高速公路电子不停车收费系统（ETC）探析
[摘 要]目前，我国绝大多数的高速公路收费站都安装了电子不停车收费系统，即通常所说的ETC，作为目前世界上最先进的路桥收费方式，与传统的MTC收费系统相比，ETC收费系统具有更多优势。本文围绕ETC收费系统，分析了ETC系统的优点，阐述了高速公路ETC收费系统的构成部分、使用功能、工作流程以及ETC系统的应用实例。本文通過对高速公路电子不停车收费系统进行分析，旨在增加公众对电子不停车收费系统(ETC)的了解。
[关键词]高速公路;ETC;收费系统
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.24.090
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0 引 言
随着我国经济的快速发展，车辆不断增加，高速公路通行量也在不断增长，在高速公路收费站出现了一些不良现象，如环境污染、车辆拥堵等。为了提高高速公路收费站的通行效率、缩短交费时间、提升智能服务水平，交通运输部门在绝大多数高速公路收费站建设了ETC专用车道，并安装了ETC软件。ETC作为一个新型的智能交通电子系统，其主要涵盖了信息化处理技术、自动控制技术、图像识别技术和传感技术等多个高新技术，代表着高速公路收费未来的发展方向。应用ETC就无需停车缴费，不仅提升了高速公路收费站的通行效率，缩短了车辆的等候时间，改善了高速公路收费站的拥堵现象，同时还减少了汽车尾气的排放量，降低了汽车油耗。
1 高速公路电子不停车收费系统(ETC)的优点
ETC属于智能的电子管理系统，主要是通过在门架或行车道路上设置微波天线，对车辆中的电子标签进行采集，在计算机的帮助下自动识别采集到的车辆信息，然后通过数据处理最终实现自动缴费。ETC代替了部分人工收费，与传统MTC收费系统相比较来说，具有以下几方面的优点：第一，信息容量大;第二，非现金交易;第三，全自动化;第四，交费方便、快捷，使高速公路车辆通行能力得到了有效提升;第五，减少尾气排放，改善环境质量;第六，减少高速公路通行卡的使用和损耗。
2 高速公路电子不停车收费系统(ETC)的构成及使用功能
ETC电子收费系统属于智能电子管理系统，主要通过在门架或行车道路上设置微波天线，来采集车辆中的电子标签信息，在计算机网络的帮助下自动识别采集到的信息，然后再通过数据处理最终实现自动缴费。ETC系统设计比较复杂，主要由前台系统和后台系统构成，二者各司其职，共同协作。
2.1 前台系统
前台系统主要是通过ETC收费车道实现在不停车的情况下就可以进行收费。控制器、自动栏杆、天线、通行信号灯、摄像头、识别系统和显示器等设备是ETC收费车道的主要设备。可以说，前台系统基本包含了该收费系统的全部硬件。
2.2 后台系统
后台系统则由3个部分组成，分别是ETC结算管理中心、收费站子系统以及合作银行。后台系统主要负责监控系统的正常运行、交易数据的处理和资金的清分结算。
ETC的使用功能可以划分为以下几个方面：第一，确定车辆是否安装电子标签，对安装电子标签的车辆进行车辆信息采集、录入;第二，在车辆进入ETC车道时，对车辆进行抓拍后，对车牌进行识别，同时保存获取的信息;第三，车辆的基本信息在进入ETC入口车道时，就已经被录入系统，当车辆出高速公路行驶到ETC出口车道时，车辆通行的费用会根据前台系统采集的基本信息进行自动计算、核对，然后完成收费功能;第四，车辆如果存在异常情况，ETC车道不会对其自动放行，需要工作人员进行人工操作放行该车辆。
3 高速公路电子不停车收费系统(ETC)的工作流程
高速公路ETC收费系统的工作流程，具体包括以下流程。
(1)车辆在进入识别范围内后，地底下的触发线圈就会及时反馈，然后再启动前台系统的天线。
(2)通过信息交换的方式，实现天线和电子标签通讯，电子标签的信息有多种，主要有车型、车辆标示等，天线在接收这些信息过后，会在系统内进行自动判断。当电子标签处于无效状态时，就会封闭车道，系统会自动发出报警，提醒工作人员对该车辆进行引导，如果是正常状态，则会放行。
(3)在检测车辆信息的过程中，出现无卡或无效卡车辆时，工作人员则应该采用应急方案，快速启动拦截车辆的栏杆，及时疏通收费车道，避免出现冲卡的现象。
(4)数据核对无误并完成交易后，系统则会自动打开拦截车辆的连杆，信号灯此时也会变为绿灯，显示器上也会显示出车辆的交易信息、费用等。
(5)车辆在通过抓拍区域时，系统就会对该车辆进行自动抓拍，然后在将车辆的基本信息与抓拍的图像通过字符叠加器进行叠加。
(6)车辆在通过落杆圈线后，拦截车辆的栏杆就会自动落下，ETC系统车道的信号灯由绿色变为红色。
(7)最后，系统会自动保存车辆的交易信息，并传到收费服务器，最终完成收费流程。
4 高速公路电子不停车收费系统(ETC)的应用
4.1 应用路段
当前，我国高速公路收费站基本都设有ETC专用车道。截止到2017年6月，除西藏和海南外，全国已实现高速公路ETC联网，我国ETC用户数量已超过5 000万。以宁夏高速为例进行说明，宁夏位于中国的西部地区，其面积达到6万多平方千米，是中国唯一的省级回族自治区。宁夏自2012年分期分批实施高速公路ETC全国联网建设，于2015年8月31日实现联网运行，正式接入全国联网系统。目前，宁夏高速有收费站74个，共207条ETC车道，ETC覆盖率100%，拥有的ETC用户已达21万。
4.2 应用效果
经相关部门测算，全国ETC联网运行一年，共节约车辆燃油8万吨，能源节约效益约7亿元，减少氮氧化物排放190吨、减少碳氢化合物排放634吨、减少一氧化碳排放2.38万吨。ETC技术在提高通行效率、节约出行消耗的同时，还能够改善环境质量;在大幅度提升站点和高速公路的整体通行能力的同时，还具有显著的经济效益和社会效益。ETC不仅仅是不停车，出行使用ETC更是一种环保、节俭的生活方式。随着ETC的广泛使用和ETC用户的不断增加，它对经济和生活环境也会产生深远的影响。
4.3 前景与展望
随着“互联网+”的迅猛发展，一批互联网金融企业纷纷进入高速公路的一些领域，包括支付宝、腾讯、微信和银行等。在此基础上，可以顺势推进“ETC+应用”的发展生态圈，即“ETC+”。“ETC+”就是通过集成互联网、大数据、云技术等搭建一个数据平台，包括个人信息、物流信息、消费信息和金融信息，然后提供交通、物流、出行等各种服务。全国各省积极响应及“互联网+”技术的全面革新，最后必定能够搭建一个属于ETC发展的生态圈。
5 结 语
