高速公路ETC系统的优化

石建民（甘肃省高速公路管理局，甘肃 兰州 730000）

高速公路ETC系统的优化

石建民（甘肃省高速公路管理局，甘肃 兰州 730000）

随着高速公路的快速发展，ETC收费模式成为未来高速公路收费的重要发展方向，但目前ETC系统运行中存在车辆通过ETC车道速度快与ETC高速栏杆机抬杆慢的矛盾，会造成车辆轻微刹车，容易引发交通事故，文中主要针对该问题解决的相关理论和技术进行了探讨。

高速公路；ETC；优化

近年来，随着高速公路事业的飞速发展，高速公路收费站传统的人工收费模式已越来越不适应交通发展的需求，收费站因车辆排队缴费造成的车辆拥堵、环境污染、交通事故等问题日益突出。而ETC作为高速公路收费系统的重要发展方向，其能够最大限度地缓解收费站的车辆拥堵问题，达到高速公路快速、便捷通行的目的，目前甘肃省ETC系统已实现全国电子不停车联网收费，但仍存在车辆通过ETC车道速度快与ETC高速栏杆机抬杆慢的矛盾，本文主要分析了通过ETC栏杆机后置及相关软硬件优化的方式来缓解此类矛盾，在甘肃省现有的ETC收费车道试行后取得了良好的效果。

1 ETC不停车收费系统的构成及原理

1.1 ETC不停车收费系统的构成及主要设备技术要求

ETC系统主要由ETC收费车道、收费站管理系统、ETC管理中心、专业银行等组成。它的前端ETC收费车道是整个ETC关键技术的核心，由车道控制器、ETC路侧设备、车载设备、综合信息显示器、车牌识别设备、高速自动栏杆机、车辆检测器和车辆检测线圈及传输网络组成。后端设备主要为收费站服务器、管理计算机，ETC管理中心管理机及ETC电子标签发行设备等[2]。

1.1.1 车道控制器

实现对车道设备的管理和控制，下载费率表、黑名单等，进行图象抓拍。控制器主要由工业控制计算机、扩展接口板、电源和设备机箱等部分组成。其中工业控制计算机制配置工业级CPU母板，电磁兼容设计，低功耗，全面故障自我诊断能力及报警提示；扩展接口板具有对外围设备驱动功能的数据量I/O板，所有接口板和功能板必须附有光电隔离保护以减少雷电及高能浪涌的冲击；电源需对总电源和工控机等各独立设备电源分别控制，并做抗干扰处理；设备机箱便于安装和内部维修，门框和进线孔加密封橡胶垫圈，不设通风孔，保证机箱防水、防尘。

1.1.2 路侧设备

技术标准应满足GB/T 20851.1～5-2007《电子收费专用短程通信》系列标准、《公路联网收费技术要求》中的规定。天线与控制设备可以是一体化设置模式或分体设置模式。路侧设备通信范围能够根据收费车道的现场状况进行适当的调节。正常情况下，车道天线通信覆盖范围应仅局限于本车道内（宽度约2.5米至3.25米），不会对相临车道产生干扰，也不会读取到相临车道的车载设备。在正常的通信覆盖范围和车辆通行情形内，路侧设备可对进入通信范围内的多个车载设备进行读写，不会遗漏任何一个车载设备。

1.1.3 车载设备

车载单元又称为车载电子标签，通常安装在车辆挡风玻璃上，主要由收发器与信息存储介质（如IC卡）组成。国际上目前使用的收发器大多工作在微波频段，少数工作在红外频段，通过OBU收发器与RSU收发器，就可以实现车辆与车道控制机之间的信息交互；IC卡存储了许多关于该车的信息，如车主的基本信息、车牌号码、车型、车辆年审有效时间、车辆的标识码和其他有关车辆属性的数据，当车辆进入RSU的识别区时，能将这些数据传送给RSU，起到车辆身份证的作用；同时，也可接受、记录由RSU发送的有关数据，设备的技术指标及产品检测应符合GB/T20851.1-5-2007国家标准。

1.1.4 综合信息显示器

采用点阵式显示屏，在长期暴露于太阳光的环境条件下，其可见性不能降低。收费显示屏可自动调节发光强度，以防止在夜间产生眩光影响司机视觉，又节省了能源，防止器件过早恶化。采用LED 16×16点阵式显示屏，全屏可显示4行8列汉字。费额显示器上显示的内容可通过软件进行控制。

1.1.5 车牌设别设备

它由一体化的摄像机（含防护罩、抓拍单元、视频数据接口等）、识别单元、光补偿设备、驱动软件、识别软件、立柱等组成。车牌识别系统具有车道图像抓拍、车牌定位、字符切割、字符识别、字符匹配、后三位车牌号比对、后四位车牌号比对、全牌比对等功能，并能够将比对结果反馈给车道收费软件。识别系统提供收费软件开发所必需的资源和软件接口。ETC系统中的车牌识别器需前置设置。设置位置要避免前车对后车的遮挡，一般距离触发线圈前沿4-7m，动态图像捕获速率15帧以上，触发信号由检测线圈2通过车辆检测器提供。

