ETC工作原理及技術(shù).docx

摘要：電子不停車收費(fèi)技術(shù)是一種先進(jìn)的電子收費(fèi)技術(shù)方式，文章介紹了電子不停車收費(fèi)技術(shù)的研究及發(fā)展應(yīng)用情況，并針對(duì)實(shí)際實(shí)施中遇到的問題，提出了具體的研究?jī)?nèi)容及實(shí)施方案，為電子不停車技術(shù)的應(yīng)用提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：；ETC；電子；停車收費(fèi)；發(fā)展應(yīng)用 ；標(biāo)準(zhǔn)1、介紹 ETC技術(shù)在80年代開始興起，90年代在世界各地使用，受到各國政府和企業(yè)的廣泛重視，世界許多著名公司，如Amtech、TI、Boash、Hitachi、Toyota等均競(jìng)相研制。因此ETC技術(shù)發(fā)展很快1. 系統(tǒng)概念電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection,簡(jiǎn)稱ETC）是國際上正在努力開發(fā)并推廣普及的一種用于道路、大橋和隧道的電子收費(fèi)系統(tǒng),它的最大特點(diǎn)是不停車收費(fèi),即車輛可以以相當(dāng)高的速度通過收費(fèi)口,無須在收費(fèi)站前減速和停車交費(fèi)。采用不停車收費(fèi)系統(tǒng),可以使公路收費(fèi)走向無紙化、無現(xiàn)金化管理,可以從根本上杜絕收費(fèi)票款的流失現(xiàn)象,解決公路收費(fèi)中的財(cái)務(wù)管理混亂問題。另外,實(shí)施不停車收費(fèi)系統(tǒng)還可以節(jié)約基建費(fèi)用和管理費(fèi)用。 ETC系統(tǒng)是ITS領(lǐng)域中的一個(gè)重要方面。由于它涉及交通基礎(chǔ)設(shè)施投資的回收，又是緩解收費(fèi)站交通堵塞“瓶頸”的有效手段，減少了環(huán)境污染，所以各國都把不停車收費(fèi)系統(tǒng)作為ITS領(lǐng)域最先投入應(yīng)用的系統(tǒng)來開發(fā)。我國交通部門已經(jīng)把不停車收費(fèi)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用列為我國ITS領(lǐng)域首先啟動(dòng)的項(xiàng)目，并在“十五”期間列入交通科技的技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)之一。和傳統(tǒng)的收費(fèi)系統(tǒng)相比，ETC系統(tǒng)具有更高的通行能力，更少的基建投入，更低的日常運(yùn)營費(fèi)用，更好的服務(wù)水平,更好的發(fā)展趨勢(shì)。ETC系統(tǒng)是將來公路收費(fèi)的大勢(shì)所趨，它在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)的應(yīng)用也正逐步開展。它高速便捷的特點(diǎn)，在給廣大車主帶來更多方便的同時(shí)，還給道路管理單位帶來更多的資金收益，是利國、利民，適合社會(huì)發(fā)展，適應(yīng)未來科技發(fā)展的新時(shí)代產(chǎn)品。ETC系統(tǒng)按收費(fèi)站收費(fèi)方式，可分為開放式和封閉式；按收費(fèi)站車道配置，可分為ETC專用車道、MTC車道和ETC/MTC混合車道三類。鑒于我國道路實(shí)際情況，在較長的一段時(shí)間內(nèi)，ETC和MTC將共存。 2. 系統(tǒng)原理ETC系統(tǒng)是利用微波（或紅外或射頻）技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、圖象識(shí)別技術(shù)等高新技術(shù)的設(shè)備和軟件（包括管理）所組成的先進(jìn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)車輛無需停車既可自動(dòng)收取道路通行費(fèi)用。目前，大多數(shù)ETC系統(tǒng)均采用微波技術(shù)。