高速公路不停車收費（ETC）系統相關技術分析

黃周平

摘要：近幾年隨著高速公路的建設發展，高速公路通信、監控和收費系統的市場規模高速增長，高速公路不停車收費（ETC）系統的需求將逐年增加。雖然目前國內已經有相當一部分的高速公路建立起了不停車收費系統，但距離全面建設與應用還有很大差距。對于高速公路不停車收費（ETC）系統相關技術作為不停車收費的關鍵部分，在這之間起到重要作用。下文就高速公路不停車收費（ETC）系統相關技術進行分析，這日后高速公路事業進一步發展。

關鍵詞：高速公路 不停車收費 （ETC）系統 技術分析

前言

電子不停車收費系統（ETC，Electronic Toll Collection System）[3]作為智能交通系統（ITS）的重要內容，是國際上正努力開發并推廣普及的一種用于道路、大橋和隧道的電子自動收費系統。是解決收費道路停車收費擁堵現象和提高服務水平的手段之一。高速公路ETC系統通過計算機網路進行收費數據的處理，采用電子支付方式，自動完成車輛通行費扣除的全自動收費方式。實現不停車自動收費的全電子收費系統。

一、 ETC系統的關鍵技術

ETC在我國經歷十多年的發展路程，技術較為成熟，達到國際先進水平。根據我國路網現狀和ETC應用實際，現在投入使用的ETC多采用先進的5.8GHz微波頻段的DSRC技術，系統車載單元（OBU）則多采用兩片式電子標簽和雙界面CPU卡相結合的方式，成功地實現車輛的不停車收費。ETC系統的關鍵技術主要體現為以下技術：①自動車輛識別（AVI Automatic Vehicle Identification ）技術②自動車型分類（AVI Automatic VehicleClassification）技術③短程通信（DSRC Dedicated Short Communication）技術④逃費抓拍系統（VES Video Enforcement System）⑤ETC的管理模式。

二、RFID射頻識別系統技術

2.1、射頻識別RFID的組成部分

射頻識別（Radio Frequency Identification）技術是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無線信息傳遞并通過所傳遞的信息達到目標身份自動識別的技術。RFID 技術識別速度快，即使物體高速運動一樣可以準確識別，當大量標簽出現在識別范圍時會根據防碰撞原理對標簽進行一一識別，操作簡單，適應性強。射頻識別系統通常由如圖1以下幾個部分組成：

2.2、射頻識別RFID 技術的基本工作原理

對于射頻識別系統的標簽來說，接收天線相當于等效有一個可變負載。當射頻信號從讀寫器發出時，接收天線利用其可變的負載特性，將控制接收天線的反射信號，把相關應答信息調制到反射的電磁波上。當讀寫器接收到反射信號時，進行解調獲取被識別的應答信息，可以作為被識別物體的身份標識。RFID的應用非常廣泛，目前典型應用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產線自動化、物料管理、ETC不停車收費系統等。RFID標簽有兩種：有源標簽和無源標簽。

2.3、 RFID的標準體系及使用頻率

電子標簽的工作頻率是RFID系統中的關鍵技術。射頻標簽的工作頻率不僅決定著射頻識別系統工作原理（電感耦合還是電磁耦合）、識別距離，還決定著射頻標簽及讀寫器實現的難易程度和設備的成本。RFID 標準體系主要由空中接口規范、物理特性、讀寫器協議、編碼體系、測試規范、應用規范、數據管理、信息安全等標準組成。值得注意的是，相關標準之間缺乏達成一致的基礎，國際標準化組織正在積極推動RFID 應用層面上的互聯互通。前RFID使用的頻率有6種，分別為135KHz以下、13.56MHz、433.92MHz、860M～930MHz（即UHF）、2.45GHz以及5.8GHz。其中低頻率的感應距離較短以及讀取速度較慢，135KHz以下頻率為主。穿透能力好。廣泛應用在會員卡、超市、門禁管制和防盜追蹤等。通訊距離10公分左右的近距離非接觸式IC卡發展快速。

