組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)研究及實(shí)現(xiàn)(論文).doc

中圖分類號(hào) 中圖分類號(hào) TP391 論文編號(hào) 論文編號(hào) 1028704 10 Z032 工工 程程 碩碩 士士 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文 組組合合式式電電子子收收費(fèi)費(fèi)系系統(tǒng)統(tǒng)研研究究及及實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn) 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 0 6 0 4 7 0 7 姓姓 名名 鄭鄭 欣欣 然然 專業(yè) 領(lǐng)域?qū)I(yè) 領(lǐng)域 軟軟件件工工程程 研研究究方方 向向 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)應(yīng)應(yīng)用用 指指導(dǎo)導(dǎo)教教 師師 謝謝強(qiáng)強(qiáng) 副副教教授授 南南京京航航空空航航天天大大學(xué)學(xué) 研究生院 信息科學(xué)和技術(shù)學(xué)院 二二 一一 年年 五五 月月 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Information Science and Technology Research and Implementation of Composite ETC Application System A Thesis in Electronic Science and Technology by Zheng Xinran Advised by Professor Xie Qiang Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering May 2010 承諾書(shū)承諾書(shū) 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行 研究工作所取得的成果 盡我所知 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本學(xué) 位論文的研究成果不包含任何他人享有著作權(quán)的內(nèi)容 對(duì)本論文所涉及的 研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件 允許論 文被查閱和借閱 可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行 檢索 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文 保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書(shū) 作者簽名 日 期 摘 要 電子收費(fèi)是目前國(guó)際上廣泛應(yīng)用于高速公路 城市道路 隧道和橋梁的一種新型 電子自動(dòng)收費(fèi)技術(shù) 指導(dǎo)我國(guó)高速公路電子收費(fèi)應(yīng)用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB T20851 電子收 費(fèi) 專用短程通信 也于 2007 年正式頒布 本文在國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上 研究了國(guó)內(nèi)各省已 建設(shè)完成的高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng) 結(jié)合用戶對(duì) ETC 系統(tǒng)的不同需求及試點(diǎn)應(yīng)用情況 設(shè)計(jì)了一套兼容人工半自動(dòng)收費(fèi)的電子收費(fèi)技術(shù)方案 兩片式電子標(biāo)簽 雙界面 CPU 卡 的組合式電子收費(fèi)技術(shù)方案 該方案不僅解決了 ETC 與 MTC 之間相互兼容 的問(wèn)題 并且具有投資少 效率高的優(yōu)點(diǎn) 通過(guò)對(duì)組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)深入 細(xì)致的 研究 文章給出了組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)技術(shù)方案的總體設(shè)計(jì) 介紹了組合式電子收費(fèi) 的關(guān)鍵技術(shù)和電子設(shè)備 給出了 ETC 車道的設(shè)計(jì)方案 最后給出了組合式電子收費(fèi)系 統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及其今后發(fā)展的一些建議 關(guān)鍵字詞 電子收費(fèi) 人工半自動(dòng)收費(fèi) 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng) 兩片式電子標(biāo)簽 雙界面 CPU 卡 專用短程通信 ABSTRACT As a new type of Electronic Automatic Toll Collection technology ETC is more and more widely used in the field of highway country road tunnel and bridge all over the world The guideline for Chinese highway ETC application s national standard GB T20851for ETC has been formally published in 2007 On the basis of the national standards and according to the research of our country s highway toll system and user s different requirements and test situations I present the article In the article I raise my view on the Composite ETC Application Solution of two pieces ETC tag plus dual interface CPU card which is compatible with nowadays used MTC well and it has the advantage of less investment but higher performance Through deep and extensive investigation on combined toll collection system this article present the global design of composite ETC application system explains the key technology and the using electric equipments and illustrates detailed contents of the composite ETC application system traffic lane function In the end of the article I give the implementation of the composite ETC application system and some suggestions of it s development in the future Key words ETC MTC Composite ETC Application System Two Pieces ETC Tag Dual Interface CPU Card DSRC 目 錄 第一章 緒論 1 1 1 電子收費(fèi)技術(shù)的發(fā)展 1 1 1 1 現(xiàn)金收費(fèi)存在的問(wèn)題 1 1 1 2 ETC 的概念 1 1 2 ETC 的優(yōu)點(diǎn) 2 1 3 ETC 的工作原理 2 1 4 國(guó)內(nèi)外 ETC 應(yīng)用現(xiàn)狀 3 1 4 1 國(guó)外電子收費(fèi)技術(shù)現(xiàn)狀 3 1 4 2 國(guó)內(nèi)電子收費(fèi)技術(shù)現(xiàn)狀 5 1 4 3 我國(guó)電子收費(fèi) ETC 發(fā)展趨勢(shì) 7 1 5 項(xiàng)目背景 8 1 6 本文的主要內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu) 9 1 6 1 論文的主要內(nèi)容 9 1 6 2 論文的組織結(jié)構(gòu) 9 第二章 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 10 2 1 電子收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 10 2 1 1 ETC 