：站-站省備用4G鏈路（聯通4G物聯網）-路段中心（交控集團中心）-省聯網中心-部聯網中心（特指10.254.6.0/24）.站-部傳輸數據走向：站-站部4G備用鏈路（電信4G物聯網）-部聯網中心（10.254.0.0/16）。主、備切換主要實現當站-省主用鏈路PTN線路出現斷開后（含中間設備），收費廣場、收費站、ETC門架數據能自動切換至4G備用鏈路通信。當PTN線路恢復后又能自動切回主用鏈路狀態下進行通信。當收費站核心交換機5720-1上NQA機制檢測到與交控集團中心核心交換機互聯的地址出現無法連通的情況下，會聯動VRRP機制，自動將所有數據切換至收費站核心交換機5720-2上進行傳輸，保證ETC門架系統的安全、穩定、可靠的運行。