1、ETC 系统简介1 前言高速公路电子不停车收费系统(ETC)是为了减少道路收费口处的交通拥挤，加快车辆通过收费口的速度而建设的。不停车收费系统采用车载装置纪录代付款协议等信息，插入 IC 卡后，当通过电子收费口时，利用收费口通信天线与车载设备之间的通信，在计算机收费系统和 IC 卡双方均完成对通行费的纪录，从而实现电子结算收费。高速公路不停车收费系统具有全路段封闭型、智能卡车载、电子托收、联网分账等特点。通行效率比人工缴费显著提高。系统特点：24 小时无人监管不间断工作 ；车道过车和银行托收都是由系统自动实现；在收费站不设服务器，通过网络浏览器打印报表，降低成本，提高系统的安全性；银行托收一般
2、在一分钟内完成；提供互联网服务，电子标签用户可以在网上查询过车费用。ETC 系统是利用微波（或红外或射频）技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高新技术的设备和软件（包括管理）所组成的先进系统，以实现车辆无需停车既可自动收取道路通行费用。目前，大多数 ETC 系统均采用微波技术，所以本文主要针对此类系统进行综述。 不停车收费系统通过路边车道设备控制系统的信号发射与接收装置（称为路边读写设备，简称 RSE） ，识别车辆上设备（称为车载器，简称OBU）内特有编码，判别车型，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用帐户中扣除通行费。对使用 ETC 车道的未安装车载
3、器或车载器无效的车辆，则视作违章车辆，实施图象抓拍和识别，会同交警部门事后处理。 与传统人工收费（Manual Toll Collection，简称 MTC）方式不同，ETC 带来的好处有:无需收费广场，节省收费站的占地面积；节省能源消耗，减少停车时的废气排放和对城市环境的污染；降低车辆部件损耗；减少收费人员，降低收费管理单位的管理成本；实现计算机管理，提高收费管理单位的管理水平；对因缺乏收费广场而无条件实施停车收费的场合，有实施收费的可能；无需排队停车，可节省出行人的时间等；避免因停车收费而造成收费口堵塞，形成新的瓶颈等。高速公路电子不停车收费系统（Electronic Toll colle
4、ction，简称为ETC）是以现代通信技术、电子技术、自动控制技术、计算机和网络技术等高新技术为主导，实现车辆不停车自动收费的智能交通电子系统。系统通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通信，在不需要司机停车和其他收费人员操作的情况下，自动完成收费处理过程。近年来，随着国民经济和交通运输业务的快速增长，特别是公路交通拥堵和环境污染问题日益严重，ETC 电子不停车收费系统的应用已经受到越来越多的国家和地区的相关部门的关注。ETC 电子不停车收费方式，具有全自动、快速便捷、非现金交易、大容量等特点，在当前高速公路收费站点车辆拥堵问题日益突出、扩建收费车道涉及大量征地拆迁及繁琐的上报审批工作和建设
5、资金投入、收费运营管理成本不断增加等情况下，逐步发展和实施 ETC 是解决这些问题的较为有效的手段。 ETC 电子不停车收费系统建成后，车主自行到公司指定的地点或代理机构购置车载电子标签，交纳储值费用，由发行系统向电子标签输入车辆识别码（ID）与密码，并在数据库中存入该车辆的全部有关信息：识别码、车主姓名、联系电话、车牌号、车型、颜色、储值金额等。发行系统通过通信网络将上述车主及车辆信息输入收费计算机系统。车主将电子标签贴在车内前窗玻璃上即可；当车辆进入 ETC 收费车道即 LI 天线的发射区时，处于休眠的电子标签受到微波激励而苏醒，随即开始工作，电子标签以微波方式发出电子标签标示和车型代码，
