高速公路收费站ETC收费系统及其应用

孙嘉潞

摘 要：为了提高ETC系统建设的整体水平，使得新疆地区新建ETC系统的使用效率和应用水平得到保证，在对当前大部分地区ETC收费系统应用过程中存在的主要问题进行论述的基础上，就ETC收费车道与人工收费车道之间的合理设置问题提出了对应的改良意见和优化策略。最后，以提高新疆地区在建高速公路收费站ETC收费系统的整体应用水平为目的，提出了相关的系统建设建议，对新建ETC系统架设以及应用起到了对应的参考作用。

关键词：ETC 收费系统 信号盲区 系统应用

中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0016-02

随着新疆地区高速公路系统的日益完善以及乘用车保有数量的迅速增加，传统的人工收费模式已经不能完全适应交通事业的发展，甚至在一定程度上阻碍了当前高速公路系统的持续建设，容易造成收费站车辆排队、交通拥堵、环境污染以及交通事故等问题。这些因素和问题直接限制了新疆地区高速公路的整体运营效益以及公路的车辆通行能力。而当前解决该方法的有效措施即使用非现金的费用支付方式，利用当前先进的电子手段和通信技术，使得车辆不需要停车就能够自动收取通行费用，即ETC技术。当前，新疆大部分地区的ETC系统依然处于在建状态，还没有形成完善的ETC收费网络。为了充分发挥该系统的优越性，为在建ETC系统提供详细的技术依据，需要在探讨其基本工作原理的基础上，分析其应用过程中存在的主要问题，并提出对应的优化解决方案及相关建议，从而实现新建ETC收费系统整体应用能力和应用水平的提高，为新疆地区高速公路系统以及智能交通系统的建设提供有效的基础支撑。

1 ETC收费系统及其应用现状

ETC（Electronic Toll Collection System）电子收费系统，因为使用后不需要停车即可以自动收费，而又被称作不停车收费系统。该种系统是当前世界上最先进的路桥收费系统方式，其通过利用专门的短程微波通讯技术，能够实现ETC系统架构中，公路路侧单元（RSU）与随车单元 （OBU）之间信息的实时交换，从而对进入闸口的车辆进行识别，之后利用计算机联网技术与银行的后台系统进行实时结算处理，最终达到车辆通过路桥收费闸口不需要停车即能够实现缴费的目的。该种收费系统完全采用全自动收费方式，是当前国内以及国际上正广泛推广的一种无人值守收费站建设子系统之一，能够在公路、大型桥梁以及隧道等处进行不停车收费。从该套系统的发明以及应用来看，其在国外已经有较长的发展实践，随着互联网技术以及通信技术的不断成熟，在近些年来已经成为了大多数国家和地区进行电子收费系统建设和收费系统改造的首选方式之一。当前，我国国内的不停车收费系统正处于初步探索以及发展的阶段，并建立了告诉公路电子收费应用的国家标准GB/T20851，为ETC系统的建设提供了标准的样本，各个地区的高速系统建设过程中必须参照该系统，并已经完成了ETC收费系统车道的试点，开始进入到全面建设的阶段。

2 ETC收费系统的基本工作原理

ETC收费系统通过安装在车辆挡风玻璃位置的随车电子标签（车载单元）OBU（on-Board unit），从而与高速公路的收费站ETC专用车道的微波天线之间建立起对应的短程通讯通道（DSRC，Dedicated short Range communication），从而完成对驶入车道的车辆自动识别以及对应的通行费用收取，在整个过程中通过利用互联网技术与银行的后台结算处理系统进行信息交换，达到不停车自动扣费的目的。当前，典型的ETC系统基本架构如图1所示。

