智能運輸系統(tǒng)課件（第4版） 課件 第10章 電子收費系統(tǒng)

GeneralityofIntelligentTransportationSystems智能運輸系統(tǒng)概論（第四版）普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材交通工程教學指導分委員會“十三五”規(guī)劃教材高等學校交通運輸與工程類專業(yè)教材建設委員會規(guī)劃教材目錄CONTENTS第1章緒論第2章智能運輸系統(tǒng)的體系框架第3章智能運輸系統(tǒng)的理論基礎第4章智能運輸系統(tǒng)關鍵技術第5章智能運輸系統(tǒng)規(guī)劃及設計第6章城市交通信號控制系統(tǒng)第7章先進的交通管理系統(tǒng)第8章交通信息服務系統(tǒng)第9章先進的公共交通系統(tǒng)第10章電子收費系統(tǒng)第11章應急指揮調(diào)度系統(tǒng)第12章智能車輛與自動駕駛系統(tǒng)第13章智能運輸系統(tǒng)標準化第14章智能運輸系統(tǒng)在我國的應

用實踐第15章智能運輸系統(tǒng)評價概述10.1電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3第1章第10章電子收費系統(tǒng)電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.410.1概述在1663年，英國就制定了收費道路法，根據(jù)收費道路法修建的收費道路到十九世紀初就已約有3500公里。這一階段的收費道路主要供馬車通行。第二階段始于汽車工業(yè)的發(fā)展。1924年世界上第一條供汽車通行的收費道路——意大利米拉諾至湖水地方間高速公路的開通，標志著現(xiàn)代收費道路的開始。20世紀50年代后，收費道路隨著各國高速公路的建設進入大規(guī)模發(fā)展時期。10.1概述高速公路投入運營之初，完全采用人工計費方式許多收費公路基本采用入口收費、出口驗票的收費管理方案。隨著科學的發(fā)展，高速公路收費系統(tǒng)也開始實行計算機管理，實現(xiàn)收費系統(tǒng)自動化。當交通量達到一定水平，半自動收費方式會越來越不適應交通發(fā)展的需要。利用先進的電子手段，使車輛不需要停車就可以交付通行費的不停車自動收費方式，就成為社會發(fā)展的迫切需要。10.1概述電子收費系統(tǒng)（ElectronicTollCollection，簡稱ETC）也稱為電子不停車自動收費系統(tǒng)。一輛車不需停車直接通過收費廣場，通過專門安裝在車輛上的電子標簽與收費站的計算機系統(tǒng)進行通信，收費站路側(cè)計算機識別這輛車并從標簽對應的賬號中劃取本次通行的錢款。而在這之前駕駛員需要去標簽充值點，預先給賬戶充值。電子收費系統(tǒng)ETC收費方式適用于高速公路以及交通繁忙的橋梁隧道環(huán)境下的車輛收費。可有效解決交通擁堵、收費舞弊以及交通擁堵引起的能源消耗和環(huán)境污染等問題。概述10.1電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3第1章第10章電子收費系統(tǒng)電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.410.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成主要特征：不停車無人工操作無現(xiàn)金交易電子收費系統(tǒng)作為取代人工操作的信息化系統(tǒng)，采用了現(xiàn)代的高新技術，尤其是電子方面的技術，包括無線電通信、計算機技術、自動控制等多個領域。10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成歐洲國家在20世紀80年代中期就開始實施電子收費系統(tǒng)（Telepass）。第一代只讀車載電子標簽。挪威于1987年開通的ETC系統(tǒng)以及1990年在其首都采用ETC系統(tǒng)，稱為“Q-free”自動不停車系統(tǒng)。葡萄牙的BRISA開放式電子收費系統(tǒng)和意大利AutostradeS.P.A公司的Telepass系統(tǒng)。從1990年至1995年底，歐洲國家主要實施第二代電子收費系統(tǒng)，采用歐盟推薦的5.8GHz頻率和可讀/可寫電子標簽。歐洲10.2.1電子收費技術的發(fā)展（1）國內(nèi)外應用現(xiàn)在10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成美國第一個不停車收費的應用實驗是20世紀70年代末在紐約和新澤西試行的，借助于車輛自動識別不停車收費。1997年，紐約等地區(qū)采用的E-Zpass系統(tǒng)是美國國內(nèi)最著名的聯(lián)網(wǎng)運行電子不停車收費系統(tǒng)。美國10.2.1電子收費技術的發(fā)展（1）國內(nèi)外應用現(xiàn)狀E-Zpass系統(tǒng)采用了專用車道、混合車道兩種模式，都有收費員值班。專用車道采用ETC技術。