电子不停车收费系统(ETC)工作原理综述

 智能交通系统（ITS）是目前世界交通运输领域的前沿研究课题，也是我国交通科技发展的重点方向，其核心是针对日益严重的交通需求和环境保护压力，采用信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术及网络技术等对传统交通运输系统进行深入的改造，以提高系统资源的使用效率、系统安全性，减少资源的消耗和环境污染。  

    电子（不停车）收费系统（ETC）是ITS领域中的一个重要方面。由于它涉及交通基础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵塞“瓶颈”的有效手段，减少了环境污染，所以各国都把不停车收费系统作为ITS领域最先投入应用的系统来开发。我国交通部门已经把不停车收费系统的开发和应用列为我国ITS领域首先启动的项目，并在“十五”期间列入交通科技的技术创新重点之一。  

    1 ETC系统简介  

    ETC系统是利用微波（或红外或射频）技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高新技术的设备和软件（包括管理）所组成的先进系统，以实现车辆无需停车既可自动收取道路通行费用。目前，大多数ETC系统均采用微波技术，所以本文主要针对此类系统进行综述。  

    不停车收费系统通过路边车道设备控制系统的信号发射与接收装置（称为路边读写设备，简称RSE），识别车辆上设备（称为车载器，简称OBU）内特有编码，判别车型，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用帐户中扣除通行费。对使用ETC车道的未安装车载器或车载器无效的车辆，则视作违章车辆，实施图象抓拍和识别，会同交警部门事后处理。  

    与传统人工收费（Manual Toll Collection，简称MTC）方式不同，ETC带来的好处有:无需收费广场，节省收费站的占地面积；节省能源消耗，减少停车时的废气排放和对城市环境的污染；降低车辆部件损耗；减少收费人员，降低收费管理单位的管理成本；实现计算机管理，提高收费管理单位的管理水平；对因缺乏收费广场而无条件实施停车收费的场合，有实施收费的可能；无需排队停车，可节省出行人的时间等；避免因停车收费而造成收费口堵塞，形成新的瓶颈等。  

    ETC系统按收费站收费方式，可分为开放式和封闭式；按收费站车道配置，可分为ETC专用车道、MTC车道和ETC/MTC混合车道三类。鉴于我国道路实际情况，在较长的一段时间内，ETC和MTC将共存。  

    示意图：ETC专用车道（左）和ETC/MTC混合车道（右）   
     




    资料来源：上海科技情报所根据相关资料整理编制  
     
    2 ETC系统的关键技术及标准制定  

    不停车收费的车道控制系统包括以下三大关键子系统：  

    车辆自动识别技术（AVI）：主要由车载设备(OBU)和路边设备(RSE)组成，两者通过短程通信DSRC完成路边设备对车载设备信息的一次读写，即完成收(付)费交易所必须的信息交换手续。目前用于ETC的短程通信主要是微波和红外两种方式，由于技术发展历史的原因，微波方式的ETC已成为各国DSRC的主流。  

 自动车型分类技术（AVC）：在ETC车道安装车型传感器测定和判断车辆的车型，以便按照车型实施收费。也有简单的方式，即通过读取车载器中车型的信息。  

    违章车辆抓拍技术（VEC）：主要由数码照相机、图象传输设备、车辆牌照自动识别系统等组成。对不安装车载设备OBU的车辆用数码相机实施抓拍措施，并传输到收费中心，通过车牌自动识别系统识别违章车辆的车主，实施通行费的补收手续。  