一个完善的ETC系统主要包括专用的ETC收费车道、管理中心、收费站管理系统、车道控制设备、费用收取显示设备、专用银行系统、自动栏杆设备、车辆检测设备以及信息传输网络几个部分。当装有OBU的车辆驶入专用的收费通道之后，设置在专门收费架位置的车辆检测设备即对该车辆的OBU进行扫描，读取设备中的相关信息，将设备芯片中的相关信息，包括车辆类型、牌照、进入高速公路地点/时间等一一记录下来；当车辆驶离高速公路时，则出口的检测设备对OBU芯片进行再次扫描，并通过比对上次的读取信息，得到该车辆在高速公路上行驶的时间、具体里程以及需要缴纳的费用等。并结合车载OBU单元中记录的车辆用户信息，例如车型、车牌、姓名以及银行账户，在后续的几秒钟之内完成账户的结算操作。在整个过程中，车主不需要停车取票、缴费等，大大的缩短了车辆通过收费闸口的时间，有效的避免了收费站堵塞以及环境污染等问题。

3 新疆地区在建ETC系统应该关注的几个主要问题

为了保证新疆地区新建ETC系统的建设水平，需要分析当前其他区域建设和使用ETC系统过程中存在的主要问题，以此作为后续新建ETC系统的技术参考。从当前国内部分地区ETC系统应用的实际情况来看，ETC系统存在的问题主要包括如下几个方面。

3.1 长通信区存在的跟车干扰情况

由于ETC收费系统的通信区大致在自动栏杆前的2～10m之间，由于该区域设置范围较大，导致在该区域中存在着多辆车辆的问题。而当前面的车辆没有完成正常的缴费操作时，会出现前面车辆被放行通过，而后面车辆被失误拦截的问题。

3.2 短通信区存在的通行速度较低的情况

设置的短通信区通常位于自动栏杆前的1～6.6 m之间，当进行通行费用交易的过程中，车辆距离栏杆较近，这时车辆必须缓慢通过栏杆才能正常的完成相关交易，否则会出现冲卡的问题。这在很大程度上降低了车辆的通行效率，不利于ETC系统的广泛推广和应用。

3.3 信号盲区问题

在自动栏杆前方存在通信盲区问题，这主要是当前的ETC系统微波天线通常设置在栏杆前方位置2 m处，而随车OBU设备与天线接收之间存在的特定方向问题，使得车载的OBU系统在微波天线的下方不能正常的进行通信信息交换。通常，正常的通信区域在栏杆的前方2 m位置处，当通过车辆速度过快，或者因为其他问题而导致在该通信区域中没有完成交易就进入到栏杆前的信号盲区时，导致栏杆没有自动升起，从而使得收费交易不能完成，限制了车辆的通信速度。

3.4 车道内需要倒车的问题

由于不同的ETC系统在应减少设备方面存在一定的差异性，而且使用的OBU单元存在性能差异的问题，加之车辆通过车道时的行为较为复杂，导致车辆ETC系统在实际的应用过程中存在着需要倒车才能够正常交易处理的问题。这对于在通行高峰期的高速公路而言，容易引发车道堵塞的问题，不能将ETC系统的优势充分发挥出来。

3.5 其他相关问题

当前，ETC系统还不能用于货车，而且系统在建设初期存在着投资成本高的问题，在一定程度上限制了ETC系统的大范围推广与应用。另外，虽然ETC系统应用已经有对应的国家标准，但是当前依然存在着系统间的兼容问题。这对于大范围应用ETC系统之后的高速系统管理而言是一个严重的隐患，不利于ETC系统的建设和推广，同时也会给未来智能交通系统的建设和发展带来系统架构隐患。

4 新疆地区在建ETC系统优化和改良的具体策略

ETC系统是当前最为先进的智能交通收费系统之一，其在应用的过程中虽然存在着上述诸多的问题，但是其依然不会限制其在全国范围内广泛的推广和应用。在应用过程中，为了避免上述问题，除了需要对系统自身进行对应的改良之外，还需要对与ETC系统相配套的车道以及车辆排队方式等进行对应的优化和改良，达到提高ETC系统整体使用效率和应用水平的目的。

