電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)的設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用

王艷

摘要：電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）作為高速公路收費(fèi)站的一項(xiàng)重要組成部分，在簡(jiǎn)化收費(fèi)站作業(yè)流程、降低來(lái)往車輛管理壓力等方面具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。ETC在實(shí)際運(yùn)作中，主要運(yùn)用了車輛自動(dòng)識(shí)別、車輛檢測(cè)等技術(shù)手段，具有較高的識(shí)別精度。現(xiàn)階段的ETC應(yīng)用中還存在一些不完善的地方，例如鄰道信號(hào)干擾等。在今后的應(yīng)用中，要通過(guò)繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化、使用新型電子設(shè)備等措施，提高ETC的實(shí)用效果。

關(guān)鍵詞：ETC;高速公路;車輛自動(dòng)識(shí)別;鄰道干擾

中圖分類號(hào)：R47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化管理，是我國(guó)高速公路管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。截至2018年底，ETC用戶規(guī)模已經(jīng)達(dá)到6500萬(wàn)，覆蓋了國(guó)內(nèi)大多數(shù)高速公路收費(fèi)站。在技術(shù)不斷發(fā)展和高端設(shè)備研發(fā)的支持下，需要根據(jù)實(shí)際需求對(duì)ETC設(shè)計(jì)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，以便更好地發(fā)揮其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，從而更好地服務(wù)于高速公路管理工作。

1 高速公路ETC工作原理

ETC系統(tǒng)的工作流程主要是在車輛身上安裝一個(gè)攜帶車輛信息的標(biāo)簽，在車輛進(jìn)入高速公路之后，系統(tǒng)通過(guò)讀寫電子標(biāo)簽攜帶的信息，獲取車輛相關(guān)信息，在車輛還未進(jìn)入收費(fèi)站路段時(shí)便已識(shí)別車輛的車型、車軸距、車高等信息。車輛經(jīng)過(guò)收費(fèi)車道時(shí)不需要停車，只需要將車速保持在一定的范圍內(nèi)，通過(guò)車輛安裝的電子標(biāo)簽就可以和收費(fèi)站門架上的天線進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的交換，并通過(guò)預(yù)先關(guān)聯(lián)的銀行賬號(hào)完成自動(dòng)繳費(fèi)。

2 ETC應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1降低了收費(fèi)站運(yùn)營(yíng)成本

高速公路普通收費(fèi)站的運(yùn)營(yíng)成本，主要包括前期的建設(shè)費(fèi)用以及后期的人員費(fèi)用。相比之下，ETC專用車道只需要安裝讀取器等電子設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)收費(fèi)功能，其成本大幅度降低。從工作流程上來(lái)看，普通車道的車輛需要提前減速、停車，取卡后等待升降桿升起，然后才能順利通過(guò)。如果是車輛駛出高速公路，還需要增加收付款環(huán)節(jié)，因此整個(gè)流程需要至少30s時(shí)間。如果遇到節(jié)假日等車流高峰，高速公路收費(fèi)站發(fā)生堵車現(xiàn)象十分常見(jiàn)。而ETC專用車道則可以保證車輛不停車通過(guò)，不會(huì)出現(xiàn)擁堵等問(wèn)題，直接減輕了收費(fèi)站的工作壓力。

2.2符合綠色交通理念

汽車尾氣排放是導(dǎo)致霧霾天氣、造成空氣污染的罪魁禍?zhǔn)字?。就汽車行駛狀態(tài)來(lái)說(shuō)，勻速行駛下尾氣排放量最少，在啟動(dòng)、加減速時(shí)尾氣排放量明顯增加。在收費(fèi)站普通車道中，汽車需要減速停車，然后再加速駛出。如果遇到堵車情況，還需要頻繁熄火、啟動(dòng)，尾氣排放要比高速行駛高出十幾倍甚至幾十倍。相比之下，選擇ETC專用通道，汽車可以無(wú)障礙通過(guò)。隨著ETC技術(shù)的發(fā)展，目前收費(fèi)站多數(shù)安裝了先進(jìn)設(shè)備的ETC專用車道，最高允許通車速度達(dá)到了80km/h，與高速勻速行駛狀態(tài)差距不大，尾氣排放量處于中低水平，有利于減少空氣污染。

3 ETC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

對(duì)過(guò)往車輛的自動(dòng)、快速和精確識(shí)別，是ETC應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的原理是，利用安裝在ETC車道上方的讀取器，讀取進(jìn)入感應(yīng)區(qū)車輛的電子標(biāo)簽。該電子標(biāo)簽相當(dāng)于人的身份證，一車一簽，包含了該車輛的基本信息，如車輛型號(hào)、大小、座位數(shù)等等。然后經(jīng)過(guò)高速公路收費(fèi)站全國(guó)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，獲取該車輛駛?cè)敫咚俟返奈恢?，通過(guò)計(jì)算得出需要收取的高速公路行車費(fèi)用。由于ETC專用車道的行車速度較快，車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)還需要搭配高速信息處理系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理。

3.2數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

在一些車流量較多的樞紐收費(fèi)站，ETC系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息較多，并且為了方便后期查詢，還需要將這些數(shù)據(jù)信息暫時(shí)存儲(chǔ)一段時(shí)間。久而久之，這些數(shù)據(jù)信息也會(huì)占用較大的存儲(chǔ)空間，甚至?xí)下鼸TC系統(tǒng)的運(yùn)行速率。為解決這一問(wèn)題，在ETC設(shè)計(jì)中引進(jìn)了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，在一些中小型收費(fèi)站使用SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性強(qiáng)，所有服務(wù)器均可訪問(wèn)，雖然存儲(chǔ)容量較小，但是基本可以滿足小型收費(fèi)站的使用需求。在一些大型樞紐收費(fèi)站，則使用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，其特點(diǎn)是可拓展性較強(qiáng)，具有數(shù)據(jù)批量處理能力，目前在我國(guó)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。

