高速公路收費站ETC收費系統(tǒng)及其應(yīng)用

孫嘉潞

摘 要：為了提高ETC系統(tǒng)建設(shè)的整體水平，使得新疆地區(qū)新建ETC系統(tǒng)的使用效率和應(yīng)用水平得到保證，在對當(dāng)前大部分地區(qū)ETC收費系統(tǒng)應(yīng)用過程中存在的主要問題進行論述的基礎(chǔ)上，就ETC收費車道與人工收費車道之間的合理設(shè)置問題提出了對應(yīng)的改良意見和優(yōu)化策略。最后，以提高新疆地區(qū)在建高速公路收費站ETC收費系統(tǒng)的整體應(yīng)用水平為目的，提出了相關(guān)的系統(tǒng)建設(shè)建議，對新建ETC系統(tǒng)架設(shè)以及應(yīng)用起到了對應(yīng)的參考作用。

關(guān)鍵詞：ETC 收費系統(tǒng) 信號盲區(qū) 系統(tǒng)應(yīng)用

中圖分類號：U495 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0016-02

隨著新疆地區(qū)高速公路系統(tǒng)的日益完善以及乘用車保有數(shù)量的迅速增加，傳統(tǒng)的人工收費模式已經(jīng)不能完全適應(yīng)交通事業(yè)的發(fā)展，甚至在一定程度上阻礙了當(dāng)前高速公路系統(tǒng)的持續(xù)建設(shè)，容易造成收費站車輛排隊、交通擁堵、環(huán)境污染以及交通事故等問題。這些因素和問題直接限制了新疆地區(qū)高速公路的整體運營效益以及公路的車輛通行能力。而當(dāng)前解決該方法的有效措施即使用非現(xiàn)金的費用支付方式，利用當(dāng)前先進的電子手段和通信技術(shù)，使得車輛不需要停車就能夠自動收取通行費用，即ETC技術(shù)。當(dāng)前，新疆大部分地區(qū)的ETC系統(tǒng)依然處于在建狀態(tài)，還沒有形成完善的ETC收費網(wǎng)絡(luò)。為了充分發(fā)揮該系統(tǒng)的優(yōu)越性，為在建ETC系統(tǒng)提供詳細的技術(shù)依據(jù)，需要在探討其基本工作原理的基礎(chǔ)上，分析其應(yīng)用過程中存在的主要問題，并提出對應(yīng)的優(yōu)化解決方案及相關(guān)建議，從而實現(xiàn)新建ETC收費系統(tǒng)整體應(yīng)用能力和應(yīng)用水平的提高，為新疆地區(qū)高速公路系統(tǒng)以及智能交通系統(tǒng)的建設(shè)提供有效的基礎(chǔ)支撐。

1 ETC收費系統(tǒng)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

ETC（Electronic Toll Collection System）電子收費系統(tǒng)，因為使用后不需要停車即可以自動收費，而又被稱作不停車收費系統(tǒng)。該種系統(tǒng)是當(dāng)前世界上最先進的路橋收費系統(tǒng)方式，其通過利用專門的短程微波通訊技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)ETC系統(tǒng)架構(gòu)中，公路路側(cè)單元（RSU）與隨車單元 （OBU）之間信息的實時交換，從而對進入閘口的車輛進行識別，之后利用計算機聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行的后臺系統(tǒng)進行實時結(jié)算處理，最終達到車輛通過路橋收費閘口不需要停車即能夠?qū)崿F(xiàn)繳費的目的。該種收費系統(tǒng)完全采用全自動收費方式，是當(dāng)前國內(nèi)以及國際上正廣泛推廣的一種無人值守收費站建設(shè)子系統(tǒng)之一，能夠在公路、大型橋梁以及隧道等處進行不停車收費。從該套系統(tǒng)的發(fā)明以及應(yīng)用來看，其在國外已經(jīng)有較長的發(fā)展實踐，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及通信技術(shù)的不斷成熟，在近些年來已經(jīng)成為了大多數(shù)國家和地區(qū)進行電子收費系統(tǒng)建設(shè)和收費系統(tǒng)改造的首選方式之一。當(dāng)前，我國國內(nèi)的不停車收費系統(tǒng)正處于初步探索以及發(fā)展的階段，并建立了告訴公路電子收費應(yīng)用的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20851，為ETC系統(tǒng)的建設(shè)提供了標(biāo)準(zhǔn)的樣本，各個地區(qū)的高速系統(tǒng)建設(shè)過程中必須參照該系統(tǒng)，并已經(jīng)完成了ETC收費系統(tǒng)車道的試點，開始進入到全面建設(shè)的階段。