三、RFID技術在高速公路收費管理系統上的應用

3.1、RFID系統分類

在ETC車道，僅僅靠入口、出口的信息記錄即可判斷出車輛的信息及出讓高速公路的行駛情況，準確地對車輛進行通行費計算、征收、結算。利用RFID技術，通過在路段上建立標識站對車輛上的RFID通行卡進行無線標識，從而達到精確標識車輛、對車輛進行不停車聯網收費的目的。根據如下表（1）的RFID系統分類，目前應用較多的是半自動式RFID收費系統。

3.2、ETC復合通行卡工作原理：如圖3

（1）高速公路ETC車道/MTC車道入口讀卡。

a、MTC普通收費車道

司機在普通高速路口路網入口車道處，收費員人工判車型并手動輸入車道控制器，在車道控制器控制下，收費員利用“Mifare-one卡”讀寫器將記錄入口信息的通行卡交給司機，由司機攜帶上路。確認后電動欄桿開啟，車輛駛離。

b、ETC不停車收費車道

司機在通過ETC車道時，不用停車進行領卡、寫卡。在通過ETC車道時，通過安裝于ETC收費站的RFID天線實時與ETC復合通行卡的RFID高頻接口通信，通過 RFID電子標簽識別，對車輛信息進行識別。向ETC管理中心發送車輛進入高速公路信息，然后向銀行清算中心發出收費信號，記錄入資金結算中心；向ETC復合通行卡的RFID電子標簽寫入進入高速公路信息。

（2）高速公路標識站記錄（僅限于ETC車道，MTC車道不建立標識站）

ETC車道在路側建有多個標識站，路側標識站具有遠距離（0～200m）、大范圍、高可靠性通信能力；車輛可自由高速通行；通過遠程控制功能，實現設備的統一管理，包括參數設置、狀態查詢、在線升級等；車輛行駛至具有標識站的路段時，通過安裝于標識站的RFID天線實時與ETC復合通行卡的RFID高頻接口通信，通過 RFID電子標簽識別，記錄分析時間段內進入高速公路的車輛信息。數據匯總進入ETC管理中心，ETC管理中心通過對天氣、路況、車輛信息等因素進行綜合分析，從而有效的調控高速公路通行。

（3）出口讀卡收費。

a、MTC車道：車輛行駛至路網MTC出口車道， 司機把ETC復合通行卡交回給收費員， 收費員將司機遞交的通行卡置于讀寫器的讀寫區域內，收費員手動輸入車型，讀出通行卡上記錄的車型、入口地址、時間、工號等入口信息，外部金額顯示器顯示應收通行費。收費員按車輛行駛里程收取通行費，確認無誤后打印收據交給司機，信息自動輸入車道控制器，自動欄桿開啟，車輛駛離。

b、ETC車道：車輛行駛至路網ETC出口車道，直接通過固定于車輛前擋風玻璃的電子標簽，通過RFID讀寫器，讀出ETC復合通行卡的信息，然后向ETC管理中心發送車輛開出高速公路信息，向銀行清算中心發出收費信號，記錄入資金結算中心進行后臺結算。

就目前，復合通行卡主要在廣東省粵東路段的試點運行對通行卡現金收費測試的成功標識精度經人工修正后達到92%，對于非現金通行費和不能成功標識路徑的現金通行費，需要根據統計路徑識別成功的現金通行費得出的比例進行分配，總體上是通過對特定的現金收費車輛采樣進行通行費比例分配。

結束語：RFID相關技術作為ETC系統技術的主體，其中 RFID技術在高速公路收費管理系統上的應用極其重要。上文對RFID技術的基本工作原理和特點進行了細微分析，對高速公路不停車收費系統結構進一步研究；在分析RFID技術的基礎上，結合高速公路不停車收費系統的需求，對高速公路不停車收費系統中使用RFID所產生的碰撞現象也提出了一些問題，希望高速公路不停車收費系統的熱點問題和將來的發展方向得到快速發展。

參考文獻：

[1]宋傳平.我國高速公路交通控制系統的發展趨勢[J].公路交通技術，2004，（1）

[2]谷云輝，李伯勇，胡永志，叢廣巖.基于RFID技術的不停車收費系統在吉林省高速公路的應用[A]；中國高速公路管理學術論文集（2009卷）[C]； 2009年

[3]馬向東，楊玉文，郭志剛.高速路網收費一卡通[J].黑龍江交通科技.2001，2（90）