標(biāo)準(zhǔn)的選擇 無(wú)線通信頻率 10 2 1 2 ETC 標(biāo)準(zhǔn)的選擇 電子標(biāo)簽 11 2 1 3 我國(guó)電子收費(fèi) ETC 標(biāo)準(zhǔn) 12 2 2 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng) 15 2 3 非接觸式邏輯加密卡 15 2 4 雙界面 CPU 卡 16 2 5 兩片式電子標(biāo)簽 OBU 17 2 6 ETC 車道天線及控制器 17 2 7 IC 卡專用收費(fèi)機(jī)具 18 2 8 高可靠性車道工控機(jī) 18 2 9 車牌識(shí)別系統(tǒng) 18 第三章 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 20 3 1 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)需求分析 20 3 1 1 總體需求 20 3 2 組合式電子收費(fèi)技術(shù)系統(tǒng)框架 20 3 3 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)功能流程 21 3 4 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)安全體系框架 22 3 4 1 電子收費(fèi)安全需求 22 3 4 2 電子收費(fèi)數(shù)據(jù)安全體系框架 23 3 4 3 電子收費(fèi)密鑰管理系統(tǒng)方案 24 3 5 組合式電子收費(fèi)技術(shù)方案的實(shí)施 25 3 5 1 人工 MTC 收費(fèi)車道新增功能 25 3 5 2 人工收費(fèi)車道改造方案 26 3 5 3 收費(fèi)站新增系統(tǒng)功能 27 3 5 4 收費(fèi)站改造方案 27 3 5 5 路段收費(fèi)分中心新增系統(tǒng)功能 27 3 5 6 路段收費(fèi)分中心改造方案 27 第四章 組合式電子收費(fèi)車道設(shè)計(jì) 28 4 1 ETC 車道的構(gòu)成 28 4 2 ETC 車道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 4 3 ETC 車道設(shè)備布設(shè) 30 4 3 1 設(shè)備清單 30 4 3 2 ETC 車道系統(tǒng)電氣連接 31 4 3 3 ETC 車道收費(fèi)島上設(shè)備布局 31 4 3 4 ETC 車道亭內(nèi)設(shè)備布局 31 4 4 ETC 車道設(shè)備功能介紹 32 4 4 1 路側(cè)讀寫設(shè)備 RSU 32 4 4 2 車道控制器 33 4 4 3 IC 卡專用收費(fèi)機(jī)具 33 4 4 4 字符疊加器 33 4 4 5 自動(dòng)欄桿機(jī) 33 4 4 6 費(fèi)額顯示器 33 4 4 7 車輛檢測(cè)器 34 4 4 8 地感線圈 34 第五章 組合式電子收費(fèi)車道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 35 5 1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境 35 5 2 ETC 車道系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 35 5 3 ETC 車道系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 36 5 3 1 登陸模塊 38 5 3 2 數(shù)據(jù)處理模塊 38 5 3 3 設(shè)備控制模塊 38 5 3 4 系統(tǒng)維護(hù)模塊 40 5 3 5 通信模塊 41 5 3 6 綜合業(yè)務(wù)處理模塊 41 5 3 7 任務(wù)執(zhí)行模塊 62 5 4 ETC 車道系統(tǒng)運(yùn)行示例 62 5 4 1 上班操作 62 5 4 2 出口過(guò)車交易 64 5 4 3 系統(tǒng)維護(hù)操作 65 第六章 總結(jié)與展望 66 6 1 總結(jié) 66 6 2 展望 66 參考文獻(xiàn) 67 致 謝 71 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文以及科技成果 72 圖清單 圖 1 1 1998 年美國(guó) E Zpass 系統(tǒng)收費(fèi)區(qū)域 3 圖 1 2 德國(guó)高速公路衛(wèi)星定位全自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)作流程 4 圖 2 1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)微波頻點(diǎn)的選擇 10 圖 3 1 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)收費(fèi)站構(gòu)成 21 圖 3 2 全省聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)架構(gòu) 21 圖 4 1 ETC 車道系統(tǒng)構(gòu)成圖 28 圖 4 2 ETC 車道布局示意 自動(dòng)欄桿島內(nèi)設(shè)置模式 29 圖 4 3 ETC 車道布局示意 自動(dòng)欄桿島頭設(shè)置模式 29 圖 4 4 ETC 車道系統(tǒng)電氣連接圖 31 圖 4 5 ETC 車道收費(fèi)島上設(shè)備布局 31 圖 4 6 ETC 車道亭內(nèi)設(shè)備布局 32 圖 4 7 ETC 車道系統(tǒng)地感線圈布局 34 圖 5 1 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)維護(hù)功能模塊示意圖 41 圖 5 2 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)處理模塊的功能模塊圖 43 圖 5 3 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)日常事務(wù)處理模塊組成圖 43 圖 5 4 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)日志生成模塊組成 44 圖 5 5 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)入口交易流程圖 45 圖 5 6 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)入口 OBU 合法性判斷流程圖 46 圖 5 7 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)入口閩通卡判斷流程圖 47 圖 5 8 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)出口交易流程圖 48 圖 5 9 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)出口閩通卡判斷流程圖 49 圖 5 10 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)判斷 OBU 是否存在流程圖 51 圖 5 11 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)再次抬桿處理流程圖 54 圖 5 12 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)違章車處理流程圖 56 圖 5 13 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)天線故障實(shí)時(shí)檢測(cè)流程圖 58 圖 5 14 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)免費(fèi)車判斷流程圖 59 圖 5 15 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)減征車處理流程圖 61 圖 5 16 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)初始界面示意圖 63 圖 5 17 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)上班登錄界面示意圖 63 圖 5 18 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)等待收費(fèi)界面示意圖 64 圖 5 19 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)出口交易成功界面示意圖 65 圖 5 20 ETC 車道收費(fèi)系統(tǒng)系統(tǒng)維護(hù)界面示意圖 65 表清單 表 1 1 國(guó)內(nèi) ETC 應(yīng)用情況 7 表 22 1 1 ETC DSRC 標(biāo)準(zhǔn)比較表 11 表 2 2 下行鏈路參數(shù) 13 表 2 3 上行鏈路參數(shù) 14 表 3 1 