不停車收費(fèi)系統(tǒng)通過路邊車道設(shè)備控制系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射與接收裝置（稱為路邊讀寫設(shè)備，簡(jiǎn)稱RSE），識(shí)別車輛上設(shè)備（稱為車載器，簡(jiǎn)稱OBU）內(nèi)特有編碼，判別車型，計(jì)算通行費(fèi)用，并自動(dòng)從車輛用戶的專用帳戶中扣除通行費(fèi)。對(duì)使用ETC車道的未安裝車載器或車載器無效的車輛，則視作違章車輛，實(shí)施圖象抓拍和識(shí)別，會(huì)同交警部門事后處理。 3. 系統(tǒng)構(gòu)成 電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)可分為前臺(tái)和后臺(tái)系統(tǒng)：（1）前臺(tái)系統(tǒng) 包括三種核心設(shè)備:車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Au-tomatic Vehicle Identification簡(jiǎn)稱AVI)、車輛自動(dòng)分類系統(tǒng)(Automatic Vehicle Classification簡(jiǎn)稱AVC)和錄像實(shí)施系統(tǒng)(Video Enforcement System簡(jiǎn)稱VES)。車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采用無線調(diào)頻設(shè)備(Ra-dio Frequency)識(shí)別用戶的身份標(biāo)識(shí)卡(TAG)及其有效性;車輛自動(dòng)分類系統(tǒng)借助傳感器組的信息確定車輛的收費(fèi)類別;錄像實(shí)施系統(tǒng)利用高速圖像處理設(shè)備自動(dòng)俘獲違章車輛的車牌號(hào)碼。核心設(shè)備與其他控制設(shè)備共同組成不停車系統(tǒng)的車道控制器。 AVIAVI分為兩大類:激光設(shè)備與無線電調(diào)頻設(shè)備。激光設(shè)備采用條碼技術(shù),掃描貼于車輛前端的條碼,獲取用戶的身份標(biāo)識(shí)(ID),缺點(diǎn)是易受環(huán)境條件、距離位置、條碼安裝與完整性等因素的影響。無線電調(diào)頻設(shè)備采用無線波來識(shí)別貼于車輛前端的用戶身份標(biāo)識(shí)卡來識(shí)別用戶身份,具有更高的可靠性;其中,無線頻率(RF)常用的頻率是5.8GHz。TAG分為只讀TAG、可讀寫TAG、多功能TAG (帶蜂鳴器、無線電信息收發(fā)等)三大類。 AVC AVC系統(tǒng)根據(jù)車輛的物理特性來確定車輛的收費(fèi)類別。AVC的物理特性依據(jù)包括車輛的體積、重量、裝載人數(shù)、車軸或車輪的數(shù)目、車輛的用途等等。AVC與一系列的車道傳感器相連,傳感器的信號(hào)提交事務(wù)處理系統(tǒng)后,由車輛分類單元判定收費(fèi)類型。AVC設(shè)備包括前置線圈、感應(yīng)踏板、發(fā)射光塔、掃描儀和高速攝像等設(shè)備。 VESVES利用光學(xué)字符識(shí)別(OCR)技術(shù)自動(dòng)獲取非法車輛的車牌號(hào)碼。VES攝錄方式包括照片、錄像帶和數(shù)字影像等等。VES利用模糊識(shí)別技術(shù),借助光學(xué)字符識(shí)別設(shè)備實(shí)現(xiàn)非法用戶的車牌號(hào)碼識(shí)別。VES過程包括感應(yīng)觸發(fā)、圖像俘獲、圖像識(shí)別、圖像儲(chǔ)存、圖像處理和圖像刪除等等。關(guān)鍵技術(shù): API編程技術(shù)(控制外部設(shè)備,包括通信卡、DI/DO卡和聲卡);單片機(jī)編程技術(shù);快速查詢算法;模糊識(shí)別;通信控制和圖像處理。2）后臺(tái)系統(tǒng) 收費(fèi)系統(tǒng)的后臺(tái)系統(tǒng)工作任務(wù)主要為向客戶發(fā)售車載標(biāo)識(shí)卡,并做標(biāo)識(shí)卡的初始化;接受客戶補(bǔ)交金額和查詢;接收前臺(tái)收費(fèi)數(shù)據(jù)文件;交易和結(jié)算;向前臺(tái)和客戶發(fā)送補(bǔ)交金額的黑名單指令和信息;存儲(chǔ)、管理抓拍圖像等。它主要包括如下系統(tǒng):計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、道路運(yùn)營管理系統(tǒng)、結(jié)算中心管理系統(tǒng)、客戶服務(wù)中心管理系統(tǒng)、銀行管理系統(tǒng)。