1、ETC技術(shù)的原理與分析摘要：電子不停車(chē)收費(fèi)技術(shù)是一種先進(jìn)的電子收費(fèi)技術(shù)方式，文章介紹了電子不停車(chē)收費(fèi)技術(shù)的研究及發(fā)展應(yīng)用情況，并針對(duì)實(shí)際實(shí)施中遇到的問(wèn)題，提出了具體的研究?jī)?nèi)容及實(shí)施方案，為電子不停車(chē)技術(shù)的應(yīng)用提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：ETC；電子；停車(chē)收費(fèi)；發(fā)展應(yīng)用；1.介紹 ETC技術(shù)在80年代開(kāi)始興起，90年代在世界各地使用，受到各國(guó)政府和企業(yè)的廣泛重視，世界許多著名公司，如Amtech、TI、Boash、Hitachi、Toyota等均競(jìng)相研制。因此ETC技術(shù)發(fā)展很快。2.系統(tǒng)概念 電子不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection,簡(jiǎn)稱(chēng)ETC）是國(guó)際上正在努力開(kāi)發(fā)并推廣普

2、及的一種用于道路、大橋和隧道的電子收費(fèi)系統(tǒng),它的最大特點(diǎn)是不停車(chē)收費(fèi),即車(chē)輛可以以相當(dāng)高的速度通過(guò)收費(fèi)口,無(wú)須在收費(fèi)站前減速和停車(chē)交費(fèi)。采用不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng),可以使公路收費(fèi)走向無(wú)紙化、無(wú)現(xiàn)金化管理,可以從根本上杜絕收費(fèi)票款的流失現(xiàn)象,解決公路收費(fèi)中的財(cái)務(wù)管理混亂問(wèn)題。另外,實(shí)施不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)還可以節(jié)約基建費(fèi)用和管理費(fèi)用。 ETC系統(tǒng)是ITS領(lǐng)域中的一個(gè)重要方面。由于它涉及交通基礎(chǔ)設(shè)施投資的回收，又是緩解收費(fèi)站交通堵塞“瓶頸”的有效手段，減少了環(huán)境污染，所以各國(guó)都把不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)作為ITS領(lǐng)域最先投入應(yīng)用的系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)。我國(guó)交通部門(mén)已經(jīng)把不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用列為我國(guó)ITS領(lǐng)域首先啟動(dòng)的項(xiàng)目，并

3、在“十五”期間列入交通科技的技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)之一。 和傳統(tǒng)的收費(fèi)系統(tǒng)相比，ETC系統(tǒng)具有更高的通行能力，更少的基建投入，更低的日常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，更好的服務(wù)水平,更好的發(fā)展趨勢(shì)。ETC系統(tǒng)是將來(lái)公路收費(fèi)的大勢(shì)所趨，它在國(guó)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也正逐步開(kāi)展。它高速便捷的特點(diǎn)，在給廣大車(chē)主帶來(lái)更多方便的同時(shí)，還給道路管理單位帶來(lái)更多的資金收益，是利國(guó)、利民，適合社會(huì)發(fā)展，適應(yīng)未來(lái)科技發(fā)展的新時(shí)代產(chǎn)品。 ETC系統(tǒng)按收費(fèi)站收費(fèi)方式，可分為開(kāi)放式和封閉式；按收費(fèi)站車(chē)道配置，可分為ETC專(zhuān)用車(chē)道、MTC車(chē)道和ETC/MTC混合車(chē)道三類(lèi)。鑒于我國(guó)道路實(shí)際情況，在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，ETC和MTC將共存。3.系統(tǒng)

4、原理 ETC系統(tǒng)是利用微波（或紅外或射頻）技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、圖象識(shí)別技術(shù)等高新技術(shù)的設(shè)備和軟件（包括管理）所組成的先進(jìn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛無(wú)需停車(chē)既可自動(dòng)收取道路通行費(fèi)用。目前，大多數(shù)ETC系統(tǒng)均采用微波技術(shù)。 不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)通過(guò)路邊車(chē)道設(shè)備控制系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射與接收裝置（稱(chēng)為路邊讀寫(xiě)設(shè)備，簡(jiǎn)稱(chēng)RSE），識(shí)別車(chē)輛上設(shè)備（稱(chēng)為車(chē)載器，簡(jiǎn)稱(chēng)OBU）內(nèi)特有編碼，判別車(chē)型，計(jì)算通行費(fèi)用，并自動(dòng)從車(chē)輛用戶(hù)的專(zhuān)用帳戶(hù)中扣除通行費(fèi)。對(duì)使用ETC車(chē)道的未安裝車(chē)載器或車(chē)載器無(wú)效的車(chē)輛，則視作違章車(chē)輛，實(shí)施圖象抓拍和識(shí)別，會(huì)同交警部門(mén)事后處理。4.系統(tǒng)構(gòu)成電子不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)

