ETC門架與CPC卡交易情況分析

歐春森

（福建省寧德高速公路有限公司，福建 寧德 352100）

1 ETC門架與CPC卡交易情況分析

1.1 ETC門架對CPC卡的捕獲率

捕獲率是指某個時間段內，ETC門架識別并記錄下的CPC卡數與途徑這個門架的CPC卡總數的比例，理想狀態下為100%。

通過收費站監控系統排查發現約有相當比例的取CPC卡出口車輛是通過擬合方式進行計費的，并不是按CPC卡內信息計費。檢查這些CPC卡內信息，絕大部分只有出入口信息而無行程經過的門架信息。這個情況說明這些CPC卡在行程內并未被相應的門架捕獲，導致沒有寫入交易信息。利用收費監控軟件提取某個收費站一個時間段內入口的CPC卡號，并查詢同一時間段在收費站入口A道、B道方向第一個門架捕獲的交易數據中是否包含這些卡號，就可以計算出CPC卡被ETC門架的捕獲率。

以2021年11月29日霞浦收費站為例，全天取CPC卡入口車輛數1 964張（總發卡1 972張，其中8張現場回收未進高速），與車輛經行的A、B道第一個門架當天所有交易的CPC卡號進行比對（門架數據取值時間段為11月29日0:00至11月30日1:00，以防止數據遺漏），門架捕獲正常交易數為1 798張（正常交易總數為1 841張，其中擬合數據43張，剔除擬合后為真實交易數據），交易異常數為42張。故完全未被門架捕獲數為124張（1964-1798-42）。門架捕獲率為（1964-124）/1964=93.69%。用同樣方法計算賽岐、下白石收費站入口與相應門架的CPC卡捕獲率，結果與之相近。隨機挑選幾張未捕獲到的CPC卡，查詢行程所經的其他門架交易信息，結果只有出入口信息，意味著在行程中其他門架也沒有捕獲到這些CPC卡。

1.2 ETC門架與CPC卡的異常交易

以2021年10月10日至2021年10月16日霞浦機維站所屬八個門架CPC卡交易數據作為數據分析樣本。為期一周的交易數據分析中可以看出錯誤代碼156（上行DSRC數據解碼錯誤）、錯誤代碼155（無DSRC數據返回超時）交易失敗異常代碼的交易數分別為3 719張、629張，二者合計超過異常交易總量5 350張的80%。

參照交通部下發的《取消高速省界收費站工程ETC門架系統PC-RSU接口文檔》《高速公路復合通行卡（CPC）技術要求（交通部43號公告）》等文檔可以得知，路段ETC門架系統RSU與CPC卡間的DSRC通信流程劃分為通信鏈路建立、獲取計費信息、寫入計費信息和鏈路釋放四個主要階段，其交易流程時在獲取計費信息步驟同時完成CPC卡的外部認證。RSU與CPC卡DSRC通信鏈路建立失敗就屬于未捕獲，156代碼是表示RSU讀取CPC卡計費信息失敗、155代碼是表示RSU寫入CPC卡計費信息失敗。

查詢11月29日霞浦至三沙門架CPC卡交易成功率為97.35%，霞浦至鹽田門架CPC卡交易成功率（交易成功次數/通行總量*100%）為95.82%。那么這兩個門架實際的交易成功率=原來計算的交易成功率×捕獲率，結果為90%左右，與平臺統計的交易成功率相差不少，更與交通部撤站工程中《高速公路ETC門架系統技術要求》的交易成功率99.9%差距甚大。平臺與交通部文件中都默認門架對CPC卡的捕獲率為100%，測試結果并不如此。

