高速公路電子不停車收費系統中計重收費的應用

高世君

（山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006）

0 引言

公路電子不停車收費系統（Electronic Toll Collection，簡稱ETC）是目前世界上最先進的車輛收費方式。ETC是微波無線通信、計算機網絡及信息處理、自動控制等多項高新技術在公路收費系統中的綜合應用，它利用車載電子標簽自動與安裝在路側或門架上的微波天線進行信息交換，計算機根據插入在電子標簽內的IC卡信息自動識別出道路使用者，然后根據通行路徑長短扣除通行費。ETC系統最顯著的特點是可以實現不停車收費，方便用戶通行，加快放行速度和提高收費效率，減少目前高速公路存在的嚴重擁堵現象，將會成為未來高速公路主要的收費方式。

1 系統用途及國內外技術

由于車輛信息和用戶信息在發行時已寫入車載設備，ETC系統獲取車輛的數據信息要比通過牌照識別、地感線圈等手段采集的數據更為全面和準確。ETC技術所提供的高效、準確、及時和豐富的數據信息可以輔助交通部門對車輛進行管理，改進運營商的服務水平、為客戶提供個性化服務。此外，DSRC采用5.8GHz微波通信，具有先進的通信功能，為ITS領域中實現車輛與道路基礎設施、車輛與車輛之間提供單向或雙向交互式通信服務提供了技術手段，使車輛能夠享用交通信息網絡中的各種資源，也為交通信息中心提供行駛車輛的有關數據等功能提供了技術手段。從長期看，ETC技術除了服務于電子收費及車輛管理外，完全有潛力擴展到高速公路交通信息發布、車輛定位、交通誘導和緊急事件處理等領域。

各發達國家在ETC技術推進和聯網收費方面都經歷了較為漫長的過程。美國、歐洲和日本是較早研發不停車收費系統的國家，并向國際標準化組織提交過有關不停車收費標準的草案，其中歐洲和日本提出的標準較為成熟，獲得了較為廣泛的支持。

我國目前ETC系統硬件采用的5.8GHz車載電子標簽的集成芯片，大部分從國外直接引進，然而這些集成芯片方案均不能滿足國標的要求，所能應用的只是無線射頻發射部分，無線射頻接收部分均無法實現，軟件功能的集成則更處于起步階段。加快開發符合中國國標的ETC專用集成芯片不但是ETC行業的整體需求，也是關系到ETC行業持續發展的重要因素之一。改變ETC芯片全進口的局面，需要芯片設計符合《電子收費專用短程通信物理層》（GB／T 20851.1—2007）和《電子收費專用短程通信數據鏈路層》（GB／T 20851.1—2007）的標準，同時要嵌入電源管理模塊，最大限度優化芯片工作電流和待機電流，將射頻單元、基帶處理單元、安全模塊和讀卡單元進一步集成，從而降低成本，真正實現電子不停車收費系統的全面國產化。

我國在用系統基于國標體系下的車道收費系統，正處于快速發展與規模化應用的關鍵時期，雖然發展的有利條件已經具備，但瓶頸因素依然不少。山西省高速公路ETC系統自2010年12月10日試運行以來，在系統總集成過程中依然存在諸多問題，主要有以下幾方面：

a）國標、部標問題 ETC系統的核心設備RSU、OBU雖都有嚴格的標準，設備也經過了交通運輸部ITS中心的嚴格測試，并出具了測試報告，但不論國標、部標均為最“低”標準，技術指標相對寬泛；

b）技術路線問題 目前RSU和OBU之間的數據交換及綁定存在兩種模式，即“前綁定”與“后綁定”，國內各個廠家的技術路線雖不同，但均符合國家標準和設計要求，又各有其優缺點，如何取舍，如何運用是一個難題；

c）車道線圈問題 山西省ETC車道目前采用“三”個線圈，其它省份大多采用“五”個線圈；

d）RSU與OBU的匹配問題 ETC系統供貨廠家不同，車道數據交換模式便不同，從而出現兩個廠家四種交換模式的問題；

e）網絡通信問題 ETC系統發行與充值僅支持在線服務，需保證網絡通信暢通，而各省高速公路通信網絡不同，經常存在網絡不通的問題，影響ETC的發行、充值以及數據的上傳和拆分；

f）檢測設備問題 ETC系統建設只能依靠交通運輸部ITS中心的檢測，各省缺少必要檢測手段，無法做出完整判斷，產品是否合格不能確定；

g）RSU和OBU的安裝問題 最好的RSU角度和OBU的安裝位置無理論支持，只能依靠現場探索性安裝；

h）管理軟件問題 無經驗借鑒，無法提前提出完整的軟件需求；

i）發行網點問題 網點少，限制了OBU的發行速度。

總之，盡管國外ETC系統運行很成功，具有一定特色，但有些技術特點和運營方法能否適合中國，需要結合我國道路使用者的行為特點深入評估分析和利用。以車道部分為例，有專用車道和混合車道兩種模式，有收費員值班管理和無人值班管理兩種模式，有設高速欄桿和不設欄桿兩種模式，有低速通行模式和高速通行模式，從違章逃費行為的處理看，有現場處理和圖像抓拍事后處理兩種模式。因此，高速公路收費系統的研發勢在必行，特別研發高速公路電子不停車計重收費系統，更符合我國國情，既能提高快速通行服務能力，又能減少收費值班員，具有一定的推廣應用前景。