2 ETC收費系統(tǒng)的基本工作原理

ETC收費系統(tǒng)通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃位置的隨車電子標(biāo)簽（車載單元）OBU（on-Board unit），從而與高速公路的收費站ETC專用車道的微波天線之間建立起對應(yīng)的短程通訊通道（DSRC，Dedicated short Range communication），從而完成對駛?cè)胲嚨赖能囕v自動識別以及對應(yīng)的通行費用收取，在整個過程中通過利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行的后臺結(jié)算處理系統(tǒng)進行信息交換，達到不停車自動扣費的目的。當(dāng)前，典型的ETC系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖1所示。

一個完善的ETC系統(tǒng)主要包括專用的ETC收費車道、管理中心、收費站管理系統(tǒng)、車道控制設(shè)備、費用收取顯示設(shè)備、專用銀行系統(tǒng)、自動欄桿設(shè)備、車輛檢測設(shè)備以及信息傳輸網(wǎng)絡(luò)幾個部分。當(dāng)裝有OBU的車輛駛?cè)雽Ｓ玫氖召M通道之后，設(shè)置在專門收費架位置的車輛檢測設(shè)備即對該車輛的OBU進行掃描，讀取設(shè)備中的相關(guān)信息，將設(shè)備芯片中的相關(guān)信息，包括車輛類型、牌照、進入高速公路地點/時間等一一記錄下來；當(dāng)車輛駛離高速公路時，則出口的檢測設(shè)備對OBU芯片進行再次掃描，并通過比對上次的讀取信息，得到該車輛在高速公路上行駛的時間、具體里程以及需要繳納的費用等。并結(jié)合車載OBU單元中記錄的車輛用戶信息，例如車型、車牌、姓名以及銀行賬戶，在后續(xù)的幾秒鐘之內(nèi)完成賬戶的結(jié)算操作。在整個過程中，車主不需要停車取票、繳費等，大大的縮短了車輛通過收費閘口的時間，有效的避免了收費站堵塞以及環(huán)境污染等問題。

3 新疆地區(qū)在建ETC系統(tǒng)應(yīng)該關(guān)注的幾個主要問題

為了保證新疆地區(qū)新建ETC系統(tǒng)的建設(shè)水平，需要分析當(dāng)前其他區(qū)域建設(shè)和使用ETC系統(tǒng)過程中存在的主要問題，以此作為后續(xù)新建ETC系統(tǒng)的技術(shù)參考。從當(dāng)前國內(nèi)部分地區(qū)ETC系統(tǒng)應(yīng)用的實際情況來看，ETC系統(tǒng)存在的問題主要包括如下幾個方面。

3.1 長通信區(qū)存在的跟車干擾情況

由于ETC收費系統(tǒng)的通信區(qū)大致在自動欄桿前的2～10m之間，由于該區(qū)域設(shè)置范圍較大，導(dǎo)致在該區(qū)域中存在著多輛車輛的問題。而當(dāng)前面的車輛沒有完成正常的繳費操作時，會出現(xiàn)前面車輛被放行通過，而后面車輛被失誤攔截的問題。