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息安全體系框架層次 類別及安全關(guān)鍵技術(shù) 24 表 4 1 ETC 車道設(shè)備清單 30 第一章第一章 緒論緒論 1 1 電子收費(fèi)技術(shù)的發(fā)展 1 1 1 現(xiàn)金收費(fèi)存在的問(wèn)題 我國(guó)的高速公路發(fā)展比西方發(fā)達(dá)國(guó)家晚近半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間 從 80 年代末開(kāi)始起步 經(jīng)歷了 80 年代末至 1997 年的起步建設(shè)階段和 1998 年至今的快速發(fā)展階段 1 目前已 建成通車的高速公路主要采取入口發(fā)卡 出口繳費(fèi)的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)模式 出口主要通過(guò)讀 取通行卡的入口信息 再根據(jù)收費(fèi)員人工輸入的車型或根據(jù)車輛的車貨總重 由計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)計(jì)算出車輛應(yīng)繳納的通行費(fèi) 再收取現(xiàn)金 這種收費(fèi)模式稱之為人工半自動(dòng)收 費(fèi) Manual Semi automatic Collection MTC 隨著每個(gè)路網(wǎng)的收費(fèi)里程不斷加長(zhǎng) 貨車實(shí)施計(jì)重收費(fèi) 單車?yán)U納的通行費(fèi)金額呈不斷增長(zhǎng)態(tài)勢(shì) 高的單車一次繳費(fèi)甚至 達(dá)到上萬(wàn)元 并且伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng) 車輛保有量快速增長(zhǎng) 現(xiàn)有的 MTC 收費(fèi)模式開(kāi) 始逐漸暴露出其缺點(diǎn) 主要有以下幾點(diǎn) 1 人工收取現(xiàn)金 需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行點(diǎn)鈔 驗(yàn)鈔 極大降低了車輛通行效率 造成收費(fèi)廣場(chǎng)車輛擁堵 2 車輛停車次數(shù)增多 必然增加噪聲污染和尾氣排放污染 3 收取現(xiàn)金容易帶來(lái)廉政問(wèn)題 4 車主在路上攜帶大量現(xiàn)金也容易導(dǎo)致安全問(wèn)題 1 1 2 ETC 的概念 電子收費(fèi) Electronic Toll Collection 簡(jiǎn)稱 ETC 是國(guó)際上正在努力開(kāi)發(fā)并 推廣普及的一種用于公路 大橋和隧道的收費(fèi)系統(tǒng) 不停車 非現(xiàn)金交易 無(wú)需人員 操作是電子收費(fèi)系統(tǒng)的三個(gè)主要特點(diǎn) 它通過(guò)路側(cè)設(shè)備 Road Side Unit 簡(jiǎn)稱 RSU 與車載電子標(biāo)簽 On Board Unit 簡(jiǎn)稱 OBU 之間的專用短程通訊協(xié)議 Dedicated Short Range Communication 簡(jiǎn)稱 DSRC 在不需要司機(jī)停車和其他收費(fèi)人員采取任 何操作的情況下 自動(dòng)完成收費(fèi)處理全過(guò)程 電子不停車收費(fèi)技術(shù) 以其具有免除現(xiàn)金交易 無(wú)需停車快速通過(guò) 有效提高通 行能力 大大提升服務(wù)水平 簡(jiǎn)化收費(fèi)管理 降低環(huán)境污染等等明顯特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)自 90 年代初面世以來(lái) 廣為大眾青睞 先后在北美 歐洲 日本 澳洲 新加坡等地 得 到了廣泛應(yīng)用 被實(shí)踐證明是一種必將逐步取代傳統(tǒng)人工半自動(dòng)收費(fèi)的先進(jìn)的非現(xiàn)金 支付方式的電子收費(fèi)技術(shù)手段 2 1 2 ETC 的優(yōu)點(diǎn) ETC 系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的收費(fèi)技術(shù)手段 實(shí)現(xiàn)了不停車收費(fèi)和非現(xiàn)金交易 它具有 MTC 無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn) 1 安全 司機(jī)跑長(zhǎng)途 再也不需要攜帶大量現(xiàn)金 只需攜帶一張卡片即可 無(wú)須擔(dān)心現(xiàn)金 被盜搶 2 快捷 車輛可以不停車快速通過(guò)收費(fèi)車道 免去了排長(zhǎng)隊(duì)的煩惱 節(jié)省時(shí)間 3 投資少 1 條 ETC 車道的通行效率相當(dāng)于 3 5 條 MTC 車道 1 條 ETC 車道的建設(shè)費(fèi)用為 40 60 萬(wàn)元 而 1 條 MTC 車道的建設(shè)費(fèi)用為 10 20 萬(wàn)元 4 提高管理效率和收益 ETC 車道無(wú)需人員值守 按每條 MTC 車道需要 4 個(gè)收費(fèi)員輪班來(lái)計(jì)算 1 條 ETC 車 道每年即可節(jié)約 4 個(gè)人員的人員成本 5 環(huán)保 車輛無(wú)需停車?yán)U費(fèi) 減少了車輛尾氣排放量 也節(jié)省了燃油 降低收費(fèi)站的噪音污 染 有效的提高了環(huán)境保護(hù)效果 6 兼容性良好 保護(hù)原有投資 使用 ETC 的車輛仍然可以在 MTC 車道通行 不需要每個(gè)收費(fèi)站都建設(shè) ETC 車道 可 以在必要的時(shí)候再建設(shè) 這樣有效保護(hù)了原有建設(shè)的投資 正因?yàn)?ETC 有以上這些優(yōu)點(diǎn) 它正越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到路 橋及隧道的收費(fèi)中 目 前 國(guó)內(nèi)有許多省市也正在建設(shè)高速公路 ETC 收費(fèi) 3 1 3 ETC 的工作原理 ETC 與其它收費(fèi)方式相比 關(guān)鍵之處在于增加了短程微波通信技術(shù) 即依靠架設(shè) 在車道龍門架上的路側(cè)單元 RSU 與車輛內(nèi)安裝的電子標(biāo)簽之間的微波通信 完成不 停車收費(fèi)流程 ETC 車道系統(tǒng)主要由車道控制器 路側(cè)單元及其控制器 高速欄桿 電 子顯示屏 地感線圈 電子標(biāo)簽等組成 1 4 國(guó)內(nèi)外 ETC 應(yīng)用現(xiàn)狀 1 4 1 國(guó)外電子收費(fèi)技術(shù)現(xiàn)狀 1 美國(guó) 在美國(guó) 電子不停車收費(fèi)方式已經(jīng)成為美國(guó)回收公路投資和養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的高效率手 段 最著名的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)是 E ZPass 系統(tǒng) 1989 年的 7 月 美國(guó)新 澤西和紐約港務(wù)局首先在 Lincoln 隧道的兩個(gè)收費(fèi)車道采用自動(dòng)車輛識(shí)別 AVI 系統(tǒng) 成功地實(shí)現(xiàn)了公共汽車收費(fèi)的自動(dòng)化 由于意識(shí)到通用的電子標(biāo)簽將給公路用戶帶來(lái) 很大的便利因而帶來(lái)極大的市場(chǎng)機(jī)會(huì) 1990 年七個(gè)地方收費(fèi)部門聯(lián)合在一起 共同策 劃了一個(gè)全地區(qū)兼容的 ETC 系統(tǒng) E ZPass 系統(tǒng) 1997 年 7 月 E Zpass 工程的最 終運(yùn)行方案開(kāi)始賦諸實(shí)施和運(yùn)行 從各路橋的 E Zpass 系統(tǒng)開(kāi)通起 ETC 的交易量持續(xù) 增長(zhǎng) 截止 1998 年 12 月 僅經(jīng)過(guò) 1 年半的時(shí)間 共計(jì) 23 條專用 ETC 車道的電子不停 車收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)就承擔(dān)了整個(gè)月平均交易量的 43 高峰時(shí)段甚至達(dá)到 55 60 網(wǎng)絡(luò)化 運(yùn)行的電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)效益和吸引力充分體現(xiàn)出來(lái) 詳見(jiàn)圖 1 1 圖 1 1 1998 年美國(guó) E Zpass 系統(tǒng)收費(fèi)區(qū)域 目前 美國(guó)已有 11 個(gè)州的 21 條高速公路收費(fèi)機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立了 IAG 組織 Inter Agency Group 系統(tǒng)內(nèi)的車輛采用單一標(biāo)準(zhǔn)的車載設(shè)備 每個(gè)用戶擁有單一賬戶 