高速公路电子不停车收费系统中计重收费的应用

高世君

（山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006）

0 引言

公路电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC）是目前世界上最先进的车辆收费方式。ETC是微波无线通信、计算机网络及信息处理、自动控制等多项高新技术在公路收费系统中的综合应用，它利用车载电子标签自动与安装在路侧或门架上的微波天线进行信息交换，计算机根据插入在电子标签内的IC卡信息自动识别出道路使用者，然后根据通行路径长短扣除通行费。ETC系统最显著的特点是可以实现不停车收费，方便用户通行，加快放行速度和提高收费效率，减少目前高速公路存在的严重拥堵现象，将会成为未来高速公路主要的收费方式。

1 系统用途及国内外技术

由于车辆信息和用户信息在发行时已写入车载设备，ETC系统获取车辆的数据信息要比通过牌照识别、地感线圈等手段采集的数据更为全面和准确。ETC技术所提供的高效、准确、及时和丰富的数据信息可以辅助交通部门对车辆进行管理，改进运营商的服务水平、为客户提供个性化服务。此外，DSRC采用5.8GHz微波通信，具有先进的通信功能，为ITS领域中实现车辆与道路基础设施、车辆与车辆之间提供单向或双向交互式通信服务提供了技术手段，使车辆能够享用交通信息网络中的各种资源，也为交通信息中心提供行驶车辆的有关数据等功能提供了技术手段。从长期看，ETC技术除了服务于电子收费及车辆管理外，完全有潜力扩展到高速公路交通信息发布、车辆定位、交通诱导和紧急事件处理等领域。

各发达国家在ETC技术推进和联网收费方面都经历了较为漫长的过程。美国、欧洲和日本是较早研发不停车收费系统的国家，并向国际标准化组织提交过有关不停车收费标准的草案，其中欧洲和日本提出的标准较为成熟，获得了较为广泛的支持。

我国目前ETC系统硬件采用的5.8GHz车载电子标签的集成芯片，大部分从国外直接引进，然而这些集成芯片方案均不能满足国标的要求，所能应用的只是无线射频发射部分，无线射频接收部分均无法实现，软件功能的集成则更处于起步阶段。加快开发符合中国国标的ETC专用集成芯片不但是ETC行业的整体需求，也是关系到ETC行业持续发展的重要因素之一。改变ETC芯片全进口的局面，需要芯片设计符合《电子收费专用短程通信物理层》（GB／T 20851.1—2007）和《电子收费专用短程通信数据链路层》（GB／T 20851.1—2007）的标准，同时要嵌入电源管理模块，最大限度优化芯片工作电流和待机电流，将射频单元、基带处理单元、安全模块和读卡单元进一步集成，从而降低成本，真正实现电子不停车收费系统的全面国产化。

我国在用系统基于国标体系下的车道收费系统，正处于快速发展与规模化应用的关键时期，虽然发展的有利条件已经具备，但瓶颈因素依然不少。山西省高速公路ETC系统自2010年12月10日试运行以来，在系统总集成过程中依然存在诸多问题，主要有以下几方面：

a）国标、部标问题 ETC系统的核心设备RSU、OBU虽都有严格的标准，设备也经过了交通运输部ITS中心的严格测试，并出具了测试报告，但不论国标、部标均为最“低”标准，技术指标相对宽泛；

b）技术路线问题 目前RSU和OBU之间的数据交换及绑定存在两种模式，即“前绑定”与“后绑定”，国内各个厂家的技术路线虽不同，但均符合国家标准和设计要求，又各有其优缺点，如何取舍，如何运用是一个难题；

c）车道线圈问题 山西省ETC车道目前采用“三”个线圈，其它省份大多采用“五”个线圈；

d）RSU与OBU的匹配问题 ETC系统供货厂家不同，车道数据交换模式便不同，从而出现两个厂家四种交换模式的问题；

e）网络通信问题 ETC系统发行与充值仅支持在线服务，需保证网络通信畅通，而各省高速公路通信网络不同，经常存在网络不通的问题，影响ETC的发行、充值以及数据的上传和拆分；

f）检测设备问题 ETC系统建设只能依靠交通运输部ITS中心的检测，各省缺少必要检测手段，无法做出完整判断，产品是否合格不能确定；

g）RSU和OBU的安装问题 最好的RSU角度和OBU的安装位置无理论支持，只能依靠现场探索性安装；

h）管理软件问题 无经验借鉴，无法提前提出完整的软件需求；

i）发行网点问题 网点少，限制了OBU的发行速度。

总之，尽管国外ETC系统运行很成功，具有一定特色，但有些技术特点和运营方法能否适合中国，需要结合我国道路使用者的行为特点深入评估分析和利用。以车道部分为例，有专用车道和混合车道两种模式，有收费员值班管理和无人值班管理两种模式，有设高速栏杆和不设栏杆两种模式，有低速通行模式和高速通行模式，从违章逃费行为的处理看，有现场处理和图像抓拍事后处理两种模式。因此，高速公路收费系统的研发势在必行，特别研发高速公路电子不停车计重收费系统，更符合我国国情，既能提高快速通行服务能力，又能减少收费值班员，具有一定的推广应用前景。

