ETC工作原理及技術(shù)

1、摘要：電子不停車收費技術(shù)是一種先進的電子收費技術(shù)方式，文章介紹了電子不停車收費技術(shù)的研究及發(fā)展應用情況，并針對實際實施中遇到的問題，提出了具體的研究內(nèi)容及實施方案，為電子不停車技術(shù)的應用提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：；ETC電子；停車收費；發(fā)展應用 ；標準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系統(tǒng)（Electronic Toll Collection簡稱ETC是國際上正在努力 開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋

2、和隧道的電子收費系統(tǒng)，它的最大特點是不停車收費，即車輛可以以相當高的速度通過收費口 ，無須在收費站前減速和停車 交費。采用不停車收費系統(tǒng)，可以使公路收費走向無紙化、無現(xiàn)金化管理，可以從 根本上杜絕收費票款的流失現(xiàn)象，解決公路收費中的財務(wù)管理混亂問題。另外，實 施不停車收費系統(tǒng)還可以節(jié)約基建費用和管理費用。ETC系統(tǒng)是ITS領(lǐng)域中的一個重要方面。由于它涉及交通基礎(chǔ)設(shè)施投資的回 收，乂是緩解收費站交通堵塞“瓶頸”的有效手段，減少了環(huán)境污染，所以各國 都把不停車收費系統(tǒng)作為ITS領(lǐng)域最先投入應用的系統(tǒng)來開發(fā)。我國交通部門已 經(jīng)把不停車收費系統(tǒng)的開發(fā)和應用列為我國ITS領(lǐng)域首先啟動的項目，并在“十五”

3、期間列入交通科技的技術(shù)創(chuàng)新重點之一。和傳統(tǒng)的收費系統(tǒng)相比，ETC系統(tǒng)具有更高的通行能力，更少的基建投入， 更低的日常運營費用，更好的服務(wù)水平，更好的發(fā)展趨勢。ETC系統(tǒng)是將來公路收 費的大勢所趨，它在國外已經(jīng)廣泛應用，在國內(nèi)的應用也正逐步開展。它高速便 捷的特點，在給廣大車主帶來更多方便的同時，還給道路管理單位帶來更多的資 金收益，是利國、利民，適合社會發(fā)展，適應未來科技發(fā)展的新時代產(chǎn)品。ETC系統(tǒng)按收費站收費方式，可分為開放式和封閉式；按收費站車道配置， 可分為ETC專用車道、MTC車道和ETC/MTC混合車道三類。鑒于我國道路實際 情況，在較長的一段時間內(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)、計算機技術(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）所組成的先進系統(tǒng)，以實現(xiàn)車輛無需停車既可自動收取道路通行費用。目前，大多數(shù)ETC系統(tǒng)均采用微波技術(shù)。不停車收費系統(tǒng)通過路邊車道設(shè)備控制系統(tǒng)的信號發(fā)射與接收裝置（稱為路邊讀寫設(shè)備，簡稱RSE，識別車輛上設(shè)備（稱為車載器，簡稱OBU）內(nèi)特有編碼,判別車型，計算通行費用，并自動從車輛用戶的專用帳戶中扣除通行費。對 使用ETC道的未安裝車載器或車載器無效的車輛，則視作違章車輛，實施圖象抓拍和識別，會同交警部門事后處理。3.系統(tǒng)構(gòu)成電子不停車收費系統(tǒng)可分

