王夫釗

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550022）

0 引言

不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection Sys?tem，簡稱“ETC”）是ITS領(lǐng)域中的一個重要方面。由于其可回收交通基礎(chǔ)設(shè)施的投資，又能緩解收費(fèi)站的排隊現(xiàn)象，減少了環(huán)境污染，因此許多國家都對不停車收費(fèi)系統(tǒng)投入了的研發(fā)力量。我國交通運(yùn)輸部門也已將不停車收費(fèi)系統(tǒng)列入交通科技的技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)之一。

1ETC系統(tǒng)概述

不停車收費(fèi)系統(tǒng)又稱電子收費(fèi)系統(tǒng)，是以現(xiàn)代通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主導(dǎo)而發(fā)展起來的。系統(tǒng)可實現(xiàn)車輛的不停車智能自動收費(fèi)，是目前世界上最先進(jìn)的路橋收費(fèi)系統(tǒng)（見圖1）。現(xiàn)有的電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的功能包括：數(shù)據(jù)采集、管理收費(fèi)車道的交通、收費(fèi)車道的車道控制機(jī)和后臺網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口、內(nèi)部業(yè)務(wù)管理、查詢系統(tǒng)。車道控制系統(tǒng)用于各種現(xiàn)場設(shè)備的交通控制和管理，安裝在車輛上的電子標(biāo)簽可記錄各種車輛信息，并通過管理子系統(tǒng)實時傳輸?shù)绞召M(fèi)站。管理子系統(tǒng)的收費(fèi)站負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)收集。

圖1 ETC收費(fèi)站原理圖

2ETC系統(tǒng)工作原理

2.1 售卡和充值

車輛應(yīng)事先在售卡點(diǎn)（工商銀行和高管局發(fā)售）購買車載單元（OBU），由工作人員貼于車窗玻璃上（具有防拆功能）。OBU可以在遠(yuǎn)離收費(fèi)中心的多個售卡點(diǎn)銷售和充值。售卡或充值時把操作者員工號、加值日期、加值站點(diǎn)號、持卡人姓名或駕駛證號、認(rèn)證標(biāo)識、加值金額、有效期等數(shù)據(jù)寫進(jìn)OBU，并連同卡號形成一條記錄寫進(jìn)本地機(jī)并上傳。

2.2 入口處理

當(dāng)車輛進(jìn)入收費(fèi)車道，車輛檢測器將信號傳給前端控制器，控制器控制天線工作、接收電路和車輛上的OBU進(jìn)行通訊，并進(jìn)行CRC校驗。確認(rèn)接收到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤后，通過RS485接口將數(shù)據(jù)傳遞到收費(fèi)機(jī)。

當(dāng)某一車輛駛?cè)肴肟谲嚨罆r，車道控制機(jī)通過天線與OBU通訊，讀出卡中信息，判定該卡有效性。判定OBU有效性的充分條件如下：

（1）該OBU密碼被本系統(tǒng)機(jī)具接受；

（2）該OBU儲存的系統(tǒng)信息和用戶信息是本系統(tǒng)所規(guī)定的格式；

（3）該OBU不在黑名單內(nèi)；

（4）該OBU所存余額超過本系統(tǒng)規(guī)定的最低限額；

（5）當(dāng)前狀態(tài)為“已出口”；

（6）沒有讀寫故障。

若卡有效，則向OBU寫入“車輛類型”、“收費(fèi)站名”、“車道號”、“日期時間”等信息。收費(fèi)機(jī)控制：車道信號燈由紅色變?yōu)榫G色；自動欄桿提起；車輛駛離檢測器的檢測域，自動欄桿落下，系統(tǒng)可以處理下一部車。收費(fèi)車道設(shè)備完成一次正常收費(fèi)處理業(yè)務(wù)，生成入口記錄存貯在車道計算機(jī)內(nèi)，并立刻上傳給收費(fèi)站計算機(jī)。

當(dāng)OBU寫為無效卡，當(dāng)卡被確認(rèn)為無效時，收費(fèi)機(jī)終端顯示器屏幕會提示并在提示欄顯示“無效卡！”。車道會報警，并在費(fèi)額顯示器上顯示“請轉(zhuǎn)向人工車道”的提示。

2.3 出口處理

當(dāng)某一車輛駛?cè)肴肟谲嚨罆r，車道控制機(jī)通過天線與OBU通訊，讀出卡中信息，判定該卡有效性。車輛類型、收費(fèi)站名、路費(fèi)金額等內(nèi)容以大字體在屏幕上顯示；車道信號燈為紅色顯示；自動欄桿顯示關(guān)閉狀態(tài)；車道設(shè)備處于：交通指示燈為紅色，或自動欄桿顯示關(guān)閉狀態(tài)。收費(fèi)機(jī)屏幕顯示如下內(nèi)容：車輛類型、收費(fèi)站名、路費(fèi)金額、儲值卡的余額；系統(tǒng)在OBU的余額中減去本次路費(fèi)，并將余額存入OBU寫中，車道出現(xiàn)：車道信號燈為綠色顯示；自動欄桿顯示升起狀態(tài)。若該卡不夠支付本次路費(fèi)的金額，系統(tǒng)會提示車輛轉(zhuǎn)向人工車道繳費(fèi)后放行。