6、天线接收确认电子标签有效后，以微波发出车道代码和时间信号，写入电子标签的存储器内，进口车道栏杆打开，车辆即可驶入高速公路；到达出口收费站时，当车辆驶入出口收费车道天线发射范围，经过唤醒、相互认证有效性等过程，天线读出车型代码以及 LI 代码和时间，传送给车道控制机，车道控制器存储原始数据并编辑成数据文件，上传给收费站管理子系统并转送收费结算中心，经过验证，出口车道栏杆打开，车辆驶出高速公路；同时，收费结算中心从各个用户的账号中扣除通行费和算出余额，核对账户剩余金额是否低于预定的临界阈值，如果低于则及时通知用户补交费用，并将此名单（灰名单）下发给各收费站。如灰名单用户不补交金额，继续通行高速公路
7、，导致剩余金额低于危险门限值，则将其划归无效电子标签，编入黑名单，并通知收费站，拒绝无效电子标签车辆通行 ETC 专用车道，由内保人员引导改走人工收费车道。对于持无效标示卡或无卡的车辆，若其在收费车道上高速冲卡而过，天线在确认无效性的同时，将启动快速自动栏杆，关闭收费车道，当场将冲卡车辆拦截。下图为 ETC 车道布局示意图。2 概述路侧单元(RSU)是新兴的 ETC 产品。它由天线和 RSU 控制器组成。其中，天线是一个微波收发模块，负责数据的调制和解调；RSU 控制器控制数据的接收和发送，生成并处理协议栈信息单元。RSU 以 DSRC 无线通信的方式，和车载电子标签（OBU）进行信息交换，采
8、集和更新标签中的收费数据，实时发送给车道收费机。因此，RSU 是 ETC 车道系统的主要标志设备。3 ETC 系统构成ETC 系统由前端系统和后台数据库系统组成，其中前端系统包括 ETC 车道控制系统、ETC 路侧单元（RSU） 、ETC 车载单元（OBU）以及电子标签、用户 IC卡的发行系统。 ETC 车道控制系统：由检测线圈、高速栏杆机、车辆抓拍摄像机和车道计算机等组成，它负责对车道状态进行控制，并完成信息处理。 ETC 路侧单元（RSU）：由微波天线和天线控制器组成。内含 PSAM 消费安全访问模块，对车载单元进行安全认证并完成信息采集。 ETC 车载单元（OBU）：车载单元 OBU 安
9、装在用户车辆上，装载用户身份信息和 ESAM 嵌入式安全模块，在交易时进行安全认证， 对用户 IC 卡进行读写并将信息发送至路侧设备（RSU） 。 电子标签、用户 IC 卡的发行系统：完成 ETC 安全密钥的发放、用户个人信息（包括车辆物理信息和 IC 卡帐户信息）的录入。3.1 RSU 与 ETC 车道系统ETC 车 道 布 局由于 ETC 收 费 系 统 刚 刚 在 国 内 实 施 ， 并 且 没 有 被 大 多 数 所 熟 知 ， 所 以 在实 际 使 用 中 不 可 避 免 的 会 出 现 非 ETC 车 辆 闯 入 ETC 车 道 的 情 况 ， 进 而 降 低了 ETC 车 道 的
10、 高通行效率。为了避免这种情况的出现，管理部门在 ETC 收 费系 统 实 施 之 时 ， 要 加 大 向 用 户 的 宣 传 力 度 、 在 车 道 前 端 设 置 相 应 提 示 标 志 ，以 尽 量 避 免 这 种 情 况 的 出 现 。 为 了 从 根 本 上 杜 绝 这 种 情 况 ， 需 要 根 据 自 身 区域 特 点 合 理 规 划 ETC 车 道 布 局 。 目 前 常 用 的 车 道 布 局 有 两 种 ：（ 1） 前 置 式 车 道 布 局 ： 布局特点分析： ETC 车道无需人为干预，ETC 车辆交易成功后，栏杆机抬起，车辆直接从ETC 车道通过； 非 ETC 车辆或未