随着我国交通的发展和高速公路里程的不断增加，联网收费路段不断增多，在这样的情况下，就需要一种应用范围更为广阔、快捷、方便跨区收费的自动化收费系统，来实现效率高、速度快的收费工作。ETC和传统的MTC收费系统相比具有更多的优势，ETC的自动化水平更高，信息处理的速度较快，同时还能确保车辆信息采集的准确性。在不断完善ETC跨省收费技术及通信技术的背景下，ETC将会进一步发展，只有进一步完善，才能够完全地发挥出ETC本身的优势，切实提升高速公路收费站的通行效率，进而提升用户体验和服务水平。
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作者：谢毅
摘要：本文基于高速公路ETC应用特点，结合省级的清分结算中心工作要求，全面分析收费结算环节风险控制的目标、原则以及风险控制具体内容，旨在通过提高系统工作质量，规避风险，提高效益。
关键词：ETC 结算 风险控制
风险控制就是使风险降低到企业可以接受的程度，当风险发生时，不至于影响企业的正常业务运作。随着ETC全国14省市联网的推进，作为一个省级的清分结算中心，要面对与各省市路方、本省市路方及合作银行每日数据上的业务往来，往往一个小小的错误就会影响全网的正常业务，这就要求我们提高对风险控制的把握，出现一些突发问题，省市级结算中心可以第一时间做出反应遏制错误或把损失影响降至最低。
1 业务目标
风险交易系统建设目标为：①搭建适用于系统的风险监控模型，可根据现有的不同业务分类，配置相应的监控规则，制定不同的监控策略。②通过系统对触犯监控规则交易，自动生产预警案例，并根据预警的等级，自动由高至低分配到预警队列，确保高风险交易及时得到处理，省去人工筛查耗费的大量时间，提升案件调查的及时性。
2 主要功能
系统包含数据采集、规则配置、风险侦测、风险管理和报表分析功能。
3 数据采集
系统通过联机和批量从各交易平台采集了大量的交易数据，产生并保存各类警报数据，并且还要保留相当时段内的统计结果。风险信息通过系统自身产生和外部获取，鉴于重要性需要长期保留。
数据采集的形式系统定义规定的格式，由需要采集的各系统把相关数据在每天指定的时间，上传到指定的位置，系统自动去抓取后，进行转换分析。数据采集的流程如下图所示：
数据采集流程示意图
①数据采集。需要采集数据的业务系统在每天固定的时间、按照固定的接口把数据传到指定的位置，系统将定时采集传送过来的数据。②数据预处理。对数据源采集过来的数据根据风控系统对数据规范的要求，进行有效性、完整性和数据格式等的校验和转换。③数据统计。根据对所配规则的分析，按照交易机构、交易金额等对数据进行一次初始计算。④构造业务对象。根据采集的数据与对风险交易及反洗钱监控系统的分析，建立业务数据模型以便存储经过预处理和统计的数据。⑤加载。经过数据转换的数据，将加载到风险控制系统数据库，最终作为风险控制系统分析数据源。
4 规则配置功能
系统可根据业务分类等进行区别化的规则设置和风险阀值的配置，实现差异化的侦测。
规则管理是整个系统准确、高效运行的基础，要能够适应未来形式变化而快速完成规则的配置和运行能够适应规则调优、发布等需要，提供规则启用、停用等不同状态。
4.1 子规则 系统可灵活设置各项规则，包括但不限于：①用户单笔交易额≥预警系数。②用户平均单笔交易额≥预警系数。③用户单日交易额≥预警系数。④商户单日大额交易笔数≥预警系数。⑤相同发行方连续争议交易≥预警系数。⑥相同服务提供方连续争议交易≥预警系数。⑦发行方不成功交易笔数/发行方总交易笔数≥预警系数。⑧服务提供方不成功交易笔数/服务提供方总交易笔数≥预警系数。⑨同一用户短时间内笔数≥预警系数。⑩同一用户短时间内交易金额≥预警系数。服务提供方数据流量剧增或剧减≥预警系数。
4.2 规则组 系统可实现根据不同子规则的组合，形成规则组，当选择多条子规则作为规则组基础规则时，系统可选择配置子规则之间的关系为“或”或“和”。
规则组可由系统管理员配置创建，选择子规则、配置规则参数，并设置规则组优先级。
5 风险侦测功能
每日批处理时根据预设的风险检测规则对数据进行分析，将触发规则的交易识别后，转入可疑案件，后续通过案件调查分配至不同队列，等待中心工作人员确认。
6 风险管理功能
系统根据预设的轮循时间对交易流水进行侦测，对于触犯规则的交易实时生成预警案例，并根据规则优先级自动进入预警案例队列，供中心工作人员审查。
对于触犯适用于客户的监控规则的案件，系统以客户为预警单位进行预警。
7 报表分析功能
系统除了自动侦测报警外，还提供风险监控报表，以直观的方式提示业务人员交易所存在的异常情况。此外，系统还提供效能绩效类报表、日志类报表、案例管理报表和其他统计类报表，给与提升业务效率、加强系统管理以直接的数据指导。
风险是随时间而变化的，风险控制管理是一个动态的管理过程，这就要求我们实施动态的风险控制，即要定期进行风险评估。
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作者：丛学勇
摘要：不停车收费系统(ETC)是国际上正努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子收费系统。它为因停车收费引起的交通拥挤、延误等问题提供了解决思路。文章从系统构成出发，深入研究了系统的原理及实现该系统的关键技术。
关键词：高速公路;不停车收费;车辆自动识别;车辆自动分类
Key words: super highway; electronic toll collection; automatic vehicle identification; automatic vehicle classification
0引言
随着高速公路通车里程的迅速增长，高速公路在路网中的重要性日益突出，而传统的人工收费模式显然越来越暴露出他的不足。其一是收费票款流失严重，财务管理混乱。其二是由于停车收费，导致了车辆的延误，能源消耗增多并大大污染了环境。更重要的是随着交通量急剧增大，收费站因车辆排队交费缓慢而堵塞严重，这已经成为道路通行的瓶颈。随着智能交通系统(intelligent transportation system，ITS)的出现，利用电子计算机技术、电子技术和现代通信技术，建立不停车收费系统(Electronic Toll Collection，ETC)使车辆和道路智能化，可以从根本上杜绝收费票款的流失现象，解决道路拥挤、堵塞等弊端，提高道路运行安全和效率，实现安全快速的道路交通环境。由上所述可知，在我国研究和发展电子不停车收费系统具有重大的经济和社会效益，前景十分广阔。
1系统简介