2 系統技術路線

ETC作為一種先進的車道電子收費技術在一些發達國家已經相當成熟，沒有車道隔離設施，能讓車輛隨意通過收費點。據有關數據表明，收費時間段交通量減少了20%～24%，平均時速也提高了10km，被譽為世界上最先進的電子收費系統。在電子收費領域，車道電子收費代表了當今國際上先進的道路收費技術水平。在華北高速與交通運輸部公路院承擔的“高速公路安全信息服務走廊”研究項目中，ETC的擴展應用得到充分體現，該項目主要是采用車路協同技術，通過在車輛與設施之間的信息交互，實現高速公路安全信息的全覆蓋，在信息的支持下，保障車輛在進入高速公路前到離開高速公路后的行進過程中，更為安全、舒適和快速。

該項目根據國際ETC應用和發展情況，取其優點，結合國內應用特點擬采用的技術路線是在單個車道架設一個路側天線單元設備，車道采用“五”個線圈，其中一個為啟用RSU的觸發線圈，即RSU在汽車未通過時可使系統處于“休眠”狀態，當有車輛通過時令系統“蘇醒”過來并開始工作。這樣有兩大特點：一是RSU的工作壽命較長；二是可以有效避免鄰道干擾。在“抓拍線圈”和“落桿線圈”之間增加一個“存在線圈”，以防少數所謂“懂行”的人員與車輛，故意將未裝OBU車輛停放在此處，待后邊過來的裝有OBU的車輛交易完成，欄桿機抬桿瞬間搶先駛出，達到逃費的目的。數據處理方式采用同一時間只處理一個交易的方法完成，因為車輛通過車道的車速基本在40km／h以下，需要120s完成交易。

在ETC收費系統項目基本完成后，應進一步實現ETC自由流收費系統。自由流模式下環境更為復雜，存在車輛跟馳、并馳、超車和換道等行駛狀況，還存在通信區域重疊、車輛高速通行和車輛定位等技術問題，雖然GB／T 20851.2—2007對通信鏈路建立過程中的防碰撞機制作出了相應的規定，但我國目前用戶的車載單元不具備任何防碰撞機制。另一方面，ETC系統對交易時間有較高的要求，自由流電子收費中的車輛車速達到120km／h，要求RSU與OBU至少應在60s內完成交易，但我國目前的系統設備如卡片運算處理時間慢，所以影響整個交易時間，這是自由流模式下需要解決的另一個技術難題。交通運輸部公路科學研究院的劉鴻偉在2011智能運輸大會分論壇上曾針對自由流收費系統的前端設備、后臺結算、發行系統、稽查系統及政策支持等全方位提出了多車道自由流收費系統實施的總體解決方案，可以借鑒。

3 系統實現目標

盡管國內目前還沒有將動態稱重技術與ETC技術相結合的應用，但實現載重車輛電子不停車收費系統勢在必行。項目總體建設目標是建立車輛識別、稱重和不停車收費等多技術相結合的高速公路電子不停車計重收費系統，在總目標下需要完成的具體目標如下：

a）將動態稱重技術應用到ETC中，實現車道的混合收費（MIC），解決目前ETC專用車道的占用問題，緩解收費出口壓力，快速放行高速公路使用者，處理擁堵造成的矛盾；

b）將雙稱臺專利技術應用到ETC中，提高收費車道的數據穩定性，解決動態稱重技術存在的稱重精度問題，同時實現重量預警和冗余問題；

c）對現有的數據采集系統實現系統改進，進一步提高稱重精度和系統運行效率，解決稱重穩定性所組成的復磅問題和車輛超限超載問題；

d）將防作弊專利技術應用到ETC中，隨時識別作弊，并采用算法跟蹤分析，減少通行費率損失，彌補動態稱重技術缺陷，徹底解決托磅問題。

4 系統實施的社會效應

載重車輛公路電子不停車計重收費系統特別適合在高速公路和交通繁忙的橋梁、隧道使用。使用不停車計重收費不僅能夠節約用戶通過收費站時間，更主要的是減少油耗和污染物排放，大大提高行業的運輸能力，為支持國民經濟建設產生直接效益。