該 組織下的收費(fèi)系統(tǒng)已安裝有 3211 條 ETC 車道 每日交易量已超過(guò) 300 萬(wàn)筆 4 8 2 德國(guó) 在德國(guó) 基于衛(wèi)星定位 無(wú)線接入技術(shù)的不停車收費(fèi)技術(shù)已得到了應(yīng)用和推廣 自 2005 年 1 月 1 日起 德國(guó)正式利用該技術(shù)對(duì)所有 國(guó)內(nèi)或過(guò)境 12 噸以上大貨車在全 國(guó)高速公路范圍進(jìn)行收費(fèi) 并在 1 2 萬(wàn)公里的高速公路上共設(shè)立 300 個(gè)收費(fèi)檢查站 用于逃費(fèi)稽查 用戶可以選擇自動(dòng)或手工繳費(fèi)方式 相關(guān)公司為自動(dòng)繳費(fèi)的車輛免費(fèi) 提供車載裝置 車輛行駛在高速公路時(shí) 車載裝置會(huì)通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定車輛在高 速公路上行駛的里程并進(jìn)行費(fèi)用結(jié)算 結(jié)算結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)通信系統(tǒng)傳至收 費(fèi)中心 由收費(fèi)中心向用戶開(kāi)出賬單 并代德國(guó)政府收取過(guò)路費(fèi) 收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)作流程 如圖 1 2 G GP PS S衛(wèi)衛(wèi)星星 車車載載設(shè)設(shè)備備 運(yùn)運(yùn)輸輸公公司司 1 裝置車載設(shè)備 2 輸入車輛 數(shù)據(jù) 3 衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 確定車輛位置 4 車載設(shè)備 確定是否為 收費(fèi)路段 5 監(jiān)控稽查 設(shè)備 固定 或者移動(dòng) 6 車載設(shè)備 計(jì)算過(guò)路費(fèi) 7 移動(dòng)通信系統(tǒng) GSM 將過(guò)路 費(fèi)傳至收費(fèi)中心 8 收費(fèi)中心與運(yùn)輸公司結(jié)算 圖 1 2 德國(guó)高速公路衛(wèi)星定位全自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)作流程 目前 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織第 204 技術(shù)委員會(huì)第 5 工作組 ISO TC204 WG5 以及歐洲 標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)第 278 技術(shù)委員會(huì) CEN TC278 正在聯(lián)合開(kāi)展基于衛(wèi)星定位 無(wú)線接入 技術(shù)的電子收費(fèi)技術(shù)研究 其研究?jī)?nèi)容主要集中在電子收費(fèi)應(yīng)用的接口規(guī)范上 目前 已經(jīng)形成了 ISO PDTS 17575 RTTT EFC Application interface definition for EFC GNSS CN RTTT 電子收費(fèi) 基于 GNSS CN 的電子收費(fèi)應(yīng)用接口定義 3 奧地利 奧地利全國(guó)的汽車路網(wǎng)和調(diào)整公路加起來(lái)大約長(zhǎng)達(dá) 2000 公里 全部是由國(guó)家道路 主管機(jī)構(gòu) ASFINAG 來(lái)營(yíng)運(yùn)管理 該機(jī)構(gòu)由奧地利聯(lián)邦共和國(guó)全資所有 ASFINAG 的職責(zé) 包括規(guī)劃 融資 建設(shè)和高速公路網(wǎng)的維護(hù) 資金來(lái)源于道路通行費(fèi)和預(yù)繳通行費(fèi)的 收取 Europpass 作為 Autostrade S P A 的子公司負(fù)責(zé)奧地利重型卡車全自動(dòng)電子收費(fèi) 系統(tǒng)的集成和營(yíng)運(yùn) 包括系統(tǒng)的規(guī)劃 設(shè)計(jì) 融資 建設(shè)和營(yíng)運(yùn) 和全球的許多國(guó)家一樣 奧地利已有人工收費(fèi)路網(wǎng) 基于 DSRC 微波技術(shù)的重型卡 車收費(fèi)解決方案保證了能很容易地將現(xiàn)有的人工收費(fèi)系統(tǒng)升級(jí)并集成到新的全自動(dòng)卡 車電子收費(fèi)系統(tǒng) 奧地利卡車全自動(dòng)電子收費(fèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)是龍門架置于公路車道的上方 通過(guò)安裝在 龍門架上的微波天線與安裝在通行卡車的擋風(fēng)玻璃上的電子標(biāo)簽進(jìn)行通訊 當(dāng)卡車通 過(guò)龍門的下方變道行駛時(shí)并不會(huì)影響收費(fèi)交易的準(zhǔn)確性 在該系統(tǒng)中 車主根據(jù)車輛 行駛里程和車輛的車軸數(shù)來(lái)繳費(fèi) 簡(jiǎn)言之 就是車軸數(shù)越多 說(shuō)明卡車的載重量越大 所收費(fèi)的通行費(fèi)就越高 奧地利電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)可以分為四部分 前端收費(fèi)系統(tǒng) 路側(cè) 車載設(shè)備 電子標(biāo)簽 違章執(zhí)法系統(tǒng)和后臺(tái)系統(tǒng) 為了確保收費(fèi)的正確性 違章執(zhí)法是系統(tǒng)概 念的關(guān)鍵部分 從奧地利的路網(wǎng)來(lái)看 有 2081 公里采用不停車收費(fèi) 其中 140 公里屬于特殊路段 有 250 公里正在建設(shè)當(dāng)中 收費(fèi)對(duì)象為載重量 3 5 噸以上的車輛 根據(jù)軸數(shù)按不同的 費(fèi)率進(jìn)行電子收費(fèi) 3 5 噸以下的車輛實(shí)行車票制 年票 月票等等 9 13 1 4 2 國(guó)內(nèi)電子收費(fèi)技術(shù)現(xiàn)狀 1 廣東省 廣東省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)于 2004 年正式實(shí)施 截至 2007 年 3 月底 全省 61 條高速公路中已有 59 條納入了聯(lián)網(wǎng)收費(fèi) 總里程 3379 公里 建成開(kāi)通了 155 條電子 不停車收費(fèi)車道 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)作正常 通行費(fèi)拆分及時(shí)準(zhǔn)確 開(kāi)通至 2007 年 3 月 底 已累計(jì)拆分通行記錄 10 6 億條 拆分通行費(fèi) 325 億元 粵通卡用戶數(shù)量不斷攀升 現(xiàn)已發(fā)展用戶超過(guò) 21 萬(wàn) 單月繳費(fèi)金額超過(guò) 1 9 億元 占全省當(dāng)月通行費(fèi)總額的 11 6 一些主要高速公路 如廣深高速公路 粵通卡繳費(fèi)額已占其收入總額的 16 以上 高速公路實(shí)行聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)為廣東的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾的生活帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在 的好處 最直接的效果就是應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)全省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)可以減少主線收 費(fèi)站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本 截至 2005 年底 全省因聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)而少建了 22 個(gè)主線收費(fèi)站 預(yù)計(jì)到 2010 年 可減少建設(shè) 100 多個(gè)主線收費(fèi)站 實(shí)行聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)后取消了大量的主線 收費(fèi)站 并且按照全省統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)電子不停車 ETC 收費(fèi)車道 提高了車輛通行效 率 大大降低每個(gè)收費(fèi)站的運(yùn)營(yíng)成本 據(jù)統(tǒng)計(jì) 按照 2005 年的建設(shè)規(guī)模 廣東按照全 省統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)累計(jì)減少建設(shè)費(fèi)用約 11 億元 每年可以減少運(yùn)營(yíng)費(fèi) 用約 1 2 億元 