3.3車輛檢測(cè)技術(shù)

早期的ETC系統(tǒng)中，需要使用3個(gè)感應(yīng)線圈，配合完成車輛的檢測(cè)，分別是：（1）觸發(fā)線圈，當(dāng)車輛進(jìn)入到ETC感應(yīng)區(qū)后，觸發(fā)線圈工作，激活整個(gè)ETC系統(tǒng);（2）抓拍線圈，獲取車輛信息，并完成高分辨率的拍照，將圖像信息傳輸?shù)胶笈_(tái)進(jìn)行處理，識(shí)別后獲取繳費(fèi)信息，自動(dòng)完成扣費(fèi);（3）落（升）桿線圈，如果扣費(fèi)成功，則自動(dòng)升起欄桿，否則欄桿處于落下?tīng)顟B(tài)。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)階段收費(fèi)站所用的ETC系統(tǒng)中，主要在ETC專用通道的出入口安裝兩個(gè)地感線圈，這樣不僅降低了技術(shù)成本，也提高了感應(yīng)準(zhǔn)確度。

4 高速公路ETC的實(shí)際應(yīng)用

第一，收費(fèi)車輛進(jìn)入到ETC車道工作區(qū)。第二，車道控制系統(tǒng)的控制器和天線向車道的特定區(qū)域發(fā)出微波信號(hào)，喚醒電子標(biāo)簽。第三，電子標(biāo)簽發(fā)射出本身數(shù)據(jù)信息，如車牌號(hào)、車類參數(shù)、電子標(biāo)簽號(hào)等標(biāo)識(shí)信息。第四，車道控制系統(tǒng)控制電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備，接收被喚醒的電子標(biāo)簽發(fā)射數(shù)據(jù)，分析車輛的標(biāo)識(shí)信息。第五，對(duì)進(jìn)入收費(fèi)車道的車輛電子標(biāo)簽的合法性進(jìn)行校驗(yàn)，并根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行下一步操作。第六，根據(jù)車類參數(shù)確定收費(fèi)車輛類型和收費(fèi)金額，將電子標(biāo)簽號(hào)、車牌號(hào)、過(guò)車時(shí)間等信息上傳到收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)。第七，接收收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)下傳的數(shù)據(jù)，對(duì)車道控制機(jī)中的相應(yīng)信息進(jìn)行更新。第八，系統(tǒng)復(fù)位，等待下一收費(fèi)車輛進(jìn)入。

5 ETC應(yīng)用優(yōu)化建議

5.1增加ETC專用通道數(shù)量

相較于普通高速公路收費(fèi)通道，ETC專用通道在提升通車能力、減少尾氣排放等方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，隨著ETC相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，也為ETC的推廣使用提供了技術(shù)支持。在高速公路車流量不斷增加的背景下，下一步也需要適當(dāng)增加ETC專用車道的數(shù)量，特別是對(duì)于一些高速公路樞紐站，設(shè)置2-3條ETC專用車道可以極大地緩解高速公路收費(fèi)站在車流高峰期的擁堵現(xiàn)象。

5.2提高ETC信號(hào)抗干擾能力

通過(guò)收集ETC實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的一些故障，發(fā)現(xiàn)信號(hào)干擾是一種比較常見(jiàn)的問(wèn)題。根據(jù)干擾類型的不同，可以將其分成兩大類：一類是鄰道干擾，在同時(shí)有兩條或兩條以上ETC專用車道的高速公路收費(fèi)站，相鄰兩條ETC車道上的電子標(biāo)簽讀取設(shè)備可能會(huì)發(fā)生串?dāng)_，誤讀相鄰車道車輛的信息。另一類是跟車干擾，當(dāng)前后兩輛車以較高速度、較近距離相繼通過(guò)ETC專用車道時(shí)，讀取器不能精準(zhǔn)讀取后一輛車的電子標(biāo)簽。針對(duì)這兩種干擾問(wèn)題，下一步要通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)ETC的實(shí)際應(yīng)用效果。

5.3大力推廣ETC應(yīng)用

建議交通運(yùn)輸部門聯(lián)合各類社會(huì)力量，加大推廣ETC應(yīng)用，進(jìn)一步提升和完善ETC服務(wù)，同時(shí)積極探索高速公路收費(fèi)與“互聯(lián)網(wǎng)+”融合發(fā)展的模式和路徑，密切跟蹤高速行駛狀態(tài)下車輛識(shí)別、手機(jī)移動(dòng)支付等新技術(shù)的研發(fā)、試點(diǎn)和應(yīng)用，不斷提升公路服務(wù)水平和車輛運(yùn)行效率。

結(jié)束語(yǔ)

相比高速公路收費(fèi)站的人工收費(fèi)模式，電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）能夠在簡(jiǎn)化收費(fèi)流程、提高通車能力等方面發(fā)揮突出優(yōu)勢(shì)。首先對(duì)ETC的工作原理和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，然后對(duì)ETC設(shè)計(jì)中使用到的關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)際應(yīng)用效果展開(kāi)了分析，最后基于當(dāng)前應(yīng)用狀況提出了幾點(diǎn)優(yōu)化建議。

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