5、可分為前臺(tái)和后臺(tái)系統(tǒng)：（1）前臺(tái)系統(tǒng) 包括三種核心設(shè)備:車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Au-tomatic Vehicle Identification簡(jiǎn)稱(chēng)AVI)、車(chē)輛自動(dòng)分類(lèi)系統(tǒng)(Automatic Vehicle Classification簡(jiǎn)稱(chēng)AVC)和錄像實(shí)施系統(tǒng)(Video Enforcement System簡(jiǎn)稱(chēng)VES)。車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采用無(wú)線調(diào)頻設(shè)備(Ra-dio Frequency)識(shí)別用戶(hù)的身份標(biāo)識(shí)卡(TAG)及其有效性;車(chē)輛自動(dòng)分類(lèi)系統(tǒng)借助傳感器組的信息確定車(chē)輛的收費(fèi)類(lèi)別;錄像實(shí)施系統(tǒng)利用高速圖像處理設(shè)備自動(dòng)俘獲違章車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)碼。核心設(shè)備與其他控制設(shè)備共同組成不停車(chē)系統(tǒng)的車(chē)道控制

6、器。 AVIAVI分為兩大類(lèi):激光設(shè)備與無(wú)線電調(diào)頻設(shè)備。激光設(shè)備采用條碼技術(shù),掃描貼于車(chē)輛前端的條碼,獲取用戶(hù)的身份標(biāo)識(shí)(ID),缺點(diǎn)是易受環(huán)境條件、距離位置、條碼安裝與完整性等因素的影響。無(wú)線電調(diào)頻設(shè)備采用無(wú)線波來(lái)識(shí)別貼于車(chē)輛前端的用戶(hù)身份標(biāo)識(shí)卡來(lái)識(shí)別用戶(hù)身份,具有更高的可靠性;其中,無(wú)線頻率(RF)常用的頻率是5.8GHz。TAG分為只讀TAG、可讀寫(xiě)TAG、多功能TAG (帶蜂鳴器、無(wú)線電信息收發(fā)等)三大類(lèi)。 AVC AVC系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛的物理特性來(lái)確定車(chē)輛的收費(fèi)類(lèi)別。AVC的物理特性依據(jù)包括車(chē)輛的體積、重量、裝載人數(shù)、車(chē)軸或車(chē)輪的數(shù)目、車(chē)輛的用途等等。AVC與一系列的車(chē)道傳感器相連,傳感

7、器的信號(hào)提交事務(wù)處理系統(tǒng)后,由車(chē)輛分類(lèi)單元判定收費(fèi)類(lèi)型。AVC設(shè)備包括前置線圈、感應(yīng)踏板、發(fā)射光塔、掃描儀和高速攝像等設(shè)備。 VESVES利用光學(xué)字符識(shí)別(OCR)技術(shù)自動(dòng)獲取非法車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)碼。VES攝錄方式包括照片、錄像帶和數(shù)字影像等等。VES利用模糊識(shí)別技術(shù),借助光學(xué)字符識(shí)別設(shè)備實(shí)現(xiàn)非法用戶(hù)的車(chē)牌號(hào)碼識(shí)別。VES過(guò)程包括感應(yīng)觸發(fā)、圖像俘獲、圖像識(shí)別、圖像儲(chǔ)存、圖像處理和圖像刪除等等。關(guān)鍵技術(shù): API編程技術(shù)(控制外部設(shè)備,包括通信卡、DI/DO卡和聲卡);單片機(jī)編程技術(shù);快速查詢(xún)算法;模糊識(shí)別;通信控制和圖像處理。2）后臺(tái)系統(tǒng) 收費(fèi)系統(tǒng)的后臺(tái)系統(tǒng)工作任務(wù)主要為向客戶(hù)發(fā)售車(chē)載標(biāo)識(shí)卡,并做

