浅谈ETC收费系统在高速公路的应用

　　0 引言

　　ETC(Electronic Toll Collection System)电子收费系统又称不停车收费系统或自动收费系统。不停车电子收费系统是目前世界上最领先的路桥收费方式。ETC收费系统利用专用的短程微波通讯技术，通过ETC系统内部的路侧单元(RSU)与车载单元(OBU)的信息进行交换，自动识别驶入车辆，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，可实现车辆在通过路桥收费站时不停车即可缴费的目的。这种自动完成车辆路桥通行费扣除的全自动收费方式，是目前国际社会都正在积极推广的一种电子自动化收费系统，应用范围非常广泛，可用于公路、大桥和隧道等多处收费系统。该技术在国外已有较长的发展历史，已经成为许多国家和地区的主流电子收费系统。目前，我国国内不停车收费系统正处在一个从探索到试点的重要发展时期。

　　2007年3月17日正式发布了中国高速公路电子收费应用的国家标准 GB/T20851《电子收费专用短程通信》。各省市参照统一标准，相继着手开通建设 ETC收费系统车道试点。截止目前，我省高速公路在车流量较大的主要收费站已经增加和改造了数套ETC不停车收费系统，确保了收费站具有一个入口和一个出口的标准ETC不停车收费车道，基本上保证了ETC收费系统在我省的试用和推广。

　　1 收费系统主要构成

　　为适应我国国情，交通部《高速公路联网收费暂行技术要求》要求采取“人工半自动收费为主，电子不停车收费为辅”的组合方式，并明确提出“电子不停车收费系统宜采用两片式ETC电子标签+双界面CPU卡的高安全性组合预付卡方案，以实现电子不停车收费方式与IC卡半自动化收费方式的兼容与互补”，即在ETC系统的技术基础上进一步发展出了组合式电子收费技术。组合式电子收费方式既能解决高速公路联网收费的电子化支付问题，又能克服ETC应用初期管理与推广应用方面面临的困难。在规划和设计联网收费一卡通行系统的时候，收费系统的整个架构从完整性上考虑，应该包括人工收费系统和 ETC收费系统两大部分。ETC收费车道系统是组合式收费系统设计的关键。交通部《联网收费暂行技术要求》中提出的 ETC车道设计基本原则是“内侧、低速、专用”，这个要求是切合国内高速公路的使用实际的。

　　组合式收费车道系统正是遵循这一原则，并结合“两片式电子标签+双界面CPU卡”的技术特点，把ETC 车道系统设计成相对低速的收费车道。在匝道式收费车道(这种车道系统一般允许的速度低于 60 km/h)条件下，为了便于收费现场管理，一般把车道通行速度限制在30 km/h。即便在30 km/h的设计速度下，ETC系统中每个匝通行能力就已经超过 1500 车次/h，比普通的MTC车道高出 5～7 倍。

　　以我省高速公路收费服务方式为例(图 1)。区域收费系统是指区域级联网人工收费系统，即通常包括车道系统、收费站系统、收费分中心(区域)系统、收费中心系统 4 级架构。辽通卡服务系统也就是 ETC收费系统，是指联网收费的后台支撑结算系统和支付卡的发行与用户服务系统。

　　按照功能主要包括车道系统、收费站监控系统、省中心交易数据库系统、拆分结算系统、用户电子标签和卡发行系统、发行网点、车载电子标签和用户IC 等。在收费站级以上部分，组合式收费系统配置与一般的收费系统无二；在车道级系统上，组合式收费系统采用“两片式电子标签+双界面CPU卡”为核心的独特收费技术，从而可实现一张卡片对ETC车道或MTC车道都通用的效果。典型应用方式如表 1 所示。

　　2 ETC系统实现的基本原理

　　普通人工半自动化收费非常简单，靠人工识别操作就可以了。在这里着重介绍一下ETC收费系统，在ETC收费系统，在RSU与OBU的信息交换、识别过程中，均采用的是目前市场上比较先进的射频识别技术(RFID)。RFID技术是近年来随着无线电技术和大规模集成电路的普及应用而出现的一项先进的自动识别和数据采集技术，可以对被识别对象进行高效率的自动识别。RFID技术通过射频方式进行非接触式的双向通信，通过识别、应答、写入等操作，达到自动识别的目的。RFID 技术具有读取速度快、存储空间大、穿越性强、使用寿命长和安全性高等众多特点。

　　在 ETC收费系统中RFID技术的实现基本工作原理其实不复杂，即利用 RSU(路侧单元)与OBU(车载电子标签)之间的电磁耦合来实现数据通信，从而达到对不同电子标签及其所代表的对象进行识别的目的(图 2)。当 ETC车道软件检测到携带有电子标签的车辆进入 RSU工作磁场范围后，通过RSU向OBU(电子标签)发送识别信息，请求车辆的应答，车辆凭借着感应电流所获得的能量发送出存储在电子标签中的产品信息，RSU对车辆的应答信息进行校验。校验成功后，RSU向OBU发送读/写请求，OBU接受请求后向RSU发送数据。同时从 RSU接收数据，RSU接到的数据及时送至中央信息系统进行有关数据处理。这样就完成一次完整的读取电子标签的通信过程。

　　3 ETC收费系统的现实意义及优点

　　目前我国人工收费方式还将在相当长的一段时间内占据主导地位。但是非现金支付的这种 ETC收费方式将受到大众的普遍欢迎，尤其是在采用非接触式IC卡做通行介质的路网当中，ETC收费系统能更好地避免现金交易所产生的弊端。目前，我国国内很大一部分高速公路的交通车流量已经达到相当高的水平，部分收费站的通行能力将不能满足节假日等高峰时期的交通通行需求，即将面临着扩建收费站和改建电子不停车收费(ETC)车道的选择。此时，实施电子不停车收费(ETC)显然要优于进行土建扩展。

　　同时，随着我国中心城市经济的快速发展和经济规模的不断扩大，城市间往返交通流量和交通流密度都很大，同时要求的道路服务水平也高，客观存在着实施电子不停车收费系统的需求。

　　和以往的人工收费系统相比较，现行的 ETC收费系统运营具有以下优点：

　　(1)交通更加便捷流畅。车主可以不用停车直接用 ETC收费系统就能进行缴费，既方便了车主，又确保了单位时间内通过的车辆数量会更多。这样就很好地避免了收费车道因车流量大造成的交通堵塞。

　　(2)更加节能环保。ETC收费系统大大缩短了通行车辆在收费车道的停留等待时间，从而减少了汽车损耗的油料及其造成的恶化尾气排放，达到节约能源、保护环境的良好效果。

　　(3)提高了收费的工作效率。利用ETC电子收费系统，从而实现了收费工作的完全自动化，促使了收费操作在机器之间通过电子信号的极快速度进行进一步提高了工作频率，减少了一线收费人员的工作强度。

　　4 结语

　　目前，随着我国国民经济的快速发展，现有高速公路里程不断增加，人们出行需求也大幅增多，ETC收费系统相对比较人工收费系统而言，优势越来越突出，在日常生活中，受到普通大众的认可和欢迎。但其不足之处也显现出来。由于采用短波通信，而且不能有阻挡物，造成车辆误报警较多，有些通行车辆需要进出几次才能读卡通过，并且跟车干扰时有发生。因此其使用率的提高还有待技术的进一步完善和对 ETC收费系统使用好处的普及推广。不过随着短波通信技术水平的不断提高，ETC收费技术必将日渐成熟，其难以比拟的灵活性和可扩展性将在交通建设领域有更广阔的应用前景，将会自己独有的特点为高速公路收费管理工作保驾护航。