2 系统技术路线

ETC作为一种先进的车道电子收费技术在一些发达国家已经相当成熟，没有车道隔离设施，能让车辆随意通过收费点。据有关数据表明，收费时间段交通量减少了20%～24%，平均时速也提高了10km，被誉为世界上最先进的电子收费系统。在电子收费领域，车道电子收费代表了当今国际上先进的道路收费技术水平。在华北高速与交通运输部公路院承担的“高速公路安全信息服务走廊”研究项目中，ETC的扩展应用得到充分体现，该项目主要是采用车路协同技术，通过在车辆与设施之间的信息交互，实现高速公路安全信息的全覆盖，在信息的支持下，保障车辆在进入高速公路前到离开高速公路后的行进过程中，更为安全、舒适和快速。

该项目根据国际ETC应用和发展情况，取其优点，结合国内应用特点拟采用的技术路线是在单个车道架设一个路侧天线单元设备，车道采用“五”个线圈，其中一个为启用RSU的触发线圈，即RSU在汽车未通过时可使系统处于“休眠”状态，当有车辆通过时令系统“苏醒”过来并开始工作。这样有两大特点：一是RSU的工作寿命较长；二是可以有效避免邻道干扰。在“抓拍线圈”和“落杆线圈”之间增加一个“存在线圈”，以防少数所谓“懂行”的人员与车辆，故意将未装OBU车辆停放在此处，待后边过来的装有OBU的车辆交易完成，栏杆机抬杆瞬间抢先驶出，达到逃费的目的。数据处理方式采用同一时间只处理一个交易的方法完成，因为车辆通过车道的车速基本在40km／h以下，需要120s完成交易。

在ETC收费系统项目基本完成后，应进一步实现ETC自由流收费系统。自由流模式下环境更为复杂，存在车辆跟驰、并驰、超车和换道等行驶状况，还存在通信区域重叠、车辆高速通行和车辆定位等技术问题，虽然GB／T 20851.2—2007对通信链路建立过程中的防碰撞机制作出了相应的规定，但我国目前用户的车载单元不具备任何防碰撞机制。另一方面，ETC系统对交易时间有较高的要求，自由流电子收费中的车辆车速达到120km／h，要求RSU与OBU至少应在60s内完成交易，但我国目前的系统设备如卡片运算处理时间慢，所以影响整个交易时间，这是自由流模式下需要解决的另一个技术难题。交通运输部公路科学研究院的刘鸿伟在2011智能运输大会分论坛上曾针对自由流收费系统的前端设备、后台结算、发行系统、稽查系统及政策支持等全方位提出了多车道自由流收费系统实施的总体解决方案，可以借鉴。

3 系统实现目标

尽管国内目前还没有将动态称重技术与ETC技术相结合的应用，但实现载重车辆电子不停车收费系统势在必行。项目总体建设目标是建立车辆识别、称重和不停车收费等多技术相结合的高速公路电子不停车计重收费系统，在总目标下需要完成的具体目标如下：

a）将动态称重技术应用到ETC中，实现车道的混合收费（MIC），解决目前ETC专用车道的占用问题，缓解收费出口压力，快速放行高速公路使用者，处理拥堵造成的矛盾；

b）将双称台专利技术应用到ETC中，提高收费车道的数据稳定性，解决动态称重技术存在的称重精度问题，同时实现重量预警和冗余问题；

c）对现有的数据采集系统实现系统改进，进一步提高称重精度和系统运行效率，解决称重稳定性所组成的复磅问题和车辆超限超载问题；

d）将防作弊专利技术应用到ETC中，随时识别作弊，并采用算法跟踪分析，减少通行费率损失，弥补动态称重技术缺陷，彻底解决托磅问题。

4 系统实施的社会效应

载重车辆公路电子不停车计重收费系统特别适合在高速公路和交通繁忙的桥梁、隧道使用。使用不停车计重收费不仅能够节约用户通过收费站时间，更主要的是减少油耗和污染物排放，大大提高行业的运输能力，为支持国民经济建设产生直接效益。