浅谈高速公路电子收费系统

摘要：ETC电子收费系统通过微波无线通信、计算机网络及信息处理、图象识别、传感技术、自动控制等多项高新技术手段，利用车载电子标签自动与安装在路侧或门架上的微波天线进行信息交换从而实现车辆无需停车即可自动收取道路通行费用。本文探讨了高速公路电子收费系统。

关键词：高速公路；电子；不停车；收费；系统

Abstract: ETC electronic charge system through the microwave wireless communication, computer network and information processing, image recognition, sensing technology, automatic control and so on a number of high-tech means of the use of car electronic label to be automatic and installed in the side outline or door frame microwave antenna is the exchange of information so as to realize the vehicle without parking can automatically collect road tolls. This paper discusses the highway electronic toll collection system.

Keywords: highway, Electronic; Don't stop, Charge, system

中图分类号：U412.36+6文献标识码：A 文章编号：

随着高速公路联网收费里程的不断增长、交通流量的不断加大，高速公路收费站收费广场车辆拥堵和环境污染问题日益突出，如何提高疏通能力和车道收费的处理效率迫在眉睫。ETC电子收费系统通过微波无线通信、计算机网络及信息处理、图象识别、传感技术、自动控制等多项高新技术手段，利用车载电子标签自动与安装在路侧或门架上的微波天线进行信息交换从而实现车辆无需停车即可自动收取道路通行费用，车辆以不停车方式通过收费站能够明显提高收费站的通行能力，减少因排队、缴费造成的燃油消耗和尾气排放，极大地改善了高速公路的交通状况，大大促进高速公路收费管理的发展。

一、 电子不停车收费系统的概念及构成

1、系统概念

电子不停车收费系统（ETC）是智能交通系统（Intelligent Transportation System, ITS）领域中的一个重要方面，是国际上正在努力开发并推广普及的一种用于公路、桥梁和隧道的电子收费系统。电子不停车收费系统利用车辆自动识别（Automatic Vehicle Identification, AVI）技术完成车辆与收费站之间的无线数据通信，进行车辆自动识别和有关收费数据的交换，通过计算机网络进行收费数据的处理，实现不停车自动收费的全电子收费系统。

2、系统构成

ETC收费的关键在于车辆电子自动识别和快速通信。整个不停车电子收费基础系统由4个部分组成：（1）电子标签和CPU卡。电子标签是一种有源电子射频设备，其内存储包括车辆型号、车牌照号、车主的相关资料等各种信息。CPU卡是一种新型IC卡，起到车辆通行卡和电子付费的功能。（2）收发器。它是一种带有微波线路的装置，用它与电子标签之间建立高方向性的高频微波通信，有很强的抗干扰性能和快速的通信能力。（3）进行通信处理的微处理器。它将来自电子标签和CPU卡的信息进行解释并传至车道控制器，从而取得该车的有关资料并进行相应处理，对来自车道控制器的数据信息经分析后可对电子标签和CPU卡内的数据进行必要的修改。（4）车道控制器。根据电子标签和CPU卡上的信息，判定通过车辆是否有正常通过的权利，还可判断电子标签和CPU卡的有效性,并起动相应的交通标志，也可以发出警告给车主必要的提示。如果发生违章闯关现象也可驱动抓拍系统进行违章取证等。

二、ETC 处理流程

车主到客户服务中心或机构购置车载电子标签，交纳储值，由发行系统向电子标签输入车辆识别码（ID）与密码，并在数据库中存入该车辆的全部有关信息（如识别码、车牌号、车型、颜色、储值、车主姓名、电话等）。发行系统通过通信网将车主、车辆信息输入收费计算机系统。标识卡贴在车内前窗玻璃上，当车辆进入ETC收费车道处于天线发射区时，处在休眠状态的电子标签受到微波激励后苏醒，开始工作，并以微波方式发出电子标签代码和车型代码；天线接收确认电子标签有效后，读出车型代码以及其他识别代码和时间，传送给车道控制器，车道控制器将数据存储并转送收费结算中心。如无效卡或无卡车辆在收费车道上冲卡，天线在确认无效性的同时，启动快速自动栏杆，关闭收费车道，并启动逃费抓拍摄像机将逃费冲卡车辆图像进行抓拍，并将抓拍图像及无效代码和冲卡时间一并传送给车道控制机记录在案，事后依法处理。收费结算中心与管理银行收到汇总收费信息后，从各个用户账号中，扣除通行费和算出金额，拨入相应公司账号。银行实时核对用户账号金额，余额低于预定的临界阈值时及时通知用户补交金额，若继续使用其将被划归无效电子标签，编入黑名单并通知各收费站。收费结算中心设有用户服务机构，向用户出售识别卡、补收金额和接待客户查询。系统后台拥有一套金融运行规则和计算机网络及数据库支持，用于处理事后收费等事项，用户也可通过网络、短信或电话客服等方式进行查询。