圖中所示新罕布什爾州的一個收費站中既包括E-Zpass系統(tǒng)也包括現(xiàn)金收費。E-Zpass系統(tǒng)10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成目前，日本已經(jīng)建立起了全世界最大的聯(lián)網(wǎng)電子不停車收費系統(tǒng)。1993年8月制定“道路技術五年規(guī)劃”，明確指出大力支持研發(fā)ETC技術及推進其應用，次年進行野外試驗和電磁場測試。1999年開始真正實施全國性的ETC網(wǎng)絡建設。2001年3月起實施全國大規(guī)模的ETC網(wǎng)絡建設?，F(xiàn)在已經(jīng)在全國范圍內(nèi)的所有高速公路收費站開通了ETC系統(tǒng)，收費站點總數(shù)超過2000個，用戶數(shù)量達到4000萬輛，利用率已經(jīng)達到86%。日本10.2.1電子收費技術的發(fā)展（1）國內(nèi)外應用現(xiàn)狀10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成我國從上世紀90年代中期開始引入電子不停車收費系統(tǒng)，陸續(xù)開展了許多小規(guī)模的試點應用。廣東省在2004年建成了覆蓋2000多公里高速公路的聯(lián)網(wǎng)不停車收費系統(tǒng)，并從2005年開始，將聯(lián)網(wǎng)收費從高速公路推廣到普通公路，實施更大范圍的電子收費。2010年，京津冀區(qū)域高速公路實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)不停車收費，并于2013年12月將山東、山西全省高速公路并入京津冀聯(lián)網(wǎng)結(jié)算體系。2012年，長三角高速公路不停車收費系統(tǒng)全面聯(lián)網(wǎng)并且范圍擴大到安徽、江西、福建。我國10.2.1電子收費技術的發(fā)展（1）國內(nèi)外應用現(xiàn)狀10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成我國從上世紀90年代中期開始引入電子不停車收費系統(tǒng)，陸續(xù)開展了許多小規(guī)模的試點應用。截止至2015年9月28日，全國29個省市（西藏、海南除外）已實現(xiàn)高速公路ETC聯(lián)網(wǎng)收費。截至2019年底用戶已經(jīng)超過2億，平均使用率超過70%。江蘇、山東等省市已經(jīng)開始取消省際收費站。我國10.2.1電子收費技術的發(fā)展（1）國內(nèi)外應用現(xiàn)狀10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成ETC作為智能運輸系統(tǒng)技術應用于提升交通運輸效率的典型方式，其集合了通信技術、傳感器技術、視頻技術、信息技術等新科技于一身。現(xiàn)在的ETC技術通過三步來完成通信和識別過程：截取車輛標簽發(fā)出的經(jīng)調(diào)制的電磁信號還原包含在信號中的信息利用電腦從數(shù)據(jù)庫中匹配并識別出該標簽各種技術的不同之處就在于處理這些過程的方式的差異。10.2.1電子收費技術的發(fā)展（2）技術發(fā)展現(xiàn)狀10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成（1）感應線圈技術使用非常低的頻率（200kHz以下），通過嵌入道路表面的感應天線與安裝在車輛的標簽通信。是ETC技術中最古老的技術。（2）光學技術分為可見光和近可見光（紅外），頻率處在（30-1000GHz之間）。可見光技術主要指基于視頻的車牌照識別技術。紅外技術則利用條形碼標簽，通過激光不停地掃描標簽可能出現(xiàn)的區(qū)域，被反射回的信號用于提取出條碼。10.2.1電子收費技術的發(fā)展（2）技術發(fā)展現(xiàn)狀10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成（3）射頻和微波技術微波處于可見光頻率之下（大概500MHz-30GHz）。射頻和微波技術是目前被廣泛接受的技術。利用微波通信技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)代碼的傳送，如DSRC（DedicatedShortRangeCommunication，專用短距離通信）技術（頻率主要采用為5.8GHz），因為頻率較高不僅能用于射頻識別，還可進行雙向數(shù)據(jù)傳送，是比較理想的ETC技術。DSRC技術的優(yōu)點就是可靠、安全、有一套統(tǒng)一的標準體系。10.2.1電子收費技術的發(fā)展（2）技術發(fā)展現(xiàn)狀10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成本節(jié)研究收費站車輛排隊模型，進而計算人工收費車道和ETC專用收費車道的相關指標，如排隊長度，每車停留時間。明確排隊系統(tǒng)模型的表示方法，通常為表示顧客到達的時間分布類型，一般有泊松分布到達（M），定長均勻分布（D），愛爾朗分布（）等；