1.1系统定义
电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection，ETC)作为智能交通系统(ITS)的重要内容，是国际上正努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子自动收费系统。ETC利用专用短程微波通讯技术(Dedicated Short Range Communication，DSRC)，通过收费车道或路侧单元(RUS)与车载单元(OBU)的信息交换，自动识别车辆，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费扣除的全自动收费方式。
1.2系统构成及工作原理
ETC在我国经历10多年的发展路程，技术较为成熟，达到国际先进水平。根据我国路网现状和ETC应用实际，现在投入使用的ETC多采用先进的5.8GHz微波频段的DSRC技术，系统车载单元(OBU)则多采用两片式电子标签和双界面CPU卡相结合的方式，成功地实现车辆的不停车收费。
(1)系统构成。ETC系统主要由工控机、车道控制器(NSLC-0105)、电子标签读写天线、车辆检测器(抓拍线圈以及落杆线圈)、抓拍摄像机、费额显示器/通行信号灯/声光报警器、自动栏杆和字符叠加器组成。在各个设备中，电子标签读写天线通过RS232串行电缆线直接连接到工业控制计算机上，由应用程序直接控制;其它设备如自动栏杆、费额显示器、车辆检测器等都通过车道控制器与工业控制计算机连接，由应用程序控制。字符叠加器则将过车信息叠加在视频信号上后传至收费站监视器。具体系统构成如图1所示。
(2)系统工作原理。当车辆进入通信范围时，首先压到触发线圈，启动读写天线;读写天线与电子标签(车载机+CPU卡)进行通信，判别车辆电子标签是否有效，如有效则进行交易，无效则报警并保持车道关闭，直到车辆离开检测线圈;如交易成功，系统控制栏杆抬升，通行信号灯变绿，费额显示牌上交易信息;车辆通过抓拍线圈时，系统进行图像抓拍，字符叠加器将过车信息叠加到抓拍圖像中;车辆通过落杆线圈后，栏杆自动回落，通行信号灯变红;系统保存交易记录，并将其上传至收费站服务器中，等待下一辆车进入。具体过车流程如图2所示：
2ETC系统的关键技术
ETC是国际上最先进的应用于公路收费的系统，是电子技术、通信和计算机、传感技术、交通工程和系统工程等技术的综合产物。在本文中，主要介绍了ETC系统中的两个关键技术：自动车辆识别系统(AVI)和自动车型分类系统(AVC)技术的功能实现。
2.1自动车辆识别系统(AVI)的功能实现
车辆识别技术(Automatic Vehicle Identification，AVI)是不停车收费的核心技术。所谓的自动车辆识别就是当车辆通过某—特殊点时，不需要司机或观察者采取任何措施，就能精确识别车辆身份的一种技术。国际上目前应用的实际情况表明，用于公路不停车收费的车辆识别技术主要以微波和红外技术为主，车辆识别流程如图3所示。
(1)光学和红外AVI技术。该系统利用装在车辆外面的一个具有代码标志的标签，该标签类似于条形码，车辆身份信息由一系列宽度或颜色变化的线条表示，当车辆经过读取单元时，数量和颜色不同的光被反射到读取单元上，这些光的唯一性被自动分析识别后，以表明识别到车辆的身份代码信息送到工控机去处理。
(2)射频和微波AVI系统。射频和微波技术是目前一些自动车辆识别系统的基础，它利用微波通讯技术实现数据代码的传送。车载无线电收发两用装置可以发射或接收频率范围为1000Hz，1兆Hz以及千兆Hz的电波。微波系统的优点是使用高频时，它能够检测出比电感环式检测高出很多的速率传送的数据，这样就增加了系统能够处理的数据量。由于天线的大小与所使用的波长有关，微波收发装置在尺寸上比电感收发装置小。
2.2自动车型分类系统(AVC)的功能实现
高速公路是分车型收费的，不同的车型对应着不同的收费标准，所以有一套高精度、高速度的自动车型分类系统(Automatic Vehicle Classification)就显得尤为重要，目前国内外自动车型分类系统装置基本上都是根据车辆本身的几何参数设计的，常用的车辆分型技术主要有激光扫描分型技术、光幕检测技术和摄像识别技术。
(1)激光扫描分型技术。激光扫描分车型装置安装在收费车道上方。激光扫描器以每秒600～700次的频率不停地扫描进人检测区的车辆外形，并通过前后两束已知间距的激光束自动测量车辆的长、宽、高三维尺寸，以车辆的体积为主要参数判定车型。此分车型技术适用与单、多车道自由流电子收费系统。
(2)光幕检测技术。该技术采用发生垂直的水平光束来检测车辆的抵达和车辆外形。发射架向车道对面的接受架发射多束平行光束，当车辆通过阻断光束时，能产生车辆的二维轮廓图形。它能检测到拖车挂接装置，所采用的光束有超声波、红外线和激光。
(3)摄像识别技术。摄像识别技术采用摄像机直接获取通行车辆的视频图像。利用图像处理技术提取车辆的物理参数，判别车辆轮廓信息，如车辆长度、宽度，并进行分类。也有的统一在车牌上直接写上车型，通过对车牌图像的数字化处理直接读取车型。
3结论
将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术以及计算机处理技术有效综合运用于公路运输管理系统，将成为21世纪现代化运输体系的基本模式和发展方向，是交通运输进入信息时代竞争的重要标志。不停车收费技术是近年来发展中的新技术，在高速公路收费上具有许多显著的优点，相信随着ITS技术的发展，电子收费系统的运用与发展必定会进入更高的台阶。
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作者：张建栋 赵丽红 王海峰
电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection，简称ETC)，是在高速公路人工收费基础上，实行电子自动收费方式的创新尝试，更是高速公路收费方式发展的必然趋势。
一、电子不停车收费系统工作原理及发展现状
(一)工作原理。电子不停车收费系统(ETC)是利用微波、电子、计算机、通信和网络、信息、传感、图象识别等高新技术设备和软件组成的“无线非接触式”高科技收费系统，主要通过道口控制设备和车载电子标签(OBU)来实现车辆无需停车即可自动收取道路通行费用的工作，该系统设计车速一般为60公里/小时，而实施限速为40公里/小时。电子不停车收费系统的基本流程是：在预定范围内，设臵减速板、栏杆等装臵，限制车辆速度驶入高速公路进口处，电子不停车收费系统通过车载电子标签中的交通卡，自动记录该车的车型、牌照、入口时间和地点;到出口处时，该系统读到这些数据并同时生成需付费金额，迅速在交通卡中自动扣除。若出口处没有电子不停车收费系统(ETC)，也可以通过交通卡读到相关数据，进行人工付费操作。
