ETC技術(shù)的原理與分析

1、ETC技術(shù)的原理與分析摘要： 電子不停車收費技術(shù)是一種先進的電子收費技術(shù)方式，文章介紹了電子不停車收費技術(shù)的研究及發(fā)展應(yīng)用情況，并針對實際實施中遇到的問題，提出了具體的研究內(nèi)容及實施方案，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；發(fā)展應(yīng)用；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等均競相研制。因此ETCJ術(shù)發(fā)展很快。2 . 系統(tǒng)概念電子不停車收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection, 簡稱ETC是國際上正在

2、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系統(tǒng), 它的最大特點是不停車收費, 即車輛可以以相當(dāng)高的速度通過收費口, 無須在收費站前減速和停車交費。采用不停車收費系統(tǒng), 可以使公路收費走向無紙化、無現(xiàn)金化管理 , 可以從根本上杜絕收費票款的流失現(xiàn)象, 解決公路收費中的財務(wù)管理混亂問題。另外, 實施不停車收費系統(tǒng)還可以節(jié)約基建費用和管理費用。ETC系統(tǒng)是ITS領(lǐng)域中的一個重要方面。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 不停車收費系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用列為

3、我國ITS領(lǐng)域首先啟動的項目，并在“十五” 期間列入交通科技的技術(shù)創(chuàng)新重點之一。和傳統(tǒng)的收費系統(tǒng)相比，ETC（統(tǒng)具有更高的通行能力，更少的基建投入，更 低的日常運營費用，更好的服務(wù)水平，更好的發(fā)展趨勢。ETC（統(tǒng)是將來公路收費 的大勢所趨，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， 在給廣大車主帶來更多方便的同時，還給道路管理單位帶來更多的資金收益，是利國、利民，適合社會發(fā)展，適應(yīng)未來科技發(fā)展的新時代產(chǎn)品。ETC 系統(tǒng)按收費站收費方式，可分為開放式和封閉式；按收費站車道配置，可分為ET改用車道、MTCH!和ETC/MT混合車道三類。鑒于我國道路實際情況，在較長的一段時間

4、內(nèi)，ETCRMTC共存。3 .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)、計算機技術(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） 所組成的先進系統(tǒng)，以實現(xiàn)車輛無需停車既可自動收取道路通行費用。目前，大多數(shù)ETC（統(tǒng)均采用微波技術(shù)。不停車收費系統(tǒng)通過路邊車道設(shè)備控制系統(tǒng)的信號發(fā)射與接收裝置（稱為路邊讀寫設(shè)備，簡稱RSE） ， 識別車輛上設(shè)備（稱為車載器，簡稱OBU） 內(nèi)特有編碼，判別車型，計算通行費用，并自動從車輛用戶的專用帳戶中扣除通行費。對使用ET四道的未安裝車載器或車載器無效的車輛，則視作違章車輛，實施圖象抓拍 和識別，會同交警部門

5、事后處理。4 .系統(tǒng)構(gòu)成電子不停車收費系統(tǒng)可分為前臺和后臺系統(tǒng)：（ 1）前臺系統(tǒng)包括三種核心設(shè)備: 車輛自動識別系統(tǒng)（Au-tomatic Vehicle Identification簡稱AVI）、車輛自動分類系統(tǒng)（Automatic Vehicle Classification 簡稱AVC和 錄像實施系統(tǒng)（Video Enforcement System 簡稱VES）。車輛自動識別系統(tǒng)采用無 線調(diào)頻設(shè)備（Ra-dio Frequency）識別用戶的身份標識卡（TAG）及其有效性；車輛 自動分類系統(tǒng)借助傳感器組的信息確定車輛的收費類別; 錄像實施系統(tǒng)利用高速圖像處理設(shè)備自動俘獲違章車輛的車牌號

6、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, 獲取用戶的身份標識（ID）, 缺點是易受環(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)備采用無線波來識別貼于車輛前端的用戶身份標識卡來識別用戶身份，具有更高的可靠性；其中,無線頻率（RF）常用 的頻率是5.8GHz。TA6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。 AVCAVC系統(tǒng)根據(jù)車輛的物理特性來確定車輛的收費類別。AVC勺物理特性依據(jù)包括：車輛的體積、重量、裝載人數(shù)、車軸或車輪的數(shù)

