高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的技術(shù)研究

摘要：不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)是國(guó)際上正努力開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋和隧道的電子收費(fèi)系統(tǒng)。它為因停車收費(fèi)引起的交通擁擠、延誤等問題提供了解決思路。本文從系統(tǒng)構(gòu)成出發(fā)，深入研究了系統(tǒng)的原理及實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：ETC；收費(fèi)系統(tǒng)；系統(tǒng)分類

中圖分類號(hào)：TP311.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 (2012) 09-0000-02

一、前言

高速公路的電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)是目前國(guó)際上十分先進(jìn)的一種收費(fèi)系統(tǒng)，它是智能交通服務(wù)系統(tǒng)之一，過往車輛通過車道口時(shí)不需要停車?yán)U費(fèi)，而是自動(dòng)繳費(fèi)。

同傳統(tǒng)的人工收費(fèi)系統(tǒng)有所不同，不停車收費(fèi)系統(tǒng)是以IC作為一種數(shù)據(jù)載體，通過無線數(shù)據(jù)交換的方式來實(shí)現(xiàn)收費(fèi)計(jì)算機(jī)與IC卡的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存取功能。它可以從收費(fèi)計(jì)算機(jī)中讀取出儲(chǔ)存在IC卡中的有關(guān)車輛的各種信息。從而系統(tǒng)按照既定的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)由計(jì)算，從IC卡中扣除本次使用道路費(fèi)用。

二、ETC的分類

ETC系統(tǒng)主要有兩大類：

1.不停車收費(fèi)系統(tǒng)；

2.自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)。

（一）不停車收費(fèi)系統(tǒng)

不停車收費(fèi)系統(tǒng)主要是利用的混合式的收費(fèi)方式，不但有十分先進(jìn)的不停車收費(fèi)的車道又有以前的半自動(dòng)化的收費(fèi)車道。這兩種車道的結(jié)合有著其明顯的特征：

1.結(jié)合了半自動(dòng)車道的有點(diǎn)并與其并列而設(shè)。在具體的收費(fèi)車道當(dāng)中結(jié)合實(shí)際開設(shè)的情況設(shè)置一些ECT的收費(fèi)專用車道；

2.車輛一般都是以較低的速度通過收費(fèi)車道，其具體的車速一般為40km/h左右，一個(gè)小時(shí)通過的車輛大概為800左右；

3.通過車道處設(shè)置的自動(dòng)欄桿以來防止那些無卡的車輛通行。

往往會(huì)把不停車收費(fèi)車道標(biāo)志與車道信號(hào)燈設(shè)置在收費(fèi)車道的入口處，因?yàn)檐囕v的密度一般不會(huì)太大，這些天線就不會(huì)處于連續(xù)工作的狀態(tài)下，如果沒有車輛通過則天線就會(huì)智能化的進(jìn)入休眠。同時(shí)還會(huì)在天線輻射區(qū)域以外的車道內(nèi)設(shè)置一個(gè)環(huán)形的線圈，如果那些車輛進(jìn)入到線圈的區(qū)域內(nèi)，這些線圈就會(huì)感應(yīng)到進(jìn)而會(huì)發(fā)出信號(hào)，將處于休眠狀態(tài)的天線激活。當(dāng)車輛駛?cè)胪ㄐ艆^(qū)域內(nèi)后，天線就會(huì)通過微波將將客戶的信息（身份與車型代碼）上傳到車道的天線，之后再通過天線將信息轉(zhuǎn)送給車道控制機(jī)，而進(jìn)行相應(yīng)的信息核查，如果是有效的合法卡車道就會(huì)自動(dòng)將車方行，信號(hào)燈就會(huì)現(xiàn)實(shí)綠色。一般會(huì)需要進(jìn)一步的信息交換以及數(shù)據(jù)的讀寫，直至整個(gè)收費(fèi)過程的結(jié)束，如果卡無效或是無標(biāo)識(shí)的卡，天線也會(huì)通過信號(hào)控制自動(dòng)欄桿關(guān)閉將車輛攔截，同時(shí)還會(huì)發(fā)出警報(bào)以來通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。這些系統(tǒng)收集的信息會(huì)傳到系統(tǒng)工作的后天以供后期使用。

（二）自由流的不停車收費(fèi)系統(tǒng)

