智能交通系統(tǒng)概論 課件 第7章 電子收費(fèi)系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)概論第7章電子收費(fèi)系統(tǒng)1.引言2.電子收費(fèi)系統(tǒng)3.案例介紹4.挑戰(zhàn)與展望第1節(jié)引言隨著城市交通的不斷增長(zhǎng)和發(fā)展，傳統(tǒng)的現(xiàn)金支付方式已經(jīng)無法滿足高效、安全和便捷的交通支付需求，在智能交通系統(tǒng)中引入電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC,ElectronicTollCollection）成為一項(xiàng)關(guān)鍵舉措。電子收費(fèi)系統(tǒng)是一種利用先進(jìn)的信息技術(shù)和無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繳費(fèi)的系統(tǒng)，可以大大提高道路通行的效率和質(zhì)量以及收費(fèi)管理的自動(dòng)化程度，減少人力資源的浪費(fèi)，降低人力成本和收費(fèi)差錯(cuò)率，是現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，也是智能運(yùn)輸系統(tǒng)中最可能率先得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)之一。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)一、基本概念

ETC是不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)，也稱為自動(dòng)道路繳費(fèi)系統(tǒng)，是一種專門用于收費(fèi)道路的道路收費(fèi)方式。它通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載電子標(biāo)簽與在收費(fèi)站ETC車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，運(yùn)用5G感知技術(shù)和圖像識(shí)別等技術(shù)精準(zhǔn)識(shí)別過往車輛的車型與號(hào)牌等數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺(tái)結(jié)算處理，從而快速、準(zhǔn)確地完成扣費(fèi)，達(dá)到車輛通過路橋收費(fèi)站不需停車就能交納路橋費(fèi)的目的。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)二、系統(tǒng)組成ETC系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由多個(gè)關(guān)鍵組件和技術(shù)構(gòu)成，多個(gè)組成部分協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、快速、便捷的道路收費(fèi)功能。以下是ETC系統(tǒng)的主要組成部分：1.支付終端設(shè)備支付終端設(shè)備是ETC系統(tǒng)中的重要組成部分，用于處理車輛的通行費(fèi)用支付。這些設(shè)備通常安裝在車輛內(nèi)部或車輛外部，能夠與用戶的電子標(biāo)簽、手機(jī)應(yīng)用或銀行卡等支付工具進(jìn)行交互，方便車主充值或繳納通行費(fèi)用。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)二、系統(tǒng)組成2.車載電子標(biāo)簽車載電子標(biāo)簽（OBU）安裝在車輛上，用于存儲(chǔ)車輛信息和通行記錄等數(shù)據(jù)。每個(gè)車載電子標(biāo)簽都有一個(gè)唯一的ID，以便在通過ETC車道時(shí)進(jìn)行識(shí)別。通常采用射頻識(shí)別（RFID）或近場(chǎng)通信（NFC）技術(shù)，內(nèi)置有存儲(chǔ)芯片和加密算法，能夠存儲(chǔ)用戶的支付信息和身份信息。用戶只需將電子標(biāo)簽或卡片與支付終端設(shè)備靠近或放置在指定區(qū)域，即可完成支付交易。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)二、系統(tǒng)組成3.后臺(tái)管理系統(tǒng)后臺(tái)管理系統(tǒng)是ETC系統(tǒng)的核心組件，負(fù)責(zé)管理和處理交易數(shù)據(jù)、用戶賬戶和支付信息，包括車輛信息、通行記錄、扣費(fèi)記錄等。通常集成了數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器和管理軟件等，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶賬戶管理、支付記錄查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和系統(tǒng)維護(hù)等功能。后臺(tái)管理系統(tǒng)需要具備高度的安全性和穩(wěn)定性，以確保交易數(shù)據(jù)的保密性和完整性。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)二、系統(tǒng)組成4.數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