7、目、車輛的用途等等。AVC與一系列的車道傳感器相連, 傳感器的信號提交事務(wù)處理系統(tǒng)后, 由車輛分類單元判定收費類型。AV段備包括：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。 VESVESJ用光學(xué)字符識別（OCR贖術(shù)自動獲取非法車輛的車牌號碼。VE酸錄方式包 括照片、錄像帶和數(shù)字影像等等。VESJ用模糊識別技術(shù)，借助光學(xué)字符識別設(shè)備 實現(xiàn)非法用戶的車牌號碼識別。VESS程包括：感應(yīng)觸發(fā)、圖像俘獲、圖像識別、 圖像儲存、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和聲卡）；單片機編程技術(shù)；快速查詢算法；模糊識別；通信控 制和圖像處理。

8、2）后臺系統(tǒng)收費系統(tǒng)的后臺系統(tǒng)工作任務(wù)主要為向客戶發(fā)售車載標識卡, 并做標識卡的初始化 ; 接受客戶補交金額和查詢; 接收前臺收費數(shù)據(jù)文件; 交易和結(jié)算; 向前臺和客戶發(fā)送補交金額的黑名單指令和信息; 存儲、管理抓拍圖像等。它主要包括如下系統(tǒng): 計算機管理系統(tǒng)、道路運營管理系統(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)。實際上是一個具有財務(wù)結(jié)算性質(zhì)的計算機網(wǎng)絡(luò) , 網(wǎng)絡(luò)通過各個終端的工作, 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。5 .ETC系統(tǒng)的類型ETC（統(tǒng)可分為收費站電子不停車收費系統(tǒng)和自由流不停車收費系統(tǒng)：（ 1）收費站不停車收費系統(tǒng)收費站不停車收費一般

9、采取混合收費方式, 既有不停車收費車道, 又保留半自動收費車道。其主要特征為:與半自動收費車道并列設(shè)置。在收費車道中，根據(jù)使用情況開設(shè)部分ET改用收費車道; 車輛通過收費車道的車速較低，通常為30km/h 50km/h,通過率為600輛/h 1000輛 /h; 在車道出口端設(shè)置自動欄桿, 以防無卡車輛通過。收費車道入口設(shè)置不停車收費車道標志和信號燈。由于車輛密度不大, 天線并不連續(xù)工作, 無車輛通過時, 天線處于休眠狀態(tài)。在天線輻射區(qū)外的車道, 埋設(shè)一個環(huán)行線圈, 當(dāng)車輛進入線圈工作區(qū)時, 線圈發(fā)出信號, 激活天線進入工作狀態(tài)。車輛進入通信區(qū), 通過微波天線, 車載標識卡響應(yīng)天線的詢問信息,

10、將客戶身份與車型代碼上傳給車道天線, 由天線轉(zhuǎn)送給車道控制機進行核查, 如為有效合法卡 , 車道放行 , 信號燈變綠, 如果進一步交換信息, 讀寫數(shù)據(jù) , 可繼續(xù)通信, 直到收費過程結(jié)束, 如果進入車道的車輛為非法無效卡車, 或是無標識卡的車輛, 車道控制機將根據(jù)天線傳送的信息, 指令自動欄桿關(guān)閉, 攔截非法車輛, 并發(fā)出聲光警報 , 現(xiàn)場人員將對其進行處理。車道控制機將收集到的數(shù)據(jù)上傳至后臺系統(tǒng), 進行數(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用戶在所有繳費用戶中并非多數(shù)的情況。（ 2）自由流不停車收費系統(tǒng)自由流不停車收費系統(tǒng)在道路主線上每隔一定里程設(shè)置一個橫跨