    国际标准化组织于1992年设立了TC204技术委员会，从事ITS标准的制定。TC204技术委员会下设16个工作组，其中第5工作组（WG5）负责收费技术标准的制定，第15工作组（WG15）负责DSRC标准的制定。国际电信组织无线电总会（ITU-Radio）的第8研究组（SG8）负责无线电频率资源的分配，其下设的工作组WP8A已在1999年2月19日举行的日内瓦会议上通过了提案，同意了日本5.8GHz全双工主动式、欧洲CEN的5.8GHz和意大利5.8GHz（全）双工被动式三种DSRC标准，接着1999年11月底ITU-R/SG8在日内瓦会议上又进行表决并通过上述三种DSRC标准。2000年，5.8GHz微波频率已正式成为被ITU确认的用于ETC的国际标准。由于历史的原因和各国国情的不同，目前国际上形成了以欧洲、北美为代表的5.8 GHz被动式和以日本为代表的5.8 GHz主动式两种DSRC通信标准；我国于2002年公布了《关于使用5.8GHz频段频率事宜的通知》（信部无[2002]277号），也正向5.8GHz微波统一。  

    3 ETC系统及其应用对比分析  

    目前AVI使用的微波DSRC通信规约主要存在主动式和被动式两种工作方式，其技术性能比较如 

    表1：  

   

 资料来源：上海科技情报所根据相关资料整理编制  

    就ETC系统应用来看，国内主要以上海和广东为代表，国际上以日本、欧美为代表，具体举例比较如 
     
    表2：  





    表2 ETC系统应用比较  

    资料来源：上海科技情报所根据相关资料整理编制  

    从系统应用来看，尽管单片式ETC系统技术先进、产品成熟，但与国内现有的收费系统是完全隔离的。也就是说，如果要使用ETC系统，必须进行收费站的大规模改造，投资巨大、建设周期长、风险大。这是经济并不十分发达的我国，尤其是中西部地区建设ETC系统的最大障碍。因此，国外现有的ETC技术方案及运营模式并不适合国内区域联网收费的客观形势要求。由于采用高安全性的预付卡方式开展公路收费的电子(非现金)支付业务是必然的发展趋势，所以将IC卡技术和ETC技术进行有机的兼容，发挥二者互补作用可能是一个最佳的选择。  

    4 相关企业简介  

    国内企业：包括广州市埃特斯通讯设备有限公司、广东路路通有限公司、深圳市武大数字交通技术有限公司、上海城建（集团）公司、北京速通电子科技有限公司、北京紫光捷通科技有限公司、北京握奇数据系统有限公司、瑞典康比特(中国)交通系统有限公司、四川新源现代智能科技有限公司等。其中，广州市埃特斯通讯设备有限公司研制了两片式电子标签加双界面CPU卡电子不停车收费装置，已广泛应用于广东省不停车收费系统；深圳市武大数字交通技术有限公司重点开发以3S（GPS、GIS、RS）和通信技术为核心、以全国地理数据为基础平台的LBS软件产品和LBS应用项目，包括GPS不停车收费系统等；上海城建（集团）公司设计的不停车收费系统在虹桥机场收费口已经获得成功应用；北京速通电子科技有限公司主要从事智能交通设备软件的技术开发、应用及生产和智能交通系统的运营管理等，承担了北京市高速公路电子收费“一卡通”不停车收费的运营、管理、服务。  

    美国企业：包括TransCore公司、AMTECH公司、TI公司、MFS公司等。其中，TransCore公司在收费领域的历史可追溯到上世纪30年代，其客户在美国占60%以上，是AVI技术设计、集成和维护的供应商领导者。  

    日本企业：包括TOYOTA汽车公司、MATSUSHITA电气公司、NISSAN公司、MITSUBISHI电气公司等。其中，TOYOTA是ETC读卡机的主要制造厂商。  

    欧洲企业：包括挪威科瑞（Q-Free ASA）公司、奥地利卡普施（KAPSCH TrafficCom AB）公司（原瑞典康比特（Combitech AS）公司）、Kapsch、GEA、CS Route、Autostrade、FELA、Ascom Monetel、Efkon、Daimler Chrysler Services Mobility Management、Vodafone Pilot Entwicklung等。其中，Q-Free ASA是世界领先的提供智能交通系统与收费系统全面解决方案的供应商，其系统的主要部件包括符合CEN标准的电子标签、路边通讯系统、视频识别系统、自动车型分类系统和收集和处理信息的中央管理系统。