同時(shí)還可以節(jié)省機(jī)動(dòng)車燃油消耗費(fèi)用約 1 1 億元 隨著聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的深 入 不斷建設(shè)開(kāi)通更多的 ETC 車道 未來(lái)可以節(jié)約收費(fèi)站建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的效果 將更加顯著 經(jīng)濟(jì)效益將更加可觀 2 江蘇省 江蘇省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)每天的收費(fèi)交易量達(dá) 20 萬(wàn)次 但一直采用的是手工半自 動(dòng)現(xiàn)金繳費(fèi)方式 已很難滿足車流量不斷增長(zhǎng)的需要 從 2004 年 8 月開(kāi)始 江蘇省交 通控股公司聯(lián)手財(cái)政 物價(jià) 農(nóng)行等部門 進(jìn)行高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)電子支付系統(tǒng)的研 發(fā) 安裝和調(diào)試 于 2005 年 6 月開(kāi)通了 15 條高速公路和 2 座跨江大橋均開(kāi)通了電子 支付系統(tǒng) 蘇通卡 目前分為儲(chǔ)值卡和記賬卡兩種 駕車人可以在農(nóng)業(yè)銀行網(wǎng)點(diǎn)辦理 儲(chǔ)值卡用戶預(yù)先在卡內(nèi)存入一定的金額 用戶在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)高速公路出口收費(fèi)站刷卡后 通行費(fèi)由電子支付系統(tǒng)自動(dòng)記扣 儲(chǔ)值卡申請(qǐng)簡(jiǎn)便 即買即用 享受折扣 安全可靠 用戶可憑身份證和機(jī)動(dòng)車行駛證在銀行代理網(wǎng)點(diǎn)申領(lǐng) 記賬卡僅對(duì)信用等級(jí)較高的集 團(tuán)用戶發(fā)行 用戶先消費(fèi) 后結(jié)算 江蘇省電子收費(fèi)結(jié)算管理采用 MTC 當(dāng)?shù)乩U存 統(tǒng)一結(jié)算 全額劃撥 電子收費(fèi) 統(tǒng)一結(jié)算劃撥 的結(jié)算方案 電子收費(fèi)的拆分方式與 MTC 一致 實(shí)行含稅拆分 MTC 和 電子支付的結(jié)算相對(duì)獨(dú)立 江蘇省蘇南聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)算中心 蘇北聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)算中心分 別在銀行開(kāi)立收費(fèi)專戶用于電子支付系統(tǒng)的結(jié)算 銀行負(fù)責(zé)非現(xiàn)金支付卡的資金管理 對(duì)儲(chǔ)值卡 銀行將儲(chǔ)值卡用戶圈存及現(xiàn)金充值的資金歸集到儲(chǔ)值專用賬戶 對(duì)記賬卡 通過(guò)三方 卡管理公司 銀行及記賬卡用戶 下同 協(xié)議 由銀行代為托收或批量扣 款 蘇南 北 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)算中心與各路公司的資金清算由蘇南 北 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)算 中心分別負(fù)責(zé) 蘇南 北 結(jié)算中心的收費(fèi)系統(tǒng)采集收費(fèi)站的電子支付數(shù)據(jù)進(jìn)行拆賬 與各收費(fèi)站上報(bào)數(shù)據(jù)核對(duì)無(wú)誤后 將清分?jǐn)?shù)據(jù)傳送給結(jié)算系統(tǒng) 結(jié)算系統(tǒng)按照約定的 時(shí)間算出各業(yè)主應(yīng)得金額 并發(fā)送劃賬指令給卡公司 由卡公司把蘇南網(wǎng) 蘇北網(wǎng)劃 賬指令合并發(fā)送給銀行 銀行按照卡公司發(fā)送的劃賬指令 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)算中與銀行簽 訂電子支付協(xié)議 將蘇南 北 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)結(jié)算中心在銀行專用賬戶的資金 通過(guò)銀行 內(nèi)部結(jié)算渠道 當(dāng)天劃轉(zhuǎn)到各路公司在銀行系統(tǒng)內(nèi)的存款賬戶上 銀行作為江蘇省高速公路卡管理公司的代理機(jī)構(gòu) 代理預(yù)付卡的開(kāi)戶 圈存 充 值 劃扣 掛失 止付 換卡 銷戶等一系列具體業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù) 同時(shí)還要接受并相應(yīng) 響應(yīng)卡管理公司發(fā)送的電子支付資金劃撥指令 由銀行進(jìn)行從指定劃出賬戶到指定劃 入賬戶之間的資金轉(zhuǎn)賬 14 15 16 3 其它省份 我國(guó) ETC 標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展較慢 導(dǎo)致各省市交通部門和道路運(yùn)營(yíng)部門在此問(wèn)題上 持觀望態(tài)度 擔(dān)心標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一情況下產(chǎn)生重復(fù)建設(shè)問(wèn)題 因此這些省市的 ETC 還沒(méi)有 得到大規(guī)模應(yīng)用 但北京 天津 湖南 福建 四川 云南 山西等省市在某些路段 或大橋等進(jìn)行了一定實(shí)踐 具體情況詳見(jiàn)表 1 1 表 1 1 國(guó)內(nèi) ETC 應(yīng)用情況 所在省市應(yīng)用地點(diǎn)技術(shù)模式通信頻率所處階段 機(jī)場(chǎng)高速公路單片式 2 45GHz 投入運(yùn)營(yíng) 10 年以上 北京 京津塘高速公路單片式 5 8GHz 試運(yùn)行 上海滬嘉高速公路單片式 5 8GHz 投入商業(yè)運(yùn)營(yíng) 天津津?yàn)I高速公路單片式 5 8GHz 投入商業(yè)運(yùn)營(yíng) 湖南機(jī)場(chǎng)高速公路單片式 5 8GHz 投入商業(yè)運(yùn)營(yíng) 四川機(jī)場(chǎng)高速公路單片式 915MHz 投入商業(yè)運(yùn)營(yíng) 福建廈門大橋單片式 5 8GHz 投入商業(yè)運(yùn)營(yíng) 山西太舊高速公路組合式 5 8GHz 投入商業(yè)運(yùn)營(yíng) 從目前已開(kāi)通的 ETC 系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看 它們是安全 可靠 穩(wěn)定而準(zhǔn)確 的 但在實(shí)施和推廣 ETC 系統(tǒng)的過(guò)程中存在一個(gè)主要問(wèn)題 設(shè)備兼容性問(wèn)題 高速公 路管理公司各自引進(jìn)了互不兼容的 ETC 收費(fèi)系統(tǒng) 具體表現(xiàn)在通訊協(xié)議不兼容或者數(shù) 據(jù)格式不兼容 導(dǎo)致無(wú)法互聯(lián)互通 因此要實(shí)現(xiàn) ETC 的良好發(fā)展 最重要的是做到統(tǒng) 一管理規(guī)劃 統(tǒng)一技術(shù)規(guī)范 統(tǒng)一產(chǎn)品要求 1 4 3 我國(guó)電子收費(fèi) ETC 發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)國(guó)土廣闊 按照 2004 年底國(guó)務(wù)院批復(fù)的 國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃 簡(jiǎn)稱 7918 我國(guó)將建成 10 萬(wàn)公里的高速公路 目前已建 4 52 萬(wàn)公里 高速公路發(fā)展 具有很大潛力 為電子收費(fèi)的應(yīng)用帶來(lái)良好機(jī)遇 同時(shí)我國(guó)公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中又具有 自己的特點(diǎn) 對(duì)電子收費(fèi)的應(yīng)用提出了特有的要求 在我國(guó)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下 電子收 費(fèi)主要應(yīng)具備如下特點(diǎn) 1 人工收費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間存在 電子收費(fèi)須與人工收費(fèi)結(jié)合應(yīng)用 我國(guó)地域?qū)拸V 各省以及省內(nèi)各地區(qū)之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡性 同時(shí)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)密度 無(wú)法達(dá)到密布水平 因此不能強(qiáng)制要求車輛必須加裝車載設(shè)備以完成電子收費(fèi) 