表示服務時間分布類型，一般有負指數(shù)分布（M），定長時間分布（D）等；Z表示服務通道的數(shù)量；A表示系統(tǒng)的容量；B表示顧客源數(shù)目；C表示服務規(guī)則，分為等待制，損失制，混合制。10.2.1電子收費技術的發(fā)展（3）ETC效率量化評價10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成現(xiàn)根據(jù)收費站的排隊系統(tǒng)情況，簡單考慮

，即車輛到達服從泊松分布，服務時間服從負指數(shù)分布，收費站有N個收費車道，車輛源無限、排隊不受限制，先到先服務的排隊系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，服務通道為N個，故稱為“多通道服務”系統(tǒng)。由于排隊方式不同，又分為單路排隊多通道服務和多路排隊多通道服務兩種。10.2.1電子收費技術的發(fā)展（3）ETC效率量化評價10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成當采用多路排隊多通道服務時，其相當于N個單路排隊單通道服務系統(tǒng)并聯(lián)，故計算可按模型計算公式進行，該模型表示車輛到達服從泊松分布、服務時間服從負指數(shù)分布、單通道服務、系統(tǒng)容量無限、車輛源無限、先到先服務的排隊系統(tǒng)。10.2.1電子收費技術的發(fā)展（3）ETC效率量化評價10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成設車輛平均到達率為，平均服務率為，二者的比率稱為系統(tǒng)的服務強度或利用率，以此可確定不同顧客數(shù)的服務系統(tǒng)的狀態(tài)。若，則排隊系統(tǒng)穩(wěn)定，時間充分長的情況下，排隊狀態(tài)會循環(huán)出現(xiàn)；若，排隊長度會越來越長，系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰。因此，要保持這一單通道服務系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，唯有才可保證排隊能夠消散。根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)概率的差分微分方程可推導出一系列計算式如下：系統(tǒng)中有n個車輛的概率：10.2.1電子收費技術的發(fā)展（3）ETC效率量化評價（10-1）10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成系統(tǒng)中的平均車輛數(shù)：平均排隊長度：平均每車停留時間：10.2.1電子收費技術的發(fā)展（3）ETC效率量化評價（10-2）（10-3）（10-4）10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成當采用單路排隊多通道服務時，設車輛平均到達率為，各服務車道的服務是相互獨立的，且假設平均服務率相同（），則整個系統(tǒng)的平均服務率為（為系統(tǒng)中的車輛數(shù)）。令