3.2 短通信區(qū)存在的通行速度較低的情況

設(shè)置的短通信區(qū)通常位于自動欄桿前的1～6.6 m之間，當(dāng)進行通行費用交易的過程中，車輛距離欄桿較近，這時車輛必須緩慢通過欄桿才能正常的完成相關(guān)交易，否則會出現(xiàn)沖卡的問題。這在很大程度上降低了車輛的通行效率，不利于ETC系統(tǒng)的廣泛推廣和應(yīng)用。

3.3 信號盲區(qū)問題

在自動欄桿前方存在通信盲區(qū)問題，這主要是當(dāng)前的ETC系統(tǒng)微波天線通常設(shè)置在欄桿前方位置2 m處，而隨車OBU設(shè)備與天線接收之間存在的特定方向問題，使得車載的OBU系統(tǒng)在微波天線的下方不能正常的進行通信信息交換。通常，正常的通信區(qū)域在欄桿的前方2 m位置處，當(dāng)通過車輛速度過快，或者因為其他問題而導(dǎo)致在該通信區(qū)域中沒有完成交易就進入到欄桿前的信號盲區(qū)時，導(dǎo)致欄桿沒有自動升起，從而使得收費交易不能完成，限制了車輛的通信速度。

3.4 車道內(nèi)需要倒車的問題

由于不同的ETC系統(tǒng)在應(yīng)減少設(shè)備方面存在一定的差異性，而且使用的OBU單元存在性能差異的問題，加之車輛通過車道時的行為較為復(fù)雜，導(dǎo)致車輛ETC系統(tǒng)在實際的應(yīng)用過程中存在著需要倒車才能夠正常交易處理的問題。這對于在通行高峰期的高速公路而言，容易引發(fā)車道堵塞的問題，不能將ETC系統(tǒng)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

3.5 其他相關(guān)問題

當(dāng)前，ETC系統(tǒng)還不能用于貨車，而且系統(tǒng)在建設(shè)初期存在著投資成本高的問題，在一定程度上限制了ETC系統(tǒng)的大范圍推廣與應(yīng)用。另外，雖然ETC系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)有對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)前依然存在著系統(tǒng)間的兼容問題。這對于大范圍應(yīng)用ETC系統(tǒng)之后的高速系統(tǒng)管理而言是一個嚴(yán)重的隱患，不利于ETC系統(tǒng)的建設(shè)和推廣，同時也會給未來智能交通系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展帶來系統(tǒng)架構(gòu)隱患。

4 新疆地區(qū)在建ETC系統(tǒng)優(yōu)化和改良的具體策略

ETC系統(tǒng)是當(dāng)前最為先進的智能交通收費系統(tǒng)之一，其在應(yīng)用的過程中雖然存在著上述諸多的問題，但是其依然不會限制其在全國范圍內(nèi)廣泛的推廣和應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，為了避免上述問題，除了需要對系統(tǒng)自身進行對應(yīng)的改良之外，還需要對與ETC系統(tǒng)相配套的車道以及車輛排隊方式等進行對應(yīng)的優(yōu)化和改良，達到提高ETC系統(tǒng)整體使用效率和應(yīng)用水平的目的。

從理論上講，與人工收費方式相比，ETC系統(tǒng)能夠?qū)⑹召M效率提高5～10倍。但是，從ETC系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況來看，雖然在系統(tǒng)的架設(shè)過程中存在著不合理的問題，例如車道設(shè)置不合理、車輛排隊過程過于隨意，都會迅速降低通行效率，使得ETC系統(tǒng)的潛力不能得到充分發(fā)揮。在實際的應(yīng)用過程中，在安裝ETC系統(tǒng)之后，因為系統(tǒng)設(shè)置不合理而造成的收費效率提高不明顯的問題比比皆是。若ETC專用車道的使用效率不能得到提高，將會減少本來就緊張的人工收費車道數(shù)量，使得人工收費車道車輛的延誤數(shù)量增加，不但造成了ETC車道的閑置與資源的浪費，而且導(dǎo)致人工收費車道擁堵問題進一步惡化。因此，在建設(shè)ETC收費系統(tǒng)的過程中，必須針對ETC技術(shù)及其應(yīng)用進行深入研究，分析系統(tǒng)應(yīng)用過程中存在的主要問題，對ETC系統(tǒng)與人工收費車道之間的比例進行合理設(shè)置，從而保證整體收費效率最高。

