电子支付在辽宁高速公路收费系统的应用研究

    1 前言

    联网收费是提升高速公路收费服务水平和管理效率的一项重要工作，也是国家实现高速公路信息化和智能交通发展战略重要组成部分。随着国家系列金卡工程、金融电子化和交通一卡通进程的加速，公路收费中电子支付的需求被提上了议事日程。顾名思义，电子支付就是采用电子化的方式实现货币支付，公路收费中的电子支付就是采用非现金付费的方式实现过路费支付，它代表了公路收费行业的技术发展方向。公路收费中实现电子支付的主要方式有记帐卡、信用卡、预付卡、电子钱包等等。

    在各种公路收费的电子支付手段当中，基于专用短程通讯(DSRC)技术的电子不停车收费(ETC)技术，以其具有免除现金交易、无需停车快速通过、有效提高通行能力、大大提升服务水平、简化收费管理、降低环境污染等等明显特点和优势广为受人青睐。这种技术自9O年代初面世以来，先后在北美、欧洲、日本、澳洲、新加坡等地，得到了广泛应用，被实践证明是一种必将取代传统人工收费的先进的非现金支付方式的电子收费技术手段。

    2 高速公路收费中电子支付的主要方式

    高速公路收费中电子支付(非现金收费服务)有三种主要的方式：即纯粹的IC卡非现金收费(停车方式)、基于单片式电子标签的非现金收费(不停车方式)、基于两片式电子标签组合式非现金收费(停车方式及不停车方式)。

    2．1 纯粹的IC卡非现金收费(MTC)

    IC卡人工收费系统中，基本的收费模式是以逻辑加密IC卡作为通行券，车辆进人人口时，领取IC卡通行券，到达出口时收费员收卡，同时用户现金交费。除此之外，还可以利用IC卡作为非现金收费的介质，卡片由运营单位发行，用户到运营单位制定的服务点申请用户卡，同时系统在后台和IC卡中记录用户开户信息、帐号信息等，用户可以持卡在高速公路进行非现金方式的电子付费。这种系统有如下几个方面的特征： 

    (1)在前台的车道收费终端停车刷卡付费，在系统后台结算和划帐，为用户提供非现金付费服务。

    (2)系统只提供停车方式的MTC人工收费服务，没有便捷ETC服务。

    (3)系统的技术实现比较简单，只需要在原有的IC卡人工收费系统之上方便地叠加即可。

    (4)系统一般为后台帐号式付费。除非使用CPU卡，否则没有足够的安全性实现基于前台脱机交易方式的储值卡(即电子钱包)付费。

    (5)系统的建设成本比较低，但是对用户的收费服务水平没有质的提高。

    2．2 基于单片式电子标签的非现金收费(ETC)

    不带IC卡的电子标签称单片式电子标签。基于单片式电子标签的电子不停车收费系统，是一种先进的非现金付费方式。这种系统的前端设备由路侧读写设备(RSU)和车载电子标签设备(OBU)设备组成。车载电子标签固定在车辆上，作为车辆的唯一性标识设备，当装载有电子标签的车辆经过收费站时，ETC收费系统通过路侧读写设备与电子标签进行通信，读取车辆相关信息、计算费额、控制交通指挥设备，从而完成自动收费。这种方式与纯粹的IC卡非现金付费方式非常类似，只是由于采用了以DSRC技术为平台的无线通信方式，使得电子标签与路边设备的通信距离大大增加(可达7—15m距离)，从而可以实现车辆无需停车快速通过收费口。这种技术有如下的特点：

    (1)以RFID技术或者DSRC技术为基础，单片式电子标签是非现金付费的媒介。

    (2)在前台的收费车道终端自动完成收费交易，免需停车、免需人工干预，快速便捷，系统后台结算和划帐。

    (3)只实现不停车方式的电子收费服务，没有提供用户已经习惯使用的传统人工收费服务，没有人工半自动收费的兼容能力。

    (4)在实现上相对IC卡系统复杂，至少需要一个独立于人工收费系统的前台收费终端网络，需要在每个收费站都设置有ETC车道。

    (5)一般为后台帐号式付费，没有足够的安全性实现基于前台脱机交易方式的储值卡(即电子钱包)付费，容易给运营单位带来资金拖欠和追索困难的风险。

    (6)对用户的收费服务水平有很大提高，但是在封闭高速公路联网收费条件下，其系统的建设成本也非常高昂。

    2．3 基于两片式电子标签的组合式收费(ETC+MTC)

    带IC卡接口并在使用时插入IC卡的电子标签称两片式电子标签。组合式电子收费是一种基于两片式电子标签的组合式收费技术。组合式收费系统中，采用的电子标签是一种两片式电子标签，其带有标准的IC卡接口(通常为IS07816规格的接触式IC卡接口或者IS014443规格的非接触IC卡接口)，与IC卡共同组成一套完整的两片式ETC车载设备。两片式电子标签中的IC卡可以采用MI—FARE I格式的逻辑加密卡或者MIFARE PRO格式的非接触或者双界面CPU卡。两片式电子标签和IC卡由运营单位发行，用户到运营单位指定的发行服务点上申请车载设备。申请的时候，用户可以选择单申请IC卡，也可以选择连同两片式电子标签一起申请。如果选择前者，则用户可以获得MTC的非现金付费服务；如果申请了后者，则用户可以同时获得MTC和ETC方式的非现金付费服务。这种技术有如下的特点： 