三、ETC应用中的关注点

1、技术标准与兼容性。目前ETC子系统（车辆识别子系统、通信收费子系统和车载设备等涉及众多新技术和设备供应商）使用标准不统一，造成不同地区系统或设备生产商隔阂化，不能有效互联互通。实现技术标准化是ETC产业规模化应用的前提。

2、大区域网络联结。网络部分是ETC收费站的桥梁，只有采用覆盖全国高速公路收费站口网络，才能使ETC 在全国范围内得以推广。目前国内很多高速公路系统还不具备大范围区域网，更不用说全国联网能力。随着移动通讯事业普及，移动运营商也具备成熟费用管理机制的优势，可在ETC信息传输中结合GSM网络和现有高速公路通信设备进行组网。

3、二义性路径识别。大量路网连接形成多路径，即车辆从路网内甲地行驶到乙地往往存在多条可选路径，产生二义性路径识别问题。目前国内主要按照最短路径原则，采用模糊逼近真实的概率统计方法进行车辆通行费拆分计算。随着路网结构复杂度增加，模糊逼近处理难度加大，研究二义性路径识别是有效推行ETC 电子收费的关键之一。

4、用户信息安全。RFID数据安全性是一个引人瞩目的话题。电子标签中保存了一些数据，涉及隐私保护。电子标签数据的读取是由阅读器发射无线射频触发，只要阅读器的发射频率相同，应答器即标签就会做出相同反应，传输相同的数据。目前采用的加密方式，还不能在非正常状态界面中给出警告信息，并对监控系统进行调控，同时采集到的数据还不能转换成一种直观、易于为用户接受的形式显示出来，此类课题有待进一步开发研究。

5、ETC大范围推广。ETC系统规模较大，一次性投资高，建设周期长，大多数出、入口收费站交通量小，车道数量少，单独辟出一条专用ETC车道利用率不高。各收费站缺乏备份ETC车道，收费系统的可靠性将无法得到保障。由于实施ETC收费可能导致收费员的下岗问题，也不能立即体现出经济效益，所以大多数公司实施ETC收费的热情还不够，深化物流行业体制改革是鼓励ETC建设和市场推广的路径之一。

四、ETC系统技术发展的新趋势

从目前国内外ETC 系统研究与发展方向来看,移动通信技术、GPS、GIS、技术等技术的融合是ETC技术发展的重要方向。

1、基于移动通信网络的ETC系统

利用现有移动通信网络对高速公路良好的覆盖和良好的网络质量，通过GPRS或短消息通信模块把前台获得的车载电子标签信息及收费站、收费道口信息和时间等交易信息通过移动通信网络传送到后台系统，以实现电子不停车收费结算功能。电子标签和用户手机号的绑定，应用服务器系统可以查询与标签绑定的用户手机号，这样易于实现全国联网，在用户归属地从该用户手机账户上进行扣费操作。该方案很好地解决了用户车辆在全国范围内的漫游操作，使得后台系统可以快速定位用户的漫游地和属地，并利用移动通信网络现有的计费系统完成扣费操作。

2、基于GPS、GIS、移动通信等技术融合的ETC系统

将GPS技术、GIS技术、移动通信技术等高度融合。它将装有GPS接收机的移动车辆位置数据，经过单片机的处理，由GSM通信模块以短信息的方式发送至移动通信网的短消息中心（SMC），SMC再通过专线把车辆定位信息传递给收费中心，当收费中心接收到移动终端发送来的位置信息，利用GIS软件和快速的投影匹配算法，准确将车辆的行驶路线与数据库中的道路网进行匹配，获得其在收费道路上的行驶轨迹，然后由收费软件按照各条公路收费标准分开进行计费，以实现道路联网收费。

ETC系统已经逐步在我国高速公路收费系统中展现其高效、便捷、环保的优势，随着ETC相关技术标准的推广、联网收费技术的不断成熟以及GPS、G IS等技术的融入，ETC系统必将在我国得到健康、快速的发展，为出行者提供高效、便捷的道路交通环境。

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。