ETC智能停车系统的优势分析及应用

汤 权，林 华

(广西捷通高速科技股份有限公司，广西 南宁 530000)

0 引言

随着社会日新月异的发展，人们的出行和生活方式发生了翻天覆地的变化。其中，城市的交通拥堵问题就是由这种变化所带来的问题之一。电子化停车场的车辆收费与设备管理的自动化统称为停车场的智能收费管理系统，作为自动化与机电一体化的产品，它将停车场全部交由计算机系统来管理。智能停车系统作为现代化停车场车辆管理的自动化手段，它包括了智能控制系统与栏杆机等机电设备，是安防行业里的一个子分类，也是安防技术领域的重要组成部分。

1 ETC智能停车系统的优势分析

第一代车辆停车收费管理系统主要采用刷卡技术；第二代停车场收费管理系统主要采用车牌识别技术；而ETC智能停车系统作为第三代车辆快速通行收费的管理系统具有超越前者的优势。

1.1 ETC概述

ETC(Electronic Toll Collection System)即电子不停车收费系统，其基于射频识别(RFID)技术的《电子收费专用短程通信》(GB/T20851-2007)标准，使用的是5.8 GHz双片式电子标签。车辆在通过入口车道时将入口、车牌、车类等信息写入电子标签及IC卡中；在出口车道，根据车辆的入口、车牌、车类等信息，查询费率表，自动计算通行费金额，回写出口标识，完成ETC电子记账或扣款。

将香烟盒大小的电子标签粘贴在车辆前挡风玻璃的车内侧后，国标ETC采用5.8 GHz的专用频段与停车场进出口的RSU天线使用DSRC短程通信技术进行通信，并且使用国标密钥对通信数据进行加密，直接读写ETC车辆和征费状态等电子信息，因为不需要将图像信息转化为电子信息，所以准确率是100%。

国标ETC拥有交通运输部建立的全国统一的支付结算中心，通行国标ETC智能停车场时，车辆不需要停车交费，自动通过互联网技术来完成与银行钱包的自动结账处理。目前，ETC技术采用的收费模式一般有两种，即前端扣费(储值卡模式)和后台记账(记账卡模式)。虽然前端扣费方式功能强大，应用广泛，但这种收费模式使得ETC微波天线与车载电子标签的交易时间较长，整个交易流程约耗时0.17 s，车速通常需要控制在40 km/h以下。而使用后台记账方式，可以使交易时间控制在0.06 s以内，快速安全地完成交易，不停车通行速度可达到100 km/h以上，车辆经过ETC天线区域时都无需减速。

1.2 ETC智能停车系统工作原理

1.2.1 身份的自动识别

把ETC卡插在车载电子标签里，当车辆通过停车场进出口时，首先经过第一个感应线圈，线圈1感应到车辆后立即触发RSU天线与车载电子标签建立短程通信，将OBU内车辆信息通过后台进行国密解析，并与ETC卡内的车辆信息进行比对验证(如图1所示)。

图1 ETC智能停车系统进出场示意图

1.2.2 图像的采集

车辆触发地感线圈后，摄像机将画面自动抓拍并以图片文件形式保存在车道计算机中备查。

1.2.3 信息比对和稽查

系统通过ETC天线读取车载电子标签中的车辆信息并与IC卡里的相应信息进行比对，如果信息不一致，就会进行警告等相关操作。

车辆出场时，自动查询车辆的入场信息，计算时长和费用。见图2。

图2 ETC智能停车系统工作流程图

1.2.4 车辆的通过

如果比对的结果一致，系统通过ETC天线与 IC卡进行交互回写，交易完成后抬杆放行，当栏杆机的线圈传感器感应到车辆通过后，栏杆就会自动关闭。

如果ETC读取的信息不匹配，就会触发警告并通知人工处理。

1.3 ETC智能停车系统的特点

1.3.1 数据安全性高

按照ETC国标强制规定“一车一卡一标签”，一辆车只能办理唯一一台电子标签并绑定唯一一张IC卡，且电子标签一旦拆卸立即失效，即电子标签和IC相当于车辆的“电子身份证”。