1.1.6 高速自动栏杆

应符合中华人民共和国交通行业标准JT/T(428.1—428.2)—2000《收费栏杆技术条件》。杆臂长度2m,起落时间0.3-0.6S，检测线圈感应车速大于60KM/H，驱动方式步进电机。

1.1.7 双通道车检器、检测线圈

双通道车检器通过接入检测线圈把车检信号转变为I/O信号。四个检测线圈中1#检测线圈设置在路侧设备无线通讯区域前，用于检测车辆的进入，触发路侧设备进行车辆的识别；2#线圈用于表示RSU通讯区内存在车辆，是车辆位置判断，并能把两辆相距很近的车识别出各自信息；3#线圈用于检测车辆的驶入和车辆的记数、触发车牌识别和图片抓拍、异常车辆驶入的检测、触发综合信息显示器的信息提示等；4#线圈设置在高速自动栏杆前，通过栏杆机内双通道车辆检测器将信号转变为I/O信号，转入ETC车道控制机，用于控制高速自动栏杆机的起落。线圈电缆由截面积不小于1.5m2的多股铜导线构成，应用于超低压电路（AC32V以上），埋设后的环形线圈绝缘电阻＞500MΩ，埋设后的电感量＞180μH。

1.2 ETC不停车收费系统工作原理

当装有车载设备OBU的车辆进入通信区域时，首先压到检测线圈1（触发线圈），检测有车，车道控制器启动ETC路侧设备的读写天线检测车辆是否安装有电子标签OBU，若车辆装有OBU，此时压到检测线圈2（逻辑线圈），进一步确认RSU通讯区内存在车辆，自动区分前后车辆信息，确认存在车辆，读写天线RSU与电子标签OBU进行双向通信，判别电子标签是否有效，非现金支付IC卡是否有效，车辆是否属于黑名单车辆，读取OBU卡内入口信息并对入口信息是否有效进行判断等判断，如均判断正常则进行交易，若交易成功（若车辆在入口车道系统在IC卡内写入相关信息，若车辆在出口车道扣除卡内费额后回写出口信息），此时综合信息显示器上显示车型、通行金额等交易信息，信号灯绿灯亮，系统控制高速栏杆抬起，车辆放行；紧接着压到检测线圈3（报警抓拍线圈），系统启动车牌识别系统进行图像抓拍记录抓拍结果。系统保存交易记录，形成过车流水记录，保存于本地数据库，并通过传输网络将其上传至收费站服务器，最后车辆压到检测线圈4（通过线圈），车检器发信号给车道机车辆通过，综合信息显示器信号灯红灯亮，恢复原状，自动栏杆自动落杆，本车辆交易结束[1]。

2 目前甘肃省ETC系统的现状

2.1 ETC系统车道的布局

目前甘肃省ETC车道布局采用高速自动栏杆岛头前置模式，自动栏杆岛头设置模式具有提高误入ETC车道的非ETC车辆快速驶出，减少因误入车道引起的拥堵的特点。

高速自动栏杆岛头前置布局模式收费岛的长度设置为36～48米，ETC车辆通过速度可达到20～30公里／小时。关键设备车道控制器设置在收费亭内；ETC天线设置在收费岛前端，设置3m×6m（通过调节天线的角度，可以设置最大区域为3m×8m）的通讯区域（交易区域）；综合信息显示器、车牌识别设备、高速自动栏杆机依前后顺序设置在收费岛身内，天线与高速栏杆机在地面投影距离为8m；4个车辆检测线圈分别为1#线圈（触发线圈）设置在天线前端，距离天线8m，2#线圈（逻辑线圈）距离1#线圈0.5m，3#线圈（报警抓拍线圈）距离栏杆机3.5m，4#线圈（通过线圈）设置在高速栏杆下。系统通信网络采用交换机、光收发器的形式，实现车道间，车道与收费站之间网络通信模式。后端设备服务器、管理机等分别设置在收费站监控室、ETC管理中心。

图1 线圈以及设备位置图

2.2 ETC管理后台设备情况

目前甘肃省ETC管理后台设备存在设备落后，老化严重的现象，尤其车道设备间及车道设备与收费站设备间的通讯传输设备，收费站服务器等设备老化严重，已经不能满足目前ETC运行的要求。

依目前的布局方式及后台设备老化严重的现状，部分以30-40KM/H速度经过ETC车道时须轻微刹车减速方能通过收费车道，经常发生车辆通过ETC车道时速度过快，高速栏杆机抬杆不及时，再加上司乘人员感应栏杆机抬杆时的视觉延迟时间，导致通过车辆轻微刹车，引发交通事故的现象。需进行进一步优化。

3 ETC高速栏杆机后置优化

根据目前ETC运行中存在交易时间较长以及抬杆时栏杆离车辆较近，给司乘人员通过时体验度较差等问题，经过多次实地勘察调研，提出如下优化方案。

3.1 ETC车道布局优化

将高速栏杆机根据现场实际情况后置5m，栏杆机后移后天线与栏杆机地面投影距离由原来的8m增加至13m，4#线圈（通过线圈）随栏杆机后置5m，其余设备布局保持不动，高速栏杆机改移后加大了车辆交易成功后到高速栏杆机之间的缓冲距离，车辆到达栏杆机前12-15m时栏杆机抬杆，解决了车辆的通行速度以及有效提升了司乘人员的体验满意度。