5、為前臺和后臺系統(tǒng)：（1）前臺系統(tǒng)包括三種核心設(shè)備：車輛自動識別系統(tǒng)（Au-tomatic Vehicle Identification簡稱AVI車輛自動分類系統(tǒng)（Automatic Vehicle Classification簡稱AVC/日錄像實施系 統(tǒng)（VideoEnforcement System簡稱VES）車輛自動識別系統(tǒng)采用無線調(diào)頻設(shè)備（Ra-dio Frequency雙別用戶的身份標識卡（TAG四其有效性；車輛自動分類系統(tǒng)借 助傳感器組的信息確定車輛的收費類別；錄像實施系統(tǒng)利用高速圖像處理設(shè)備自 動俘獲違章車輛的車牌號碼。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，獲取用戶的身份標識（ID）,缺點是易受環(huán)境條件、距離位置、 條碼安裝與完整性等因素的影響。無線電調(diào)頻設(shè)備采用無線波來識別貼于車輛前 端的用戶身份標識卡來識別用戶身份，具有更高的可靠性；其中，無線頻率（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 線電信息收發(fā)等）三大類。2AVCAVC系統(tǒng)根據(jù)車輛的物理特性來確定車輛的收費類別。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，傳感器的信號提

7、交事務(wù)處理系統(tǒng)后，由車輛分類 單元判定收費類型。AVC設(shè)備包括：前置線圈、感應踏板、發(fā)射光塔、掃描儀和 高速攝像等設(shè)備。3VESVES用光學字符識別（OCR技術(shù)自動獲取非法車輛的車牌號碼。VES攝錄方 式包括照片、錄像帶和數(shù)字影像等等。VESW用模糊識別技術(shù)，借助光學字符識別 設(shè)備實現(xiàn)非法用戶的車牌號碼識別。VES過程包括：感應觸發(fā)、圖像俘獲、圖像識別、圖像儲存、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）;單片機編程技術(shù)；快速查詢算法；模糊識別;通 信控制和圖像處理。2）后臺系統(tǒng)收費系統(tǒng)的后臺系統(tǒng)工作任務(wù)主要為向客戶發(fā)售車載標識卡 ，并做

8、標識卡的 初始化;接受客戶補交金額和查詢；接收前臺收費數(shù)據(jù)文件；交易和結(jié)算；向前臺和 客戶發(fā)送補交金額的黑名單指令和信息；存儲、管理抓拍圖像等。它主要包括如下系統(tǒng)：計算機管理系統(tǒng)、道路運營管理系統(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)。實際上是一個具有財務(wù)結(jié)算性質(zhì) 的計算機網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通過各個終端的工作，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)可分為收費站電子不停車收費系統(tǒng)和自由流不停車收費系統(tǒng)。（1）收費站不停車收費系統(tǒng)收費站不停車收費一般采取混合收費方式，既有不停車收費車道，乂保留半自動收費車道。其主要特征為：1與半自動收

9、費車道并列設(shè)置。在收費車道中，根據(jù)使用情況開設(shè)部分ETC專用收費車道；2車輛通過收費車道的車速較低， 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)置自動欄桿，以防無卡車輛通過。收費車道入口設(shè)置不停車收費車道標志和信號燈。由于車輛密度不大，天線并不連續(xù)工作，無車輛通過時，天線處于休眠狀態(tài)。在天線輻射區(qū)外的車道，埋設(shè)一 個環(huán)行線圈，當車輛進入線圈工作區(qū)時，線圈發(fā)出信號，激活天線進入工作狀態(tài)。車 輛進入通信區(qū)，通過微波天線，車載標識卡響應天線的詢問信息，將客戶身份與車 型代碼上傳給車道天線，由天線轉(zhuǎn)送給車道控制機進行核查，如為有效合法卡，車 道放行，信號燈

10、變綠，如果進一步交換信息，讀寫數(shù)據(jù)，可繼續(xù)通信，直到收費過程結(jié) 束，如果進入車道的車輛為非法無效卡車，或是無標識卡的車輛，車道控制機將根 據(jù)天線傳送的信息，指令自動欄桿關(guān)閉，攔截非法車輛，并發(fā)出聲光警報，現(xiàn)場人員 將對其進行處理。車道控制機將收集到的數(shù)據(jù)上傳至后臺系統(tǒng)，進行數(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用戶在所有繳費用戶中并非多數(shù)的情況。(2)自由流不停車收費系統(tǒng)自由流不停車收費系統(tǒng)在道路主線上每隔一定里程設(shè)置一個橫跨道路上空 的龍門架，架上安裝不停車收費設(shè)備，實施分段開放式不停車收費。車輛無須減速， 以正常行駛速度完成收費工作。其主要特征為：1無收費島

