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高速公路不停车收费（ETC）系统相关技术分析

范文

黄周平

摘要：近几年随着高速公路的建设发展，高速公路通信、监控和收费系统的市场规模高速增长，高速公路不停车收费（ETC）系统的需求将逐年增加。虽然目前国内已经有相当一部分的高速公路建立起了不停车收费系统，但距离全面建设与应用还有很大差距。对于高速公路不停车收费（ETC）系统相关技术作为不停车收费的关键部分，在这之间起到重要作用。下文就高速公路不停车收费（ETC）系统相关技术进行分析，这日后高速公路事业进一步发展。

关键词：高速公路不停车收费（ETC）系统技术分析

前言

电子不停车收费系统（ETC，Electronic Toll Collection System）[3]作为智能交通系统（ITS）的重要内容，是国际上正努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子自动收费系统。是解决收费道路停车收费拥堵现象和提高服务水平的手段之一。高速公路ETC系统通过计算机网路进行收费数据的处理，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费扣除的全自动收费方式。实现不停车自动收费的全电子收费系统。

一、 ETC系统的关键技术

ETC在我国经历十多年的发展路程，技术较为成熟，达到国际先进水平。根据我国路网现状和ETC应用实际，现在投入使用的ETC多采用先进的5.8GHz微波频段的DSRC技术，系统车载单元（OBU）则多采用两片式电子标签和双界面CPU卡相结合的方式，成功地实现车辆的不停车收费。ETC系统的关键技术主要体现为以下技术：①自动车辆识别（AVI Automatic Vehicle Identification ）技术②自动车型分类（AVI Automatic VehicleClassification）技术③短程通信（DSRC Dedicated Short Communication）技术④逃费抓拍系统（VES Video Enforcement System）⑤ETC的管理模式。

二、RFID射频识别系统技术

2.1、射频识别RFID的组成部分

射频识别（Radio Frequency Identification）技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无线信息传递并通过所传递的信息达到目标身份自动识别的技术。RFID 技术识别速度快，即使物体高速运动一样可以准确识别，当大量标签出现在识别范围时会根据防碰撞原理对标签进行一一识别，操作简单，适应性强。射频识别系统通常由如图1以下几个部分组成：

2.2、射频识别RFID 技术的基本工作原理

对于射频识别系统的标签来说，接收天线相当于等效有一个可变负载。当射频信号从读写器发出时，接收天线利用其可变的负载特性，将控制接收天线的反射信号，把相关应答信息调制到反射的电磁波上。当读写器接收到反射信号时，进行解调获取被识别的应答信息，可以作为被识别物体的身份标识。RFID的应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盜器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理、ETC不停车收费系统等。RFID标签有两种：有源标签和无源标签。

2.3、 RFID的标准体系及使用频率

电子标签的工作频率是RFID系统中的關键技术。射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。RFID 标准体系主要由空中接口规范、物理特性、读写器协议、编码体系、测试规范、应用规范、数据管理、信息安全等标准组成。值得注意的是，相关标准之间缺乏达成一致的基础，国际标准化组织正在积极推动RFID 应用层面上的互联互通。前RFID使用的頻率有6种，分別为135KHz以下、13.56MHz、433.92MHz、860M～930MHz（即UHF）、2.45GHz以及5.8GHz。其中低频率的感应距离较短以及读取速度较慢，135KHz以下频率为主。穿透能力好。广泛应用在会员卡、超市、门禁管制和防盜追踪等。通讯距离10公分左右的近距离非接触式IC卡发展快速。

三、RFID技术在高速公路收费管理系统上的应用

3.1、RFID系统分类

在ETC车道，仅仅靠入口、出口的信息记录即可判断出车辆的信息及出让高速公路的行驶情况，准确地对车辆进行通行费计算、征收、结算。利用RFID技术，通过在路段上建立标识站对车辆上的RFID通行卡进行无线标识，从而达到精确标识车辆、对车辆进行不停车联网收费的目的。根据如下表（1）的RFID系统分类，目前应用较多的是半自动式RFID收费系统。