實(shí)際上是一個(gè)具有財(cái)務(wù)結(jié)算性質(zhì)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)通過各個(gè)終端的工作,將數(shù)據(jù)文件迅速可靠地傳送,利用專用軟件正確地完成全部工作。4. ETC系統(tǒng)的類型ETC系統(tǒng)可分為收費(fèi)站電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)和自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)。（1）收費(fèi)站不停車收費(fèi)系統(tǒng) 收費(fèi)站不停車收費(fèi)一般采取混合收費(fèi)方式,既有不停車收費(fèi)車道,又保留半自動(dòng)收費(fèi)車道。其主要特征為: 與半自動(dòng)收費(fèi)車道并列設(shè)置。在收費(fèi)車道中,根據(jù)使用情況開設(shè)部分ETC專用收費(fèi)車道; 車輛通過收費(fèi)車道的車速較低,通常為30km/h一50km/h,通過率為600輛/h一1000輛/h; 在車道出口端設(shè)置自動(dòng)欄桿,以防無卡車輛通過。 收費(fèi)車道入口設(shè)置不停車收費(fèi)車道標(biāo)志和信號(hào)燈。由于車輛密度不大,天線并不連續(xù)工作,無車輛通過時(shí),天線處于休眠狀態(tài)。在天線輻射區(qū)外的車道,埋設(shè)一個(gè)環(huán)行線圈,當(dāng)車輛進(jìn)入線圈工作區(qū)時(shí),線圈發(fā)出信號(hào),激活天線進(jìn)入工作狀態(tài)。車輛進(jìn)入通信區(qū),通過微波天線,車載標(biāo)識(shí)卡響應(yīng)天線的詢問信息,將客戶身份與車型代碼上傳給車道天線,由天線轉(zhuǎn)送給車道控制機(jī)進(jìn)行核查,如為有效合法卡,車道放行,信號(hào)燈變綠,如果進(jìn)一步交換信息,讀寫數(shù)據(jù),可繼續(xù)通信,直到收費(fèi)過程結(jié)束,如果進(jìn)入車道的車輛為非法無效卡車,或是無標(biāo)識(shí)卡的車輛,車道控制機(jī)將根據(jù)天線傳送的信息,指令自動(dòng)欄桿關(guān)閉,攔截非法車輛,并發(fā)出聲光警報(bào),現(xiàn)場(chǎng)人員將對(duì)其進(jìn)行處理。車道控制機(jī)將收集到的數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)系統(tǒng),進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和清算等,并將需要發(fā)布的結(jié)果下傳車道。這種方式適用于不停車收費(fèi)用戶在所有繳費(fèi)用戶中并非多數(shù)的情況。（2）自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)在道路主線上每隔一定里程設(shè)置一個(gè)橫跨道路上空的龍門架,架上安裝不停車收費(fèi)設(shè)備,實(shí)施分段開放式不停車收費(fèi)。車輛無須減速,以正常行駛速度完成收費(fèi)工作。其主要特征為: 無收費(fèi)島、亭之類設(shè)施; 進(jìn)入收費(fèi)點(diǎn)時(shí)無須減速,車輛繼續(xù)高速行駛; 需要建立一套高精度逃費(fèi)取證處理系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)抓拍捕捉車輛逃費(fèi)證據(jù),以便于以后依法處理,目前大多采用高速、高分辨率的攝像機(jī)對(duì)車輛牌照進(jìn)行抓拍; 在收費(fèi)點(diǎn)附近,需建造一條與主線平行的普通收費(fèi)車道,以便對(duì)非法無效卡車或無標(biāo)識(shí)卡的車輛收費(fèi); 車道天線控制器能控制多部天線并行工作,與多輛車載標(biāo)識(shí)卡同時(shí)通信。 此系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)為減少收費(fèi)站建設(shè)投資,車速高,無行車延誤,車輛通行能力接近2000輛/h。