ETC不停車收費系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

汪毅

摘 要：不停車收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection System，簡稱為ETC系統(tǒng)）利用專用短程微波通信技術(shù)（簡稱為DSRC），通過收費車道或路側(cè)單元（RUS）與車載單元（OBU）交換信息，然后通過終端計算費額，完成不停車電子賬戶收費。在不停車收費系統(tǒng)的實際使用時，希望及時高效地完成過車交費業(yè)務(wù)，并使客戶能夠完全接受這種新的收費方式。ETC不停車收費系統(tǒng)由自動車輛識別、自動車型分類、逃費抓拍三個部分組成。

關(guān)鍵詞：ETC車道系統(tǒng) 車型分類識別 車牌識別 逃費抓拍系統(tǒng)

中圖分類號：TP872 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0153-02

1 不停車收費系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在不停車收費系統(tǒng)的實際使用時，希望及時高效地完成過車交費業(yè)務(wù)，并使客戶能夠完全接受這種新的收費方式。ETC不停車收費系統(tǒng)由以下3個部分組成。

（1）自動車輛識別系統(tǒng)需要所通過的車輛帶有電子標(biāo)簽，當(dāng)汽車駛過高速公路車道時，車道旁的微波天線就與電子便簽進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，驗證用戶信息和車輛信息，判斷是否為正常狀況，是否可以讓車輛通過。

（2）自動車型分類系統(tǒng)是讓車輛駛過地面安裝有大量傳感器的高速公路路段，將傳感器所檢測到的數(shù)據(jù)與RFID中所記憶的信息相比對，確定無誤后就進(jìn)行扣費交易。

（3）逃費抓拍系統(tǒng)是用來抓拍未付費強行闖關(guān)的車輛，攝像頭攝取到車輛的車型數(shù)據(jù)及車牌數(shù)據(jù)，交予交管部門進(jìn)行處理。

2 不停車收費系統(tǒng)的分類

不停車收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection System，簡稱為ETC系統(tǒng)）利用專用短程微波通信技術(shù)（簡稱為DSRC），通過收費車道或路側(cè)單元（RUS）與車載單元（OBU）交換信息，然后通過終端計算費額，完成不停車電子賬戶收費。不停車收費方式有兩種：事后收費方式及同步扣費方式。

2.1 事后收費方式

系統(tǒng)主要還是通過IC卡進(jìn)行扣費。具體操作過程是：當(dāng)裝載有電子IC卡的車輛經(jīng)過收費站時，裝載在道路兩側(cè)的設(shè)備識別并讀取IC卡信息，然后后臺的計算機管理系統(tǒng)將讀取的IC卡內(nèi)存儲的車輛信息和車主信息與終端進(jìn)行核對，核對無誤后將車輛的通過時間及收取的通行費額等信息記錄備案，事后在該車輛IC卡賬戶上收取相應(yīng)的費用，從而實現(xiàn)一次完整的收費過程。

2.2 同步扣費方式

該系統(tǒng)除了需要前面所使用到的IC卡之外還要使用到車載POS機。操作過程是：車輛上裝載有POS機，然后將IC卡插入POS機內(nèi)進(jìn)行讀取，當(dāng)車輛以這樣的狀態(tài)通過站臺時，收費站臺設(shè)備通過第一區(qū)域天線發(fā)出微波信號，喚醒車內(nèi)POS機，使其將POS機號、車型、IC卡號、信用卡資金等信息發(fā)送給站臺設(shè)備，站臺的電腦確認(rèn)信息無誤后，就可以允許POS機扣費了。隨后車輛進(jìn)入下一個區(qū)域，站臺設(shè)備判斷POS機是否成功扣費，若成功站臺設(shè)備就對車輛進(jìn)行放行，將通行時間、所扣金額等信息記錄下來，方便用戶之后聯(lián)網(wǎng)查詢，并完成一次自動收費過程。

