不停车收费系统关键技术及其应用

王夫钊

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550022）

0 引言

不停车收费系统（Electronic Toll Collection Sys⁃tem，简称“ETC”）是ITS领域中的一个重要方面。由于其可回收交通基础设施的投资，又能缓解收费站的排队现象，减少了环境污染，因此许多国家都对不停车收费系统投入了的研发力量。我国交通运输部门也已将不停车收费系统列入交通科技的技术创新重点之一。

1ETC系统概述

不停车收费系统又称电子收费系统，是以现代通信技术、电子技术、自动控制技术、计算机技术和网络技术为主导而发展起来的。系统可实现车辆的不停车智能自动收费，是目前世界上最先进的路桥收费系统（见图1）。现有的电子不停车收费系统的功能包括：数据采集、管理收费车道的交通、收费车道的车道控制机和后台网络数据接口、内部业务管理、查询系统。车道控制系统用于各种现场设备的交通控制和管理，安装在车辆上的电子标签可记录各种车辆信息，并通过管理子系统实时传输到收费站。管理子系统的收费站负责管理数据收集。

图1 ETC收费站原理图

2ETC系统工作原理

2.1 售卡和充值

车辆应事先在售卡点（工商银行和高管局发售）购买车载单元（OBU），由工作人员贴于车窗玻璃上（具有防拆功能）。OBU可以在远离收费中心的多个售卡点销售和充值。售卡或充值时把操作者员工号、加值日期、加值站点号、持卡人姓名或驾驶证号、认证标识、加值金额、有效期等数据写进OBU，并连同卡号形成一条记录写进本地机并上传。

2.2 入口处理

当车辆进入收费车道，车辆检测器将信号传给前端控制器，控制器控制天线工作、接收电路和车辆上的OBU进行通讯，并进行CRC校验。确认接收到的数据准确无误后，通过RS485接口将数据传递到收费机。

当某一车辆驶入入口车道时，车道控制机通过天线与OBU通讯，读出卡中信息，判定该卡有效性。判定OBU有效性的充分条件如下：

（1）该OBU密码被本系统机具接受；

（2）该OBU储存的系统信息和用户信息是本系统所规定的格式；

（3）该OBU不在黑名单内；

（4）该OBU所存余额超过本系统规定的最低限额；

（5）当前状态为“已出口”；

（6）没有读写故障。

若卡有效，则向OBU写入“车辆类型”、“收费站名”、“车道号”、“日期时间”等信息。收费机控制：车道信号灯由红色变为绿色；自动栏杆提起；车辆驶离检测器的检测域，自动栏杆落下，系统可以处理下一部车。收费车道设备完成一次正常收费处理业务，生成入口记录存贮在车道计算机内，并立刻上传给收费站计算机。

当OBU写为无效卡，当卡被确认为无效时，收费机终端显示器屏幕会提示并在提示栏显示“无效卡！”。车道会报警，并在费额显示器上显示“请转向人工车道”的提示。

2.3 出口处理

当某一车辆驶入入口车道时，车道控制机通过天线与OBU通讯，读出卡中信息，判定该卡有效性。车辆类型、收费站名、路费金额等内容以大字体在屏幕上显示；车道信号灯为红色显示；自动栏杆显示关闭状态；车道设备处于：交通指示灯为红色，或自动栏杆显示关闭状态。收费机屏幕显示如下内容：车辆类型、收费站名、路费金额、储值卡的余额；系统在OBU的余额中减去本次路费，并将余额存入OBU写中，车道出现：车道信号灯为绿色显示；自动栏杆显示升起状态。若该卡不够支付本次路费的金额，系统会提示车辆转向人工车道缴费后放行。

若使用全额现金方式，则终端屏幕提示：“储值卡余额不足，请使用现金支付，按[现金]键”，收费员确认收取路费后，按“确认”键；若使用补现金的方式，则终端屏幕提示：“储值卡余额不足，请使用现金支付，按[现金]键”，并将路费与储值卡余额的差额显示在“应收现金”处，收费员确认收取路费后，按“确认”键。然后车辆驶离检测器的检测域，自动栏杆落下，系统可进行下一次收费业务。收费车道设备完成一次正常收费处理业务，生成车辆的“类型”、付款的“币种”、出口通过的“日期、时间”、“收费金额”、“付款方式”、“收费员工号”等信息，存贮在车道计算机内，并立刻上传给收费站计算机。

当卡被确认为无效时，收费机终端显示器屏幕会以红色提示并报警，对车辆进行抓拍。根据不同情况，值班员提醒司机对车载卡充值。并按现金收取通行费和罚款。

3ETC系统关键技术

3.1 车辆自动识别系统（AVI）

该系统主要由车载设备(OBU：On-Board Units)和路边设备(RSE：Road-Side Units)组成，两者通过使用一种基于5.8GHz微波频段短程通信DSRC（Dedicated Short Range Communication）完成路边设备对车载设备信息的一次读写，即完成收(付)费交易所必需的信息交换手续。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。

3.2 违章车辆抓拍系统（VEC）

该系统主要由数码照相机、图像传输设备、车辆牌照自动识别系统等组成。对不安装车载设备OBU的车辆利用系统防砸车功能实施逃费抓拍，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。

3.3 两片式电子标签

两片式电子标签同单片式电子标签比较，多一片可插拔的作为扩展存储器使用的IC卡。两片式电子标签主要作为车辆识别卡和通信中继器使用，电子标签中只记录车牌号、车型或车辆的物理参数，为车道系统提供车辆识别信息，而账号、金额方面的信息则储存在IC卡内，电子标签与IC卡之间可以进行数据交换。ETC车道天线可以借助车载电子标签远距离快速读取IC卡中的数据信息，从而实现免停车通过收费站并完成收费交易。

4ETC系统的应用

我国最早的ETC系统应用开始于1996年10月，广东省路路通有限公司引进美国TI公司的ETC收费设备，开发了ETC收费系统软件；2001年，广东省采用组合式ETC技术在广韶公路、虎门大桥完成ETC示范工程并使组合式ETC技术进入了真正的可操作阶段；2003年，长沙机场高速路开通了那时最先进的路桥不停车收费系统；2004年，成都机场高速公路启用不停车收费系统；2005年，北京机场高速公路收费站“升级版”的不停车收费系统投入运行，新系统增加了抓拍取证、违章稽查等功能，随后，不停车收费系统（ETC）在全国范围内得到大面积的运用。

贵州省在2012年也开始了大面积的ETC系统建设，仅2012年就建成超过80条ETC车道，基本覆盖了9大地州市的主要出口。

5 结语

我国的ETC产品和应用还面临着诸多问题，需对ETC产品设计的思路和采用的技术路线进行重新的思考，采用集成芯片的方案已经成为解决目前产品问题的必由之路。只有当我国的ETC产品有了质的提高，形成规模化的产业基地，我国ETC产业才能蓬勃发展。

[1] 刘志伟，程琳.不停车收费系统（ETC）的概况研究[J].科技创新导报，2008（2）：11.

[2] 刘玮，李欣董，静薇.基于射频识别技术的高速公路不停车车辆自动收费系统的设计[J].黑龙江科技信息，2008（4）：74.

[3] 廉飞宇，范伊红，张元.ETC电子不停车收费的技术研究[J].计算机工程与技术，2007，43（5）：204-207.