ETC系統(tǒng)依賴于穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)支付終端設(shè)備和后臺(tái)管理系統(tǒng)之間以及系統(tǒng)各部分之間的數(shù)據(jù)傳輸和交互。ETC系統(tǒng)需要與銀行、交通管理部門等外部機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此需要可靠、高效的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，建立快速、穩(wěn)定和安全的連接，以保證支付交易的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)1.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是ETC系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。它利用無線電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽的識(shí)別和讀取。當(dāng)電子標(biāo)簽靠近讀卡器時(shí)，讀卡器會(huì)發(fā)送射頻信號(hào)，激活標(biāo)簽中的芯片并讀取其中的信息。RFID技術(shù)具有快速、無接觸和大容量存儲(chǔ)等特點(diǎn)，適用于交通支付場(chǎng)景中的快速通行和大規(guī)模用戶管理。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)2.微波通訊技術(shù)ETC系統(tǒng)利用微波通訊技術(shù)進(jìn)行車與路側(cè)設(shè)備之間的通訊。微波是一種高頻電磁波，其頻率范圍在100MHz至10GHz之間。微波通訊具有傳輸距離遠(yuǎn)、速度快、穿透力強(qiáng)、不依賴于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)，為ETC系統(tǒng)提供了快速、可靠的通訊方式。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)3.車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)該技術(shù)主要由車載設(shè)備和路邊設(shè)備組成，兩者通過短程通信DSRC完成路邊設(shè)備對(duì)車載設(shè)備信息的一次讀寫，即完成收付費(fèi)交易所必須的信息交換手續(xù)。具體來說，車載設(shè)備包括應(yīng)答器（transponder）和電子標(biāo)簽（RFIDtag），當(dāng)車輛通過ETC通道時(shí)，路邊的閱讀器會(huì)讀取車載設(shè)備中的信息，從而自動(dòng)識(shí)別車輛。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)4.車牌識(shí)別技術(shù)ETC中的車牌識(shí)別技術(shù)主要是通過圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。圖像處理包括采集、預(yù)處理、特征提取和字符分割等步驟，旨在清晰地捕獲車輛的車牌號(hào)碼圖像。計(jì)算機(jī)視覺利用圖像處理、模式識(shí)別和人工智能技術(shù)處理圖像信息，自動(dòng)識(shí)別出車牌的數(shù)字、字母及漢字字符，并直接給出識(shí)別結(jié)果。車牌信息可實(shí)時(shí)記錄并處理，提高交通管理效率和安全性。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)5.加密算法和安全協(xié)議在ETC系統(tǒng)中，保護(hù)用戶支付信息和數(shù)據(jù)安全至關(guān)重要。采用加密算法和安全協(xié)議可以確保交易數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。常用的加密算法包括RSA、AES和DES等，它們可以對(duì)支付信息進(jìn)行加密和解密。此外，安全協(xié)議如SSL/TLS等能夠確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院碗p向身份驗(yàn)證。網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)包括防火墻、入侵檢測(cè)、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地保護(hù)ETC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全，防止黑客攻擊和數(shù)據(jù)泄露。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)6.數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)ETC系統(tǒng)的運(yùn)行離不開數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的支持。后臺(tái)系統(tǒng)需要建立車輛信息、交易數(shù)據(jù)等大型數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)和管理ETC相關(guān)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)提供了高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢和管理方法，為ETC系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了保障。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)7.清分結(jié)算技術(shù)ETC系統(tǒng)需要進(jìn)行高速、高效的清分結(jié)算，以確保交易的準(zhǔn)確性和公正性。清分結(jié)算技術(shù)利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)和高效的算法，對(duì)交易數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理和計(jì)算，得出準(zhǔn)確的應(yīng)收費(fèi)金額，并進(jìn)行相應(yīng)的扣費(fèi)和結(jié)算操作。第2節(jié)電子收費(fèi)系統(tǒng)三、關(guān)鍵技術(shù)8.