，稱為系統(tǒng)的服務強度，很顯然，對多通道服務系統(tǒng)排隊能夠消散的條件為。10.2.1電子收費技術的發(fā)展（3）ETC效率量化評價10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成單路排隊多通道服務系統(tǒng)中，各項指標的計算公式：系統(tǒng)中沒有車輛的概率：系統(tǒng)中有n個車輛的概率：10.2.1電子收費技術的發(fā)展（3）ETC效率量化評價（10-5）（10-6）10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成系統(tǒng)中的平均車輛數(shù)：平均排隊長度：平均每車停留時間：10.2.1電子收費技術的發(fā)展（3）ETC效率量化評價（10-7）（10-9）（10-8）10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成根據(jù)收費站收費中的檢測、識別、扣費操作，將收費過程按先后次序簡單劃分為檢測模塊、通信認證、交易核實模塊、監(jiān)控放行、結(jié)算模塊。（1）監(jiān)測模塊當車輛進入ETC車道，安裝在車道路面的車輛檢測器將檢測到信號傳輸給路側(cè)設備，以便對車輛進行通信。（2）通信認證模塊激活的路側(cè)設備（RoadSideUnit，簡稱RSU）通過廣播信息搜尋電子標簽；電子標簽在接收到信息后被喚醒并自己初始化，并向路側(cè)設備發(fā)送自身相關配置信息；10.2.2電子收費系統(tǒng)工作流程10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成路側(cè)設備RSU向車載單元（OnBoardUnit，簡稱OBU）的電子標簽發(fā)送讀取車輛信息指令，電子標簽收到后讀出所記載的信息并發(fā)往路側(cè)設備，對于敏感數(shù)據(jù)信息需要雙向安全認證控制。（3）交易核實模塊認證后，路側(cè)設備對安裝在車輛上的電子標簽通過DSRC（專用短程通信）通信技術進行讀寫操作以獲得電子標簽中存儲的道路使用者信息、既定車型和余額查詢，如果賬戶無效或余額不足，則向顯示設備發(fā)出命令，通過顯示設備告訴駕駛員由MTC車道通過。10.2.2電子收費系統(tǒng)工作流程10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成（4）監(jiān)控放行交易成功后，升降欄桿升起讓車輛駛出收費車道，此次收費交易完成。如果交易不成功或車輛出現(xiàn)違規(guī)如闖關，則監(jiān)控攝像頭進行抓拍，提取出車牌號以備追繳。（5）結(jié)算模塊在系統(tǒng)設定時刻，專營公司的收費管理計算機系統(tǒng)與結(jié)算中心開始進行數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)算中心根據(jù)專營公司上傳的電子收費用戶消費記錄進行結(jié)算操作，最終在用戶的ETC賬戶上生成前一日的消費記錄，專營公司也得到結(jié)算中心的資金劃撥。10.2.2電子收費系統(tǒng)工作流程10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.2電子收費系統(tǒng)工作流程我國典型組合收費站設計圖10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成電子收費系統(tǒng)可大致分為車載系統(tǒng)，車道系統(tǒng)和收費系統(tǒng)三大部分。OBU（現(xiàn)在即指電子標簽）中存有車輛的識別信息，如車牌號、汽車ID號，一般安裝于車輛前面的擋風玻璃上，允許車輛在高速行駛狀態(tài)下與路旁的讀寫設備進行單向或雙向通信。