从理论上讲，与人工收费方式相比，ETC系统能够将收费效率提高5～10倍。但是，从ETC系统的实际应用情况来看，虽然在系统的架设过程中存在着不合理的问题，例如车道设置不合理、车辆排队过程过于随意，都会迅速降低通行效率，使得ETC系统的潜力不能得到充分发挥。在实际的应用过程中，在安装ETC系统之后，因为系统设置不合理而造成的收费效率提高不明显的问题比比皆是。若ETC专用车道的使用效率不能得到提高，将会减少本来就紧张的人工收费车道数量，使得人工收费车道车辆的延误数量增加，不但造成了ETC车道的闲置与资源的浪费，而且导致人工收费车道拥堵问题进一步恶化。因此，在建设ETC收费系统的过程中，必须针对ETC技术及其应用进行深入研究，分析系统应用过程中存在的主要问题，对ETC系统与人工收费车道之间的比例进行合理设置，从而保证整体收费效率最高。

虽然通过扩大车道以及增加车道的数量能够显著改善收费站的收费通行效率，但是由于车道的数量通常是固定不变的，为了能够满足日益增加的车辆通行需求，必须提高收费效率，保证车辆的通行速度。因此，未来不停车收费必将成为以后收费站建设的主流方式，但是考虑到拥堵高峰的客观存在，人工收费车道必将会在相当长的一段时间与ETC收费车道并存，这不但能够显著减少成本，而且能够提高高速公路的收费效益。这时，就需要考虑车道的最佳配置问题，要避免由于ETC车道的使用率过低而导致效率过低的问题。总之，为了保证ETC系统的应用水平得到充分发挥，必须保证ETC车道与人工收费车道两者之间的关系得到合理处理，使得各方资源得到最佳配置，使得交通通行效益得到最大化的发挥。

5 高速公路新建ETC收费系统建设及应用的具体策略

5.1 基于技术应用提高系统兼容性

由于当前大多应用的ETC系统当中，其主要包括通信收费系统、车辆识别系统以及车载设备等，其通常来自于不同的设备供应商和技术提供服务上。虽然其在设备系统设计过程中都基于对应的国家标准进行了对应的设计，但是在部分细节方面依然存在着标准不统一的问题，在使用的过程中会出现不兼容的先喜爱那个，导致信息不能够正常的交换，使得ETC最终的功能不能得到实现。所以，提高技术标准的统一性，对相关的细节环节予以一一规范，保证技术的相互兼容是未来ETC应用改革的重要内容。

5.2 确保区域范围内网络互联

对于ETC系统而言，其在运行过程中必须得到网络技术的相关支持，通过建立全国范围内的高速公路收费站通信网络互连才能够为ETC系统的推广及应用提供完善的技术支持。但是，当前我国还有部分地区的高速公路系统依然实现区域化的互联网连接，尤其是在西部区域，该现象较为明显。这时，通过完善移动运营商的管理机制，将ETC系统纳入到GSM网络中，使得高速公路通信网络的全方位覆盖将是一个有效的方式。

5.3 保证用户信息安全程度

在ETC系统的应用过程中，RFID数据的保密性和安全性逐步成为了人们所关注的问题。同时，在车载电子标签当中，因为其中保存着自身的基本信息、车辆详细信息等，具备对应的隐私性。同时，由于电子标签数据读取工作主要是通过阅读器完成的，其发射的无线射频具有出发功能，若使用相同频率的阅读器发射频率，对应的标签都将会作出对应的反应，并进行对应的数据传输。从当前ETC系统使用的加密方法来看，并不能保证其在非正常状态下所发射的数据信号得到保密。因此，如何保证数据的安全性以及用户信息的隐私将是未来数据安全管理的重要方向。

参考文献

[1] 刘强，郭祥柏.浅谈ETC收费系统在高速公路的应用[J].机电信息，2013（3）：173-174.

[2] 贾绥林.浅析高速公路ETC系统的应用[J].科技创新导报，2013（3）：138，140.

[3] 张宗斌.ETC不停车收费系统在甘肃高速公路收费系统中的应用[J].科技视界，2014（19）：295.

[4] 阮书桥.ETC不停车收费系统的研究及优化改造应用探析[J].城市建设理论研究（电子版），2013（6）.

[5] 徐伟.高速公路不停车收费系统设计及应用[J].数字化用户，2013（22）.