防雷技術(shù)ETC系統(tǒng)通常部署在高速公路的出入口，屬于室外工作環(huán)境，因此需要應(yīng)對(duì)各種惡劣天氣和自然災(zāi)害。防雷技術(shù)包括防雷設(shè)備的配備和防雷工程的設(shè)計(jì)與施工，可以有效地保護(hù)ETC系統(tǒng)的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)不受雷電的損害。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付高速公路無感支付的ETC收費(fèi)系統(tǒng)相較于以往的單收費(fèi)通道，采用了多項(xiàng)新技術(shù)和設(shè)備，包括無感支付系統(tǒng)、車主識(shí)別系統(tǒng)、車道控制系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)等，同時(shí)采用了無感信息匹配平臺(tái)、前置處理集群、用戶查詢平臺(tái)、卡口信息采集服務(wù)等軟件算法，確保無感支付ETC收費(fèi)通道費(fèi)用的準(zhǔn)確性，提高了道路通行效率。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付ETC支付系統(tǒng)通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載器與在收費(fèi)站ETC車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺(tái)結(jié)算處理，從而達(dá)到車輛通過路橋收費(fèi)站不需停車而能交納路橋費(fèi)的目的，且所交納的費(fèi)用經(jīng)過后臺(tái)處理后清分給相關(guān)的收益業(yè)主。在現(xiàn)有的車道上安裝電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)，可以使車道的通行能力提高3~5倍。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付其原理可以簡(jiǎn)單闡述為：1.車輛識(shí)別當(dāng)車輛進(jìn)入ETC通道，經(jīng)過ETC門架時(shí)，通道兩側(cè)的微波讀寫器會(huì)通過無線通信技術(shù)（如DSRC，微波通訊的一種）與車輛上的電子標(biāo)簽進(jìn)行通信。微波讀寫器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)，要求車輛上的電子標(biāo)簽返回其編碼信息。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付2.交易處理車輛上的電子標(biāo)簽接收到微波讀寫器的請(qǐng)求信號(hào)后，會(huì)返回一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，包含車輛的編碼信息。微波讀寫器接收到應(yīng)答信號(hào)后，將其傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)進(jìn)行交易處理。3.車速測(cè)量微波讀寫器同時(shí)也會(huì)對(duì)車輛的速度進(jìn)行測(cè)量，這是通過分析應(yīng)答信號(hào)的傳輸時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)車輛通過ETC通道時(shí)，微波讀寫器會(huì)連續(xù)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，并計(jì)算車輛通過的時(shí)間，從而得出車輛的速度。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付4.扣費(fèi)處理后臺(tái)系統(tǒng)接收到微波讀寫器傳輸?shù)能囕v編碼信息和車速信息后，會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和車道標(biāo)識(shí)進(jìn)行扣費(fèi)處理。如果車輛符合免費(fèi)通行的條件，或者車輛已經(jīng)提前進(jìn)行了儲(chǔ)值，后臺(tái)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行扣費(fèi)。如果車輛沒有支付足夠的費(fèi)用，后臺(tái)系統(tǒng)就會(huì)生成一個(gè)違章記錄。5.通行信息記錄后臺(tái)系統(tǒng)還會(huì)將車輛的通行信息記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括車輛編碼信息、扣費(fèi)金額、扣費(fèi)時(shí)間、車道編號(hào)等信息。這些信息可以用于后續(xù)的查詢和處理。第3節(jié)案例介紹二、智慧停車ETC智慧停車是一種基于ETC技術(shù)的停車服務(wù)。該技術(shù)運(yùn)用車輛自動(dòng)識(shí)別和收費(fèi)數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)不停車、不設(shè)收費(fèi)窗口也能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)電子收費(fèi)系統(tǒng)。在智慧停車中，車輛的ETC裝置和停車場(chǎng)的ETC設(shè)備進(jìn)行通信，自動(dòng)完成車輛信息和費(fèi)用的交換，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)費(fèi)、自動(dòng)扣費(fèi)、自助開票等智能化服務(wù)。第3節(jié)案例介紹二、智慧停車ETC智慧停車作為ETC技術(shù)的新應(yīng)用場(chǎng)景，相較于傳統(tǒng)停車具有以下優(yōu)勢(shì)：1.方便快捷提高了通行效，同時(shí)減少了取卡、繳費(fèi)、找零等環(huán)節(jié)，省時(shí)省力。