高速公路電子不停車收費系統(tǒng)中計重收費的應用

高世君

（山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006）

0 引言

公路電子不停車收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，簡稱ETC）是目前世界上最先進的車輛收費方式。ETC是微波無線通信、計算機網(wǎng)絡及信息處理、自動控制等多項高新技術(shù)在公路收費系統(tǒng)中的綜合應用，它利用車載電子標簽自動與安裝在路側(cè)或門架上的微波天線進行信息交換，計算機根據(jù)插入在電子標簽內(nèi)的IC卡信息自動識別出道路使用者，然后根據(jù)通行路徑長短扣除通行費。ETC系統(tǒng)最顯著的特點是可以實現(xiàn)不停車收費，方便用戶通行，加快放行速度和提高收費效率，減少目前高速公路存在的嚴重擁堵現(xiàn)象，將會成為未來高速公路主要的收費方式。

1 系統(tǒng)用途及國內(nèi)外技術(shù)

由于車輛信息和用戶信息在發(fā)行時已寫入車載設備，ETC系統(tǒng)獲取車輛的數(shù)據(jù)信息要比通過牌照識別、地感線圈等手段采集的數(shù)據(jù)更為全面和準確。ETC技術(shù)所提供的高效、準確、及時和豐富的數(shù)據(jù)信息可以輔助交通部門對車輛進行管理，改進運營商的服務水平、為客戶提供個性化服務。此外，DSRC采用5.8GHz微波通信，具有先進的通信功能，為ITS領域中實現(xiàn)車輛與道路基礎設施、車輛與車輛之間提供單向或雙向交互式通信服務提供了技術(shù)手段，使車輛能夠享用交通信息網(wǎng)絡中的各種資源，也為交通信息中心提供行駛車輛的有關數(shù)據(jù)等功能提供了技術(shù)手段。從長期看，ETC技術(shù)除了服務于電子收費及車輛管理外，完全有潛力擴展到高速公路交通信息發(fā)布、車輛定位、交通誘導和緊急事件處理等領域。

各發(fā)達國家在ETC技術(shù)推進和聯(lián)網(wǎng)收費方面都經(jīng)歷了較為漫長的過程。美國、歐洲和日本是較早研發(fā)不停車收費系統(tǒng)的國家，并向國際標準化組織提交過有關不停車收費標準的草案，其中歐洲和日本提出的標準較為成熟，獲得了較為廣泛的支持。

我國目前ETC系統(tǒng)硬件采用的5.8GHz車載電子標簽的集成芯片，大部分從國外直接引進，然而這些集成芯片方案均不能滿足國標的要求，所能應用的只是無線射頻發(fā)射部分，無線射頻接收部分均無法實現(xiàn)，軟件功能的集成則更處于起步階段。加快開發(fā)符合中國國標的ETC專用集成芯片不但是ETC行業(yè)的整體需求，也是關系到ETC行業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。改變ETC芯片全進口的局面，需要芯片設計符合《電子收費專用短程通信物理層》（GB／T 20851.1—2007）和《電子收費專用短程通信數(shù)據(jù)鏈路層》（GB／T 20851.1—2007）的標準，同時要嵌入電源管理模塊，最大限度優(yōu)化芯片工作電流和待機電流，將射頻單元、基帶處理單元、安全模塊和讀卡單元進一步集成，從而降低成本，真正實現(xiàn)電子不停車收費系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化。

我國在用系統(tǒng)基于國標體系下的車道收費系統(tǒng)，正處于快速發(fā)展與規(guī)模化應用的關鍵時期，雖然發(fā)展的有利條件已經(jīng)具備，但瓶頸因素依然不少。山西省高速公路ETC系統(tǒng)自2010年12月10日試運行以來，在系統(tǒng)總集成過程中依然存在諸多問題，主要有以下幾方面：

a）國標、部標問題 ETC系統(tǒng)的核心設備RSU、OBU雖都有嚴格的標準，設備也經(jīng)過了交通運輸部ITS中心的嚴格測試，并出具了測試報告，但不論國標、部標均為最“低”標準，技術(shù)指標相對寬泛；

b）技術(shù)路線問題 目前RSU和OBU之間的數(shù)據(jù)交換及綁定存在兩種模式，即“前綁定”與“后綁定”，國內(nèi)各個廠家的技術(shù)路線雖不同，但均符合國家標準和設計要求，又各有其優(yōu)缺點，如何取舍，如何運用是一個難題；

c）車道線圈問題 山西省ETC車道目前采用“三”個線圈，其它省份大多采用“五”個線圈；

d）RSU與OBU的匹配問題 ETC系統(tǒng)供貨廠家不同，車道數(shù)據(jù)交換模式便不同，從而出現(xiàn)兩個廠家四種交換模式的問題；

e）網(wǎng)絡通信問題 ETC系統(tǒng)發(fā)行與充值僅支持在線服務，需保證網(wǎng)絡通信暢通，而各省高速公路通信網(wǎng)絡不同，經(jīng)常存在網(wǎng)絡不通的問題，影響ETC的發(fā)行、充值以及數(shù)據(jù)的上傳和拆分；

f）檢測設備問題 ETC系統(tǒng)建設只能依靠交通運輸部ITS中心的檢測，各省缺少必要檢測手段，無法做出完整判斷，產(chǎn)品是否合格不能確定；

g）RSU和OBU的安裝問題 最好的RSU角度和OBU的安裝位置無理論支持，只能依靠現(xiàn)場探索性安裝；

h）管理軟件問題 無經(jīng)驗借鑒，無法提前提出完整的軟件需求；

i）發(fā)行網(wǎng)點問題 網(wǎng)點少，限制了OBU的發(fā)行速度。

總之，盡管國外ETC系統(tǒng)運行很成功，具有一定特色，但有些技術(shù)特點和運營方法能否適合中國，需要結(jié)合我國道路使用者的行為特點深入評估分析和利用。以車道部分為例，有專用車道和混合車道兩種模式，有收費員值班管理和無人值班管理兩種模式，有設高速欄桿和不設欄桿兩種模式，有低速通行模式和高速通行模式，從違章逃費行為的處理看，有現(xiàn)場處理和圖像抓拍事后處理兩種模式。因此，高速公路收費系統(tǒng)的研發(fā)勢在必行，特別研發(fā)高速公路電子不停車計重收費系統(tǒng)，更符合我國國情，既能提高快速通行服務能力，又能減少收費值班員，具有一定的推廣應用前景。