11、道路上空的龍門架 , 架上安裝不停車收費設(shè)備, 實施分段開放式不停車收費。車輛無須減速, 以正常行駛速度完成收費工作。其主要特征為: 無收費島、亭之類設(shè)施; 進入收費點時無須減速, 車輛繼續(xù)高速行駛; 需要建立一套高精度逃費取證處理系統(tǒng), 現(xiàn)場抓拍捕捉車輛逃費證據(jù), 以便于以后依法處理, 目前大多采用高速、高分辨率的攝像機對車輛牌照進行抓拍; 在收費點附近, 需建造一條與主線平行的普通收費車道, 以便對非法無效卡車或無標識卡的車輛收費; 車道天線控制器能控制多部天線并行工作, 與多輛車載標識卡同時通信。此系統(tǒng)主要優(yōu)點為減少收費站建設(shè)投資, 車速高 , 無行車延誤, 車輛通行能力接近2000輛

12、/h 。 但設(shè)備投資大, 技術(shù)上實現(xiàn)難度也較大, 特別是如何防止和遏制逃費車輛是關(guān)鍵技術(shù)。這種方式適用于不停車收費用戶在所有繳費用戶中已成為大多數(shù)的情況。6 .系統(tǒng)工作流程高速公路收費的特點是不僅要按照車型分類標準收費, 而且按照入出口的距離標準進行收費。各種類型的不停車收費系統(tǒng)的收費過程基本相同，其原理是在車輛 上安裝一種標識卡，在ETC攵費車道上安裝有車載標識卡的讀寫設(shè)備，當(dāng)車輛進入 ETC攵費車道時,標識卡以微波通信方式與該車道的天線進行雙向數(shù)據(jù)交換,從卡上讀取車牌照號、車型等數(shù)據(jù)，如需要也可向車載標識卡上寫入信息，系統(tǒng)根據(jù)讀 取的信息，識別車輛合法與否，進行數(shù)據(jù)處理，計算收費金額，并從

13、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)后臺系統(tǒng)初始化車載標識卡，將車牌照號、車型、收費率等數(shù)據(jù)寫入標識卡， 并發(fā)放給客戶，建立有關(guān)客戶檔案；(2)車輛進入ETC攵費車道，感應(yīng)天線激活線圈，進而激活微波天線，讀取標識卡 上的信息，并傳送給車道控制機進行核查；(3)如為合法車輛，則進行收費交易,依據(jù)后臺系統(tǒng)完成清算，通行燈將會變綠, 顯示收費額和余額，車輛通過，記錄數(shù)據(jù)；(4)如為非法車輛，車道控制機觸發(fā)報警信號，同時控制自動欄桿下落，關(guān)閉車道, 車道攝像機進行圖像抓拍，車輛進行人為處理。7 .ETC工作流程ETC勺工作流程如圖1.1 ,圖1.2:讀寫天線發(fā)射

14、電磁波，掃描車載電子標簽，從卡上讀取車牌照號、車型等數(shù) 據(jù)，在后臺進行相應(yīng)的扣費。圖1.1圖1.28 .當(dāng)前ETC應(yīng)用的分析1.ETC的優(yōu)點：(1)系統(tǒng)有效地提高了車道的車輛通過能力，加快了收費速度，提高了公路利用率;(2)系統(tǒng)從根本上杜絕了收費工作中的貪污作弊現(xiàn)象；(3)一卡通行多個收費站，方便駕車者；(4)降低油耗，減少剎車時造成的機件損耗，減少空氣和噪聲污染；(5)系統(tǒng)工作安全可靠，管理簡單；(6)為今后的智能車輛公路管理系統(tǒng)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。2.ETC的缺點：申辦門檻過高；(2)ETC專用通道太少；(3)收費太高，要700次才能把設(shè)備費賺回來；(4)誤入車輛引起ETC車道擁堵；(5)ETC系統(tǒng)跟車干擾嚴重；(6)自動欄桿附近存在通信盲區(qū)；(7)惡意旁道插隊逃費現(xiàn)象無法解決；ETC的發(fā)展和應(yīng)用提高了收費站通行能力，緩解了通信壓力，保障了高速公 路暢通有序，ETC存在著一些問題還無法解決，政府部門應(yīng)該努力解決這些問題， 使得ETC系統(tǒng)更加完善，使