ETC工作原理及技術(shù)

1、摘要：電子不停車收費(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)施中遇到的問題，提出了具體的研究?jī)?nèi)容及實(shí)施方案，為電子不停車技術(shù)的應(yīng)用提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：；ETC電子；停車收費(fèi)；發(fā)展應(yīng)用 ；標(biāo)準(zhǔn)1、介紹ETC技術(shù)在80年代開始興起，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AmtecR TI、Boash、Hitachi Toyota等均競(jìng)相研制。因此ETC技術(shù)發(fā)展很快1.系統(tǒng)概念電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection簡(jiǎn)稱ETC是國(guó)際上正在努力 開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋

2、和隧道的電子收費(fèi)系統(tǒng)，它的最大特點(diǎn)是不停車收費(fèi)，即車輛可以以相當(dāng)高的速度通過收費(fèi)口 ，無(wú)須在收費(fèi)站前減速和停車 交費(fèi)。采用不停車收費(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)管理混亂問題。另外，實(shí) 施不停車收費(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，乂是緩解收費(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)開發(fā)。我國(guó)交通部門已 經(jīng)把不停車收費(fèi)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用列為我國(guó)ITS領(lǐng)域首先啟動(dòng)的項(xiàng)目，并在“十五”

3、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)用也正逐步開展。它高速便 捷的特點(diǎn)，在給廣大車主帶來(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，可分為開放式和封閉式；按收費(fèi)站車道配置， 可分為ETC專用車道、MTC車道和ETC/MTC混合車道三類。鑒于我國(guó)道路實(shí)際 情況，在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，ET獸日MTC將共存。2.系統(tǒng)原

4、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)車輛無(wú)需停車既可自動(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)。不停車收費(fèi)系統(tǒng)通過路邊車道設(shè)備控制系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射與接收裝置（稱為路邊讀寫設(shè)備，簡(jiǎn)稱RSE，識(shí)別車輛上設(shè)備（稱為車載器，簡(jiǎn)稱OBU）內(nèi)特有編碼,判別車型，計(jì)算通行費(fèi)用，并自動(dòng)從車輛用戶的專用帳戶中扣除通行費(fèi)。對(duì) 使用ETC道的未安裝車載器或車載器無(wú)效的車輛，則視作違章車輛，實(shí)施圖象抓拍和識(shí)別，會(huì)同交警部門事后處理。3.系統(tǒng)構(gòu)成電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)可分

5、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：車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Au-tomatic Vehicle Identification簡(jiǎn)稱AVI車輛自動(dòng)分類系統(tǒng)（Automatic Vehicle Classification簡(jiǎn)稱AVC/日錄像實(shí)施系 統(tǒng)（VideoEnforcement System簡(jiǎn)稱VES）車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采用無(wú)線調(diào)頻設(shè)備（Ra-dio Frequency雙別用戶的身份標(biāo)識(shí)卡（TAG四其有效性；車輛自動(dòng)分類系統(tǒng)借 助傳感器組的信息確定車輛的收費(fèi)類別；錄像實(shí)施系統(tǒng)利用高速圖像處理設(shè)備自 動(dòng)俘獲違章車輛的車牌號(hào)碼。核心設(shè)備與其他控制設(shè)備共同組成不停車系統(tǒng)的車 道控制器。1AV

6、IAVI分為兩大類: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 貼于車輛前端的條碼，獲取用戶的身份標(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)別貼于車輛前 端的用戶身份標(biāo)識(shí)卡來(lái)識(shí)別用戶身份，具有更高的可靠性；其中，無(wú)線頻率（RF常用 的頻率是5.8GH乙TAG分為只讀TAG可讀寫TAG多功能TAG（帶蜂鳴器、無(wú) 線電信息收發(fā)等）三大類。2AVCAVC系統(tǒng)根據(jù)車輛的物理特性來(lái)確定車輛的收費(fèi)類別。AVC的物理特性依據(jù)包括：車輛的體積、重量、裝載人數(shù)、車軸或車輪的數(shù)目、車輛的用途等等。AVC與一系列的車道傳感器相連，傳感器的信號(hào)提

7、交事務(wù)處理系統(tǒng)后，由車輛分類 單元判定收費(fèi)類型。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。3VESVES用光學(xué)字符識(shí)別（OCR技術(shù)自動(dòng)獲取非法車輛的車牌號(hào)碼。VES攝錄方 式包括照片、錄像帶和數(shù)字影像等等。VESW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)非法用戶的車牌號(hào)碼識(shí)別。VES過程包括：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)主要為向客戶發(fā)售車載標(biāo)識(shí)卡 ，并做

8、標(biāo)識(shí)卡的 初始化;接受客戶補(bǔ)交金額和查詢；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，利用專用 軟件正確地完成全部工作。4. ETC系統(tǒng)的類型ETC系統(tǒng)可分為收費(fèi)站電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)和自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)。（1）收費(fèi)站不停車收費(fèi)系統(tǒng)收費(fèi)站不停車收費(fèi)一般采取混合收費(fèi)方式，既有不停車收費(fèi)車道，乂保留半自動(dòng)收費(fèi)車道。其主要特征為：1與半自動(dòng)收

