高速公路电子不停车收费系统设计及运行

张解国

(山西欣奥特自动化工程有限公司，山西 太原 030012)

1 系统概述

不停车收费系统又称为电子收费系统(Electronic Toll Collection System)，简称为ETC系统，它是以车辆自动识别技术(简称AVI技术)为基础来实现车辆与收费站之间的收费数据交换，进一步通过车道计算机对收费数据进行处理，来实现不停车自动收费。

ETC系统和普通MTC相比有如下优势：

1) 车辆可以在时速低于20 km/h不停车情况下实现自动收费，大大缩短车辆放行时间，极大提高了通行效率，缓解收费广场堵车现象，间接降低交通事故的发生概率。

2) ETC系统减少了人工成本的投入。

3) ETC车道设计要求为收费交易错误率不得大于3‰，可以有效避免MTC车道收费人员情绪等诸多因素的影响。

2 电子不停车收费系统设计

2.1 总体结构

高速公路电子不停车收费系统是由ETC车道、收费站、收费分中心和收费结算中心组成，总体结构如图1所示。

2.2 ETC车道设备性能

1) ETC车道通行能力：不小于550 辆/h。

2) 交易可靠性：根据设计要求，ETC车道在OBU、RSU运行正常的情况下，以时速低于20 km/h通过ETC车道，收费交易错误率不得大于3‰。

3) ETC车道信息保存：至少保存40 d的电子收费交易记录。

4) MTBF：不小于10 000 h。

图1 高速公路ETC系统总体结构图

2.3 ETC系统组成

ETC系统由车辆自动识别系统、中心管理系统和车道辅助设备组成。

车辆自动识别系统：由电子标签、路侧设备(RSU)、检测线圈等组成。

在车辆自动识别技术(简称AVI技术)的发展历程中，先后出现条码识别技术、红外识别技术、射频识别技术等，但是由于高速公路本身特点要求能够在远距离作用、全天候、恶劣天气环境下应用，经过比选，只有射频识别技术同时满足上述特点，因此，ETC系统普遍采用射频识别技术。

需要强调的是，当前云、贵、川三省的赛事运作管理并未能抓住供应商与合作者的有效开发，而仅仅是重视赛场内外的广告，这样以来就使赛场内外的“铜臭味”极为浓厚，但并没有产生多大的价值，此种情况要逐步改变。

射频识别技术原理：首先，监测系统中的阅读器会不停地发出低频加密数据载波信号(频率132.3 kHz)，信号经由天线调谐器的发射天线向外界发送，形成DSRC通信区域；其次，行驶车辆进入DSRC通信区域后，车辆内的射频卡会自动激活，同时射频卡内的高频发射模块发出高频加密载波信号(频率315 MHz)；最后，接收天线接收到高频加密载波信号，提取出车辆信息(时间和地点等)传输回车道计算机，系统对车辆信息进行查询比对，根据查询比对结果进一步通过控制单元控制车道外设。

中心管理系统：配备多台数据服务器，用来储存备份ETC车辆注册信息。

车道辅助设备：车道计算机、车辆检测器、车道摄像机、车牌识别系统、车道通行灯、费额显示器、雨棚信号灯、报警器、检测线圈等，ETC车道系统构成如图2所示。

图2 ETC车道系统构成图

2.4 ETC车道布设方案

2.4.1 ETC路侧设备(RSU)与读写天线布设方案

路侧设备(RSU)可以放在收费亭内，也可以和读写天线一起置于岛头立柱横杆处。当车辆通过RSU形成的DSRC通信区域时，RSU与车内的电子标签(OBU)进行无线通信，将读取的车辆信息(时间和地点等)传输回车道计算机。

读写天线一般安装在岛头立柱横杆处，安装位置和安装角度要根据现场的车道宽度、立柱高度、检测线圈1的位置等因素进行调整。

自动栏杆布设方案有栏杆前置和栏杆后置两种方案，本工程采用的是栏杆后置方案。

自动栏杆后置模式是将自动栏杆安装在收费亭后，检测线圈4上方，本次工程保持收费岛上原有自动栏杆位置不变。这种模式无需对原有的MTC收费岛进行加长改建，岛上现有设备位置也不用调整，只需在岛头部分增加ETC专用设备、车牌识别系统。后置模式如图3所示。

图3 ETC车道自动栏杆后置模式

2.4.3 车辆检测器和检测线圈布设方案

车辆检测器设置在栏杆机内或者收费亭内，用于将来自检测线圈的信号转化为开关量信号。检测线圈1设置在DSRC通信区域前，检测车辆的进入；检测线圈2设置在DSRC通信区域后，检测车辆的驶入和记录通行车辆数量。检测线圈3为原有MTC车道抓拍触发线圈，本次工程作为备用线圈。检测线圈4设置在自动栏杆机前，用来检测车辆的驶出。

3 电子不停车收费系统运行

电子不停车收费系统(ETC)运行过程：

1) 行驶车辆到达检测线圈1，检测到有车辆通过；

2) 检测线圈1和RSU共同检测该车辆是否有电子标签；

3) 行驶车辆进入DSRC通信区域，读写天线与电子标签和卡片进行通讯，判断当前车辆电子标签和卡片是否有效，如有效则进入交易程序；如无效则报警器发出报警信号，栏杆降落，车道通行灯变红；

4) 如交易完成，车道计算机控制栏杆抬起，车道通行灯变绿，综合信息显示屏显示“欢迎驶入”检测线圈2触发车牌识别系统，进行车牌识别；

5) 车辆通过自动栏杆下的检测线圈4后，如果后面有合法车辆则栏杆保持抬起状态，如果后面没有车辆或者是非法车辆，则栏杆落下。以非省界ETC出入口为例，系统工作流程如图4、图5所示。

4 结束语

ETC系统和普通MTC相比有着巨大优势，在车辆增长率不断提升的大环境下，ETC技术的优势凸显的尤为重要，相信随着ETC技术不断的研究和开发，必然会使我国整体公路收费水平迈向新台阶。

图4 非省界ETC车道入口交易流程图

图5 非省界ETC车道出口交易流程图