3.2、ETC复合通行卡工作原理：如图3

（1）高速公路ETC车道/MTC车道入口读卡。

a、MTC普通收费车道

司机在普通高速路口路网入口车道处，收费员人工判车型并手动输入车道控制器，在车道控制器控制下，收费员利用“Mifare-one卡”读写器将记录入口信息的通行卡交给司机，由司机携带上路。确认后电动栏杆开启，车辆驶离。

b、ETC不停车收费车道

司机在通过ETC车道时，不用停车进行领卡、写卡。在通过ETC车道时，通过安装于ETC收费站的RFID天线实时与ETC复合通行卡的RFID高频接口通信，通过 RFID电子标签识别，对车辆信息进行识别。向ETC管理中心发送车辆进入高速公路信息，然后向银行清算中心发出收费信号，记录入资金结算中心；向ETC复合通行卡的RFID电子标签写入进入高速公路信息。

（2）高速公路标识站记录（仅限于ETC车道，MTC车道不建立标识站）

ETC车道在路侧建有多个标识站，路侧标识站具有远距离（0～200m）、大范围、高可靠性通信能力；车辆可自由高速通行；通过远程控制功能，实现设备的统一管理，包括参数设置、状态查询、在线升级等；车辆行驶至具有标识站的路段时，通过安装于标识站的RFID天线实时与ETC复合通行卡的RFID高频接口通信，通过 RFID电子标签识别，记录分析时间段内进入高速公路的车辆信息。数据汇总进入ETC管理中心，ETC管理中心通过对天气、路况、车辆信息等因素进行综合分析，从而有效的调控高速公路通行。

（3）出口读卡收费。

a、MTC车道：车辆行驶至路网MTC出口车道，司机把ETC复合通行卡交回给收费员，收费员将司机递交的通行卡置于读写器的读写区域内，收费员手动输入车型，读出通行卡上记录的车型、入口地址、时间、工号等入口信息，外部金额显示器显示应收通行费。收费员按车辆行驶里程收取通行费，确认无误后打印收据交给司机，信息自动输入车道控制器，自动栏杆开启，车辆驶离。

b、ETC车道：车辆行驶至路网ETC出口车道，直接通过固定于车辆前挡风玻璃的电子标签，通过RFID读写器，读出ETC复合通行卡的信息，然后向ETC管理中心发送车辆开出高速公路信息，向银行清算中心发出收费信号，记录入资金结算中心进行后台结算。

就目前，复合通行卡主要在广东省粤东路段的试点运行对通行卡现金收费测试的成功标识精度经人工修正后达到92%，对于非现金通行费和不能成功标识路径的现金通行费，需要根据统计路径识别成功的现金通行费得出的比例进行分配，总体上是通过对特定的现金收费车辆采样进行通行费比例分配。

结束语：RFID相关技术作为ETC系统技术的主体，其中 RFID技术在高速公路收费管理系统上的应用极其重要。上文对RFID技术的基本工作原理和特点进行了细微分析，对高速公路不停车收费系统结构进一步研究；在分析RFID技术的基础上，结合高速公路不停车收费系统的需求，对高速公路不停车收费系统中使用RFID所产生的碰撞现象也提出了一些问题，希望高速公路不停车收费系统的热点问题和将来的发展方向得到快速发展。

参考文献：

[1]宋传平.我国高速公路交通控制系统的发展趋势[J].公路交通技术，2004，（1）

[2]谷云辉，李伯勇，胡永志，丛广岩.基于RFID技术的不停车收费系统在吉林省高速公路的应用[A]；中国高速公路管理学术论文集（2009卷）[C]； 2009年

[3]马向东，杨玉文，郭志刚.高速路网收费一卡通[J].黑龙江交通科技.2001，2（90）

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