(二)发展现状。电子不停车收费系统在国外已有较长的发展历史。上世纪80年代末，美国、欧洲等部分发达国 1
家已经开始使用不停车收费(ETC)技术，特别是最近几年，随着该项技术的迅速发展，实现了局部联网并逐步形成规模效益。据统计，美国11个州的21条高速公路收费机构联合成立了IAG组织,安装了3211条ETC车道,日交易量已超过了300万笔。2003年欧洲应用电子不停车收费技术的车辆为770万辆，目前已发展到2000万辆。我国在应用电子不停车收费技术方面起步较晚，20世纪90年代初，我国陆续引入电子不停车收费技术，在经济和交通较发达的地区如广东、北京、上海开始使用。随着我国以非接触式IC卡为通行介质，采用人工半自动收费方式为主的公路联网收费方式的推广，不停车收费必将成为高速公路收费方式的发展趋势
二、电子不停车收费系统应用的必要性
(一)电子不停车收费系统是适应高速公路发展的必然要求。现代交通一个最明显的特征就是高速公路的迅猛发展。高速公路以其车速快、通行能力大、行车安全等特点逐渐取代普遍公路成为道路交通运输的主动脉，对经济社会发展及人民生产生活起着愈来愈重要的作用。然而，现阶段高速公路收费方式主要有三种：人工收费、半自动收费、电子不停车收费。其中，人工收费和半自动收费是最主要的收费方式。因这两种收费方式操作慢、效率低，经常导致高速公路收费口交通堵塞，造成极大的经济损失和人为时间浪费。据研究报道，美国每年因交通阻塞造成的经济损失约410亿
美元,日本东京每年因交通拥挤造成的时间损失相当于1000多亿美元。为了节省时间、避免堵塞，电子不停车收费系统在美国、欧洲等发达国家得到迅速发展，逐渐成为高速公路的主要收费方式。据上海市城乡建设和交通委员会巡视员张蕴杰介绍，与正在使用的人工半自动收费方式相比，电子不停车收费系统(ETC)可使车道通行能力提升3～5倍，正常情况下“人工半自动收费方式”通行一辆小客车约需16～20秒，使用电子不停车收费方式后仅需3～5秒。
(二)电子不停车收费系统是适应现代社会发展的客观需要。电子不停车收费系统与传统人工收费方式有较大的不同。电子不停车收费系统无需停车、无需人为操作、无需现金交易，给人们带来很多好处，也对促进现代社会发展起了积极作用。由于不需要收费广场，既节约了土地资源，为道路投资主体节省了收费基建及维护费用，也减少了收费人员，实行计算机管理，降低了收费管理单位的管理成本，提高了收费管理单位的管理水平。同时，还因无需人工参与和无现金交易，可以完全避免收费过程中的舞弊和贪污现象，也能较好地推动收费单位的廉政建设。
(三)电子不停车收费系统是有效加强环境保护的措施手段。随着中国的经济蓬勃发展，人们生活水平和购车能力的不断提高，导致了车辆大幅度增多，高速公路收费站的车辆排队堵塞情况日趋严重。因停车等待收费耗费的油料和排
放的一氧化碳、碳氢化合物、二氧化碳等对环境有害的气体，不仅浪费了资源，也造成了较为严重的大气污染。为适应环保需要，推行电子不停车收费系统也不失为一种必要的措施手段。
三、电子不停车收费系统应用的建议
(一)依据国情，循序渐进推行。电子不停车收费系统固然很好，但也必须依据国情循序渐进推行。我国是一个发展中国家，高速公路建设起步较晚，基础设施薄弱，区域经济发展与市场需求以及车辆用户消费能力极不平衡，全国性金融结算联网信用体系、计算数据通讯传输网络、市场服务机制等配套基础条件还不完善，大规模地推行电子不停车收费系统的物质基础与市场条件仍未具备。国外也是多数以区域联网为主，国家联网仅局限于国土面积较小、资讯业发达的欧洲部分国家以及新加坡等城市国家。因此，推行电子不停车收费系统，不能脱离实情、国情，完全照搬国外标准，要依据国情，发展适合我们国内使用的电子不停车收费系统，这需要一个长期的过程。
(二) 按照规律，有张有弛展开。“天行有常，不为尧存，不为桀亡。”这句话告诉我们，要尊重客观规律。推行电子不停车收费系统也是这样，必须按规律办事。日本在推行电子不停车收费系统的过程中，就因为没有对市场进行充分调查和研究，过于乐观地估计了经济承受力，推出的电子
不停车收费产品技术体制和双片式电子标签的技术标准造成产品价格居高不下，达到250～340美元。电子不停车收费系统推出后，受到市场的冷遇，主动安装电子标签的车辆数远远低于管理者的预期，导致电子不停车专用车道利用率极低，而因被专用车道占用一定比例的、原本并不宽裕的人工收费车道的塞车现象更为严重。
(三)有机结合，多种方式并存。电子不停车收费系统是高速公路收费方式发展的必然趋势。但还是需要与人工、半自动收费方式并存，结合使用。电子不停车收费系统需要购买专用的卡和读卡器并走专用车道才能使用，而高速公路上行驶的是全国各地甚至国外的车辆，不可能每辆车都有高速IC卡和读卡器，特别是不常走高速的车辆，也不会购买。并且电子不停车收费系统专用车道也需要有人监视，机器出了故障也要有人来解决。因此人工、半自动收费方式还是必不可少的。
电子不停车收费系统(ETC)是国际上正努力开发并推行的一种用于高速公路的电子自动收费系统，是发展中的新技术，随着技术的开发与完善，电子不停车收费系统必将成为高速公路的主导收费方式。
摘要：当前，我国的家庭人均收入在不断增加，人们通过不同的方式提高生活质量，例如代步工具逐步转换为私家车。再加上某些节假日7座以下的车辆不收费，高速公路的车辆在逐渐增加，收费处经常出现拥堵的现象。为了改善这一状况，我国的高速公路收费站引入了不停车收费系统。主要分析了不停车电子收费系统在我国的应用情况，并探讨了其需要改进之处。
关键词：不停车电子收费系统;高速公路;收费效率;微波通信
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.112
当前，我国高速公路的车流量在不断增加，人工收费的方式导致收费入口经常拥堵，严重时还会造成不同程度的交通事故，已经不能满足逐渐增长的车辆需求。不停车电子收费系统最初是在发达国家发展起来的，随后我国也引入了该系统，并将其应用于各大高速公路收费口。与人工收费方式相比，该系统具有很多优势，比如提高了收费效率，减少了堵车时的尾气排放量等。
1 不停车电子收费系统概述