3.2 线圈及车检器优化

高速栏杆后置后ETC车道线圈敷设距离变远，双绞延长部分最长的达到10m左右，存在干扰及电感量不足的问题，目前甘肃省使用的线圈电感量普遍在60-120mh左右，已经达到地感线圈标准电感值的最低极限值。因此敷设线圈时延长部分采用专用线圈延长馈线来降低干扰。目前现用车检器也为国产普通车检器，动作时间75毫秒，灵敏度相对较差，运行不稳定等诸多问题。因此也对车检器进行优化更新，采用进口高灵敏度的车检器替换，进口车检器动作时间为25毫秒，较大的节省了系统的处理时间，提前高速栏杆机的抬杆时间，起到快速通行的作用。

3.3 车道设备间传输设备优化

目前甘肃省ETC车道本地网络主要采用普通交换机满足车道各设备（车道机、天线、门架情报板、车牌识别仪）之间的共享网络，普通交换性能较低，网络延迟较大，可能出现丢包现象，大大降低了设备运行的可靠性。本次优化考虑更换性能优异的交换机，提高车道设备间数据的交换能力，减少网络阻塞和丢包现象，提高设备运行的可靠性和运行速度。

3.4 传输网络的优化

传输网络的配置直接关系到数据处理的速度，对ETC系统的运行速度有着很大的影响。目前甘肃省收费系统车道与收费站之间的传输方通信网络多采用交换机、光收发器的形式，存在数据业务的传输设备较多，引起数据延迟及数据传输过程丢包几率增大。本次考虑将目前的传输网络也进行优化。直接将交换机加光收发器落后的网络传输模式更改为车道与收费站之间采用千兆光交换网络通讯形式，减小了中间环节引起的网络延迟，可大大提高通讯速度。

3.5 收费站服务器优化

目前甘肃省ETC系统采用与MTC共用服务器的情况，且原服务器配置偏低，原各站服务器配置普遍采用IBM塔式X3400 M系列，配置内存4G或8G，硬盘140GB或300GB，双核CPU，4线程，主频配置在1.9GHz-2.4GHz间，并且出现老化严重，服务器运行缓慢、死机等情况经常出现，影响收费车道数据的上传下发、收费车道全国联网数据的实时更新等收费业务。本次对服务器也进行了优化，增加了ETC专用高配置服务器，采用IBM X3650 X6,内存32GB，硬盘300GB， 8核CPU， 24线程，主频1.9GHz，提高了收费数据的处理效率，提高全国ETC数据业务的上传下发效率。

3.6 软件系统优化

本次优化还邀请了全国范围内的ETC软件专家对软件架构和业务处理逻辑进行了分析，并借鉴国内其他省份的先进技术和经验，对业务流程进行梳理优化，提高系统交易时间，并对兼容性差，造成交易缓慢，通行体验效果差老旧电子标签及储值卡进行了回收、升级。

4 优化后取得的成效

对高速栏杆后置及配套设备的优化后ETC车道后期进行了运行状态的监测，优化后的ETC车道在车道的交易成功率、交易耗时、车道服务时间、黑名单信息更新等方面都得到了很大的提升，ETC车辆在保持30～40公里／小时的速度下通过车道时基本不需要刹车即可通过，取得了良好的预期效果。

[1]王亚利．ETC电子收费系统浅析[J]．价值工程，2011(16)．

[2]王震宇．ETC 系统标准化和技术选择[D]．西安公路交通大学交通信息工程及控制系，2009．

衢州市副市长王良春一行视察金格兰公司

5月26日，衢州市副市长王良春视察中建材衢州金格兰石英有限公司（简称金格兰公司），衢州市科技局、科协领导等一行全程陪同调研。金格兰公司总经理王友军携公司主要干部热情接待了各位领导。

王友军总经理就金格兰公司目前的经营、科研、社会责任、企业文化情况及发展目标做了全面的汇报。

王良春副市长听取了报告并参观视察了金格兰公司展厅、生产车间和院士专家工作站，详细询问了公司在半导体行业、太阳能光伏行业的配套产品和技术水平，高度评价金格兰公司的科技创新水平，对公司获批浙江省院士专家工作站予以祝贺，并希望公司做好科技创新，持续发展，对衢州引入的半导体和太阳能光伏公司予以配合，做大做强。

Discussion on optimization of expressway ETC system in gansu province

With the rapid development of expressway,ETC charging mode has become an important development direction of expressway charges in the future．However,there is a contradiction between the speed of ETC and the speed of ETC high-speed railings．Slightly brake,easy to lead to traffic accidents,the text mainly for the problem to solve the relevant theory and technology were discussed．

expressway；ETC；optimization

U412．36+6

B

1003-8965（2017）03-0166-03