    (1)系统是基于IC卡作为收费介质的收费系统，具有兼容人工半自动收费(MTC)和电子不停车收费(ETC)的能力。

    (2)收费系统前端(车道级)可以根据需要设置MTC车道和ETC车道。

    (3)MTC采用现金和非现金两种付费方式，ETC采用非现金付费方式。

    (4)MTC的现金付费方式下，采用非接触IC卡作为通行券，收费员入口发卡、出口收卡，用户现金付费。

    (5)MTC的非现金付费方式下，采用IC卡作为通行券和支付卡，用户在入口刷卡通过、出口刷卡付费，免现金交易。

    (6)ETC方式下，采用两片式电子标签加IC卡的方式作为完整的收费媒介，运用此媒介，可以轻松实现无需停车的电子支付服务。

    (7)运营单位发行的IC卡，可以根据运营需要做成记帐卡(含有帐号信息)或储值卡(电子钱包)方式，简称非现金支付卡；此支付卡作为非现金支付手段。既可以与车载机配合在ETC中使用，又可以在MTC中使用，通过这种方式，兼容了MTC和ETC。

    3 辽宁高速电子支付收费方式的现状和建议辽宁高速公路采用封闭式收费制式，采用了基于IC卡作为通行券的人工收费(MTC)方式。其中电子支付方式实现在实现了储值卡非现金收费(停车方式)，储值卡为非接触式的逻辑加密卡，没有足够的安全性实现基于前台脱机交易方式的储值卡(即电子钱包)付费。

    储值卡片由辽宁省高速公路管理局发行，用户到高速局制定的服务点申请用户卡，同时系统在后台和IC卡中记录用户开户信息、帐号信息等，用户可以持卡在高速公路进行非现金方式的电子付费，储值卡的帐务是以卡读写正常时以卡内记录的信息为准，卡有异常时以系统记录的相关操作和消费记录为准的方式进行管理。

    现在的储值卡系统存在安全性低、不变于大范围推广应用、没有与ETC相结合一起考虑的缺陷。基于对高速公路电子支付收费方式和我省收费方式现状的分析，我们建议采用基于两片式电子标签的组合式收费方式来构建我省的高速公路电子支付收费系统。这样ETC在我省未广泛使用时用户可以获得MTC的非现金付费服务；如果ETC在我省已经推广使用，则用户可以同时获得MTC和ETC方式的非现金付费服务，而且对于整体电子支付系统不用重复建议，保护前期的投资。

    具体的实施方案如下：

    (1)采用支持ISO 7816、ISO 14443协议，可读写Mifare 1、Mifare Pro及双界面IC卡的专用收费机具设计IC卡车道收费系统。

    (2)采用双界面Ic卡作双片式ETC电子标签的扩展数据存储介质。双片式ETC电子标签和双界面IC卡同时存储包括车主、车型、车辆物理参数等固定信息。

    (3)双界面IC卡存储帐号、余额、交易记录、人出口编号等信息，双界面IC卡内存储的信息能以接触式和非接触式两种方式进行读写访问。

    (4)ETC收费专用车道同时设置ETC车道天线控制器和车道IC卡专用收费机具，由一台车道工控机进行控制，实现对正常ETC车辆、误人普通车辆通行费收取，以及灰、黑名单核查、原始交易记录生成、车道交通控制等功能。

    (5)在交通量大易产生交通流瓶颈的收费站按需设置1条以上的ETC收费专用车道，允许司机将双界面IC卡插入双片式ETC电子标签，免停车通过收费站，通行费被自动扣取，并大幅度提高收费口通行能力。

    (6)在一般收费站，仅设置IC卡收费车道，允许司机从双片式ETC电子标签中拨出双界面IC卡以非接触操作的方式刷卡扣款，短暂停车后通过收费站。

    (7)要求各级系统均采用符合国家金融规范的严格的数据核对与校验机制，中心系统采用磁盘阵列镜像备份的数据保护，中心数据库采用归档联机热备的备份方式，确保资金数据的准确、安全、可靠。

    (8)采用双界面的IC卡，有足够的安全性保证实现基于前台脱机交易方式的储值卡(即电子钱包)付费。

    电子支付收费系统的建设是一个长期渐进的过程，在ETC未推广使用之前可以先期投入使用IC卡非现金收费服务，在根据实际需要建设ETC车道系统后，整体系统无需变化。系统是以更高的战略眼光结合ETC和IC卡非现金收费服务来考虑的，已经考虑到未到应用的发展趋势，可以避免电子支付收费系统的重复建设。

    4 结论

    综上分析可以看出，采用基于两片式电子标签来构建未来我省高速公路电子支付收费系统，选择成熟的主流技术，加强双界面IC卡和双片式电子标签结合应用的实施方案和互换性研究，从市场经济的角度适时适地发展公路电子支付收费业务，从而将我省高速公路在智能化方面推向高峰。 

    (辽宁艾特斯智能交通技术有限公司，刘金龙)