不停车电子收费系统的简称为“ETC”，是分别在车上和收费口安装对应的信息交换装置，一般是在收费入口处对进入的车辆进行信息录入和识别。当车辆到达收费出口时，该系统会读取车辆信息并计算扣去费用。该系统最早出现于20世纪80年代的欧洲，经过多年的发展，得到了全面的完善，车主不必担心隐私泄露，同时还省去了收费找零等手续。随着我国高速公路数量和运输车辆的不断增加，为了提高收费效率，我国也引入了不停车电子收费系统，但是从目前的发展来看，该系统在我国并没有完全实现智能化，还需要人工辅助。
不停车电子收费系统主要利用微波通信，依靠的是车辆上的电子标签、车载装置及收费口的无线通信设备。该系统的运行主要分为以下几步：①最高层中央系统的运行。该系统不仅负责结算车辆费用，负责处理车辆信息，监控整个收费站的收费运行情况等，还负责与对应的银行进行财务结算。②收费站的控制管理系统会组建一个局域网，将中央管理系统与收费控制中心相连。控制管理系统实时监控信息，并在整理、分类后递交于中央管理系统，同时处理控制车道情况与车辆费用。③费用管理系统的运行。该系统可为车主提供极大的便利。④车道控制系统的运行。该系统是不停车收费系统中最先与车辆接触的系统，也是收集车辆信息的最原始系统。
2 不停车电子收费系统的应用情况
不停车电子收费系统是各种高科技的集合体，其中，电子技术最为显著，其特点是智能化程度较高，无需人工操作，系统扣款无需现金，快速扣除费用无需停车。将不停车电子收费系统应用于高速公路收费处，可有效提高收费效率。
传统的收费站是通过人工收费的，收费出入口需要配备一定数量的收费人员与安保人员。一方面，雇用这些人员需要花费一定的费用，高速公路每年收取款项的15%，甚至更高用来支付这些人员的工资;另一方面，人工收取费用会造成贪污作弊的现象。而应用不停车电子收费系统不仅改善了收费站的工作风气，还增加了高速公路的费用收入。
不停车电子收费系统是通过微波通信工作的，操作速度极快，因此在整个操作流程中有效保护了车主的信息数据，避免造成信息泄露。另外，该系统会在车辆通过的几秒内多次读取车辆信息并反复校验，确保收取费用的准确性。
传统的收费方式是每辆通行车辆需要在入口阻拦发卡，然后在出口时再阻拦收取费用。这种收费方式工作效率很低，严重影响了高速公路的车流情况，没有将高速公路的实际效用展现出来，尤其是在节假期前后，因在收费站排队造成的拥堵现象尤为严重。应用不停车电子收费系统可以有效缓解并改善收费站的拥堵现象，由于车辆在收费出入口无需停车，直接由系统扣款，因此，收费站出入口变得更加畅通，避免了车主因缴费拥堵而耽误行程的情况，整个付费流程更加畅通。
一旦收费站出入口出现拥堵，车辆行驶的速度会减慢，而且在拥堵严重的情况下，车辆需要不断交替起步和制动，这种频繁的操作会增加车辆零件与油量的损耗。而不停车电子收费系统保证了车辆的畅通无阻，那么也就降低了车辆的零件损耗，同时也减少了汽车尾气的排放量。
不停车电子收费系统的设备占地面积较小，而且不需要人工操作，更节约了收费站的占地面积。随着我国经济的不断发展，可利用的土地面积逐渐减小，而类似不停车电子收费系统的发展正是我国经济转型发展的方向，有利于改善生态环境。
高速公路上的运输车辆类型不同，但是不停车电子收费系统通过缩短车辆的通行时间，可以有效促进运输型企业的发展。比如快递物流车辆，通过缩短道路上的运输时间，减少了客户投诉，同时在短时间内将包裹递送到收件人手中，提高客户满意度。
3 结束语
不停车电子收费系统是社会进步和科技发展的产物，它对改善我国的交通情况起着很重要的作用。但是，由于我国引入不停车电子收费系统的时间还不长，在应用过程中仍然存在一些问题，再加上我国不同省市之间的道路存在一定的差异，因此，相关技术人员需要不断研究完善该系统，确保其可以在我国得到更好的应用。
参考文献
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[3]张浩.收费管理数字化之惑[J].中国公路，2012(4).
〔编辑：刘晓芳〕
基于高速公路电子不停车收费系统(ETC)与设计的研究 摘要：随着我国交通事业的大力发展，高速公路电子不停车收费系统设计的关键技术进行分析，为其设计提供理论性支持。进而结合国内外对于ETC系统的实际应用情况，对高速公路电子不停车收费系统进行设计，从系统架构、各类软件模块的处理流程，以及界面和数据库的建立等各方面进行探讨，以期对促进该收费系统的进一步完善有所启示。 关键词：高速公路;电子不停车收费系统;设计 1 前言
我国社会经济的快速发展，人们的生活水平逐渐的提高，私家车也逐渐的增多，人们进入了汽车时代，高速公路上的车流量也越来越严峻。目前我国高速公路收费主要采取半人工半自动模式，在高峰期不利于车辆的管理，影响高速公路畅通性，不停车收费系统的应用，能够提高公路管理水平，增强高速收费的便捷性以及快速性，保证了公路的畅通，对处理与管理高速公路相关问题有很重要的意义。
2 高速公路电子不停车收费系统的关键技术分析 2.1 Client/Serve(rC/S)架构技术
C/S 架构主要指的是服务器和客户端的架构，主要为软件系统的体系架构， 结合其应用可将两端硬件环境优势进行充分的应用，进而可将系统通讯开销降低。应用该技术主要优 点在于促进客户端计算机处理能力的充分发挥， 并可将大多的工作经过客户端处理之后， 进而再将其交给服务器进行处理，可较大的提升客户端的应用速度。 C/S 架构的操作和界面可实现多样化的应用，并且可保证其安全性，还可进行多层认证。 但同时其应用也存在一定的缺陷， 相对而言其适用面较窄，而且一般不能够在局域网当中应用;用户群较为固定，其程序需经过安装才可应用，对于不可知的用户一般不适用。 另外，还表现为较高的维护成本。 2.2 数据库技术
数据库作为信息系统当中的核心技术，为一类软件科学。具体而言，其主要分为 SQL Server 数据库和 Oracle 数据库。前者为一类与服务器和客户相联系的数据库管理系统。 通常客户属于的任何系统组件， 能够通过其他的系统组件获取资源或是服务，服务器为组织、数据项和演示等的对象集合，其主要的目的是提供相应的服务， 除物理数据不能够实现直接访问之外，其他的数据均需通过服务器访问;后者为美国甲骨文公司所提供的软件产品，为目前应用较为广泛的客户/服务器体系结构中的数据库之一。
2.3 车型自动识别技术