按是否帶IC卡接口進行分類，OBU可以分為單片式（無IC卡接口）和雙片式（帶IC卡接口），此外我國還研發(fā)了一種“組合式標簽”。單片式電子標簽按讀寫形式分為只讀型和讀寫型。在歐洲應用相對廣泛，其特點是車載電子標簽既作為車輛標識也作為支付介質(zhì)，同時也就要求所有高速公路出入口都配備電子標簽讀寫天線。車載系統(tǒng)（OBU）110.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成雙片式電子標簽帶有一張IC卡的電子標簽，屬于第三代電子標簽，是讀/寫型的。與單片式OBU不同的是將IC卡插在電子標簽內(nèi)，通過電子標簽讀取IC卡上的信息，然后由路邊閱讀器對電子標簽進行讀寫。組合式電子標簽一種基于雙片式電子標簽的組合式收費車載裝置。主要是采用帶有雙界面（接觸式和非接觸式）IC卡的雙片式電子標簽，其中接觸式界面用于人工半自動收費的“刷卡”操作，非接觸式界面則用于不停車電子劃賬的電子收費。車載系統(tǒng)（OBU）110.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成按采用的通信方式分類，OBU可分為被動式、主動式和半主動方式。①被動通信方式在工作時，由路側(cè)天線發(fā)射微波信號，電子標簽被電磁波激活后進入通信狀態(tài)。功能比較簡單，能耗小，且造價相對主動式的要低。②主動式通信方式當路側(cè)天線向電子標簽發(fā)送詢問信號后，電子標簽利用自身的電池或外接電源的能量發(fā)射載波及數(shù)據(jù)給路側(cè)天線，標簽將要發(fā)送的數(shù)據(jù)調(diào)制在該載波上。車載系統(tǒng)（OBU）110.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成按采用的通信方式分類，OBU可分為被動式、主動式和半主動方式。③半主動式通信方式半主動式充分結(jié)合了被動式和主動式的優(yōu)點。標簽的通信方式可以根據(jù)當前應用系統(tǒng)的特點，自動切換為主動方式，或是自動切換為被動方式。主被動兼容的半主動通信方式，可以提高系統(tǒng)使用的靈活性。在我國“兩片式電子標簽+雙界面CPU卡”的技術方案中，OBU采用半主動工作方式。車載系統(tǒng)（OBU）110.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成ETC車道系統(tǒng)從應用形式上來分，可大致分為專用ETC車道系統(tǒng)和自由流車道系統(tǒng)。自由流車道系統(tǒng)是指在道路主線上每隔一定里程設置一個橫跨道路上空的龍門架，架上安裝不停車收費設備，在與標簽讀寫器完成交易的過程中，車輛可以保持正常行駛，也可以超車、變線。專用ETC車道系統(tǒng)建有收費島，車輛通過時速度慢；而自由流車道系統(tǒng)車輛不受行駛車道和行駛速度的限制，因而被稱為“不減速的ETC”。車道系統(tǒng)210.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成（1）專用ETC車道系統(tǒng)①硬件部分：電子標簽讀寫器、車輛檢測器、視頻攝像機、金額顯示器、自動欄桿、網(wǎng)絡集線器車道系統(tǒng)210.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成（1）專用ETC車道系統(tǒng)②軟件系統(tǒng)：車道業(yè)務邏輯控制、車道數(shù)據(jù)信息傳輸功能模塊車道系統(tǒng)2車道系統(tǒng)組成結(jié)構10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成（1）專用ETC車道系統(tǒng)軟件功能：車道業(yè)務管理功能