人工 收費(fèi)將長(zhǎng)時(shí)間存在 必須充分考慮電子收費(fèi)與人工收費(fèi)的協(xié)作問(wèn)題 保證電子收費(fèi)的 順利實(shí)施 2 電子收費(fèi)應(yīng)用中應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 保證今后的互聯(lián)互通 如果相鄰兩條路段分別實(shí)施電子收費(fèi)而導(dǎo)致車載系統(tǒng)無(wú)法互讀 從而產(chǎn)生車輛無(wú) 法跨路段通行的問(wèn)題 必將影響用戶積極性 系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到既定目標(biāo) 例如北京在電 子不停車收費(fèi)試驗(yàn)系統(tǒng)中 就遇到天津津?yàn)I路和京津塘高速公路之間已經(jīng)產(chǎn)生了這一 問(wèn)題 應(yīng)該說(shuō) 國(guó)內(nèi)廣大交通管理人員已經(jīng)察覺(jué)到了這一點(diǎn) 已頒布實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 電子收費(fèi) 專用短程通信 無(wú)疑會(huì)對(duì)這類問(wèn)題的解決提供強(qiáng)大技術(shù)支持 3 ETC 系統(tǒng)必須與現(xiàn)有 MTC 系統(tǒng)結(jié)合 建立合理的管理體制和實(shí)施方案 我國(guó)道路建設(shè)業(yè)主多元化 一路一公司 現(xiàn)象普遍存在 而聯(lián)網(wǎng)收費(fèi) 電子收費(fèi) 統(tǒng)一結(jié)算 統(tǒng)一管理是必然趨勢(shì) 結(jié)算的公平公正 管理的快速準(zhǔn)確是電子收費(fèi)成功 運(yùn)營(yíng)的唯一選擇 因此 合理的電子收費(fèi)管理體制和方法成為關(guān)鍵問(wèn)題 應(yīng)根據(jù)本地 特點(diǎn) 研究制定這方面的對(duì)策 從制度創(chuàng)新到管理規(guī)定 應(yīng)制定出成套方案 17 18 19 20 1 5 項(xiàng)目背景 海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)是以福建為主體 面對(duì)臺(tái)灣 鄰近港澳 北承長(zhǎng)江三角洲 南接 珠江三角洲 西連內(nèi)陸 涵蓋周邊地區(qū) 具有自身特點(diǎn) 獨(dú)特優(yōu)勢(shì) 輻射集聚 客觀 存在的經(jīng)濟(jì)區(qū)域 福建與臺(tái)灣的產(chǎn)業(yè)對(duì)接 經(jīng)濟(jì)融合 著力先行先試 將使這一區(qū)域 的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)更加凸顯 中央政府將加快海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展 列入國(guó)家 十一五 規(guī) 劃綱要 成為中央決策和國(guó)家戰(zhàn)略的重要組成部分 海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)高速公路網(wǎng)是海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)公路網(wǎng)的主骨架 是綜合運(yùn)輸體系 的重要組成部分 主要連接重要城市 交通樞紐 重要旅游景點(diǎn)和軍事戰(zhàn)略要地 是 經(jīng)濟(jì)區(qū)對(duì)外聯(lián)系 區(qū)域內(nèi)重要節(jié)點(diǎn)間 城市密集區(qū)城際間的快速通道 是重要沿海港 口和機(jī)場(chǎng)的集疏運(yùn)通道 為全社會(huì)生產(chǎn)和生活提供快速 高效 安全 舒適的運(yùn)輸服 務(wù) 并為應(yīng)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng) 自然災(zāi)害等突發(fā)性事件提供快速交通保障 截止到 2006 年底 福建省高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá) 1229 公里 覆蓋全省大部分地 區(qū) 連接廣東 浙江的沿海大通道和福銀高速公路福建段已全線貫通 通過(guò)加強(qiáng)交通 基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè) 使得福州 廈門 泉州三個(gè)區(qū)域性中心城市更加突出 其支撐和輻 射帶動(dòng)作用進(jìn)一步增強(qiáng) 海西城市群的雛形即將初步形成 城市群的經(jīng)濟(jì)總量 規(guī)模 承載能力 輻射和帶動(dòng)能力已逐步提高 但是目前福建省高速公路網(wǎng)大中城市群之間收費(fèi)站只能以現(xiàn)金方式 車輛排對(duì)等 待繳費(fèi)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生 引發(fā)以下問(wèn)題 一是現(xiàn)金交費(fèi)效率低 車輛通行時(shí)間較長(zhǎng) 造成因繳費(fèi)引發(fā)交通堵塞 降低高速公路的通行能力和服務(wù)水準(zhǔn) 二是收費(fèi)站點(diǎn)的現(xiàn) 金結(jié)算量較大 在高強(qiáng)度現(xiàn)金收付壓力下 現(xiàn)金清點(diǎn) 防偽等壓力也較大 收費(fèi)人員 收付假鈔的現(xiàn)象不可避免 三是路段收費(fèi)站 財(cái)務(wù)人員的現(xiàn)金清點(diǎn) 防偽和管理的壓 力與成本較大 影響路費(fèi)資金的歸集效率 四是少數(shù)不法人員作弊 使國(guó)家財(cái)政收入 面臨損失的風(fēng)險(xiǎn) 影響了高速公路系統(tǒng)的整體社會(huì)形象 五是人工收費(fèi)方式與電子化 自動(dòng)化的收費(fèi)系統(tǒng)相脫離 不利于收費(fèi)過(guò)程的全程電子化和信息交互 所有這些問(wèn)題 已充分說(shuō)明海西路網(wǎng)中大中城市之間收費(fèi)站點(diǎn)的通行能力 服務(wù)水平 綜合效率低下 已制約海西城市群的核心和輻射作用 影響海西經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群向縱深發(fā)展 著手進(jìn)行 福建省高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)工程可行性研究就是基于福建省作為海西經(jīng)濟(jì)區(qū) 的主體 理應(yīng)調(diào)查 分析 研究設(shè)計(jì)福建省電子不停車 ETC 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)技術(shù)條件 技術(shù) 措施 管理措施和實(shí)施方案 為福建省高速公路網(wǎng)實(shí)施電子不停車收費(fèi)奠定基礎(chǔ) 通 過(guò)電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)施 實(shí)現(xiàn)福建省高速公路網(wǎng)的綜合社會(huì)效益 實(shí)現(xiàn)交通增 長(zhǎng)方式向集約型方向的轉(zhuǎn)變 1 6 本文的主要內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu) 1 6 1 論文的主要內(nèi)容 本文介紹了高速公路組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程和應(yīng)用情況 并在此基礎(chǔ)上 詳細(xì)論述了福建省高速公路電子收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)主 要采用雙片式電子標(biāo)簽 雙界面 IC 卡 其應(yīng)用模式是 在不停車車道 允許司機(jī)將雙界 面 IC 卡插入雙片式電子標(biāo)簽 不停車通過(guò)收費(fèi)站 在人工收費(fèi)車道 允許司機(jī)從雙片 式電子標(biāo)簽中撥出雙界面 IC 卡以非接觸操作的方式刷卡扣款 短暫停車后通過(guò)收費(fèi)站 通行費(fèi)通過(guò)后臺(tái)的客戶服務(wù)系統(tǒng)從銀行綁定賬戶中扣除 實(shí)現(xiàn)非現(xiàn)金支付 論文對(duì)組 合式電子收費(fèi)系統(tǒng)做了深入的研究 最后給出了系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn) 1 6 2 論文的組織結(jié)構(gòu) 本文共分為六章 第一章 介紹了電子收費(fèi)系統(tǒng)的興起及面臨的問(wèn)題 電子收費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和工作 原理 以及國(guó)內(nèi)外電子收費(fèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀 第二章 