而且ETC车辆信息和交易信息均采用国密进行加密，无法直接读取，必须通过由交通部母密钥离散出来的各省子密钥才能解密。而交通部在高速公路收费系统中有成熟和完善的密钥管理体系，每一份密钥都是可追溯的，从根源上杜绝了违规盗刷的情况发生，具有极高的安全性。

1.3.2 抗干扰性强

根据欧洲标准化委员会已公布的ETC相关标准，在我国，5.8 GHz被国内及国际指定为用于电子收费的专用频段，基于5.8 GHz的ETC 应用只有双片式电子标签的国家标准(GB/T20851)，被干扰的情况较少。

1.3.3 数据传输速率快

ETC专用的5.8 GHz RSU天线的数据传输速率为：下行写入速度500 Kbps，即每秒钟能写入500 000位的信息，是电子车牌的1 600倍；上行读取速度250 Kbps，即每秒钟能读取250 000位的信息，是电子车牌的40倍。

高传输速率可以使系统在更短的时间里完成交易处理，可以允许车辆以更高的速度通过交易区域，还可以在不远的将来为车路协同、智慧城市和智慧交通承载更多的增值服务。

1.3.4 通讯距离远

采用5.8 GHz DSRC协议的智能停车系统通过反向散射原理，能够在半径≥30 m的范围内实现动态上下行双向通讯互不干扰，比只能单向通讯的电子车牌更稳定可靠。

1.4 不同停车系统对比分析

我们对市场上常见的无感停车系统、热议的电子车牌停车系统以及最新的ETC停车系统进行多维度的对比分析，更直观地展示各家系统的优劣(见表1)。

表1 停车系统对比表

1.5 ETC智能停车系统的优点分析

ETC智能停车系统作为第三代车辆快速通行收费的管理系统具有政策性优势和技术性优势：

(1)国务院在“十三五”现代综合交通运输体系的发展规划当中，对ETC的发展提出了明确的要求，核心就是要求ETC使用率在2020年要达到50%以上的水平。ETC智能停车系统的发展，完全符合国务院的要求，将绿色出行落实到位。

(2)ETC智能停车系统完全实现路内路外智能停车一体化要求，实现城市级智能停车平台化运营，通过大数据为智慧城市管理提供强有力的支持。

(3)ETC智能停车系统，真正实现“无、非、不、集”(无人值守、非现金支付、不停车体验、集中管理)的停车场体验，让停车场管理方实现“减员增效”，为车主用户提供安全高效的无感支付体验。

(4)ETC智能停车系统安全性最有保证，账户体系成熟、结算流程健全。设备的耐用性极强，售后服务成本低。

(5)可以远程实时设置通行时间及通行区域，查询现时场内停车情况、任意时刻的出入场记录，并可查询相应图像资料。

(6)实现对于原有车场管理系统的升级，ETC智能停车系统性价比、兼容性高。

(7)结算方式灵活多样，ETC卡、银联、银行、支付宝、微信全覆盖。

(8)ETC系统的IC卡识别率是100%，比视频车牌识别系统识别率高。车牌识别系统通常识别率标称95%，是在天气和环境较好的情况下。雨雪天气，识别率降至20%以下，影响车辆进出缴费。

1.6 车牌识别技术的缺陷分析

车牌识别技术在停车场收费管理系统中的应用到底能走多远，关键取决于车牌识别率的高低。

(1)人眼是世界上最精密的“摄像机”，虽然目前摄像机像素有了很大的提高，但是对于人眼都无法分辨的无牌车、污损车辆号牌、假牌、套牌、遮挡车号牌，基于摄像机图像识别技术的车牌识别系统更加无法解决。(2)由于车牌识别系统的车牌号码采集是通过图像识别技术完成，而图像采集时天然会受到许多环境因素的影响，例如车速过快(正常的车牌识别车速：0～20 km/h)、摄像机抖动、对焦不准、烟雨雾霾霜雪、补光角度变化、反光、光晕、摄像头上的尘污或遮挡等因素，使得在现实的停车场应用场景中采集到的图像与实验室环境下采集到的图像对比，存在不同程度的图像质量下降现象，直接表现为车牌号码的识别率降低。(3)在实际使用中，摄像机所拍摄到的图片背景往往是复杂多样的，车牌在图片中的位置往往也不固定，甚至图片中车牌的大小、车牌种类、港澳车牌、新能源车牌、车牌角度等往往也是不尽相同，而且夜晚灯光(包括车灯)的强度和角度也会严重干扰到车牌识别的结果，从而造成在现实停车场的应用中，车牌识别摄像机的识别准确率普遍较低。