天線交易控制功能

圖像抓拍識別功能

車輛檢測及車輛檢測處理功能信息顯示控制功能

人工輔助處理及人機交互功能

數(shù)據(jù)管理功能車道系統(tǒng)210.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成（2）自由流ETC車道系統(tǒng)不僅應用于城市道路擁擠收費，還可延伸到高速公路收費、停車場收費等眾多場所。①系統(tǒng)組成自由流ETC車道系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件系統(tǒng)組成。硬件結(jié)構上相對專用ETC車道系統(tǒng)簡單，技術相對復雜。硬件部分：龍門架、電子標簽讀寫天線和視頻攝像機。后兩者均設置在龍門架上，功能和專用ETC收費系統(tǒng)的硬件部分相同。車道系統(tǒng)2自由流收費系統(tǒng)組成10.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成（2）自由流ETC車道系統(tǒng)①系統(tǒng)組成軟件系統(tǒng)：車道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心設備和指揮中心。短程通信系統(tǒng)車輛檢測定位系統(tǒng)圖像抓拍識別系統(tǒng)車道系統(tǒng)210.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成（2）自由流ETC車道系統(tǒng)②自由流車道車輛位置判定在自由流多車道中，車輛存在換道、超車、跨線等行為，不同車道的車輛不斷地交織運行。Step1：視頻車輛檢測跟蹤系統(tǒng)判定出當前通過收費區(qū)域的所有車輛的分布情況；Step2：DSRC通信判定出裝有電子標簽的車輛在收費區(qū)域的分布情況；Step3：通過對上述兩套車輛分布信息的比對，來判定收費區(qū)域內(nèi)行駛車輛的非法性和合法性。車道系統(tǒng)210.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成收費系統(tǒng)最常見的劃分方法為封閉式系統(tǒng)、開放式系統(tǒng)和區(qū)域聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)。封閉式收費主要用于高速公路，開放式收費主要用于非封閉公路收費站，如橋梁、隧道和專用路等。封閉式系統(tǒng)有出入口劃分和校核問題，按行駛里程分車型收費。而開放式系統(tǒng)上下行車道的設備完全相同，按車輛通過次數(shù)分車型征收固定費額。封閉式：車道級計算機系統(tǒng)、收費站級計算機系統(tǒng)，以及后臺收費中心/分中心計算機系統(tǒng)。開放式：主要采用“車道——收費站”的二級結(jié)構。車道級計算機系統(tǒng)收費站級計算機系統(tǒng)收費系統(tǒng)310.2電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2.3電子收費系統(tǒng)構成區(qū)域聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)一個公司同時擁有幾個路段的所有權時，為了管理上的方便及提高服務水平的需要，往往需要把所轄區(qū)域內(nèi)的高速公路及其他公路收費站聯(lián)成網(wǎng)絡，統(tǒng)一管理。收費系統(tǒng)3概述10.1電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3第1章第10章電子收費系統(tǒng)電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.410.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術根據(jù)第二節(jié)收費系統(tǒng)原理所講，應用于實際的基于DSRC技術的ETC系統(tǒng)中，車道系統(tǒng)通常由：自動車輛識別系統(tǒng)（AutomaticVehicleIdentification，簡稱AVI）；自動車輛分類系統(tǒng)（AutomaticVehicleClassificationSystem，簡稱AVCS）；車輛抓拍系統(tǒng)（VehicleEnforcementSystem，簡稱VES）等構成。10.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3.1自動車輛識別系統(tǒng)基本原理利用射頻信號和空間耦合（電感或電磁耦合）的傳輸特性，通過耦合原件實現(xiàn)電子標簽和標簽讀寫器間射頻/微波信號的耦合，并在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關系，實現(xiàn)能量傳遞和數(shù)據(jù)變換，達到對物體識別的目的。車輛的編號及相關信息均以一定順序存儲在電子標簽內(nèi)部存儲空間中，當電子標簽進入路側(cè)天線的通信區(qū)域時，天線對標簽內(nèi)存儲的內(nèi)容進行讀寫操作，從而識別出當前通行車輛。10.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3.1自動車輛識別系統(tǒng)1電子標簽自動車輛識別系統(tǒng)由電子標簽、路側(cè)閱讀器以及標簽信息管理系統(tǒng)三大部分組成。電子標簽結(jié)構10.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3.1自動車輛識別系統(tǒng)1電子標簽用于記錄與車輛相關信息，并在收費區(qū)域以微波通信的方式與路側(cè)標簽讀寫器完成信息交互的一種車載設備。