不停車收費系統(tǒng)（ETC）系統(tǒng)架構及未來生態(tài)模式

蒙楊超 楊漢飛 崔碩

摘要：隨著2020年初全球疫情大爆發(fā)，電子支付、無感交易成為當今貿(mào)易、服務重點關切的熱點之一，ETC不停車收費系統(tǒng)作為高速通行快速交易的方式之一，近年來發(fā)展迅猛;其安裝在車輛擋風玻璃上的車載電子單元（OBU）與ETC車道上的微波天線（RSU）之間通過專用短程通信（DSRC）技術，達到車輛通過高速公路收費站無需停車就能交納通行費用，ETC緩解了高速通行擁堵情況，未來也會結合大數(shù)據(jù)提煉出的人民生活日常使用場景，衍生出更多生態(tài)服務到ETC應用中，如洗車、加油、停車、充電、保險等供用戶使用。

關鍵詞：ETC;無感支付;高速通行;生態(tài)服務

中圖分類號：TP3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0192-02

0? 引言

ETC經(jīng)過近10年發(fā)展，在2015年已實現(xiàn)全國互聯(lián)互通，并在2019年底，基本取消全國高速公路省界收費站人工通道，各省份高速公路入口車輛使用ETC比例達到90%以上[1]。為了進一步提高ETC產(chǎn)品質(zhì)量，工信部聯(lián)合交通部提出研制符合車規(guī)級要求的ETC產(chǎn)品，并在各大車廠推行前裝級ETC產(chǎn)品（滿足GB/T 38444-2019國標要求），從2020年7月1日起，車廠新申請批準的車型應在選裝配置中增加ETC車載裝置供用戶使用。

1? ETC硬件系統(tǒng)

ETC系統(tǒng)主要由RSU（Road Side Unit，路側(cè)設備單元）和OBU（On Board Unit ，車載單元）組成。

①RSU由高增益定向束控讀寫天線和射頻控制器組成，高增益定向束控讀寫天線是一種微波收發(fā)模塊，負責信號和數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收、調(diào)制/解調(diào)、編碼/解碼、加密/解密;射頻控制器是控制發(fā)射和接收數(shù)據(jù)以及處理向上位機收發(fā)信息的模塊。采用DSRC技術與車載單元OBU進行通訊，實現(xiàn)交易過程。

②OBU由電源模塊、MCU模塊、防拆模塊、藍牙模塊、ESAM模塊、聲光模塊六大模塊組成，如圖1所示。1）主控模塊：是OBU的核心，連接并控制其他功能模塊。2）DSRC射頻模塊：符合GB/T 20851.1～5標準規(guī)范要求，包括HDLC協(xié)議處理、FM0編碼、5.8G射頻前端等，在主控模塊的控制下實現(xiàn)DSRC物理層和邏輯鏈路層部分功能，是OBU關鍵部件之一。3）嵌入式安全模塊（ESAM）：為OBU關鍵信息存儲介質(zhì)，同時承擔車輛信息加密及設備安全認證功能。4）電源模塊：將車載電源（12V）轉(zhuǎn)換為OBU內(nèi)部電源（控制電壓分配），為其他功能模塊供電。5）聲光顯示模塊：在主控模塊的控制下實現(xiàn)車輛OBU與用戶間的交互，交互方式包括：LED指示燈、蜂鳴器等，保證駕駛員在車輛行駛狀態(tài)下可以通過聽覺信息獲取完整的與安全、法規(guī)及金額相關的信息。6）防拆模塊：a硬防拆：物理性防拆開關，使用超級電容可維持斷電后防拆開關30多天的防拆檢測及ESAM的狀態(tài)寫入。b軟防拆（上CAN）：使用車輛VIN碼綁定OBU。在激活OBU時，保存車輛VIN碼，車輛上電后，OBU自檢時判斷保存的VIN碼和車輛發(fā)來的VIN碼是否一致，若一致才可正常使用ETC系統(tǒng)。

③DSRC通信層：RSU與OBU的通訊通道（協(xié)議），RSU發(fā)射微波喚醒信號，DSRC數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)解析后，ESAM芯片從內(nèi)存中讀寫出車輛識別信息，最后通過DSRC反饋到RSU，完成整個交易過程。

④ESAM應用層：密鑰的寫入，存儲交易過程的信息，存儲車輛VIN及其它信息。

⑤人機交互層：通過CAN與車機進行交互，可將交易信息，交易狀態(tài)，語音播報通過顯示屏顯示。

⑥ETC按產(chǎn)品形態(tài)的不同，可細分為兩大類，如圖1所示。

1）分體式：DSRC射頻模塊安裝于前檔風玻璃上，其它模塊安裝于后視鏡內(nèi)，通過電源線取電;2）一體式：a非直接供電式（雙片式）：通過太陽能或者紐扣電池供電;b直接供電式（單片式）：通過整車蓄電池或者動力電池取電，不受外界環(huán)境因素影響，同樣安裝在前擋風玻璃上部中間位置，可使用塑料殼體扣住（類似于雨刷傳感器的固定方式）。