9、費(fèi)車道并列設(shè)置。在收費(fèi)車道中，根據(jù)使用情況開設(shè)部分ETC專用收費(fèi)車道；2車輛通過收費(fèi)車道的車速較低， 通常為30km/h一50km/h,通過率為600輛/h一1000輛/h;3在車道出口端設(shè)置自動(dòng)欄桿，以防無(wú)卡車輛通過。收費(fèi)車道入口設(shè)置不停車收費(fèi)車道標(biāo)志和信號(hào)燈。由于車輛密度不大，天線并不連續(xù)工作，無(wú)車輛通過時(shí)，天線處于休眠狀態(tài)。在天線輻射區(qū)外的車道，埋設(shè)一 個(gè)環(huán)行線圈，當(dāng)車輛進(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 輛進(jìn)入通信區(qū)，通過微波天線，車載標(biāo)識(shí)卡響應(yīng)天線的詢問信息，將客戶身份與車 型代碼上傳給車道天線，由天線轉(zhuǎn)送給車道控制機(jī)進(jìn)行核查，如為有效合法卡，車 道放行，信號(hào)燈

10、變綠，如果進(jìn)一步交換信息，讀寫數(shù)據(jù)，可繼續(xù)通信，直到收費(fèi)過程結(jié) 束，如果進(jìn)入車道的車輛為非法無(wú)效卡車，或是無(wú)標(biāo)識(shí)卡的車輛，車道控制機(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)交換和活算等，并將需要發(fā)布的結(jié)果下傳車道。這種方式適用于不停車收費(fèi)用戶在所有繳費(fèi)用戶中并非多數(shù)的情況。(2)自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)自由流不停車收費(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 的龍門架，架上安裝不停車收費(fèi)設(shè)備，實(shí)施分段開放式不停車收費(fèi)。車輛無(wú)須減速， 以正常行駛速度完成收費(fèi)工作。其主要特征為：1無(wú)收費(fèi)島

11、、亭之類設(shè)施；2進(jìn)入收費(fèi)點(diǎn)時(shí)無(wú)須減速，車輛繼續(xù)高速彳駛；3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)車輛牌照 進(jìn)行抓拍；4在收費(fèi)點(diǎn)附近，需建造一條與主線平行的普通收費(fèi)車道，以便對(duì) 非法無(wú)效卡車或無(wú)標(biāo)識(shí)卡的車輛收費(fèi)；5車道天線控制器能控制多部天線并行工作， 與多輛車載標(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，車速高，無(wú)行車延誤，車輛 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)車輛是關(guān)鍵技術(shù)。這種方式適用于不停車收費(fèi)用戶在所有繳費(fèi)用戶中 已成為大多數(shù)的情況。5.

12、系統(tǒng)工作流程高速公路收費(fèi)的特點(diǎn)是不僅要按照車型分類標(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)。各種類型的不停車收費(fèi)系統(tǒng)的收費(fèi)過程基本相同，其原理是在車輛上安裝一種標(biāo)識(shí)卡，在ETC收費(fèi)車道上安裝有車載標(biāo)識(shí)卡的讀寫設(shè)備，當(dāng)車輛 進(jìn)入ETC收費(fèi)車道時(shí)，標(biāo)識(shí)卡以微波通信方式與該車道的天線進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，從卡上讀取車牌照號(hào)、車型等數(shù)據(jù)，如需要也可向車載標(biāo)識(shí)卡上寫入信息，系統(tǒng)根 據(jù)讀取的信息，識(shí)別車輛合法與否，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算收費(fèi)金額，并從其賬戶上扣 除相應(yīng)金額，記錄交易數(shù)據(jù)，控制車道外部設(shè)備等，具體流程為：(1)后臺(tái)系統(tǒng)初始化車載標(biāo)識(shí)卡，將車牌照號(hào)、車型、收費(fèi)率等數(shù)據(jù)寫入標(biāo)識(shí)卡，并發(fā)放給客戶，建立有

13、關(guān)客戶檔案；(2)車輛進(jìn)入ETCC攵費(fèi)車道，感應(yīng)天線激活線圈，進(jìn)而激活微波天線，讀取標(biāo)識(shí)卡上的信息，并傳送給車道控制機(jī)進(jìn)行核查；(3)如為合法車輛，則進(jìn)行收費(fèi)交易，依據(jù)后臺(tái)系統(tǒng)完成活算，通行 燈將會(huì)變綠，顯示收費(fèi)額和余額，車輛通過，記錄數(shù)據(jù)；(4)如為非法車輛，車道控制機(jī)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，同時(shí)控制自動(dòng)欄桿下 落，關(guān)閉車道，車道攝像機(jī)進(jìn)行圖像抓拍，車輛進(jìn)行人為處理。6.技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)國(guó)內(nèi)外ETC的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，ET蕓統(tǒng)的建設(shè)首先要作好ETC相關(guān)技術(shù)與設(shè)備 標(biāo)準(zhǔn)的選擇，在規(guī)范、 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上進(jìn)行后臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)。ETC標(biāo)準(zhǔn)化工作是 一項(xiàng)綜合性的基礎(chǔ)工作，是制定ET段術(shù)法規(guī)的基礎(chǔ)，對(duì)促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，提高總體應(yīng) 用效果，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。目前國(guó)際上在ETC相關(guān)技術(shù)與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定工作中已取得了顯著 的成果。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO弟204技術(shù)委員會(huì)第15工作組負(fù)責(zé)專用短程通信 協(xié)議DSRC標(biāo)準(zhǔn)的制定，電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)中車道天線和車載電子標(biāo)簽所