但設(shè)備投資大,技術(shù)上實(shí)現(xiàn)難度也較大,特別是如何防止和遏制逃費(fèi)車輛是關(guān)鍵技術(shù)。這種方式適用于不停車收費(fèi)用戶在所有繳費(fèi)用戶中已成為大多數(shù)的情況。5. 系統(tǒng)工作流程高速公路收費(fèi)的特點(diǎn)是不僅要按照車型分類標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi),而且按照入出口的距離標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行收費(fèi)。各種類型的不停車收費(fèi)系統(tǒng)的收費(fèi)過程基本相同,其原理是在車輛上安裝一種標(biāo)識(shí)卡,在ETC收費(fèi)車道上安裝有車載標(biāo)識(shí)卡的讀寫設(shè)備,當(dāng)車輛進(jìn)入ETC收費(fèi)車道時(shí),標(biāo)識(shí)卡以微波通信方式與該車道的天線進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換,從卡上讀取車牌照號(hào)、車型等數(shù)據(jù),如需要也可向車載標(biāo)識(shí)卡上寫入信息,系統(tǒng)根據(jù)讀取的信息,識(shí)別車輛合法與否,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,計(jì)算收費(fèi)金額,并從其賬戶上扣除相應(yīng)金額,記錄交易數(shù)據(jù),控制車道外部設(shè)備等,具體流程為: （1）后臺(tái)系統(tǒng)初始化車載標(biāo)識(shí)卡,將車牌照號(hào)、車型、收費(fèi)率等數(shù)據(jù)寫入標(biāo)識(shí)卡,并發(fā)放給客戶,建立有關(guān)客戶檔案; （2）車輛進(jìn)入ETC收費(fèi)車道,感應(yīng)天線激活線圈,進(jìn)而激活微波天線,讀取標(biāo)識(shí)卡上的信息,并傳送給車道控制機(jī)進(jìn)行核查; （3）如為合法車輛,則進(jìn)行收費(fèi)交易,依據(jù)后臺(tái)系統(tǒng)完成清算,通行燈將會(huì)變綠,顯示收費(fèi)額和余額,車輛通過,記錄數(shù)據(jù); （4）如為非法車輛,車道控制機(jī)觸發(fā)報(bào)警信號(hào),同時(shí)控制自動(dòng)欄桿下落,關(guān)閉車道,車道攝像機(jī)進(jìn)行圖像抓拍,車輛進(jìn)行人為處理。6. 技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)國內(nèi)外ETC的建設(shè)經(jīng)驗(yàn), ETC系統(tǒng)的建設(shè)首先要作好ETC相關(guān)技術(shù)與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的選擇,在規(guī)范、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上進(jìn)行后臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)。ETC標(biāo)準(zhǔn)化工作是一項(xiàng)綜合性的基礎(chǔ)工作,是制定ETC技術(shù)法規(guī)的基礎(chǔ),對(duì)促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,提高總體應(yīng)用效果,提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。目前國際上在ETC相關(guān)技術(shù)與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定工作中已取得了顯著的成果。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)第204技術(shù)委員會(huì)第15工作組負(fù)責(zé)專用短程通信協(xié)議DSRC標(biāo)準(zhǔn)的制定,電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)中車道天線和車載電子標(biāo)簽所采用的通信協(xié)議就是