8、標(biāo)識(shí)卡的初始化;接受客戶(hù)補(bǔ)交金額和查詢(xún);接收前臺(tái)收費(fèi)數(shù)據(jù)文件;交易和結(jié)算;向前臺(tái)和客戶(hù)發(fā)送補(bǔ)交金額的黑名單指令和信息;存儲(chǔ)、管理抓拍圖像等。它主要包括如下系統(tǒng):計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、道路運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)、結(jié)算中心管理系統(tǒng)、客戶(hù)服務(wù)中心管理系統(tǒng)、銀行管理系統(tǒng)。實(shí)際上是一個(gè)具有財(cái)務(wù)結(jié)算性質(zhì)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)通過(guò)各個(gè)終端的工作,將數(shù)據(jù)文件迅速可靠地傳送,利用專(zhuān)用軟件正確地完成全部工作。5.ETC系統(tǒng)的類(lèi)型ETC系統(tǒng)可分為收費(fèi)站電子不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)和自由流不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)：（1）收費(fèi)站不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng) 收費(fèi)站不停車(chē)收費(fèi)一般采取混合收費(fèi)方式,既有不停車(chē)收費(fèi)車(chē)道,又保留半自動(dòng)收費(fèi)車(chē)道。其主要特征為: 與半自動(dòng)收費(fèi)車(chē)道并列

9、設(shè)置。在收費(fèi)車(chē)道中,根據(jù)使用情況開(kāi)設(shè)部分ETC專(zhuān)用收費(fèi)車(chē)道; 車(chē)輛通過(guò)收費(fèi)車(chē)道的車(chē)速較低,通常為30km/h一50km/h,通過(guò)率為600輛/h一1000輛/h; 在車(chē)道出口端設(shè)置自動(dòng)欄桿,以防無(wú)卡車(chē)輛通過(guò)。 收費(fèi)車(chē)道入口設(shè)置不停車(chē)收費(fèi)車(chē)道標(biāo)志和信號(hào)燈。由于車(chē)輛密度不大,天線并不連續(xù)工作,無(wú)車(chē)輛通過(guò)時(shí),天線處于休眠狀態(tài)。在天線輻射區(qū)外的車(chē)道,埋設(shè)一個(gè)環(huán)行線圈,當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入線圈工作區(qū)時(shí),線圈發(fā)出信號(hào),激活天線進(jìn)入工作狀態(tài)。車(chē)輛進(jìn)入通信區(qū),通過(guò)微波天線,車(chē)載標(biāo)識(shí)卡響應(yīng)天線的詢(xún)問(wèn)信息,將客戶(hù)身份與車(chē)型代碼上傳給車(chē)道天線,由天線轉(zhuǎn)送給車(chē)道控制機(jī)進(jìn)行核查,如為有效合法卡,車(chē)道放行,信號(hào)燈變綠,如果進(jìn)一步交

10、換信息,讀寫(xiě)數(shù)據(jù),可繼續(xù)通信,直到收費(fèi)過(guò)程結(jié)束,如果進(jìn)入車(chē)道的車(chē)輛為非法無(wú)效卡車(chē),或是無(wú)標(biāo)識(shí)卡的車(chē)輛,車(chē)道控制機(jī)將根據(jù)天線傳送的信息,指令自動(dòng)欄桿關(guān)閉,攔截非法車(chē)輛,并發(fā)出聲光警報(bào),現(xiàn)場(chǎng)人員將對(duì)其進(jìn)行處理。車(chē)道控制機(jī)將收集到的數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)系統(tǒng),進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和清算等,并將需要發(fā)布的結(jié)果下傳車(chē)道。這種方式適用于不停車(chē)收費(fèi)用戶(hù)在所有繳費(fèi)用戶(hù)中并非多數(shù)的情況。（2）自由流不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)自由流不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)在道路主線上每隔一定里程設(shè)置一個(gè)橫跨道路上空的龍門(mén)架,架上安裝不停車(chē)收費(fèi)設(shè)備,實(shí)施分段開(kāi)放式不停車(chē)收費(fèi)。車(chē)輛無(wú)須減速,以正常行駛速度完成收費(fèi)工作。其主要特征為: 無(wú)收費(fèi)島、亭之類(lèi)設(shè)施; 進(jìn)入收費(fèi)點(diǎn)時(shí)

11、無(wú)須減速,車(chē)輛繼續(xù)高速行駛; 需要建立一套高精度逃費(fèi)取證處理系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)抓拍捕捉車(chē)輛逃費(fèi)證據(jù),以便于以后依法處理,目前大多采用高速、高分辨率的攝像機(jī)對(duì)車(chē)輛牌照進(jìn)行抓拍; 在收費(fèi)點(diǎn)附近,需建造一條與主線平行的普通收費(fèi)車(chē)道,以便對(duì)非法無(wú)效卡車(chē)或無(wú)標(biāo)識(shí)卡的車(chē)輛收費(fèi); 車(chē)道天線控制器能控制多部天線并行工作,與多輛車(chē)載標(biāo)識(shí)卡同時(shí)通信。 此系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)為減少收費(fèi)站建設(shè)投資,車(chē)速高,無(wú)行車(chē)延誤,車(chē)輛通行能力接近2000輛/h。但設(shè)備投資大,技術(shù)上實(shí)現(xiàn)難度也較大,特別是如何防止和遏制逃費(fèi)車(chē)輛是關(guān)鍵技術(shù)。這種方式適用于不停車(chē)收費(fèi)用戶(hù)在所有繳費(fèi)用戶(hù)中已成為大多數(shù)的情況。6.系統(tǒng)工作流程高速公路收費(fèi)的特點(diǎn)是不僅要按照