自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)主要是在道路的主干道上在一定的距離內(nèi)設(shè)一個(gè)跨主干道的龍門架以來采集車輛信息，這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)分段式的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)主要的有點(diǎn)就是車輛進(jìn)入收費(fèi)區(qū)內(nèi)不用減速，這樣就能夠提高系統(tǒng)的工作效率，同時(shí)也能夠方便駕車者。這個(gè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)可以歸納為：

1.不需要很大的收費(fèi)設(shè)施；

2.車輛駛?cè)胧召M(fèi)區(qū)內(nèi)不需要減速；

3.系統(tǒng)的精度高，以便進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抓拍那些逃費(fèi)的車輛；

4.一般還會(huì)在主干道旁邊設(shè)置一個(gè)普通的收費(fèi)車道，以來處理那些非法或無效無標(biāo)識(shí)卡的車輛；

5.天線能夠同時(shí)對(duì)多輛車載的標(biāo)識(shí)卡進(jìn)行識(shí)別與通訊。

這個(gè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)就是投資少，效率高，車速高，車輛的通行能力很大，一般在每個(gè)小時(shí)能搞達(dá)到2000輛。但是這種收費(fèi)系統(tǒng)對(duì)技術(shù)要求較高。

車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)以數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)為基礎(chǔ)，同時(shí)還要?dú)w對(duì)攝像機(jī)拍攝的那些車輛圖形進(jìn)行分析處理，對(duì)車輛的車牌號(hào)進(jìn)行識(shí)別。同時(shí)還要通過一些后期的處理對(duì)那些停車場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)的管理以及對(duì)交通流量的控制。還可以進(jìn)行車輛的定于與防盜以來達(dá)到自動(dòng)化的監(jiān)控目標(biāo)。識(shí)別結(jié)果包括車輛牌照的全部漢字、字母、數(shù)字、顏色、牌照坐標(biāo)、牌照?qǐng)D像等。自動(dòng)識(shí)別車輛牌照，而不需要被識(shí)別車輛主動(dòng)參與，可以對(duì)所有通行車輛進(jìn)行識(shí)別、管理。車牌自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)在高速公路上的應(yīng)用，對(duì)完善收費(fèi)系統(tǒng)，杜絕收費(fèi)漏洞，減輕收費(fèi)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高收費(fèi)綜合管理水平和服務(wù)水平，起到了極其重要的作用。

車輛牌照自動(dòng)識(shí)別廣義來說有三項(xiàng)：即定位技術(shù)，如GPS和GPRS；非接觸識(shí)別技術(shù)，如RFID電子標(biāo)簽之類；再就是車輛牌照自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

三、系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)制定

不停車收費(fèi)車道控制系統(tǒng)包括以下三大關(guān)鍵子系統(tǒng)：

（一）車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（AVI）

電子（不停車）收費(fèi)系統(tǒng)中的車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是三大關(guān)鍵系統(tǒng)中最重要的技術(shù)，它與系統(tǒng)的性能、應(yīng)用和推廣有重大關(guān)聯(lián)，同時(shí)也是區(qū)別不同的電子收費(fèi)系統(tǒng)系統(tǒng)的主要標(biāo)志。車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要采用：①紅外線掃描識(shí)別技術(shù)；②CCD攝像識(shí)別技術(shù)；③激光掃描識(shí)別技術(shù)；④IC卡識(shí)別技術(shù)等。由于交通運(yùn)輸本身要求有一種系統(tǒng)能夠在全天候、惡劣環(huán)境下應(yīng)用，并且具有能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離作用，安全可靠性高，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此上述這些系統(tǒng)由于本身所存在的缺陷故而都不能全面滿足以上要求。因此，為了適應(yīng)這一需求，發(fā)展了微波非接觸式ID卡識(shí)別技術(shù)。由于微波透入性強(qiáng)，工作距離遠(yuǎn)，并且適合于車輛全天候、惡劣環(huán)境條件下工作，它具有能遠(yuǎn)距離工作、體積小，既可以有源發(fā)射方式工作也可以進(jìn)行無源反射方式工作等特點(diǎn)。

（二）自動(dòng)車型分類技術(shù)（AVC）

自動(dòng)車型分類技術(shù)主要是根據(jù)車輛的那些物理特性來判斷車輛收費(fèi)類別。自動(dòng)車型分類技術(shù)的主要依據(jù)為：