140異常代碼是表示入口時間不合法，不同于上述通信時信息交互失敗，是指從CPC卡上讀取的入口時間超過7個自然日。

正常車輛在高速公路上行駛時間不會超過7天，超過七天時間的CPC卡最大的可能就是入口取卡后因各種原因未收回，流失到社會車輛上的CPC卡。以寧德管理公司霞浦機維站10月11日至10月17日所屬8個門架CPC卡交易數據作為數據分析樣本，140異常代碼占據交易失敗原因第二的位置，達到0.58%（對比省內其他門架，沈海線門架140異常代碼交易失敗較多，猜測與跨省貨車較多有關，其他門架140異常代碼為0.25%～0.3%之間）。例如，12月1日，寧德公司發現1部從溧寧閩浙省界入口，在灣塢收費站出口的車輛，車上攜帶72張入口超過七天的CPC卡，造成當天該車途徑的多個門架CPC交易成功率低于95%。根據門架提示的CPC卡140異常代碼過車信息和車牌信息，跟蹤這些車輛在高速上的其他行程，在監測系統上同樣會出現相同卡號的CPC卡140異常代碼交易，說明如果這些過期CPC卡放置在車內，只要這些車在高速上行駛，就會影響門架CPC交易成功率。排查過程中發現一些ETC車輛上也攜帶有過期的CPC卡[1]。

156、155、140三種異常交易代碼占據了所有交易失敗總量的95%以上，是捕獲到的CPC卡交易失敗的主要原因。

2 導致CPC卡交易失敗原因分析

（1）通過監測系統跟蹤發現CPC卡在某個門架上出現156異常交易代碼失敗，在同一行程中經過其他的門架大多數情況仍會出現156異常交易代碼。

在收費站出口選取上一行程156代碼的CPC卡，放置在機維站車輛上，途徑不同路段的門架測試，多數依然在所經過門架出現156異常交易代碼。上述情況說明出現156代碼交易失敗的原因與車輛以及通過的門架無關。

CPC卡休眠狀態下的工作電流在微安量級、與RSU通信時工作電流在毫安量級，兩者相差上千倍。從現象推測可能是CPC卡與RSU交互時功率增大，CPC內置電池帶載能力不足有關。為了證實上述推測，進行以下實驗。

從收費站出口按上一行程門架交易記錄正常、交易代碼156錯誤、門架未捕獲這三種情況各挑出兩張CPC卡，合計6張CPC卡。記錄卡號后，拆開CPC卡分別測量內置電池在休眠狀態下電壓、并聯47歐電阻模擬CPC卡與RSU進行通信時的工作電壓（測量結果見表三）。156代碼CPC卡在經行門架時用萬用表測量電壓，在離門架不足20米電壓顯著下降。休眠狀態下，測量電池電壓3V與標稱值相近。在CPC卡內電池兩端并聯接入47歐姆電阻模擬與RSU交互工作時電流增大的情況，則正常CPC卡電池電壓與異常卡有顯著差異，給4張異常CPC卡換上正常交易CPC卡的電池后，重新入口經行門架測試，交易成功，驗證了通信失敗是CPC卡電池老化、內阻增大，帶載能力不足所致。具體見表1。

表1 CPC卡電池帶負載測試

上述實驗表明部分電池供電能力不足的CPC卡沒有被及時地檢測出，導致CPC卡與RSU的交易失敗。

（2）CPC卡生產廠家及發行方交易成功率分析。通過信科運行監測系統查詢福建所有門架2021年10月10日到10月16日CPC卡發行方交易成功率，發現不同的CPC卡發行方的CPC卡交易成功率相差較大。具體見表2。

表2 門架CPC卡發行方交易成功率

從表2可見，遼寧和江西發行的CPC卡交易成功率達到99%以上，福建本省發行的CPC卡成功率也在98%以上，查詢結果表明大多數發行方所發CPC卡交易成功率均在98%以上，將門架交易成功率拉低的主要原因為部分省份發行的CPC卡交易成功率極低，如天津、內蒙。部分省份成功率較低，但通行門架數量巨大，如廣東、湖南。