介紹電子收費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展趨勢(shì) 介紹組合式電子收費(fèi)技術(shù)方案的關(guān)鍵 技術(shù)及設(shè)備 第三章 組合式電子收費(fèi)技術(shù)方案的提出及總體設(shè)計(jì)方案 研究了組合式電子收 費(fèi)技術(shù)系統(tǒng)框架 安全體系及方案實(shí)施辦法 第四章 主要介紹組合式電子收費(fèi)車道系統(tǒng)的構(gòu)成 包括車道設(shè)備組成情況及用 途 還有設(shè)備的布設(shè) 第五章 結(jié)合福建省情況介紹組合式電子收費(fèi)車道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 包括項(xiàng)目 背景 開(kāi)發(fā)環(huán)境 主要代碼實(shí)現(xiàn)和主要界面展現(xiàn) 第六章 總結(jié)了福建省電子收費(fèi)的項(xiàng)目情況 并介紹未來(lái)電子收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展 第二章第二章 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)組合式電子收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 電子收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 1 1 ETC 標(biāo)準(zhǔn)的選擇 無(wú)線通信頻率 國(guó)際上在自動(dòng)車輛識(shí)別 AVI 和專用短程通信 DSRC 領(lǐng)域內(nèi)曾經(jīng)研究和使用過(guò) 的頻率主要有三種 915MHz 2 45GHz 5 8GHz 從已經(jīng)建設(shè)完成的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)看 915MHz 系統(tǒng)主要應(yīng)用在北美地區(qū) 尤其是集裝箱識(shí)別系統(tǒng) 并且 最近八年以來(lái) 國(guó) 際上 包括美國(guó)在內(nèi) 幾乎沒(méi)有新的 915Mhz 系統(tǒng)應(yīng)用于道路收費(fèi)系統(tǒng)中去 美國(guó)自身 也在逐步地將應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域的自動(dòng)車輛識(shí)別的頻率轉(zhuǎn)向 5 8 5 9GHz 21 24 5 8GHz 專用短程通信系統(tǒng)主要應(yīng)用于歐洲 亞洲 南美洲及大洋洲等地區(qū) 2 45GHz 專用短程通信系統(tǒng)應(yīng)用相對(duì)比較少 沒(méi)有形成主流 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)微波頻 點(diǎn)的選擇如圖 2 1 所示 圖 2 1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)微波頻點(diǎn)的選擇 我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部在 信部無(wú) 2002 277 號(hào)文 關(guān)于使用 5 8GHz 頻段頻率事宜的 通知 中也明確規(guī)定 自發(fā)文之日起 5725 5850 MHz 頻段作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 高速無(wú)線局域網(wǎng) 車輛無(wú)線自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等無(wú)線電臺(tái)站的共用頻段 其中所述 車輛無(wú)線自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) 主要由交通部公路科學(xué)研究院代表交通部申請(qǐng) 分配 ITS 相關(guān)應(yīng)用 因此 中國(guó)電子收費(fèi)選擇 5 8GHz 勿庸置疑 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系主要技術(shù)指標(biāo) 如表 2 1 所示 表 22 1 1 ETC DSRC 標(biāo)準(zhǔn)比較表 項(xiàng)目歐洲 CEN DSRC 日本 ARIBSTD T75 美國(guó) WAVE 通信方式被動(dòng)式主動(dòng)式主動(dòng)式 占用帶寬 20MHz 5 795 5 815GHz 70MHz 5 770 5 850GHz 75MHz 5 850 5 925GHz 通信模式半雙工全雙工 半雙工全雙工 半雙工 通信距離10 米 Class1 10 米 Class2 30 米 1000 米 調(diào)制方式ASK BPSKASK QPSKOFDM 自適應(yīng)調(diào)制 編碼方式 下行 FM0 上行 NRZI ASK 曼徹斯特 QPSK NRZ 通信速率 下行 500Kbps 上行 250Kbsp ASK 1Mbps QPSK 4Mbps 6 54 Mbps RSU 的 EIRP 33dBm Class1 30dBm Class2 44 7dBm 通常 33 dBm 最大 44 8 dBm OBU 的 EIRP 24 dBm 單邊帶 20dBm 通常 20dBm 最大 44 8dBm 通道數(shù) 477 2 1 2 ETC 標(biāo)準(zhǔn)的選擇 電子標(biāo)簽 1 單片式電子標(biāo)簽 CEN 標(biāo)準(zhǔn)的 ETC 電子不停車系統(tǒng)是基于單片式電子標(biāo)簽技術(shù)的 其技術(shù)成熟 廠 商之間的兼容性和互換性較好 電子標(biāo)簽價(jià)格較低 可以控制在 300 元以內(nèi) 單片式 電子收費(fèi)系統(tǒng)可與現(xiàn)有人工收費(fèi)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立 實(shí)施時(shí)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行影響較小 天線與電子標(biāo)簽的交易時(shí)間約為 60ms 可以滿足 160Km h 車速下的自由流電子收費(fèi)的 需要 若采用單片式 ETC 系統(tǒng) 需要在路網(wǎng)內(nèi)所有收費(fèi)站建設(shè) ETC 車道 但是 我國(guó)由于 主要采用封閉式收費(fèi) 且路網(wǎng)規(guī)模大 收費(fèi)站點(diǎn)眾多 交通流量分布不均 在全部收 費(fèi)站設(shè)置 ETC 系統(tǒng)投資巨大 大多數(shù)入口收費(fèi)站和出口收費(fèi)站的交通量比較小 車道 數(shù)量少 單獨(dú)辟出一條專用 ETC 車道在土建上既困難 在利用率上又不經(jīng)濟(jì) 另外 由于多數(shù)收費(fèi)站缺乏備份的 ETC 車道 一旦已有的 ETC 車道出現(xiàn)問(wèn)題 ETC 車輛將無(wú)法 通行 整個(gè)電子收費(fèi)系統(tǒng)的可靠性和健壯性將無(wú)法得到保障 25 26 27 2 雙片式電子標(biāo)簽 采用雙片式電子標(biāo)簽的收費(fèi)系統(tǒng)允許司機(jī)將雙界面 IC 卡插入雙片式 ETC 電子標(biāo)簽 免停車通過(guò)收費(fèi)站 在一般收費(fèi)站 僅設(shè)置 IC 卡收費(fèi)車道 允許司機(jī)從雙片式 ETC 電 子標(biāo)簽中撥出雙界面 IC 卡以非接觸操作的方式刷卡扣款 短暫停車后通過(guò)收費(fèi)站 目前 我國(guó)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中多選擇雙片式電子標(biāo)簽 28 29 2 1 3 我國(guó)電子收費(fèi) ETC 標(biāo)準(zhǔn) 目前國(guó)內(nèi) ETC 解決方案中 認(rèn)知度較高的是組合式收費(fèi)模式 組合電子收費(fèi)國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn) 電子收費(fèi)設(shè)備等關(guān)鍵部分已于 2007 年 03 月發(fā)布 于 2007 年 05 月 31 日開(kāi)始實(shí)施 30 31 32 33 1 電子不停車收費(fèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB T 20851 1 2007 電子收費(fèi) 專用短程通信 第 1 部分 物理層 GB T 20851 2 2007 電子收費(fèi) 專用短程通信 第 2 部分 數(shù)據(jù)鏈路層 GB T 20851 3 2007 電子收費(fèi) 專用短程通信 第 3 部分 應(yīng)用層 GB T 20851 4 2007 電子收費(fèi) 專用短程通信 第 4 部分 設(shè)備應(yīng)用 2 公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)技術(shù)要求 征求意見(jiàn)稿 已上報(bào)交通部并已在部網(wǎng)站 公示 其中的 附錄六 