若使用全額現(xiàn)金方式，則終端屏幕提示：“儲值卡余額不足，請使用現(xiàn)金支付，按[現(xiàn)金]鍵”，收費(fèi)員確認(rèn)收取路費(fèi)后，按“確認(rèn)”鍵；若使用補(bǔ)現(xiàn)金的方式，則終端屏幕提示：“儲值卡余額不足，請使用現(xiàn)金支付，按[現(xiàn)金]鍵”，并將路費(fèi)與儲值卡余額的差額顯示在“應(yīng)收現(xiàn)金”處，收費(fèi)員確認(rèn)收取路費(fèi)后，按“確認(rèn)”鍵。然后車輛駛離檢測器的檢測域，自動欄桿落下，系統(tǒng)可進(jìn)行下一次收費(fèi)業(yè)務(wù)。收費(fèi)車道設(shè)備完成一次正常收費(fèi)處理業(yè)務(wù)，生成車輛的“類型”、付款的“幣種”、出口通過的“日期、時間”、“收費(fèi)金額”、“付款方式”、“收費(fèi)員工號”等信息，存貯在車道計算機(jī)內(nèi)，并立刻上傳給收費(fèi)站計算機(jī)。

當(dāng)卡被確認(rèn)為無效時，收費(fèi)機(jī)終端顯示器屏幕會以紅色提示并報警，對車輛進(jìn)行抓拍。根據(jù)不同情況，值班員提醒司機(jī)對車載卡充值。并按現(xiàn)金收取通行費(fèi)和罰款。

3ETC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 車輛自動識別系統(tǒng)（AVI）

該系統(tǒng)主要由車載設(shè)備(OBU：On-Board Units)和路邊設(shè)備(RSE：Road-Side Units)組成，兩者通過使用一種基于5.8GHz微波頻段短程通信DSRC（Dedicated Short Range Communication）完成路邊設(shè)備對車載設(shè)備信息的一次讀寫，即完成收(付)費(fèi)交易所必需的信息交換手續(xù)。目前用于ETC的短程通信主要是微波和紅外兩種方式，由于技術(shù)發(fā)展歷史的原因，微波方式的ETC已成為各國DSRC的主流。

3.2 違章車輛抓拍系統(tǒng)（VEC）

該系統(tǒng)主要由數(shù)碼照相機(jī)、圖像傳輸設(shè)備、車輛牌照自動識別系統(tǒng)等組成。對不安裝車載設(shè)備OBU的車輛利用系統(tǒng)防砸車功能實施逃費(fèi)抓拍，并傳輸?shù)绞召M(fèi)中心，通過車牌自動識別系統(tǒng)識別違章車輛的車主，實施通行費(fèi)的補(bǔ)收手續(xù)。

3.3 兩片式電子標(biāo)簽

兩片式電子標(biāo)簽同單片式電子標(biāo)簽比較，多一片可插拔的作為擴(kuò)展存儲器使用的IC卡。兩片式電子標(biāo)簽主要作為車輛識別卡和通信中繼器使用，電子標(biāo)簽中只記錄車牌號、車型或車輛的物理參數(shù)，為車道系統(tǒng)提供車輛識別信息，而賬號、金額方面的信息則儲存在IC卡內(nèi)，電子標(biāo)簽與IC卡之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。ETC車道天線可以借助車載電子標(biāo)簽遠(yuǎn)距離快速讀取IC卡中的數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)免停車通過收費(fèi)站并完成收費(fèi)交易。

4ETC系統(tǒng)的應(yīng)用

我國最早的ETC系統(tǒng)應(yīng)用開始于1996年10月，廣東省路路通有限公司引進(jìn)美國TI公司的ETC收費(fèi)設(shè)備，開發(fā)了ETC收費(fèi)系統(tǒng)軟件；2001年，廣東省采用組合式ETC技術(shù)在廣韶公路、虎門大橋完成ETC示范工程并使組合式ETC技術(shù)進(jìn)入了真正的可操作階段；2003年，長沙機(jī)場高速路開通了那時最先進(jìn)的路橋不停車收費(fèi)系統(tǒng)；2004年，成都機(jī)場高速公路啟用不停車收費(fèi)系統(tǒng)；2005年，北京機(jī)場高速公路收費(fèi)站“升級版”的不停車收費(fèi)系統(tǒng)投入運(yùn)行，新系統(tǒng)增加了抓拍取證、違章稽查等功能，隨后，不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）在全國范圍內(nèi)得到大面積的運(yùn)用。

貴州省在2012年也開始了大面積的ETC系統(tǒng)建設(shè)，僅2012年就建成超過80條ETC車道，基本覆蓋了9大地州市的主要出口。

5 結(jié)語

我國的ETC產(chǎn)品和應(yīng)用還面臨著諸多問題，需對ETC產(chǎn)品設(shè)計的思路和采用的技術(shù)路線進(jìn)行重新的思考，采用集成芯片的方案已經(jīng)成為解決目前產(chǎn)品問題的必由之路。只有當(dāng)我國的ETC產(chǎn)品有了質(zhì)的提高，形成規(guī)模化的產(chǎn)業(yè)基地，我國ETC產(chǎn)業(yè)才能蓬勃發(fā)展。

[1] 劉志偉，程琳.不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）的概況研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2008（2）：11.

[2] 劉瑋，李欣董，靜薇.基于射頻識別技術(shù)的高速公路不停車車輛自動收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計[J].黑龍江科技信息，2008（4）：74.

[3] 廉飛宇，范伊紅，張元.ETC電子不停車收費(fèi)的技術(shù)研究[J].計算機(jī)工程與技術(shù)，2007，43（5）：204-207.