11、、亭之類設(shè)施；2進入收費點時無須減速，車輛繼續(xù)高速彳駛；3需要建立一套高精度逃費取證處理系統(tǒng)，現(xiàn)場抓拍捕捉車輛逃 費證據(jù)，以便于以后依法處理，目前大多采用高速、高分辨率的攝像機對車輛牌照 進行抓拍；4在收費點附近，需建造一條與主線平行的普通收費車道，以便對 非法無效卡車或無標識卡的車輛收費；5車道天線控制器能控制多部天線并行工作， 與多輛車載標識卡 同時通信。此系統(tǒng)主要優(yōu)點為減少收費站建設(shè)投資，車速高，無行車延誤，車輛 通行能力接近2000輛/h。但設(shè)備投資大，技術(shù)上實現(xiàn)難度也較大，特別是如何防止 和遏制逃費車輛是關(guān)鍵技術(shù)。這種方式適用于不停車收費用戶在所有繳費用戶中 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的特點是不僅要按照車型分類標準收費，而且按照入出口的距離標準進行收費。各種類型的不停車收費系統(tǒng)的收費過程基本相同，其原理是在車輛上安裝一種標識卡，在ETC收費車道上安裝有車載標識卡的讀寫設(shè)備，當車輛 進入ETC收費車道時，標識卡以微波通信方式與該車道的天線進行雙向數(shù)據(jù)交換，從卡上讀取車牌照號、車型等數(shù)據(jù)，如需要也可向車載標識卡上寫入信息，系統(tǒng)根 據(jù)讀取的信息，識別車輛合法與否，進行數(shù)據(jù)處理，計算收費金額，并從其賬戶上扣 除相應金額，記錄交易數(shù)據(jù)，控制車道外部設(shè)備等，具體流程為：(1)后臺系統(tǒng)初始化車載標識卡，將車牌照號、車型、收費率等數(shù)據(jù)寫入標識卡，并發(fā)放給客戶，建立有

13、關(guān)客戶檔案；(2)車輛進入ETCC攵費車道，感應天線激活線圈，進而激活微波天線，讀取標識卡上的信息，并傳送給車道控制機進行核查；(3)如為合法車輛，則進行收費交易，依據(jù)后臺系統(tǒng)完成活算，通行 燈將會變綠，顯示收費額和余額，車輛通過，記錄數(shù)據(jù)；(4)如為非法車輛，車道控制機觸發(fā)報警信號，同時控制自動欄桿下 落，關(guān)閉車道，車道攝像機進行圖像抓拍，車輛進行人為處理。6.技術(shù)及其標準化根據(jù)國內(nèi)外ETC的建設(shè)經(jīng)驗，ET蕓統(tǒng)的建設(shè)首先要作好ETC相關(guān)技術(shù)與設(shè)備 標準的選擇，在規(guī)范、 統(tǒng)一的標準平臺上進行后臺系統(tǒng)的建設(shè)。ETC標準化工作是 一項綜合性的基礎(chǔ)工作，是制定ET段術(shù)法規(guī)的基礎(chǔ)，對促進技術(shù)進步，提高總體應 用效果，提高社會經(jīng)濟效益具有重要作用。目前國際上在ETC相關(guān)技術(shù)與設(shè)備標準的研究和制定工作中已取得了顯著 的成果。國際標準化組織(ISO弟204技術(shù)委員會第15工作組負責專用短程通信 協(xié)議DSRC標準的制定，電子不停車收費系統(tǒng)中車道天線和車載電子標簽所