ITS在高速公路自动化电子收费系统中的应用

摘要：本文主要分析高速公路运行中停车收费所导致的交通延误以及通行能力降低等一系列情况，对智能交通系统的概念以及其在高速公路收费中的应用和前景加以论述。

关键词：智能交通系统、高速公路、电子收费系统

Abstract: This paper mainly analyzes the highway running in parking fees lead to traffic delays and reduce the capacity of a series of circumstances, and discusses the concept of intelligent transportation systems and highway toll applications and prospects.

Keywords: intelligent transportation systems, highways, electronic toll collection system

中图分类号：U412.36+6文献标识码： A 文章编号：

作者：山东高速信息工程有限公司 李英男

一、绪论

自上世纪七八十年代改革开放以来，伴随我国国民经济的蓬勃发展，公路工程建设事业方兴未艾，国家公路网的建设逐步完善。为进一步适应国民经济的发展需要，从20世纪80年代起开始兴建高速公路，并于2004年9月了总里程为8.5万km的《国家高速公路网规划》，到2010年，基本贯通国家高速公路网中的“五射两纵七横”14条路，总体上实现“东网、中联、西通”的目标。但是由于我国高速公路投资体制的多样化，利益主体的复杂化，使得收费体制复杂化。目前我国多数高速公路采用的是停车缴费的人工或半人工收费体制。这样在一条高速公路上行驶的车辆需多次停车，造成车速间断、行程延误，大大降低了高速公路的通行能力。因此，急需运用自动化收费手段，实现不停车收费。

电子收费系统(Electronic Toll Collection System，简称ETC)是智能交通系统(Intelligent Transportation System，简称ITS)的重要组成部分。系统广泛采用了现代高新技术，车辆通过收费道口可以通过无线通信和计算机操作自动完成收费过程，电子收费系统实现了高速公路的不停车收费。

二、ITS的概念

信息技术和电子技术的发展给人们生活的各个方面都带来了翻天覆地的变化，它们同样也被运用于交通运输网络。智能交通系统是指采用信息处理、通信、控制、电子等先进技术，使人、车、路更加协调地结合在一起，减少交通事故、阻塞和污染，从而提高交通运输效率及生产率的综合系统。ITS不单指某种或某几种技术，更代表了一种全新的理论和思维方式，是人们对提高交通运输效率进行探索的最新成果。ITS强调的是系统性、信息交流的交互性以及服务的广泛性，其核心技术是信息技术、电子技术、通信技术和系统工程相结合。

现阶段，针对用户功能不同，ITS一般划分成以下六个方面，如图1所示：

（1）先进的交通管理系统，包含:交通事故检测技术、不停车收费技术、路径诱导技术、交通预测技术、路测通讯技术等。

（2）先进的公共交通系统，包含: 公交专用道系统、公交信息系统、公交定位系统、公交智能调度系统、公交需求管理系统以及公交票制电子车票系统。

（3）交通信息服务系统，包含:车辆交通信息服务系统以及社会交通信息服务系统。比如高速公路路边设置的实时信息通告牌，城市道路边设立的人行道与交通信息通告牌等。

（4）电视监控系统，包含:视频检测技术和交通电视监控技术。

（5）车辆安全系统，包含:车辆自动驾驶系统和车辆防碰撞系统。

物流管理系统，包含:货物集散系统和物流计算机管理系统。

三、电子收费系统的基本原理以及运行过程

电子收费系统基本原理

电子收费系统的基本原理是使安装在车辆上的车载装置通过无线通信与安装在收费口的收费装置进行信息交换，依据车载装置中保存的与收费相关的数据(车辆类型以及账户信息等)，及时计算并征收通行费用。电子收费系统用户有两种缴费方式，一是预先支付，另一种是事后支付。两种方式都必须提前建立用户账户信息，并存储于中心处理器。

电子收费系统的基本运行过程

一般电子收费系统的基本运行过程:

（1）用户前往收费管理部门，申请安装车载装置，建立付费账户或预缴通行费，相关信息存人车载装置，并在收费管理数据库中建立连接，进而该车便可以上路行驶。

（2）当ETC车道系统检测到车辆进入ETC车道时，安装在路侧的天线与安装在汽车挡风玻璃上的电子标签自动进行信息交换，与天线相连接的ETC车道控制机根据电子标签中存储的信息识别出车辆信息，并根据行驶里程和费率从IC卡的电子钱包或记账卡的账号中扣除通行费。交易完成后，车道自动栏杆自动升起，放行车辆，车辆通过后，栏杆自动降下。整个收费过程无需人工干预，用户可不停车快速通过ETC收费车道。

（3）车辆进入通讯范围，首先压到触发线圈，启动读写天线；

（4）读写天线与电子标签进行通讯，判别车辆电子标签是否有效，如有效则进行交易；无效则报警并保持车道封闭，直到车辆离开检测线圈。

（5）如交易成功，系统控制自动栏杆抬升，费额显示器上显示交易信息。

（6）车辆通过抓拍线圈时，系统进行图像抓拍，字符叠加器可将过车信息叠加到抓拍图像中。

（7）车辆通过落杆线圈，栏杆自动回落。

（8）系统保存交易记录，并将其上传至收费站服务器，等待下一辆车进入。

如图2所示：

图2、电子收费过程示意图

四、电子收费系统的组成

电子收费系统一般由以下4大系统组成

非现金结算中心系统

非现金结算系统主要负责完成：汇总、统计、清算通行卡收费原始交易数据；交换跨省(市)联网交易数据、清分结果等；对交易数据与清算结果进行验证；通过银行完成跨省(市)通行费收入的划拨；完成针对省内各个路段业主的通行费收入的拆分、结算、划拨等；对省内高速公路不停车收费业务实施统一管理；结算中心系统形成电子收费交易数据的统计数据，并向各个路段业主提供相关报表等功能。

在结算中心机房设置ETC数据服务器、前置服务器、省际联网服务器、外部数据接口服务器等后台处理设备以及数据审核工作站、争议数据处理工作站、结算工作站、报表管理工作站、图像管理工作站、网络管理工作站等前台设备完成结算系统功能。

密钥管理及卡发行系统

依照交通运输部密钥管理中心确定的统一的体系架构和技术路线在省高速公路联网收费结算中心建设二级密钥管理中心，为卡发行和应用服务提供密钥生成、密钥存储、密钥分发、密钥管理等服务。

密钥管理系统可安全地产生各级主密钥和各类子密钥，并将子密钥安全地传送卡发行系统，用来产生各类SAM卡，确保以上所有环节中密钥的安全性和一致性，实现集中式的密钥管理。密钥管理系统主要由省二级密管系统，以及加密机、管理工作站等组成。发行系统可根据密钥管理系统提供的各类母卡对车载设备、非现金支付卡及通行卡进行初始化发行操作，将初始化信息和各类密钥导入到车载设备、非现金支付卡及通行卡中，使之成为可以二次发行、应用的预付费卡、记账卡、车载设备及通行卡。