2路側(cè)閱讀器也稱收發(fā)器或詢問器，由車道天線、天線控制器和電源等組成。3標簽信息管理系統(tǒng)對電子標簽管理信息、發(fā)行電子標簽和采集的標簽信息集中進行存儲和管理。10.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3.2自動車型分類系統(tǒng)歐美國家多采用按車輛外廓幾何參數(shù)車型分類的方法，這種方法簡單、明確，人工和自動判別車型均較易實現(xiàn)。目前，我國部分省份（如廣東）的車型分類標準是按照車輛軸數(shù)、輪數(shù)、車高、軸距進行分類。按車輛外形特征如車輛輪數(shù)、輪距、軸數(shù)、軸距、車頭高、車頭側(cè)面形狀等進行車型分類的分類標準在很大程度上兼顧了公平合理性和簡單明確性原則。自動車型分類的標準110.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3.2自動車型分類系統(tǒng)自動車型分類的標準1類別分類標準主要車型車種軸數(shù)輪數(shù)車頭高（米）輪距（米）第一類22~4<1.3<3.2小轎車、吉普車、的士頭人貨車、摩托車第二類24≥1.3≥3.2面包車、小型人貨車、輕型貨車、小型客車第三類26≥1.3≥3.2中型客車、大型客車、中型貨車第四類36~10≥1.3≥3.2大型客車、大型客車、大型拖（掛）車、20英尺集裝箱車第五類>3>10≥1.3≥3.2重型貨車、重型拖（掛）車、40英尺集裝箱車收費公路車輛通行費車型分類標準10.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3.2自動車型分類系統(tǒng)①基于紅外線車輛分離和壓力感應技術結(jié)合由埋置在車道地面下以一定形狀分布的感應線圈和一對垂直于地面的紅外線探測器構成。②基于紅外檢測自動車型分類方法采用紅外檢測的系統(tǒng)是利用布置在車道兩側(cè)的紅外陣列檢測器，取得車輛側(cè)面的幾何輪廓特征，再通過計算機處理得出車輛類型。③基于紅外線檢測和光纖傳感器相結(jié)合自動車型分類方法主要由紅外線檢測通過收費站的車輛的側(cè)輪廓，得到車輛的車頭高、軸距、軸數(shù)。自動車輛分類的方法210.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3.2自動車型分類系統(tǒng)③基于紅外線檢測和光纖傳感器相結(jié)合自動車型分類方法其次，利用輪壓式光纖傳感器獲得車輛的輪數(shù)。最后將獲得的車輛參數(shù)與數(shù)據(jù)庫中參數(shù)進行比較，可以準確的對車輛進行分類。④基于視頻圖像匹配自動車型分類方法利用攝像機攝取獲得車輛圖像，并將圖像進行一系列預處理以后（如圖像平滑、圖像增強、圖像分割、邊緣檢測等手段），得到車輛的外形尺寸及各項指標，最后將其同模板庫進行模板匹配，從而達到自動車型分類的效果。自動車輛分類的方法210.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3.3車輛抓拍系統(tǒng)一旦車輛識別系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)來車為非ETC車，車道控制子系統(tǒng)將鎖住自動欄桿和紅色交通信號燈，并同時發(fā)出聲光報警信號，稽查人員將截住違章車輛，進行現(xiàn)場處理。專用車道電子收費系統(tǒng)1車輛抓拍系統(tǒng)是指利用收費系統(tǒng)的各種硬件和處理程序?qū)ξ锤痘蛭窗凑_費率付費的通過車輛進行車輛信息抓拍的系統(tǒng)。在ETC系統(tǒng)中，用于抓拍沒有裝備有效ETC電子標簽但使用了ETC車道的通過車輛的車牌照圖像。在不同的車道系統(tǒng)，車輛抓拍系統(tǒng)具有不同的特點：10.3電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3.3車輛抓拍系統(tǒng)普遍采用一套高速攝像系統(tǒng)記錄違章車輛的車牌照號碼作為逃費證據(jù)和尋找肇事者的依據(jù)進行事后懲處。早期抓拍系統(tǒng)采用視頻磁帶攝像裝置，目前大都采用數(shù)字圖像抓拍存儲視頻系統(tǒng)，其特點是能將圖像數(shù)字化，并能自行存儲或傳輸給遠端存儲單元。在連續(xù)抓拍車輛的情況下，如何在抓拍的眾多車輛圖像中（車輛形狀和車輛照號碼），將無效卡的逃費車輛挑選出來，是一個有關視頻圖像識別的技術問題，涉及到圖像預處理、車輛特征提取、神經(jīng)網(wǎng)絡等相關技術方法。自由流電子收費系統(tǒng)2概述10.1電子收費系統(tǒng)的原理和構成10.2電子收費系統(tǒng)的關鍵技術10.3第1章第10章電子收費系統(tǒng)電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.410.4電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.4.1基于GPS和移動通信網(wǎng)絡的虛擬收費系統(tǒng)VPS（VehiclePositioningSystem，車輛定位系統(tǒng)）是近幾年不停車收費系統(tǒng)關注的技術。利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystem）及全球移動通信系統(tǒng)GSM（GlobalSystemforMobileCommunication），通過與車載裝置的通信，進行不停車收費。通過衛(wèi)星定位記錄車輛行駛的路線和距離，自動計算和扣除道路通行費用，最終通過GSM將繳費數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心。