1.車輪的數(shù)目；

2.車輛的用途；

3.車輛的體積；

4.重量等等。

自動(dòng)車型分類技術(shù)與一系列的車道傳感器相連，傳感器的信號(hào)提交事務(wù)處理系統(tǒng)后，由車輛分類單元判定收費(fèi)類型。其設(shè)備主要為∶掃描儀、高速攝像、前置線圈、感應(yīng)踏板和發(fā)射光塔等這些設(shè)備。

（三）違章車輛抓拍技術(shù)（VEC）

違章車輛抓拍技術(shù)主要的攝錄方式包括照片、錄像帶和數(shù)字影像等。它是利用光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)自動(dòng)獲取非法車輛的信息。違章車輛抓拍技術(shù)主要依靠模糊識(shí)別技術(shù)，并借助光學(xué)字符識(shí)別設(shè)備，以來實(shí)現(xiàn)對(duì)非法用戶號(hào)碼進(jìn)行識(shí)別。違章車輛抓拍技術(shù)主要包括：

1.感應(yīng)觸發(fā)；

2.圖像俘獲；

3.圖像識(shí)別；

4.圖像儲(chǔ)存；

5.圖像處理和圖像刪除等。

四、ETC的優(yōu)點(diǎn)及其在營(yíng)運(yùn)中的問題

（一）ETC的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)用戶的益處：有更該的收費(fèi)站通行能力，通行能力為每條ETC車道約為3-5條MTC車道。

對(duì)業(yè)主的益處：花費(fèi)更少的基建投入，相比MTC車道，ETC車道建設(shè)約可以節(jié)約40%基建費(fèi)；更低的運(yùn)營(yíng)成本。

（二）ETC在營(yíng)運(yùn)中的問題

誤入車輛引起ETC車道擁堵；緩解措施——交通誘導(dǎo)

ETC系統(tǒng)跟車干擾嚴(yán)重；

跟車干擾情況：

1.前車無電子標(biāo)簽，后車有電子標(biāo)簽；

2.兩輛車都安裝有電子標(biāo)簽；

3.前車有電子標(biāo)簽，后車無電子標(biāo)簽。

緩解措施：

1.統(tǒng)一電子標(biāo)簽的靈敏度；

2.規(guī)范車輛電子標(biāo)簽的安裝位置；

3.通過宣傳和增加ETC車道誘導(dǎo)標(biāo)識(shí)的手段；

4.提高ETC車道軟件邏輯判斷能力。

（1）短通信區(qū)車輛通行速度低；

（2）自動(dòng)欄桿附近存在通信盲區(qū)；

（3）惡意旁道插隊(duì)逃費(fèi)現(xiàn)象無法解決；

（4）各類ETC系統(tǒng)之間的兼容問題。

五、結(jié)論

電子（不停車）收費(fèi)系統(tǒng)既是適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的客觀需要，也是適應(yīng)高速公路發(fā)展的必然要求。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，普通百姓汽車的擁有量越來越多，導(dǎo)致道路越來越擁堵，特別是高峰期；同時(shí)，由于道路擁擠造成尾氣排放量增加。這一高速公路的收費(fèi)問題困擾著許多國(guó)家，因此為了解決這一問題，電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注，并有很多國(guó)家已進(jìn)入實(shí)用推廣階段。采用電子（不停車）收費(fèi)系統(tǒng)既能夠從根本上解決因人工收費(fèi)過程緩慢而造成的交通堵塞，環(huán)境污染問題，而且能夠減少人工費(fèi)，節(jié)約成本，還可以杜絕人工收費(fèi)過程中的腐敗現(xiàn)象，從而獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益并營(yíng)造和諧社會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉志偉，程琳.不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)的概括研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008，2

[2]高文娟，唐斌.高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技資訊，2008，8

[3]伍佑成.淺談電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)[J].中國(guó)公共安全，2007，9

[4]宋少威.淺談高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)[J]北方交通，2007，6

[5]馬興峰，劉天順.公路ETC及組合式收費(fèi)系統(tǒng)[J].科技與經(jīng)濟(jì)，2006，3

[6]黃衛(wèi)，胡勇.電子收費(fèi)在道路交通收費(fèi)中的應(yīng)用[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，31(3)