由于采用電子支付方式，駕駛員無需攜帶現(xiàn)金也可以在停車場(chǎng)內(nèi)自助打印停車小票，方便快捷。2.安全可靠車輛通過ETC智慧停車系統(tǒng)時(shí)可以自動(dòng)識(shí)別，避免了停車收費(fèi)時(shí)可能出現(xiàn)的丟失車輛、錯(cuò)車等問題，保證了行車的安全和通暢。第3節(jié)案例介紹二、智慧停車ETC智慧停車作為ETC技術(shù)的新應(yīng)用場(chǎng)景，相較于傳統(tǒng)停車具有以下優(yōu)勢(shì)：3.費(fèi)用透明ETC智慧停車系統(tǒng)可以讓車主隨時(shí)查看賬戶余額、車輛通行記錄等，消費(fèi)情況一目了然，減少了額外費(fèi)用，使得消費(fèi)更加透明化，方便車主進(jìn)行預(yù)算和管理。4.提高車位利用率通過全場(chǎng)景覆蓋和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，ETC智慧停車能夠減少受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)識(shí)別率的影響，提高車位利用率。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望一、難題挑戰(zhàn)

ETC技術(shù)雖然已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但仍面臨著一些難題和挑戰(zhàn)。1.識(shí)別率和準(zhǔn)確性問題ETC系統(tǒng)依賴于車輛上的電子標(biāo)簽與收費(fèi)站之間的無線通信進(jìn)行車輛識(shí)別和扣費(fèi)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于多種因素如信號(hào)干擾、車輛金屬結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)的屏蔽等，會(huì)導(dǎo)致識(shí)別率和準(zhǔn)確性出現(xiàn)問題。這可能會(huì)引發(fā)錯(cuò)扣、漏扣等問題，影響用戶體驗(yàn)和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望一、難題挑戰(zhàn)2.兼容性問題不同的ETC系統(tǒng)可能存在兼容性問題。不同的ETC設(shè)備制造商可能會(huì)采用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，導(dǎo)致不同設(shè)備之間的互操作性受到限制。這可能會(huì)導(dǎo)致用戶在某些路段無法正常使用ETC服務(wù)，從而影響了ETC系統(tǒng)的普及和用戶體驗(yàn)。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望一、難題挑戰(zhàn)3.安全性問題ETC系統(tǒng)涉及用戶的個(gè)人信息和銀行賬戶安全。如果系統(tǒng)安全性不足，可能會(huì)導(dǎo)致用戶信息泄露或資金被盜。因此，保障ETC系統(tǒng)的安全性是至關(guān)重要的。然而，由于網(wǎng)絡(luò)攻擊和安全漏洞的威脅，ETC系統(tǒng)的安全性面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望一、難題挑戰(zhàn)4.升級(jí)和維護(hù)問題ETC系統(tǒng)需要定期進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)以修復(fù)漏洞、提高性能和滿足用戶需求。然而，由于涉及的設(shè)備和系統(tǒng)眾多，升級(jí)和維護(hù)工作可能面臨困難。這可能需要龐大的工作量和專業(yè)的技術(shù)支持，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望二、未來展望ETC技術(shù)作為一種先進(jìn)的路橋收費(fèi)方式，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。雖然ETC技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但在未來的發(fā)展中，它仍然有著廣闊的應(yīng)用前景和潛力。1.增加ETC設(shè)備滲透率盡管目前ETC設(shè)備滲透率已經(jīng)有所提高，但在一些國(guó)家和地區(qū)，滲透率仍然較低。因此，未來ETC技術(shù)的推廣和應(yīng)用仍然需要繼續(xù)加強(qiáng)，增加ETC設(shè)備滲透率，提高ETC技術(shù)的普及率。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望二、未來展望2.提升ETC設(shè)備的兼容性不同ETC設(shè)備制造商采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議可能存在差異，這會(huì)導(dǎo)致不同設(shè)備之間的互操作性受到限制。因此，未來ETC技術(shù)的發(fā)展需要注重提升ETC設(shè)備的兼容性，促進(jìn)不同設(shè)備之間的互聯(lián)互通，提高ETC系統(tǒng)的整體性能和服務(wù)水平。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望二、未來展望3.增強(qiáng)ETC系統(tǒng)的安全性ETC系統(tǒng)涉及用戶的個(gè)人信息和銀行賬戶安全，因此系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要。未來，需要繼續(xù)加強(qiáng)ETC系統(tǒng)的安全性，采用更加先進(jìn)的安全技術(shù)和加密算法，保護(hù)用戶信息和資金的安全，增加用戶對(duì)ETC系統(tǒng)的信任度。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望