在规模化商用过程中，由于每天停车场进出车辆的基数非常大，即使0.1%的失败率也会给停车场收费管理工作带来麻烦，从而阻碍车牌识别停车系统的推广。而且，由于车牌视频识别技术没有形成统一的国家标准，不同厂商的硬件就会有不同的识别算法和接口，为集团化管理增加难度，技术拓展性较差。

1.7 电子车牌的劣势分析

电子车牌(Electronic Vehicle Identification，EVI)，是基于射频识别(RFID)技术中的无源(不需要电源)电子标签的细分应用。

电子车牌与ETC的主要区别在于ETC的5.8 GHz电子标签需要电源(太阳能电池或者车载供电)，而作为电子车牌的800～900 MHz电子标签不需要电源。电子车牌工作所需要的能量依赖于路测天线的辐射能量，其受制于路测天线辐射功率的限制而无法进行较复杂的读写操作和无法提高上下传速率。而且电子车牌没有建立全国统一的支付结算体系，还不能支持大范围的商业化应用。

1.8 应用趋势

ETC智能停车系统虽然比车牌识别技术和电子车牌停车系统有更多技术优势和产品优点，但是由于宣传和推广非常欠缺，导致大家对ETC并不了解，甚至受到某些互联网媒体的炒作误导，对ETC存在误解。笔者认为切实提升ETC的公众认知、降低ETC电子标签的安装费用、提升ETC智能停车场的覆盖率，才能完全发挥国标ETC的真正优势，提升停车场效率和管理水平，降低停车场人工成本，节能减排。

2 ETC智能停车场系统的实际应用

基于ETC系统的以上优点，停车场全范围覆盖ETC系统可以有效地解决因停车导致的拥堵和混乱等问题，提高人民的生活质量。ETC在各类停车杨的运用是未来的趋势，包括小区停车场、商圈停车场、医院停车场、学校停车场、政府办公楼停车场、机场等交通枢纽停车场。

2.1 ETC智能停车场系统的应用方案

ETC停车场应根据停车场地理位置、规模大小、进出车辆类型和车流量、管理方式、投资规模和合作方式等条件，结合停车场所有权方提出的业务需求以及双方洽谈形成的具体合作方案，选用合适的具体建设技术方案。一般来说，有两种建设技术方案：

(1)通用型ETC停车场：适用于新建或改建的大型停车场(商场、机场)，完全采用ETC技术和设备建设的ETC停车场。

(2)改造型ETC停车场：改造型ETC停车场是在保留现有停车场技术和管理方式的基础上，增加ETC相关设备，在技术和接口上嵌入原有系统的建设方式。运用该方式，ETC相关设备投资额较少，建设周期短，比较适用于小型停车场的ETC技术改造。

2.1.1 通用型ETC停车场

通用型ETC停车场主要是指可以直接使用国标ETC标签的各类停车场，国标ETC标签车辆可以全国通行，车主自行在各省ETC发行方办理，无需停车场管理方介入，可以直接兼容全国各地所有的ETC车辆用户，避免与车主的沟通问题。

