基于移动通信网络技术的电子不停车收费系统解决方案

来源：中国一卡通网  作者：王文忠 周正  发布时间：2007-12-27 10:09:04  字体:[大 中 小]

关键字：电子不停车收费  etc  移动通信网络  自动车辆识别  etc系统  

摘   要：作为未来智能交通发展的主要趋势之一，电子不停车收费（ETC）可以极大地促进我国公路交通收费的发展并且还能大大改善我国公路交通状况。然而由于ETC系统的建设投资巨大，区域联网收费情况错综复杂，造成我国ETC的发展并不顺利。本文提出采用只读RFID车辆识别技术对ETC系统的信息采集部分进行优化，通过移动网络传输收费信息，并结合移动计算技术辅助实现ETC收费的解决方案，能够达到降低ETC投资成本，并且有利于将来的市场推广和系统的运营维护。本文主要是根据笔者参加申请电子信息产业发展基金的报告,ETC项目系统方案及ETC项目可行性研究进行整理而得。

    目前，ETC的自动车辆识别技术主要通过射频识别（Radio Frequency Identification 简称RFID）来采集车载标签的数据信息而实现的。RFID是一种非接触的射频通信方式，通过读写器与标签的无线通信可以进行信息的采集功能，从而识别标签载体的身份等特征。从信息采集的标签和标签读写器的功能分类，ETC系统可分为只读系统和读写系统。只读系统是读写器只读取射频标签的信息，对其进行身份验证，不对其内部信息进行改写；读写系统是读写器和标签设计成读写形式，读写器可以读取标签数据信息，同时改写部分数据信息；从标签有无电源分类， ETC系统分为有源和无源系统。有源系统是标签有辅助电池为标签提供工作的能量；无源系统是指标签的工作能量来源不是由辅助电池供电，而是通过标签内设计的电感耦合方式将部分射频能量转换为标签所需工作的能量。

    对于早期不具备联网状态下工作的ETC收费方式和不具备有效的费用管理机制情况下，ETC系统一般采用读写方式的车辆识别技术。然而，近年来由于通信业的长足发展，高速公路附近能够获得丰富的网络资源，因而只读方式的车辆识别是能够基于联网通信进行ETC收费的。

    只读的车辆识别系统在进口收费站与出口收费站处分别读取来自同一辆车上车载电子标签的卡内信息（卡的唯一ID号、车牌号、车型、及发行商等信息）。收费管理系统根据采集到的同一车辆通过进口收费站与出口收费站的时间、收费站代号就可以通过查表处理，计算出通过该路段应收的费用。对ETC系统的信息采集部分来讲，900MHz只读RFID车辆识别的有效通信距离、数据的传输速率、通信的信息可靠性、标签的使用寿命、所能容许的最大车速、通信所需时间等性能指标不但完全能满足ETC收费要求，还远优于读写方式的车辆识别，其主要优点归纳如下： 

    信息采集时间短。只读系统通信时间相对读写系统要短很多，经过几十毫秒就可以完成一次信息的采集工作，而读写形式的标签一般在进站口通信要经过180毫秒左右，在出站口则需要经过300毫秒左右才能完成一次交易；
    信息可靠度高。只读系统传递信息量少，不需要写入，信息的出错率相应会下降；另外，只读系统采集信息时间短，可以保障一辆车以相同的速度经过通信区域时至少进行两次通信。假设，一次通信的出错率为10-4，那么两次同时出错的概率为10-8，可见只读系统可以使通信的可靠性大大地增加；
    通车速度高。只读式车辆识别系统的车辆可靠识别通车速度可达200公里/小时以上，而读写方式下的可靠识别一般要求车速在40公里/小时以下。
    成本低，减少运营上的投入资金，有利于市场推广。在900MHz频段上开展ETC相关应用的时间较早，技术比较成熟，产品成本价格低。尤其是只读型标签，价格明显降低，容易被用户接受，有利于市场的推广。
    使用寿命长。只读RFID卡一般为无源卡，无电池供电，寿命可达10 年以上；有源标签寿命由电池决定，且容易受到外界干扰，可靠性低，一般寿命低于3年。相比之下，只读形式标签的寿命比较长，能减少用户的重复经济投入；
    体积小、封装形式紧凑。相比于有源标签来讲，只读式无源标签其体积、重量都较小,易于安装维护。

3.2 后台系统 

    后台系统的任务和功能包括向客户发售车载用户卡及其初始化；接受客户补交金额和查询；接收前台收费数据文件；交易和结算；向前台和客户发送补交金额的黑名单指令和信息；存储、管理抓拍图像等。

    它主要包括如下系统：计算机管理系统、道路运营管理系统、结算中心管理系统、客户服务中心管理系统、银行管理系统。后台由收费站、道路运营管理公司、结算中心、银行和客户服务中心等组成。根据收到的数据文件在道路运营管理公司和用户之间进行交易和财务结算。后台系统实际上是一个具有财务结算性质的计算机网络, 车道控制机和客户服务站是网络终端, 银行、结算中心、收费站、道路运营管理公司、客户服务中心等均为网络节点。网络通过各个终端的工作, 数据文件迅速可靠地传送, 利用专用软件正确地完成全部工作。后台系统的主要功能是依据前台采集到的信息计算用户的通行费用。另外，它还具有对用户车辆卡与手机号码的绑定和管理、用户黑名单的管理和下发等功能。本系统通过GPRS或短消息通信模块作为连接前后台系统的数据传输平台。通过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。

    由于采用RFID技术作为前台采集方案，并且利用移动通信网络作为数据的传输网络，整个技术体系具有下述特征： 

    统一的编码：电子标签在出厂时具有一定的存储空间，可用利用该存储空间对用户车辆、站点等按照省、市、地区等进行编码。该编码可以快速定位用户的归属地和漫游地，同时可以非常方便的进行全国联网。
    统一的后台结算：用户过路费的计算统一由全网应用服务器系统完成，跨区域联网收费系统通过与移动通信网络的计费系统互联实现跨区域的联网收费和灵活的账户状态管理。 
     标签和用户手机号的绑定：全网应用服务器系统可以查询与标签绑定的用户的手机号，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实现扣费操作。

    上述特征很好的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归属地，并利用移动通信网络现有的计费系统完成扣费操作。方案初期建立一套全国应用服务器系统，开通业务的高速公路车道均将数据传输到全国中心完成业务处理操作。随着业务量的增大，可以建立大区业务中心（以省为单位，或以若干个省为单位），从而形成了大区业务中心、全国中心的两级业务体系，在这种体系结构下，本地业务将在本地所属的大区业务中心完成业务处理，对于用户车辆漫游业务，本地所属的大区业务中心完成用户归属地的查询操作，然后将业务数据路由至车辆用户归属地完成业务处理操作。 

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