自动车型识别技术的应用，可识别出不同的车型，可辅助收费系统进行正确的判断。 通常情况下，该技术主要通过可测量各类车型的物理特征的传感器组成。 可对车辆的重量、大小、轴型和轮胎等进行自动识别，其主要的设备包括轨道接触器、动态称重装置和电感环线圈等。 结合我国采用高速公路电子不停车收费系统的省份分析， 其设计主要是结合各省的车型分类标准进行，需要用户办理电子标签，并在此过程中，将座位数、车型和尺寸等均记录到 OBU 当中，进而在车辆的适当位置进行 OBU 的安装，当该车辆经过设有高速公路电子不停车收费系统的车道时，其系统能够通过 OBU 确定相应的收费标准。 2.4 车辆检测技术
高速公路电子不停车收费系统的应用， 通常是在车道的出口和入口处设置相应的地感线圈， 进而自动检测离开或进入 ETC 车道的车辆。 传统 ETC 的设计，其第一个线圈属于触发线圈;第二个线圈为抓拍线圈;第三个线圈属于落杆线圈。ETC 四线圈的应用为传统设计的优化，主要是在触发线圈后增加线圈，可通过线圈判断出车辆的列队情况，识别出正在交易的车辆，有效的避开了其他车辆的干扰，同时还能够将已经退出 ETC 系统的车辆信息删除，实现了 ETC 系统的智能化应用。 3 高速公路电子不停车收费系统(ETC)的设计 3.1 ETC 系统的架构设计
本次设计中所采用的架构为 C/S 架构的， 其系统主要组成包括收费站、分中心和省中心三部分组成，并且各部分均构成相应的局域网，设置有相对应的数据库服务器。 并将车道设置收费站进行数据采集的前端， 促使其在完成相应的数据采集之后，可将业务数据实时传送到收费站的服务器，待收费站处理完相应的数据之后， 应用传输中间件将处理好的数据传送给省中心和分中心。该系统的硬件组成主要包括车道控制器、工控机、触发线圈、车辆检测器、微波读写控制器、抓拍摄像机和声光报警器等。在各设备的连接应用过程当中。车道计算机的连接主要结合 RS232 串行微波读写控制器和电缆线实现。 而微波天线和电子标签之间的信息交互作用主要通过 ETC 车道的相应软件系统进行控制。 车道计算机则主要是由车道控制器，进而实现与高速挡车器、车道通行灯、费用显示器和车辆检测器等的连接，并且 ETC 车道软件对其运行进行控制。
3.2 ETC 系统功能模块的划分
ETC 系统的功能模块主要组成包括数据通信、车道前端、ETC 管理和车道监视四部分。 车道前端主要处理相应的车道交易，并控制和检测车道的外部设备，同时还需抓拍过往的车 辆，并将其图像保存。 数据通信的功能主要是进行参数下载，以及上传对应的收费数据。 而车辆模块主要在于对收费情况，以及车辆的设备状况进行监视。 ETC 的管理职责主要是对其数据进行统计、查询和稽核等。 3.3 系统模块的设计
3.3.1 入口处 OBU 的处理
在系统模块的设计中，应注重入口处 OBU 的处理。 其主要是将设有电子标签的车辆的入口信息进行写入操作， 并且还能够自动生成入口处过车交易的明细记录。 在具体的操作过程中，应注意关键步骤的实施。 ①应对 OBU 的有效性进行判定。 在应用过程中，系统能够将 OBU 在二次发行时所携带的信息读取出，并将省联网中心所给出的时间与 OBU 自身启用的时间进行比较， 进而对 OBU 读取时间的有效性进行判断。 其中所读取的 OBU 的自带信息主要包括 OBU 的有效时间、车型和 OBU 的编号等;②应注重 OBU 卡当中基本文件的读取，以及其有效性的判断，其中需要读取的基本文件包括卡类型、卡网络号、有效时间、卡编号等。 而 OBU 卡有效性的判断的流程图见图 2。
图 1 OBU 卡有效性判断的流程图
最后为入口信息的写入，以及相应交易明细的形成。 在进行相应写入信息的操作当中， 需写入的数据主要包括自动识别车牌的、收费站的编号、车辆的类型、车辆通过的时间和入口的状态标识等。 同时，在完成相应的交易之后，并在高速档杆器将杆抬起之前， 应将所生成的交易明细记录通过实时上传的方式，促使其到达收费站的服务器当中。 而入口处的交易明细主要包括入口的通过时间、操作员、车道号、车型、终端机的编码、收费站的名称和终端的交易序号等。 3.3.2 车道异常的处理
在车道异常的处理中：①需做出无电子标签的判断。 在应用开始之后，若是无电子标签，声光报警将会提升不存在电子标签，之后值班人员应让车辆通过 MTC 车道，之后进行下一辆车的处理，无效电子标签的处理同以上相同。 此外，还包括无 CPU 卡判断、 无效 CPU 卡的识别和无效入口信息的识别等，其处理流程均大同小异;②为与车干搅方面的处理，若是发生两辆车干搅的其区域设有天线， 并且天线所检测到的OBU 属于后一辆车。 将会导致未进行正常流产处理的车辆被放行，但经处理的车辆无法通过，为防止该类情况的发生，应设置相应的处理流产;③为双通信区域当中切换流程的设计，其设计主要在于预防同车出现干搅的问题发生。在其设计过程中，可结合双通信区域模式的应用，避免在同一区域同时有两辆车通过，其设计除添加区域切换流流程之外，其设计和单通信区域大致相同。 除以上的设计之外，为完善高速公路电子不停车收费系统，还应进行数据库的设计和界面的设计，进而提升其实用性。
另外，还应注重与车干搅的处理。 为避免处于天线区域中的两辆车发生混淆，应对其区域中的车进行判断，若是发现跟车应停止相应操作并进行处理。 同时还应注重数据的上传，将车道产生的车辆图片、信息、异常处理和收费流水等数据上传到收费站的服务器中。 4 结束语
在我国社会经济的不断发展， 以及交通运输系统的不断完善之下，高科技的、智能化和信息化的高速公路运营管理的应用，对于满足社会经济的发展需求具有重要的作用。 为此，为促进高速公路电子不停车收费系统的进一步完善， 还需结合各省的具体情况进行设计。 参考文献
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组长：刘君
组员：张丽娜，方赞，谢重望
交通安全与智能控制专业 《收费系统集成与维护》
不停车收费系统设计方案
引 言
高速公路因其“高速、高效、安全、舒适”等优点，已成为连接各主要城市和重要港口的交通枢纽。然而，随着我国经济与社会的发展，公路运输能力已经不能满足日益增长的交通运输需求。21世纪交通的发展趋势必将是由粗放型向集约型转变，即从单纯依靠政府投资新建公路向建设公路运输的配套设施及其软件转变，以提高公路的利用效率。
在高速公路收费方面，效率低下的传统收费方式(找零、回票、投币)在车流量较大时往往使车辆在收费站区域滞留，限制了高速公路快捷方便的服务优点。电子不停车收费系统就是在这一矛盾中应运而生的。目前国外和国内试点的ETC系统普遍采用单片式ETC技术。但是，由于与我国主流的IC卡收费方式完全独立，而建立ETC系统必须自身构成一个完整的封闭式系统，即在路网内所有的入口和出口，即使是大多数交通量小、车道数量少的收费站，都必须设置一条以上的专用ETC收费车道，这必将造成资源的极大浪费。