VPS技術定義10.4電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.4.1基于GPS和移動通信網(wǎng)絡的虛擬收費系統(tǒng)目前，全球真正采用VPS電子收費技術的國家，只有德國“TollCollection”系統(tǒng)。我國香港地區(qū)早在1997年就開始了電子道路收費（ElectronicRoadPricing，簡稱ERP）可行性研究，VPS電子收費技術是研究之一。我國在“十一五”國家科技支撐計劃“國家高速公路聯(lián)網(wǎng)不停車收費和服務系統(tǒng)”中，交通部公路科學研究院承擔的“基于衛(wèi)星定位和無線接入技術的電子不停車收費系統(tǒng)開發(fā)”課題，針對新一代電子不停車收費系統(tǒng)進行研究、開發(fā)和試驗應用，形成了具有自主知識產(chǎn)權的中國衛(wèi)星定位收費技術。

VPS技術的應用10.4電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.4.1基于GPS和移動通信網(wǎng)絡的虛擬收費系統(tǒng)VPS電子收費系統(tǒng)包括前端系統(tǒng)和后臺系統(tǒng)組成。前端系統(tǒng)包括OBU車載單元、GPS全球定位系統(tǒng)、數(shù)字移動通信系統(tǒng)GSM以及執(zhí)法系統(tǒng)VES，后臺系統(tǒng)主要實現(xiàn)車輛通行費的結(jié)算、清分等功能。VPS電子收費系統(tǒng)構架如圖所示。

VPS系統(tǒng)架構10.4電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.4.2基于物聯(lián)網(wǎng)技術在電子收費系統(tǒng)應用電子收費系統(tǒng)作為實施ITS的典型技術，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，也融入了新的技術。最明顯的就是作為物聯(lián)網(wǎng)終端傳感技術的RFID技術在電子收費系統(tǒng)中的應用。RFID技術是在移動物體與固定地點或多個移動物體之間進行數(shù)字信息交流的短程射頻技術。概述10.4電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.4.2基于物聯(lián)網(wǎng)技術在電子收費系統(tǒng)應用

基于RFID技術的車輛識別系統(tǒng)主要由車載標簽、識別器、天線、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。當載有標簽的車輛進入天線識別磁場范圍的時候，通過RFID技術識別器獲取通過車輛的牌照號、車型、所屬用戶和銀行專用賬戶等數(shù)據(jù)，并由車道實時控制子系統(tǒng)將車道攝像機獲取的車輛圖像，經(jīng)數(shù)字化處理后核對實際牌照號與車載信息卡的牌照號是否相符。若相符且為合法車輛，則車道實時控制子系統(tǒng)控制指揮車輛通行，其通行費通過計算機網(wǎng)絡，從用戶在銀行開設的專用賬戶中自動交納，從而實現(xiàn)不停車自動收費。RFID系統(tǒng)工作原理10.4電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.4.2基于物聯(lián)網(wǎng)技術在電子收費系統(tǒng)應用

同時在高速公路的聯(lián)網(wǎng)收費中，在多路徑的情況下如何根據(jù)車輛的行駛路徑及實際行駛里程進行收費，是聯(lián)網(wǎng)收費的技術難點之一。

目前大多數(shù)采用的方法是采用最短路徑法等方法，但不能做到精確收費，而采用帶有電子標簽的汽車牌照之后，只要在有可能產(chǎn)生多路徑的交叉口設置讀卡器和天線進行檢測，同時，將車輛選擇的路徑信息寫入數(shù)據(jù)庫，收費完成之后，產(chǎn)生收費賬單寫入收費信息庫備查。RFID系統(tǒng)工作原理10.4電子收費系統(tǒng)的新發(fā)展和新應用10.4.3基于5.8GHz專用短程通信技術（