通過萬集RSU日志查詢CPC卡生產廠家交易成功率，成谷、萬集、聚力三家生產的CPC卡占交易總量的70%，平均交易成功率能達到99.5%。而千方和航天兩家占比不足4%，但交易成功率平均只有60%左右，占比雖小，但極大的影響了交易成功率。如以CPC卡交易成功率前三家的數據來看，剔除一些其他因素，RSU與CPC卡的交易成功率應該能達到99.7%以上。從以上分析可以得出結論：影響CPC卡交易成功率的主要因素是通行介質CPC卡，少數廠家的CPC卡質量影響了整個交易成功率。而與門架上的設備關系不大[2]。

（3）無法準確識別低電量CPC卡。之前分析了造成CPC卡不能被捕獲、交易失敗的主要原因是CPC卡電量不足。在收費站隨機查看100張CPC卡，80%以上在2019年11月以后發行，余下的為2018年8月后發行，使用時間均未超過5年，從數據上分析，目前流通中的CPC卡已有10%左右電量不足，達不到交通部《高速公路復合通行卡（CPC）技術要求（交通部43號公告）》規定的CPC使用壽命大于5年的要求。

CPC卡在出入口時工作電流由卡片內置的線圈感應讀卡器發出的電磁波來工作，并不需要卡內電池提供電流。因此，即使卡內電池已經失效，也不影響出入口信息的讀寫。在收費站財務的CPC卡管理軟件上進行CPC卡出入庫管理登記時，有CPC卡電量顯示一欄，當讀卡器讀卡顯示低電量，將分揀出不投入流通，收費站入口也有低電量卡不予寫卡的功能。但讀卡器讀出的電量數據是由CPC卡內部電路自檢后提供的，無法真實體現CPC卡在與RSU通信時的電池狀態。通過詢問收費員與財務人員，還存在有些CPC卡在入口時顯示低電量，收集到財務室再讀電量又正常的情部。在測試中發現，有些卡電池虛焊，讀取電量仍顯示100%，相關廠家發送的電量信息是虛假的。這說明現在使用的CPC卡電量檢測方式無法有效地判別卡片電量，是導致大量電量不足的CPC卡仍在流通，是門架CPC卡交易成功率不高的主要原因[3]，具體見圖1和圖2。

圖1 CPC卡內部結構

圖2 上位機測試結果

3 失效CPC卡識別方式探討

撤站工程實施后，高速公路實現全國聯網收費，跨省車輛的一次通行里程可能大幅增加，從北方到南方、從西部到東部，跨越數省，行程數千千米，經過門架可達上百個，更兼有一些路段實行差異化收費政策，如果取CPC卡的車輛不能與門架RSU成功交易，無法按車輛途經的真實路徑實現計費，則必然會出現同一車輛、同一行程收費金額不同的問題。不僅造成通行費流失，給各省清分結算帶來困難，也是造成收費站出口爭議、車戶投訴的重要原因，同時也影響了高速公路文明服務的形象。因此如何有效地識別出電量不足的CPC卡，是保證準確計費、減少爭議的重要手段[4]。初步設想有兩個辦法可以實現低電量CPC卡的有效識別：

（1）以福建省為例，信科的監測軟件應加上檢索未捕獲卡的功能，記錄下相應卡號，加上與門架交易不成功的156、155異常交易代碼等因為電量不足導致通信失敗的卡號，作為一個數據包定期發送下發各收費站車道，在出、入口讀卡時提示，由收費站回收此類卡，類似黑名單處理方式。

（2）利用手持OBU天線，增加與CPC卡的通信協議，模擬CPC卡與門架RSU在5.8G發射功率通信時的消耗，如果能夠完成通信流程，電池應該就沒有問題。可與財務讀卡器結合，在CPC出入庫管理中測試CPC卡的電量。

4 結束語

通過本文分析，得出以下結論：一是隨著使用時間延長，CPC卡電池電量總會耗盡。以后投入使用的CPC卡可以設計成具備無線充電，收費站放置回收卡片的卡箱提供充電功能，延長CPC卡使用壽命、或者卡片結構設計成便于更換電池。二是因為CPC卡電池耗電主要是在與RSU通信時，技術規范中使用壽命改為與RSU通信次數來評估更為合理；三是入口時間超時CPC卡并不是真正通行車輛的介質，可不列入交易成功率計算。