高速公路不停車收費(fèi)（ETC）系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)分析

黃周平

摘要：近幾年隨著高速公路的建設(shè)發(fā)展，高速公路通信、監(jiān)控和收費(fèi)系統(tǒng)的市場規(guī)模高速增長，高速公路不停車收費(fèi)（ETC）系統(tǒng)的需求將逐年增加。雖然目前國內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)一部分的高速公路建立起了不停車收費(fèi)系統(tǒng)，但距離全面建設(shè)與應(yīng)用還有很大差距。對于高速公路不停車收費(fèi)（ETC）系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)作為不停車收費(fèi)的關(guān)鍵部分，在這之間起到重要作用。下文就高速公路不停車收費(fèi)（ETC）系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析，這日后高速公路事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高速公路 不停車收費(fèi) （ETC）系統(tǒng) 技術(shù)分析

前言

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC，Electronic Toll Collection System）[3]作為智能交通系統(tǒng)（ITS）的重要內(nèi)容，是國際上正努力開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋和隧道的電子自動收費(fèi)系統(tǒng)。是解決收費(fèi)道路停車收費(fèi)擁堵現(xiàn)象和提高服務(wù)水平的手段之一。高速公路ETC系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)路進(jìn)行收費(fèi)數(shù)據(jù)的處理，采用電子支付方式，自動完成車輛通行費(fèi)扣除的全自動收費(fèi)方式。實(shí)現(xiàn)不停車自動收費(fèi)的全電子收費(fèi)系統(tǒng)。

一、 ETC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

ETC在我國經(jīng)歷十多年的發(fā)展路程，技術(shù)較為成熟，達(dá)到國際先進(jìn)水平。根據(jù)我國路網(wǎng)現(xiàn)狀和ETC應(yīng)用實(shí)際，現(xiàn)在投入使用的ETC多采用先進(jìn)的5.8GHz微波頻段的DSRC技術(shù)，系統(tǒng)車載單元（OBU）則多采用兩片式電子標(biāo)簽和雙界面CPU卡相結(jié)合的方式，成功地實(shí)現(xiàn)車輛的不停車收費(fèi)。ETC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)為以下技術(shù)：①自動車輛識別（AVI Automatic Vehicle Identification ）技術(shù)②自動車型分類（AVI Automatic VehicleClassification）技術(shù)③短程通信（DSRC Dedicated Short Communication）技術(shù)④逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)（VES Video Enforcement System）⑤ETC的管理模式。

二、RFID射頻識別系統(tǒng)技術(shù)

2.1、射頻識別RFID的組成部分

射頻識別（Radio Frequency Identification）技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實(shí)現(xiàn)無線信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到目標(biāo)身份自動識別的技術(shù)。RFID 技術(shù)識別速度快，即使物體高速運(yùn)動一樣可以準(zhǔn)確識別，當(dāng)大量標(biāo)簽出現(xiàn)在識別范圍時(shí)會根據(jù)防碰撞原理對標(biāo)簽進(jìn)行一一識別，操作簡單，適應(yīng)性強(qiáng)。射頻識別系統(tǒng)通常由如圖1以下幾個(gè)部分組成：

2.2、射頻識別RFID 技術(shù)的基本工作原理

對于射頻識別系統(tǒng)的標(biāo)簽來說，接收天線相當(dāng)于等效有一個(gè)可變負(fù)載。當(dāng)射頻信號從讀寫器發(fā)出時(shí)，接收天線利用其可變的負(fù)載特性，將控制接收天線的反射信號，把相關(guān)應(yīng)答信息調(diào)制到反射的電磁波上。當(dāng)讀寫器接收到反射信號時(shí)，進(jìn)行解調(diào)獲取被識別的應(yīng)答信息，可以作為被識別物體的身份標(biāo)識。RFID的應(yīng)用非常廣泛，目前典型應(yīng)用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動化、物料管理、ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)等。RFID標(biāo)簽有兩種：有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽。

2.3、 RFID的標(biāo)準(zhǔn)體系及使用頻率

電子標(biāo)簽的工作頻率是RFID系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。射頻標(biāo)簽的工作頻率不僅決定著射頻識別系統(tǒng)工作原理（電感耦合還是電磁耦合）、識別距離，還決定著射頻標(biāo)簽及讀寫器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備的成本。RFID 標(biāo)準(zhǔn)體系主要由空中接口規(guī)范、物理特性、讀寫器協(xié)議、編碼體系、測試規(guī)范、應(yīng)用規(guī)范、數(shù)據(jù)管理、信息安全等標(biāo)準(zhǔn)組成。值得注意的是，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間缺乏達(dá)成一致的基礎(chǔ)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在積極推動RFID 應(yīng)用層面上的互聯(lián)互通。前RFID使用的頻率有6種，分別為135KHz以下、13.56MHz、433.92MHz、860M～930MHz（即UHF）、2.45GHz以及5.8GHz。其中低頻率的感應(yīng)距離較短以及讀取速度較慢，135KHz以下頻率為主。穿透能力好。廣泛應(yīng)用在會員卡、超市、門禁管制和防盜追蹤等。通訊距離10公分左右的近距離非接觸式IC卡發(fā)展快速。