因此要在我国联网收费的大背景下成功推行ETC收费，必须考虑ETC收费系统与已经建立的IC卡收费系统之间的整合问题，选择一种兼容ETC收费和IC卡收费的组合式收费技术，这就是基于ETC和MTC，人工半自动收费车道相结合的高速公路组合式联网收费系统。
组合式收费系统的总体结构设计
组合式收费站的设计图如图1所示。图中收费站采用了ETC车道和MTC车道相结合的方式。对于采用刷卡付费或现金付费方式的车辆，由MTC车道通过。刷卡付费有接触式刷卡和非接触式刷卡两种模式，当车辆进入MTC车道时，驾驶员停车刷卡或缴纳现金，交易完成后，启动栏杆放行;对于采用电子标签或两片式电子标签付费方式的车辆，则由ETC车道直接通过。当车辆进入ETC车道时，电子不停车收费系统对安装在车上的电子标签进行付费操作，付费交易自动完成，实现车辆不停车付费。 ETC车道和MTC车道分别交易，互不干扰，两种付费方式最后由软件系统负责整合。
ETC车道的设计
ETC是利用专用短程微波通讯技术，通过路侧单元(RSU)与车载单元(OBU)的信息交换，自动识别车辆，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费扣除的全自动收费方式。当ETC系统检测到车辆进人ETC车道的时候，安装在龙门架上的微波天线与安装在汽车挡风玻璃上的电子标签自动进行信息交换，与微波天线相连接的ETC车道计算机根据电子标签中存储的信息识别出车辆信息，并根据车主的使用情况从其账号中扣除通行费。如果其银行账号中余额不足，则由显示设备提醒驾驶员进入MTC车道。
整个收费过程无需人工干预，用户可不停车快速通过ETC收费车道，原理如图2所示。
ETC车道通信子系统设计
(1) 短程通信标准的选取
《高速公路联网收费暂行技术要求》中第十三条明确指出：“电子不停车收费技术中车辆自动识别系统所采用的专用短程通信频率推荐5.8 GHz电子标签宜采用可读写的„单片式‟(可读写智能电子标签)或„两片式‟(带IC卡接口的电子签)。„两片式‟电子不停车收费系统应与人工半自动收费系统兼容。”因此依据该文件，选取5.8 GHz短程通信标准为专用短程通讯(Dedicated ShortRange communication，DSRC)标准。我国DSRC通信技术指标如下：
频段：5 795～5 815 GHz;输出功率：300 mW;调制方式：ASK，BPSK;通信距离：10 m。
选用5.8 GHz作为微波短程通信中心频段有3个优点：
①5.8 GHz频段背景噪声小，抗干扰性较好。 ②5.8 GHz频段的设备供应商较多，有利于我国ETC系统的设备引进，有利于降低系统成本。
③有利于未来在此频段内开展智能运输系统的其他各项服务。 (2) 路侧设备(RSU)技术
路侧设备指安装在路侧的ETC设备及其辅助设备，其功能是与车载单元通信完成ETC收费交易、检测车辆和抓拍违章车辆图像等。RSU通常由以下部分组成：
① 路边设备控制器：是一台计算机设备，通常与天线及其控制器、抓拍系统、车辆检测器互联，对于具有收费岛的单车道ETC系统，与之互联的还有通行信号灯、电动栏杆等外设。路边设备控制器完成对所连接设备的各种控制功能、通信功能和处理功能。
② 天线及其控制器：实现与车载OBU之间的通信。
③ 抓拍系统：抓拍系统是针对违章车辆以及无电子标签车辆的电子记录系统，用于事后对这些车辆进行通行费追缴和违章处罚。
④ 车辆检测器：对车辆的到来进行检测，以及对来车车型进行分类。
⑤ 其他的辅助设备，如电源、照明等。
车道天线接收从天线控制器传来的数据信号，信号经调制和功率放大后经天线口面辐射出去。当ETC用户驾车经过ETC车道时，电子标签被车道天线信号激活，进人工作状态，根据接收到的命令向车道天线回送相应的响应数据。
车道天线通常由电源单元、RS 485/422通信接口、振荡器、发射单元、接收单元、数据处理单元、外部信号指示器、喇叭天线或微带天线构成，如图3所示。
天线控制器从车道控制计算机系统接受通信请求，形成符合DSRC标准通信协议的数据帧，通过车道天线将数据帧发给车道上的电子标签，并接收和解析从电子标签返回的数据，再上传给车道控制计算机系统。
天线控制器通常内置多块控制模块，每个控制模块可以控制一个车道天线。
天线控制模块通常由PC通信接口单元、双端口存贮器(DPRAM)、通信协议处理单元、RS 485/RS 422天线接口单元构成。PC通信接口单元负责天线控制模块与车道控制计算机的数据通信，他可以是PC总线接口，也可以是RS 232接口。
(3) 电子标签的选取
针对我国的具体国情，兼顾到大部分收费站采用IC卡交易方式，系统采用组合式电子标签。组合式电子收费是一种基于两片式电子标签的组合式收费技术。组合式电子标签是一种两片式电子标签，其带有标准的IC卡接口(通常为ISO7816规格的接触式IC卡接口或者ISO14443规格的非接触IC卡接口)，与IC卡共同组成一套完整的两片式ETC车载设备。采用该技术有两大优点：
① 系统是基于IC卡作为收费介质的收费系统，具有兼容人工半自动收费(MTC)和电子不停车收费(ETC)的能力。
② 适合我国的基本国情，组合式电子标签适合于已经建立起的ETC收费系统和MTC收费系统，为设计组合式收费系统创造了条件。 车辆自动分类子系统的设计(AVC)
为了对不同车型按照不同的费率实施收费，必须对车辆进行分类。分类系统设计为前分类系统和后分类系统。前分类系统能够使收费系统计算通过车辆的正确费率;后分类系统用于核实所通过车辆是否按照车型实施了正确收费。
通过传感器对车辆高度、轴数、是否装备双胎以及车重等要素进行检测，检测结果通过数据采集卡送入软件系统进行判断比较，从而确定收费金额。该项技术已经广泛应用于各收费站，传感器和数据采集卡的选择也非常广泛。 视频监控系统(VES)
VES不依赖于ETC的电子标签，而是以摄取车牌的图像来获取车牌号码、车籍资料等信息，并将缴费通知寄给车主。用于事后追踪逃费者，追回漏征费用并实施罚款的依据，以减少漏征费用损失并起到威慑作用，该系统已经广泛应用于实际。 MTC车道的设计
MTC车道是由汽车自动分类系统(AVC)、读卡装置、显示设备、视频临控、自动栏杆和计算机软件系统组成，读卡器可以采用接触式或非接触式。当汽车进入MTC车道时，汽车自动分类系统(AVC)将车辆信息自动分类，然后告诉软件系统该车属于哪一类型的车辆，软件系统根据此信息告诉读卡器应该收取多少数额的通行费，当交易完成后，软件系统向自动栏杆发出命令，让车辆通过，完成收费。由于MTC收费系统已经大规模地应用于实际，而且技术也已经相当成熟，在这里不做太多的叙述。 软件系统设计