11、正常交易 ETC 车辆可直接转向 MTC 车道进行人工收费处理，可较好解决误入 ETC 车道的非 ETC 车辆问题，误入车辆不需倒车，直接转向 MTC 车道即可； 前置 ETC 车道方式通讯区域为 10 米，高速栏杆机与通信区域距离较近，车辆通行速度一般； 基础施工量较大，需做收费岛延长。（ 2） 后 置 式 车 道 布 局 ：布局特点分析： 栏杆机置于通信区域后一定距离，ETC 车辆交易成功后，栏杆机抬起，车辆可快速通过 ETC 车道； 当非 ETC 车辆误入 ETC 车道或未正常交易 ETC 车辆需人工干预处理，指导车辆通行； 增加 ETC 车道设备即可，基础施工简便。在实际的工程施工中，
12、需根据现场的实际工程条件进行以上两种方案的选择。3.2 RSU 的参考安装方法3.2.1 在收费站的入、出口，设置 ETC 专用车道。通常按照“专用、前置、低速”的原则布置 RSU 等 ETC 车道外场设备。3.2.2 在 ETC 车道中，RSU 读写天线、车牌识别摄像机、电动栏杆、通行信号灯、黄色闪光报警器等安装在车道前部，并依次排列触发线圈、抓拍线圈和落杆线圈。费额显示器可适当置后，以保证司乘人员在一定行驶速度下可顺利观察。3.2.3 RSU 读写天线通常采用悬臂杆安装，固定在车道中心上方 5.5m 高处。通过安装支架中的万向调节装置调整天线角度，使 RSU 的通信区域设定在前方6.5-7
13、.5m 的范围内。3.2.4 考虑到 ETC 交易的安全性，车辆在 ETC 车道的通行速度应小于 40km/h。3.2.5 RSU 读写天线与 RSU 控制器之间采用专用线缆传输，支持传输距离100m。3.3 ETC 设备安装注意事项当装有 OBU 车辆由于种种原因驶入 MTC 车道（其相邻车道设置了 ETC 设备）进行缴费时，则该车辆有可能会被相邻车道的 ETC 设备扣费，进而可能造成该车辆的重复缴费或加大收费工作量；车辆行驶在两条或者多条并行的 ETC 车道中的某条车道上时，如果相邻车道存在邻道干扰问题，则该车辆有可能会被相邻车道的 ETC 设备扣费，进而造成该车辆的重复缴费，这即为邻道干
14、扰现象；在同一 ETC 车道内前后相跟的两辆车中的后车提前交易，同时对未交易的前车进行放行现象称之为车道内跟车。ETC 车道上出现的邻道干扰和跟车现象是由于 RSU 天线工程安装不规范、RSU 天线设计不合理和 OBU 设计不合、一致性不好理造成的。所以，在 ETC 收费系统项目实施时，要严格按照施工规范进行施工，优化完善 RSU 天线辐射器的设计与生产，严控 OBU 的生产和检测，避免个体 OBU 接收灵敏度、发射功率异常，完善 OBU 应用程序，以避免以上问题的出现，打造高效的 ETC 车道，真正提高收费系统的收费效率。3.4 ETC 车道典型操作流程 ETC 工作流程1）车辆驶入通讯区域
15、，安装在车辆上的 OBU 与 RSU 成功交易后，栏杆机自动抬杆，车辆通过 ETC 车道。2）当 RSU 未能与 OBU 成功交易或识别出车辆为安装 OBU，系统禁止车辆直行，并诱导至相邻的 MTC 车道，取出 OBU 中的双界面 IC 卡刷卡通行或按 MTC 操作后通行。 ETC 车道交易流程：整个过程分为 5 个步骤：1. 得到VST信息；2. 得到OBU信息；3. 得到IC卡信息；4. 入口仅写过站信息，出口写过站信息和消费信息；5. 等待应答结果。抬竿放行车辆，保存交易流水。4 ETC 系统工程实施4.1 MTC 车道改造 ETC在我国现行收费模式中，在现有 MTC（人工收费）车道中扩