雖然通過擴大車道以及增加車道的數(shù)量能夠顯著改善收費站的收費通行效率，但是由于車道的數(shù)量通常是固定不變的，為了能夠滿足日益增加的車輛通行需求，必須提高收費效率，保證車輛的通行速度。因此，未來不停車收費必將成為以后收費站建設(shè)的主流方式，但是考慮到擁堵高峰的客觀存在，人工收費車道必將會在相當(dāng)長的一段時間與ETC收費車道并存，這不但能夠顯著減少成本，而且能夠提高高速公路的收費效益。這時，就需要考慮車道的最佳配置問題，要避免由于ETC車道的使用率過低而導(dǎo)致效率過低的問題。總之，為了保證ETC系統(tǒng)的應(yīng)用水平得到充分發(fā)揮，必須保證ETC車道與人工收費車道兩者之間的關(guān)系得到合理處理，使得各方資源得到最佳配置，使得交通通行效益得到最大化的發(fā)揮。

5 高速公路新建ETC收費系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用的具體策略

5.1 基于技術(shù)應(yīng)用提高系統(tǒng)兼容性

由于當(dāng)前大多應(yīng)用的ETC系統(tǒng)當(dāng)中，其主要包括通信收費系統(tǒng)、車輛識別系統(tǒng)以及車載設(shè)備等，其通常來自于不同的設(shè)備供應(yīng)商和技術(shù)提供服務(wù)上。雖然其在設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計過程中都基于對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進行了對應(yīng)的設(shè)計，但是在部分細節(jié)方面依然存在著標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，在使用的過程中會出現(xiàn)不兼容的先喜愛那個，導(dǎo)致信息不能夠正常的交換，使得ETC最終的功能不能得到實現(xiàn)。所以，提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性，對相關(guān)的細節(jié)環(huán)節(jié)予以一一規(guī)范，保證技術(shù)的相互兼容是未來ETC應(yīng)用改革的重要內(nèi)容。

5.2 確保區(qū)域范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

對于ETC系統(tǒng)而言，其在運行過程中必須得到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相關(guān)支持，通過建立全國范圍內(nèi)的高速公路收費站通信網(wǎng)絡(luò)互連才能夠為ETC系統(tǒng)的推廣及應(yīng)用提供完善的技術(shù)支持。但是，當(dāng)前我國還有部分地區(qū)的高速公路系統(tǒng)依然實現(xiàn)區(qū)域化的互聯(lián)網(wǎng)連接，尤其是在西部區(qū)域，該現(xiàn)象較為明顯。這時，通過完善移動運營商的管理機制，將ETC系統(tǒng)納入到GSM網(wǎng)絡(luò)中，使得高速公路通信網(wǎng)絡(luò)的全方位覆蓋將是一個有效的方式。

5.3 保證用戶信息安全程度

在ETC系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，RFID數(shù)據(jù)的保密性和安全性逐步成為了人們所關(guān)注的問題。同時，在車載電子標(biāo)簽當(dāng)中，因為其中保存著自身的基本信息、車輛詳細信息等，具備對應(yīng)的隱私性。同時，由于電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀取工作主要是通過閱讀器完成的，其發(fā)射的無線射頻具有出發(fā)功能，若使用相同頻率的閱讀器發(fā)射頻率，對應(yīng)的標(biāo)簽都將會作出對應(yīng)的反應(yīng)，并進行對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。從當(dāng)前ETC系統(tǒng)使用的加密方法來看，并不能保證其在非正常狀態(tài)下所發(fā)射的數(shù)據(jù)信號得到保密。因此，如何保證數(shù)據(jù)的安全性以及用戶信息的隱私將是未來數(shù)據(jù)安全管理的重要方向。

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