同步扣費方式由于在車輛通過時就立即扣取通行費用，需要交換較多的信息數(shù)據(jù)，對車道設(shè)備的要求也較高，還要求車輛上配有專用的POS機，比較麻煩，并且還需要大量的資金投入建設(shè)，因此，使用得不是很廣泛。

3 不停車收費系統(tǒng)的組成與工作原理

3.1 ETC車道系統(tǒng)構(gòu)成

聯(lián)網(wǎng)收費是目前主要的收費方式，ETC系統(tǒng)是聯(lián)網(wǎng)收費的一部分。ETC系統(tǒng)由兩部分組成，即站級子系統(tǒng)和車道級子系統(tǒng)。站級子系統(tǒng)主要指的是后臺的計算機終端，而車道級子系統(tǒng)則指的是ETC系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要有以下3個方面。

（1）高速公路過車無需停車，可以直接快速通過。

（2）進(jìn)行非現(xiàn)金式的電子支付。

（3）緩解了交通擁堵帶來的壓力。

3.3 系統(tǒng)工作流程

當(dāng)車輛進(jìn)入車道后，車輛首先會觸碰到1級觸發(fā)線圈，系統(tǒng)開始工作，站臺側(cè)的微波天線被激活，試著識別電子標(biāo)簽，如果標(biāo)簽內(nèi)的信息有效，則嘗試完成通行費扣費，如果識別為無效信息后，交通信號燈顯示為紅色，同時系統(tǒng)控制自動欄桿將車道封閉起來，迫使車輛駛離ETC車道，轉(zhuǎn)入MTC車道。當(dāng)交易成功后，交通信號燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，欄桿會自動抬起，費額顯示器上會顯示交易金額，隨后，車輛通過捕獲線圈，攝像頭進(jìn)行圖像采集，最后車輛通過線圈落桿線圈，欄桿自動回落，交通信號燈變成紅色，系統(tǒng)保存交易記錄，并把它上傳到收費站的服務(wù)器，接著等待下一輛車的進(jìn)入。

4 ETC系統(tǒng)的主要技術(shù)

4.1 車型分類識別

自動車型分類系統(tǒng)是ETC系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要功能是檢測并核對車型信息。它的功能可以概括如下。

對于收費系統(tǒng)，我們針對不同的車型有不同的計費額。在過去的人工收費系統(tǒng)中，我們通過人工方式實現(xiàn)車型分類，而在不停車收費系統(tǒng)中，車型分類工作是由專門的硬件設(shè)備和計算機系統(tǒng)聯(lián)合完成的。

自動車型分類系統(tǒng)是通過架設(shè)在車道上的傳感器來檢測汽車的外部信息，并將這些信息用軟件來識別并確定車型。將已經(jīng)確定了車型的車輛有關(guān)信息發(fā)送到車道收費系統(tǒng)，系統(tǒng)可將車型相關(guān)數(shù)據(jù)和收費相關(guān)事宜聯(lián)系起來。在原始的人工收費系統(tǒng)中，是先通過收費工作人員確定車型，然后通過自動車輛分類系統(tǒng)進(jìn)行檢驗。而在電子不停車收費系統(tǒng)中，自動車型分類系統(tǒng)主要是用來計算費額的，以及核對所通過車輛的車型是否與存儲在車載電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)一致，以確定是否存在用戶交換使用電子標(biāo)簽的現(xiàn)象[2]。

在實際的電子不停車收費系統(tǒng)應(yīng)用中，我們需要仔細(xì)考慮新型的自動車輛分類技術(shù)是否可以勝任費額計算，但它至少可以作為車型抽檢的一個補充。

車輛識別系統(tǒng)的硬件主要由CCD相機、圖像采集卡、車型識別計算機組成。CCD攝像機將捕捉到的視頻信號傳輸?shù)綀D像采集卡，圖像采集卡再將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號發(fā)送給車型識別計算機處理，經(jīng)過對運動目標(biāo)的檢測和分割，提取特征值并識別出車型來。