通用型ETC停车场主要涉及的技术有：RSU天线识别国标ETC标签，读取车牌、IC卡号、标签ID号等车辆信息。

(1)通用型ETC停车场概述

通用型ETC停车场系统从结构上划分，整体框架结构主要由车道子系统、停车场子系统、后台管理中心子系统组成。系统框架图如图3所示。

车道子系统由基础车道设备构成，配置统一的车道管理软件，完成车辆的进出通行管理和计费扣费工作，是ETC停车场系统的功能实现终端。

停车场子系统是ETC停车场不停车收费的重要组成部分，是ETC停车场不停车收费最基础的管理单元。该子系统向上的接口是后台管理中心子系统，向下的接口是车道子系统。

图3 通用型ETC停车场系统框架图

停车场子系统要求能够对ETC停车场的收费车道进行实时监控，对所有车道上的ETC车辆的收费数据进行汇总和统计，并整理上传到后台管理中心。

同时，停车场子系统接收后台管理中心下发的费率表等系统参数，并下发至车道；提供报表服务，共用数据结果。

后台管理中心子系统主要完成收费数据的转发、存储、汇总、报表功能，对于ETC收费数据，还应考虑建立与当地ETC发行方中心数据机房的数据链路通道，以实现ETC收费后台数据与停车场实际交易数据的核对与结算。

(2)停车场子系统的构成

停车场子系统采用基于以太网的B/S(Browser/Server，浏览器/服务器模式)、C/S(Client/Server，客户机/服务器)组合型网络结构。数据的共享和管理通过中心机房服务器实现，另外，配置一台后台管理计算机，并安装后台管理软件，完成自动导出智能停车场财务报表、历史记录的工作，同时对操作人员的操作权限进行管理，对车辆黑白名单进行更新与管理。

图4 通用型ETC停车场子系统网络拓扑图

通用式ETC停车场管理系统由中心服务器、岗亭工作PC、停车场收费管理软件、RSU天线、OBU车载电子标签、道闸、高清摄像机、LED显示屏、地感线圈等组成(见图4)。系统中心服务器设在中央控制室，停车场进、出门岗亭内放置工作PC，高清摄像机自动抓拍图片，以便收费人员校对出入车辆(见下页图5)。

图5 通用型ETC停车场车道实体效果图

2.1.2 改造型ETC停车场

改造型ETC停车场是指在保留现有停车场技术和管理方式的基础上，仅增加ETC相关设备，在技术和接口上嵌入原有系统的建设方式。运用该方式，ETC相关设备投资额较少，建设周期短，比较适用于小型停车场的ETC技术改造。

2.1.2.1 改造型ETC停车场系统概述

改造型ETC停车场系统无需对原有停车场系统进行软硬件的更改升级，可相对独立地建立起ETC通道，与原有停车场系统同时并行。改造型ETC停车场系统框架见图6。

图6 改造型ETC停车场系统框架图

图6右侧浅色部分，主要增加安装了ETC天线(含有APN SIM卡)以及与原来停车场管理系统工控主机相联的各种通信接口。

2.1.2.2 改造型ETC停车场系统运行原理

根据项目现场实际情况，分为两种模式：

(1)停车场系统采用独立改造方式

在没有原停车场系统供应商支持下的系统改造，保留原有停车场设备和系统，增加智能天线(即天线+独立系统)直连后台服务器，查询月保及临保计时计费参数，并行控制栏杆机完成装有ETC标签的车辆不停车“闪过”(见图7)。

图7 改造型ETC停车场系统框架图(独立运行)

(2)旧停车场系统采用嵌入改造方式

在原停车场系统供应商支持下的系统改造，保留原有停车场设备和系统，增加智能天线(即天线+嵌入式系统)直连道闸收费管理机，查询月保及临保计时计费参数，完成扣费功能，然后控制栏杆机开启，完成装有ETC标签的车辆不停车“闪过”(见图8)。

图8 改造型ETC停车场系统框架图(嵌入运行)

2.2 ETC智能停车场的应用案例

从2017年开始，广西、广东、北京、河南、山东、江苏、四川、成都等省市都分别有几十个到一两百个不等的ETC智能停车场陆续建成并投入使用，根据不完全统计，全国投入使用的ETC智能停车场已经超过1 000个。其中，仅北京市2018年计划投入使用的ETC智能停车场就有200个。

3 结语

ETC作为智能交通领域中的一个重要方面，具有节约能源、减少污染、降低车辆磨损、减少车辆延误、杜绝票款流失、提高通行能力与服务水平这些优点。但是也存在一定的不足，例如：电子标签的覆盖率还不够高，在停车场应用中对于没有装电子标签的车主，还是要用到半自动化人工收费这一方式。