2? ETC軟件系統(tǒng)及車道交易原理

ETC的軟件部分是激活ETC交易功能必不可少的一個關鍵組成部分，可分為兩部分：①一次發(fā)行（灌輸密鑰）：OBU在出廠前需在ESAM芯片寫入密鑰，并錄入車輛信息（VIN碼等），采集的信息錄入到發(fā)行方數(shù)據(jù)庫，形成車輛安裝OBU的白名單。②二次發(fā)行（激活設備）：目前市面上主要通過小程序、網(wǎng)頁或獨立APP進行綁定銀行卡并激活OBU設備，基本架構如圖2所示。

ETC車道內(nèi)安裝有微波天線RSU，當天線檢測到裝有ETC車輛進入車道時，OBU將標簽信息和高速卡內(nèi)信息發(fā)送到RSU，RSU接收到信息傳送給車道控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)判斷OBU內(nèi)是否為有效高速卡，當系統(tǒng)判斷為有效車輛時，系統(tǒng)控制閘機放行、信息屏顯示車輛相關信息。車輛快速通過ETC車道，實現(xiàn)不停車收費，如圖2所示。

3? ETC生態(tài)服務

①ETC生態(tài)服務涵蓋內(nèi)容如表1所示。

②以前我們對ETC的使用場景只停留在高速通行方面，但隨著電子交易的不斷發(fā)展，ETC可使用場景擴大到日常的停車、加油以及未來網(wǎng)絡金融、商品購買等方方面面，ETC設備里包含有車輛的所有信息，且與車主信息綁定，同時帶有防拆卸功能，相對于之前識別車牌（套牌車冒名交易）的模式，此方式更具安全性、可靠性及可追蹤性。我將重點闡述停車服務的設計邏輯，其它生態(tài)應用場景類似。傳統(tǒng)的停車場采用車牌識別，掃碼支付等實現(xiàn)停車-掃碼-付款-啟動的扣款方式，這種模式不便之處在于，步驟較多，耗時較長，極易造成出口堵車，對于露天場地遇到雨雪天氣干擾時，也會造成識別錯誤的風險，影響用戶體驗;但ETC停車場支付，無需停車就能實現(xiàn)收費，用戶體驗升級，停車場ETC系統(tǒng)主要由天線盒子、車牌識別裝置、收費顯示板、車場收費管理系統(tǒng)軟件、ETC停車云平臺及監(jiān)控設備等組成。當車輛進入ETC收費車道，車輛OBU與天線盒子進行數(shù)據(jù)交換，車輛識別裝置對車輛進行掃描，識別車輛的車牌，車場收費管理系統(tǒng)與ETC停車云平臺進行數(shù)據(jù)傳輸，獲得車輛信息并判斷是否為白名單。當車輛即將離開停車場時，收費管理系統(tǒng)計算車輛從進入到離開停車場的時間，并與云平臺進行數(shù)據(jù)交換，在停車場出入口實現(xiàn)無人值守的自動化不停車通行及電子扣費等非現(xiàn)金支付手段[3]，如圖3所示。

ETC停車為無人值守提供了解決方案，實現(xiàn)了快速通行，為車主用戶提供了便捷高效的無感支付體驗;ETC支付，減少了場內(nèi)預約付款，提高了通行效率，減少了管理人員，實現(xiàn)了車場的降本增效;無需掃碼付款，實現(xiàn)快速通行，減少了排隊等待時間，緩解了城市擁堵，同時也減少了尾氣排放，對于智慧城市和智慧交通的搭建具有關鍵性作用。截止目前全國已經(jīng)建設ETC停車場近萬個，ETC加油點4000多個，ETC洗車機2000多個，且數(shù)據(jù)還在按每日量進行增長，目前國家大力興建RSU路測單元設備，覆蓋到居民小區(qū)、旅游景點、機場、火車站等使用頻次較高的場所，相信不久將來，圍繞ETC構建生態(tài)圈必將到來。

4? 總結

ETC作為緩解高速交通壓力而推行的無感交易手段，自2005年以來得到了飛速發(fā)展，到2019年已擁有近數(shù)億用戶，且路端設備也不斷完善，人工收費通道全部改成ETC專用通道，大大降低了擁堵率，但ETC的功能不止用于收費通行，未來，在AI、大數(shù)據(jù)、云計算等技術的驅(qū)動下，隨著ETC設備升級、車輛信息共享及信用體系完善、車載多設備標準逐步成熟，以及ETC場景不斷豐富，無人駕駛、V2X（Vehicle to Everything，車聯(lián)網(wǎng)）等技術創(chuàng)新融合，ETC設備將成為車聯(lián)網(wǎng)重要的入口，甚至與智能手機融合，成為新的移動互聯(lián)網(wǎng)平臺;最終，成為智慧城市物聯(lián)網(wǎng)的核心成員，前景十分廣闊。

參考文獻：

[1]劉志偉，程琳，等.不停車收費系統(tǒng)（ETC）的概括研究[J].科技創(chuàng)新導報，2008.

[2]溫炳，等.不停車收費系統(tǒng)（ETC）及其應用[J].山西交通科技，2003.

[3]黃慧瓊，張澤昆，等.城市中心商業(yè)區(qū)停車場ETC系統(tǒng)應用與評價[J].交通科技與經(jīng)濟，2020.