4.2 車牌識別

逃費抓拍的一項主要任務(wù)是捕捉到高清晰度的圖像，用它來提取車輛的車牌數(shù)據(jù)，包括車牌號、車型、所在地區(qū)等。我們利用這些信息，可以連接到當(dāng)?shù)剀嚬芩鶖?shù)據(jù)庫找到逃費車主。目前，光學(xué)字符的識別技術(shù)已取得一定成果。將車牌識別技術(shù)與光學(xué)字符識別技術(shù)相融合，是現(xiàn)在一個迫在眉睫的問題。

車牌識別技術(shù)中存在一個關(guān)鍵的問題，就是識別的準(zhǔn)確度問題。不同的車牌設(shè)計、印刷以及其他人為因素造成的原因，比如車牌被弄臟、損壞，或者人為地?fù)踝≤嚺频默F(xiàn)象，都給識別車牌工作帶來了困難。

4.3 逃費抓拍系統(tǒng)

逃費抓拍系統(tǒng)是抓拍未能成功交費的車輛。在ETC系統(tǒng)的具體使用中，它主要是抓拍獲準(zhǔn)使用了ETC車道，但沒有正確使用ETC電子標(biāo)簽的車輛車牌照。收集這些信息的目的是檢查車輛的車牌號碼，幫助事后搜尋和處理。當(dāng)未交易通行費用的車輛通過檢測線圈時，線圈檢測出來后向攝像頭發(fā)送信息進(jìn)行抓拍。當(dāng)車輛逃費時，除要交清正常收費金額外，還需要補交罰款以示懲戒。而對拒付費的車主，可直接將其移交當(dāng)?shù)厮痉ú块T處理。

逃費抓拍系統(tǒng)通常采用的技術(shù)如下：

（1）照相機技術(shù)。

早期對車輛的逃費抓拍，都是人工使用照相機來對車輛進(jìn)行抓拍。這種方法需要人工提取汽車牌照信息，需要巨大的勞動量，現(xiàn)在逐漸已被市場淘汰。

（2）攝像技術(shù)。

錄像帶攝像（VCR）是在相機之后使用的抓拍技術(shù)。通常拍攝錄像后可以反復(fù)回放，提取出車牌信息。同時又由于是動態(tài)圖像，可以查看出車輛的運行軌跡。但是，這種方式通常是在傳統(tǒng)的人工收費系統(tǒng)中廣泛使用，需要收費人員付出較多的辛勤勞動才能檢測出來。

（3）數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)。

數(shù)字圖像抓拍存儲技術(shù)是一種比較先進(jìn)的技術(shù)。這種數(shù)字系統(tǒng)的優(yōu)點是能提取出數(shù)字圖像，利用計算機技術(shù)將信息存儲，并將其傳輸?shù)竭h(yuǎn)程存儲單元。除此之外，把車牌識別技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合起來，可以起到雙贏的目的。車牌識別技術(shù)使用數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)自動判別車牌在圖像中的位置，讀取車牌號并將其存儲起來。這樣就避免了繁重的人工操作，并且還降低了不停車收費系統(tǒng)的運營成本。

4.4 信息融合技術(shù)

信息融合是將多個信息源得到的數(shù)據(jù)融合在一起，可得到比單一的信息源更豐富的信息。

ETC系統(tǒng)在使用中可以將IC卡數(shù)據(jù)、車輛檢測器以及攝像設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行多數(shù)據(jù)融合。主要目的是將對車型、車牌進(jìn)行識別得出的數(shù)據(jù)，與IC卡存儲的信息相比對，實現(xiàn)多信息的融合。這樣可以將三重證據(jù)（IC卡號、車牌、車型）融合為二重證據(jù)（車牌+車型、IC卡號+車型），可以很好地避免信息采集過程中的誤差、減少噪聲和人為因素的干擾。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 高文娟，唐斌.高速公路不停車收費系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技資訊，2008（8）：209-210.

[3] 宋少威.淺談高速公路不停車收費系統(tǒng)[J].北方交通，2007（6）：164-166.

[4] 王嬌蕾，郭皓.電子不停車收費系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].黑龍江交通科技，2007，5（12）：133.