2 系統(tǒng)技術(shù)路線

ETC作為一種先進的車道電子收費技術(shù)在一些發(fā)達國家已經(jīng)相當成熟，沒有車道隔離設施，能讓車輛隨意通過收費點。據(jù)有關數(shù)據(jù)表明，收費時間段交通量減少了20%～24%，平均時速也提高了10km，被譽為世界上最先進的電子收費系統(tǒng)。在電子收費領域，車道電子收費代表了當今國際上先進的道路收費技術(shù)水平。在華北高速與交通運輸部公路院承擔的“高速公路安全信息服務走廊”研究項目中，ETC的擴展應用得到充分體現(xiàn)，該項目主要是采用車路協(xié)同技術(shù)，通過在車輛與設施之間的信息交互，實現(xiàn)高速公路安全信息的全覆蓋，在信息的支持下，保障車輛在進入高速公路前到離開高速公路后的行進過程中，更為安全、舒適和快速。

該項目根據(jù)國際ETC應用和發(fā)展情況，取其優(yōu)點，結(jié)合國內(nèi)應用特點擬采用的技術(shù)路線是在單個車道架設一個路側(cè)天線單元設備，車道采用“五”個線圈，其中一個為啟用RSU的觸發(fā)線圈，即RSU在汽車未通過時可使系統(tǒng)處于“休眠”狀態(tài)，當有車輛通過時令系統(tǒng)“蘇醒”過來并開始工作。這樣有兩大特點：一是RSU的工作壽命較長；二是可以有效避免鄰道干擾。在“抓拍線圈”和“落桿線圈”之間增加一個“存在線圈”，以防少數(shù)所謂“懂行”的人員與車輛，故意將未裝OBU車輛停放在此處，待后邊過來的裝有OBU的車輛交易完成，欄桿機抬桿瞬間搶先駛出，達到逃費的目的。數(shù)據(jù)處理方式采用同一時間只處理一個交易的方法完成，因為車輛通過車道的車速基本在40km／h以下，需要120s完成交易。

在ETC收費系統(tǒng)項目基本完成后，應進一步實現(xiàn)ETC自由流收費系統(tǒng)。自由流模式下環(huán)境更為復雜，存在車輛跟馳、并馳、超車和換道等行駛狀況，還存在通信區(qū)域重疊、車輛高速通行和車輛定位等技術(shù)問題，雖然GB／T 20851.2—2007對通信鏈路建立過程中的防碰撞機制作出了相應的規(guī)定，但我國目前用戶的車載單元不具備任何防碰撞機制。另一方面，ETC系統(tǒng)對交易時間有較高的要求，自由流電子收費中的車輛車速達到120km／h，要求RSU與OBU至少應在60s內(nèi)完成交易，但我國目前的系統(tǒng)設備如卡片運算處理時間慢，所以影響整個交易時間，這是自由流模式下需要解決的另一個技術(shù)難題。交通運輸部公路科學研究院的劉鴻偉在2011智能運輸大會分論壇上曾針對自由流收費系統(tǒng)的前端設備、后臺結(jié)算、發(fā)行系統(tǒng)、稽查系統(tǒng)及政策支持等全方位提出了多車道自由流收費系統(tǒng)實施的總體解決方案，可以借鑒。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)目標

盡管國內(nèi)目前還沒有將動態(tài)稱重技術(shù)與ETC技術(shù)相結(jié)合的應用，但實現(xiàn)載重車輛電子不停車收費系統(tǒng)勢在必行。項目總體建設目標是建立車輛識別、稱重和不停車收費等多技術(shù)相結(jié)合的高速公路電子不停車計重收費系統(tǒng)，在總目標下需要完成的具體目標如下：

a）將動態(tài)稱重技術(shù)應用到ETC中，實現(xiàn)車道的混合收費（MIC），解決目前ETC專用車道的占用問題，緩解收費出口壓力，快速放行高速公路使用者，處理擁堵造成的矛盾；

b）將雙稱臺專利技術(shù)應用到ETC中，提高收費車道的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，解決動態(tài)稱重技術(shù)存在的稱重精度問題，同時實現(xiàn)重量預警和冗余問題；

c）對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)改進，進一步提高稱重精度和系統(tǒng)運行效率，解決稱重穩(wěn)定性所組成的復磅問題和車輛超限超載問題；

d）將防作弊專利技術(shù)應用到ETC中，隨時識別作弊，并采用算法跟蹤分析，減少通行費率損失，彌補動態(tài)稱重技術(shù)缺陷，徹底解決托磅問題。

4 系統(tǒng)實施的社會效應

載重車輛公路電子不停車計重收費系統(tǒng)特別適合在高速公路和交通繁忙的橋梁、隧道使用。使用不停車計重收費不僅能夠節(jié)約用戶通過收費站時間，更主要的是減少油耗和污染物排放，大大提高行業(yè)的運輸能力，為支持國民經(jīng)濟建設產(chǎn)生直接效益。