電子收費(fèi)設(shè)備技術(shù)要求 將推薦 采用 MTC ETC 組合式收費(fèi)系統(tǒng) 其物理層的要求包括下 上行鏈路的要求 載 波頻率 e i r p 和雜散發(fā)射的要求應(yīng)符合工信部無(wú) 2002 277 號(hào)文 關(guān)于使 用 5 8GHz 頻段頻率事宜的通知 的規(guī)定 如表 2 2 表 2 3 所示 表 2 2 下行鏈路參數(shù) 序號(hào)參數(shù)限值 信道1 5 830GHz 1 載波頻 率信道2 5 840GHz 2 占用帶寬 5MHz 3 頻率容限 10 10 6 4e i r p 33dBm 5 鄰道泄漏功率比 30dB 水平面 38 6 天線半功率 波瓣寬度垂直面 45 7 天線極化右旋圓極化 最大增益方向 RSUt 15dB 8XPD 3dB區(qū)域 RSUt 10dB 9 調(diào)制方式 ASK 10 調(diào)制系數(shù)調(diào)制系數(shù) 0 5 0 9 11 編碼方式 FM0 12 位速率 256kbps 13 位時(shí)鐘精度 100 10 6 14 OBU喚醒方式15 17個(gè)周期14kHz方波b 15 OBU喚醒時(shí)間 5ms 16 OBU喚醒靈敏度 40dBm 17 OBU接收靈敏度 50dBm 18 OBU接收帶寬5 825GHz 5 845GHz 19BER 10 10 6以內(nèi) 20 前導(dǎo)碼16位 0 a 對(duì)應(yīng)載波2 5倍信道帶寬以外 b RSU強(qiáng)制要求發(fā)送該波形 OBU可選擇被該波形喚醒或者被正常通信幀信 號(hào)喚醒 表 2 3 上行鏈路參數(shù) 序號(hào)參數(shù)限值 信道1 5 790GHz1 載波頻 率信道2 5 800GHz 2 占用帶寬 5MHz 3 頻率容限 200 10 6 4e i r p 10dBm 30MHz 1000MHz 36dBm 100kHz 2400MHz 2483 5M Hz 40dBm 1MHz 3400MHz 3530MHz 40dBm 1MHz 5725MHz 5850MHz 33dBm 100kHz 5 雜散發(fā) 射 其它1GHz 20 GHz 30dBm 1MHz 6 鄰道泄漏功率比 30dB 7 天線半功率波瓣寬度 70 8 天線極化線極化或右旋圓極化 最大增益方向 RSUr 15dB 9 XPD 3dB區(qū)域 RSUr 10dB 10 調(diào)制方式 ASK 11 調(diào)制系數(shù)調(diào)制系數(shù) 0 5 0 9 12 編碼方式 FM0 13 位速率 512kbps 14 位時(shí)鐘精度 100 10 6 15 RSU接收靈敏度 70dBm 16BER 10 10 6以內(nèi) 17 前導(dǎo)碼16位 0 a 對(duì)應(yīng)載波2 5倍信道帶寬以外 2 2 組合式電子收費(fèi)系統(tǒng) 組合式收費(fèi)系統(tǒng)的基本思路是 ETC 收費(fèi)專用車道同時(shí)設(shè)置 ETC 車道天線控制器 和車道 IC 卡專用收費(fèi)讀寫機(jī)具 實(shí)現(xiàn)對(duì)正常 ETC 車輛 誤入普通車輛通行費(fèi)收取 在 交通量大 易產(chǎn)生交通流瓶頸的收費(fèi)站 按需設(shè)置 1 條以上的 ETC 收費(fèi)專用車道 允 許司機(jī)將雙界面 IC 卡插入雙片式 ETC 電子標(biāo)簽 免停車通過(guò)收費(fèi)站 在一般收費(fèi)站 僅設(shè)置 IC 卡收費(fèi)車道 允許司機(jī)從雙片式 ETC 電子標(biāo)簽中撥出雙界面 IC 卡以非接觸 操作的方式刷卡扣款 短暫停車后通過(guò)收費(fèi)站 組合式收費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)在廣東省實(shí)施 經(jīng)使用驗(yàn)證 整個(gè)系統(tǒng)基本滿足預(yù)期效果 此方案具備如下優(yōu)點(diǎn) 1 該方案集中了 MTC 收費(fèi)系統(tǒng)和 ETC 收費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 兩者互為補(bǔ)充 提高道路 使用效率 具有支付手段豐富 交費(fèi)快捷 通行能力強(qiáng)等特點(diǎn) 2 該方案為解決中心城市的環(huán)城公路網(wǎng) 及區(qū)域經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)城間公路網(wǎng)的交通瓶頸 提供了有效手段 ETC 車道可以視實(shí)際需求進(jìn)行逐步擴(kuò)展 資金投入及系統(tǒng)規(guī) 模富有彈性 易于試點(diǎn)和推廣 運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)大大降低 3 IC 卡系統(tǒng)作為 ETC 系統(tǒng)的備份支付系統(tǒng) 使得系統(tǒng)可靠性大大提高 4 由于采用高安全性的 CPU 卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)并采用規(guī)范的雙向認(rèn)證技術(shù) 保證為 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)開(kāi)展預(yù)付卡業(yè)務(wù)提供了安全 可靠的解決途徑 5 該方案符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 電子收費(fèi) 專用短程通信 中國(guó)金融集成電路 IC 卡 規(guī)范 符合電子商務(wù)等國(guó)家鼓勵(lì)的發(fā)展領(lǐng)域及方向 為將來(lái)在公路服務(wù)領(lǐng)域 擴(kuò)展支付奠定基礎(chǔ) 2 3 非接觸式邏輯加密卡 非接觸式邏輯加密卡又叫存儲(chǔ)卡 卡內(nèi)的集成電路具有加密邏輯和 EEPROM 電可 擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 邏輯加密卡具有防止對(duì)卡中信息隨意改寫功能的存儲(chǔ) IC 卡 當(dāng)對(duì)加密卡進(jìn)行操作時(shí)必須首先核對(duì)卡中密碼 只有核對(duì)正確 卡中送出一串正確的 應(yīng)答信號(hào)時(shí) 才能對(duì)卡進(jìn)行正確的操作 目前國(guó)內(nèi)高速公路上所使用的非接觸式邏輯加密卡大部分為 Mifare I 標(biāo)準(zhǔn) 大部 分讀寫機(jī)具均能支持 由于非接觸式邏輯加密卡存儲(chǔ)容量較大 讀寫速度快 操作簡(jiǎn) 單 因而國(guó)內(nèi)大部分高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)均采用該種卡片作為通行卡 2 4 雙界面 CPU 卡 雙界面 CPU 卡是 CPU 卡的一種 CPU 卡又叫智能卡 卡內(nèi)具有中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 程序存儲(chǔ)器 ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 EEPROM 以及片內(nèi)操作系統(tǒng) COS 由于當(dāng)前各國(guó)經(jīng)濟(jì)正在向國(guó)際化方向發(fā)展 全球化的金融服務(wù)系統(tǒng)紛紛建立起來(lái) 這就帶來(lái)了一個(gè) CPU 卡的互操作問(wèn)題 為了解決同一張卡 在不同的國(guó)家 不同的環(huán) 境下都要能夠使用 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織專門制定了一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 使 CPU 卡及其接口 設(shè)備制造商按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 制造統(tǒng)一接口規(guī)格的產(chǎn)品 以保證不同國(guó)家 不同行業(yè) 都采用統(tǒng)一的 CPU 卡軟硬件技術(shù)規(guī)范開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng) 從而實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的 CPU 卡 之間的互換性和接口設(shè)備的共享 34 35 36 雙界面 CPU 卡是集合了接觸式 CPU 卡與非接觸式 CPU 卡接口功能于一個(gè)芯片的組 合 CPU 卡 雙界面卡有以下三種 1 接觸式智能卡系統(tǒng)與非接觸式智能卡系統(tǒng)僅僅是物理的組合到一張卡片中 兩 個(gè) EEPROM 兩套系統(tǒng)互相獨(dú)立 2 接觸式智能卡系統(tǒng)與非接觸式智能卡系統(tǒng)彼此操作獨(dú)立 但共享卡內(nèi)部分存儲(chǔ) 空間 3 接觸式智能卡系統(tǒng)與非接觸式智能卡系統(tǒng)完全融合 接觸式與非接觸式運(yùn)行狀 態(tài)相同 共用一個(gè) CPU 管理 三種雙界面 IC 卡中 只有最后一種雙界面 IC 卡才是真正意義上的雙界面 CPU 卡 雙界面 CPU