三、RFID技術(shù)在高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)上的應(yīng)用

3.1、RFID系統(tǒng)分類

在ETC車道，僅僅靠入口、出口的信息記錄即可判斷出車輛的信息及出讓高速公路的行駛情況，準(zhǔn)確地對車輛進(jìn)行通行費(fèi)計(jì)算、征收、結(jié)算。利用RFID技術(shù)，通過在路段上建立標(biāo)識站對車輛上的RFID通行卡進(jìn)行無線標(biāo)識，從而達(dá)到精確標(biāo)識車輛、對車輛進(jìn)行不停車聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的目的。根據(jù)如下表（1）的RFID系統(tǒng)分類，目前應(yīng)用較多的是半自動式RFID收費(fèi)系統(tǒng)。

3.2、ETC復(fù)合通行卡工作原理：如圖3

（1）高速公路ETC車道/MTC車道入口讀卡。

a、MTC普通收費(fèi)車道

司機(jī)在普通高速路口路網(wǎng)入口車道處，收費(fèi)員人工判車型并手動輸入車道控制器，在車道控制器控制下，收費(fèi)員利用“Mifare-one卡”讀寫器將記錄入口信息的通行卡交給司機(jī)，由司機(jī)攜帶上路。確認(rèn)后電動欄桿開啟，車輛駛離。

b、ETC不停車收費(fèi)車道

司機(jī)在通過ETC車道時(shí)，不用停車進(jìn)行領(lǐng)卡、寫卡。在通過ETC車道時(shí)，通過安裝于ETC收費(fèi)站的RFID天線實(shí)時(shí)與ETC復(fù)合通行卡的RFID高頻接口通信，通過 RFID電子標(biāo)簽識別，對車輛信息進(jìn)行識別。向ETC管理中心發(fā)送車輛進(jìn)入高速公路信息，然后向銀行清算中心發(fā)出收費(fèi)信號，記錄入資金結(jié)算中心；向ETC復(fù)合通行卡的RFID電子標(biāo)簽寫入進(jìn)入高速公路信息。

（2）高速公路標(biāo)識站記錄（僅限于ETC車道，MTC車道不建立標(biāo)識站）

ETC車道在路側(cè)建有多個(gè)標(biāo)識站，路側(cè)標(biāo)識站具有遠(yuǎn)距離（0～200m）、大范圍、高可靠性通信能力；車輛可自由高速通行；通過遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一管理，包括參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查詢、在線升級等；車輛行駛至具有標(biāo)識站的路段時(shí)，通過安裝于標(biāo)識站的RFID天線實(shí)時(shí)與ETC復(fù)合通行卡的RFID高頻接口通信，通過 RFID電子標(biāo)簽識別，記錄分析時(shí)間段內(nèi)進(jìn)入高速公路的車輛信息。數(shù)據(jù)匯總進(jìn)入ETC管理中心，ETC管理中心通過對天氣、路況、車輛信息等因素進(jìn)行綜合分析，從而有效的調(diào)控高速公路通行。

（3）出口讀卡收費(fèi)。

a、MTC車道：車輛行駛至路網(wǎng)MTC出口車道， 司機(jī)把ETC復(fù)合通行卡交回給收費(fèi)員， 收費(fèi)員將司機(jī)遞交的通行卡置于讀寫器的讀寫區(qū)域內(nèi)，收費(fèi)員手動輸入車型，讀出通行卡上記錄的車型、入口地址、時(shí)間、工號等入口信息，外部金額顯示器顯示應(yīng)收通行費(fèi)。收費(fèi)員按車輛行駛里程收取通行費(fèi)，確認(rèn)無誤后打印收據(jù)交給司機(jī)，信息自動輸入車道控制器，自動欄桿開啟，車輛駛離。

b、ETC車道：車輛行駛至路網(wǎng)ETC出口車道，直接通過固定于車輛前擋風(fēng)玻璃的電子標(biāo)簽，通過RFID讀寫器，讀出ETC復(fù)合通行卡的信息，然后向ETC管理中心發(fā)送車輛開出高速公路信息，向銀行清算中心發(fā)出收費(fèi)信號，記錄入資金結(jié)算中心進(jìn)行后臺結(jié)算。

就目前，復(fù)合通行卡主要在廣東省粵東路段的試點(diǎn)運(yùn)行對通行卡現(xiàn)金收費(fèi)測試的成功標(biāo)識精度經(jīng)人工修正后達(dá)到92%，對于非現(xiàn)金通行費(fèi)和不能成功標(biāo)識路徑的現(xiàn)金通行費(fèi)，需要根據(jù)統(tǒng)計(jì)路徑識別成功的現(xiàn)金通行費(fèi)得出的比例進(jìn)行分配，總體上是通過對特定的現(xiàn)金收費(fèi)車輛采樣進(jìn)行通行費(fèi)比例分配。

結(jié)束語：RFID相關(guān)技術(shù)作為ETC系統(tǒng)技術(shù)的主體，其中 RFID技術(shù)在高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)上的應(yīng)用極其重要。上文對RFID技術(shù)的基本工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)微分析，對高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步研究；在分析RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的需求，對高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)中使用RFID所產(chǎn)生的碰撞現(xiàn)象也提出了一些問題，希望高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的熱點(diǎn)問題和將來的發(fā)展方向得到快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋傳平.我國高速公路交通控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[J].公路交通技術(shù)，2004，（1）

[2]谷云輝，李伯勇，胡永志，叢廣巖.基于RFID技術(shù)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)在吉林省高速公路的應(yīng)用[A]；中國高速公路管理學(xué)術(shù)論文集（2009卷）[C]； 2009年

[3]馬向東，楊玉文，郭志剛.高速路網(wǎng)收費(fèi)一卡通[J].黑龍江交通科技.2001，2（90）