12、車(chē)型分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi),而且按照入出口的距離標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行收費(fèi)。各種類(lèi)型的不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)的收費(fèi)過(guò)程基本相同,其原理是在車(chē)輛上安裝一種標(biāo)識(shí)卡,在ETC收費(fèi)車(chē)道上安裝有車(chē)載標(biāo)識(shí)卡的讀寫(xiě)設(shè)備,當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入ETC收費(fèi)車(chē)道時(shí),標(biāo)識(shí)卡以微波通信方式與該車(chē)道的天線進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換,從卡上讀取車(chē)牌照號(hào)、車(chē)型等數(shù)據(jù),如需要也可向車(chē)載標(biāo)識(shí)卡上寫(xiě)入信息,系統(tǒng)根據(jù)讀取的信息,識(shí)別車(chē)輛合法與否,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,計(jì)算收費(fèi)金額,并從其賬戶(hù)上扣除相應(yīng)金額,記錄交易數(shù)據(jù),控制車(chē)道外部設(shè)備等,具體流程為:（1）后臺(tái)系統(tǒng)初始化車(chē)載標(biāo)識(shí)卡,將車(chē)牌照號(hào)、車(chē)型、收費(fèi)率等數(shù)據(jù)寫(xiě)入標(biāo)識(shí)卡,并發(fā)放給客戶(hù),建立有關(guān)客戶(hù)檔案;（2）車(chē)輛進(jìn)入ETC收費(fèi)車(chē)道,感應(yīng)天

13、線激活線圈,進(jìn)而激活微波天線,讀取標(biāo)識(shí)卡上的信息,并傳送給車(chē)道控制機(jī)進(jìn)行核查;（3）如為合法車(chē)輛,則進(jìn)行收費(fèi)交易,依據(jù)后臺(tái)系統(tǒng)完成清算,通行燈將會(huì)變綠,顯示收費(fèi)額和余額,車(chē)輛通過(guò),記錄數(shù)據(jù);（4）如為非法車(chē)輛,車(chē)道控制機(jī)觸發(fā)報(bào)警信號(hào),同時(shí)控制自動(dòng)欄桿下落,關(guān)閉車(chē)道,車(chē)道攝像機(jī)進(jìn)行圖像抓拍,車(chē)輛進(jìn)行人為處理。7.ETC工作流程ETC的工作流程如圖1.1，圖1.2： 讀寫(xiě)天線發(fā)射電磁波，掃描車(chē)載電子標(biāo)簽，從卡上讀取車(chē)牌照號(hào)、車(chē)型等數(shù)據(jù)，在后臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的扣費(fèi)。圖1.1圖1.28.當(dāng)前ETC應(yīng)用的分析1.ETC的優(yōu)點(diǎn)：(1)系統(tǒng)有效地提高了車(chē)道的車(chē)輛通過(guò)能力,加快了收費(fèi)速度,提高了公路利用率；(2)系

14、統(tǒng)從根本上杜絕了收費(fèi)工作中的貪污作弊現(xiàn)象；(3)一卡通行多個(gè)收費(fèi)站,方便駕車(chē)者；(4)降低油耗,減少剎車(chē)時(shí)造成的機(jī)件損耗,減少空氣和噪聲污染；(5)系統(tǒng)工作安全可靠,管理簡(jiǎn)單；(6)為今后的智能車(chē)輛公路管理系統(tǒng)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。2.ETC的缺點(diǎn)：(1) 申辦門(mén)檻過(guò)高；(2) ETC專(zhuān)用通道太少；(3) 收費(fèi)太高，要700次才能把設(shè)備費(fèi)賺回來(lái)；(4)誤入車(chē)輛引起ETC車(chē)道擁堵；(5)ETC系統(tǒng)跟車(chē)干擾嚴(yán)重；(6)自動(dòng)欄桿附近存在通信盲區(qū)；(7)惡意旁道插隊(duì)逃費(fèi)現(xiàn)象無(wú)法解決； ETC的發(fā)展和應(yīng)用提高了收費(fèi)站通行能力，緩解了通信壓力，保障了高速公路暢通有序，ETC存在著一些問(wèn)題還無(wú)法解決，政府部門(mén)應(yīng)該努力解決這些問(wèn)題，使得ETC系統(tǒng)更加完善，使用