16、建 ETC 车道符合实际情况，能够最大限度上保护原有资源，原有收费系统的绝大部本设备都可以利用，ETC 前端系统只需改造一条 MTC 车道，增加 ETC 车道硬件设备，并在 MTC 车道中增加 IC 卡读写机和 PSAM 模块。实施的具体项目：PC RSUBST检 查 IC卡有 卡VSTVST(B2帧 )确 认 验 证 ,请 求 OU信 息OBU，信 息 包 括 站 信 息 得 到 IC卡和 站 信 息确 认验 证 ， 写 过 站 信 息 和消 费 信 息 写 过 站 信 息 和消 费 信 息 写 过 站 信 息 和消 费 信 息返 回 应答 结 果返 回 应答 结 果返 回 应 答 结 果O
17、BUIC返 回 IC卡和 站 信 息，确 认 验 证 得 到 IC卡 信 息 请 求 OBU信 息信 息得 到 IC卡信 息返 回 IC卡和 站 信 息返 回 IC卡 和 站 信 息 增加入口 ETC 收费车道和出口 ETC 收费车道，改造出口 ETC 收费车道收费岛，增加通行标志、标线等交通标识。 购置 ETC 收费车道相关的硬件设备。 改造原有 MTC 车道收费机、使其能够读写 ETC 电子标签的用户支付卡功能，收费流程如原 MTC 收费流程。 增加收费站 ETC 车道监控设备、开发 ETC 收费车道监控软件和数据服务软件。 ETC 收费管理中心，购置电子标签 OBU 发行设备、充值机、结
18、算服务器等设备。开发电子标签和支付卡发行系统、充值系统、结算系统、管理系统。项目 具体实施ETC 车道 在原 MTC 车道增加或改造 ETC 车道，增加路侧单元 RSU，在出口对原有 MTC车道收费岛、交通标志进行改造。 购置 ETC 相关的硬件设备。MTC 车道 更换 IC 卡读卡器，使其能够读写 ETC 电子标签的用户支付卡功能和原有通行卡。监控系统 增加或改造原监控系统，提供 ETC 车道监控功能。数据传输 开发 ETC 收费数据服务软件、MTC 车道收费软件对 ETC 支付卡读写处理功能。管理中心 电子标签发行，购置电子标签发行设备、开发相关发行管理软件。 支付卡充值，购置支付卡充值设
19、备、开发充值管理软件。 费用结算，开发支付卡费用结算软件系统。4.2 新建 ETC 车道由于 ETC 车道的明显优势，新建高速大多都设计了 ETC 车道，收费岛都是按照 ETC 车道的要求进行。所有的设备都是以 ETC 车道的要求配置，实施的具体项目： 购置 ETC 收费车道相关的硬件设备。 购置收费站 ETC 车道监控设备、开发 ETC 收费车道监控软件和数据服务软件。 ETC 收费管理中心，购置电子标签 OBU 发行设备、充值机、结算服务器等设备。开发电子标签和支付卡发行系统、充值系统、结算系统、管理系统。5 工程施工组织5.1 优化设计签订合同入场后要进行工艺优化设计，依据招标文件及合同
20、针对土建、厂家设备性能、省收费管理中心及收费软件的要求对设备的配置、施工图纸及工艺进行细化及优化，确保系统实施的可行性及可靠性。5.2 施工组织5.2.1 施工计划编制收费系统的施工进度和房建及路面等单位的施工进度密切相关，施工进度编制前要落实房建施工单位对收费岛的施工进度安排以及路面施工单位对收费车道的施工进度安排，依据以上两家的安排，合理安排收费设备及立柱的进场及施工时间，及检测线圈及设备安装等人员、机械的进场施工时间，确保不窝工。5.2.2 施工方案ETC收费系统设备安装同MTC一样出入口设备配置有所不同，但是又都包括厅内设备和车道设备。厅内设备安装包括车道控制器、监控摄像机等设备的安装，要求设备布局合理，安装稳定，布线横平竖直，接线牢靠。厅外设备安装主要包括以下几项：1）. ETC天线安装：（1）. 立柱安装：基础可靠，立柱高度符合要求；