合式收费系统不仅要使ETC和MTC两种收费方式分别进行互不干扰，还要使两种收费方式相互统一相互协调，这在硬件上是无法统一的，因此软件系统就担负了这个任务。
组合式收费的软件系统包括：ETC车道收费子系统、MTC车道收费子系统、收费站服务器系统、中心服务器系统和用户服务子系统 ETC车道收费子系统设计
ETC车道收费子系统包括：认证交易模块、车型分类库模块、账户管理模块、数据管理模块、账务管理模块、系统管理模块、统计查询和报表打印模块等。设计要求如下：
认证交易模块 对于进入ETC车道通信区的车辆，交易认证模块负责向硬件没备发出通信命令，对安装在车辆上的电子标签进行读写操作以获得车辆的账户信息和余额查询，如果账户无效或余额不足，则向显示设备发出命令，通过显示设备告诉驾驶员由MTC车道通过。如果账户和余额都没有问题，则根据车型分类库模块提供的收费标准对车辆实施收费，并确认交易是否成功。如果交易不成功，则通知硬件设备再次进行收费操作，当车辆已经通过通讯区仍然没有完成交易，则将收费不成功信息发送给中心服务器，将在下一个收费站或者出口收费。如果交易成功，则报告给账户管理模块，由账户管理模块向中心服务器报告此次收费操作细节。
车型分类库模块：负责接收由AVC提供的车辆信息，再与车型分类库中的车辆参数相比较，确定收费标准。并通知交易认证模块，准备收取多少数额的通行费。
账户管理模块：负责对新卡的初始化、黑名单管理、向中心服务器核对车辆信息及报告收费细节，包括收费的用户账号、收费金额、收费时间、收费地点等信息。
数据管理模块：负责本车道的车辆收费数据管理、数据备份与恢复。
账务管理模块：负责统计本车道的财务管理和向收费站服务器汇报财务信息。
系统管理模块：负责系统维护、参数设置、密码管理、断点保护等。
统计查询和报表打印模块：负责本车道的数据统计、查询及报表打印。
MTC车道收费子系统 MTC车道子系统的软件设计与ETC基本一样，也是由车型分类库模块、交易认证模块、账户管理模块、数据管理模块、账务管理模块、系统管理模块、统计查询和报表打印模块等组成。
在设计要求上，MTC车道收费子系统除认证交易模块以外，账户管理模块、数据管理模块、账务管理模块、系统管理模块、统计查询和报表打印模块的设计要求与ETC车道收费子系统一样。
在MTC车道收费子系统中认证交易模块功能是：对于进入MTC车道的车辆，交易认证模块负责向读卡器发出命令，根据车型分类库模块提供的收费参数对车辆实施收费，并确认交易是否成功。如果交易不成功，则提示工作人员改用现金交易，交易完成后，启动自动栏杆，让车辆通行。同时报告给账户管理模块，由账户管理模块向中心服务器报告此次收费操作细节。
收费站服务器系统
收费站服务器系统与收费站内各车道的收费子系统互联，实现ETC收费方式与MTC收费方式相融合。主要由监控模块、数据管理模块、账务管理模块、系统管理模块、统计查询和报表打印模块等。设计要求如下：
监控模块：负责监控各车道向中心服务器发出的账户信息和交易细节，如果中心服务器没有响应，则该模块记录这些信息，并不断查询中心服务器的状态，当中心服务器不忙时，再重新发送，并对发出信息进行记录。同时实现车道收费子系统故障和异常数据报警、断点保护等。
数据管理模块：负责整个收费站的数据统计，实现对ETC收费方式和MTC收费方式的融合、数据备份与恢复。
账务管理模块：负责整个收费站的财务管理。
系统管理模块：负责整个收费站的系统维护和参数设置。
中心服务器系统 中心服务器是连接各收费站，对各收费站的信息实行统一管理。中心服务器系统包括认证交易模块、账户管理模块、数据管理模块、财务管理模块、系统管理模块、查询统计和报表打印模块。
设计要求如下：
认证交易模块 负责验证来自各收费站发送过来的账户信息，并对账户信息进行确认，把是否同意交易信息返回给各个收费车道，同时通知账户管理模块准备接收数据。认证交易模块还负责与外部银行的认证交易。
账户管理模块 负责整个区域的账户信息统一管理，包括卡号、密码、余额、收费时间、收费地点、收费金额，以避免重复收费。同时完成对于外来车辆或新车信息的初始化、注销账户，还负责自动生成新的卡号和密码，送至用户服务子系统。
数据管理模块 负责中心服务器的数据管理、数据备份和恢复。
财务管理模块 负责整个地区的收费站的财务管理，包括现金交易量、电子交易量(包括ETC和IC卡收费方式交易量)、与银行的交易量、各收费站交易量、各业主交易量等。
系统管理模块 负责维护系统安全、设置系统参数。
统计查询和报表打印模块 负责数据统计和查询、报表打印等业务。 建设目标
1、ETC车道系统按需设置，降低电子收费系统建设的投资，有力保护道路运营者和用户的利益;
2、提高收费管理效率和公路通行服务水平
3、杜绝少收、漏收和营私舞弊行为，保证公路营运者运取得最大的经济效益和社会效益;
4、减少出入口的收费手续，提高收费的工作效率，最大限度地降低由于收费过程引起的交通延误; 结 语
本文对高速公路组合式联网收费系统作了初步的轮廓性的设计。我认为，在倡导可持续发展的今天，高速公路组合式联网收费系统对于提高高速公路利用效率、节省社会资源是有实际意义的。但是，高速公路组合式联网收费还只是停留在理论阶段，与实际应用还有一定距离。
ETC( Electronic Toll Collection ) 即电子不停车收费系统。是国内外正在努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子收费系统。使用该系统，车主只要在车窗上安装感应卡并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，也无须停车，高速费将从卡中自动扣除。这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5到10倍。针对此情况，多奥科技研发出ETC停车场系统方案。
不停车收费技术特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用。在传统采用ETC车道隔离措施下的不停车收费系统通常称为单车道不停车收费系统，在无车道隔离情况下的自由交通流下的不停车收费系统通常称为自由流不停车收费系统。实施不停车收费，可以允许车辆高速通过(几十公里以至 100 多公里)，故可大大提高公路的通行能力;公路收费走向电子化，可降低收费管理的成本，有利于提高车辆的营运效益;同时也可以大大降低收费口的噪声水平和废气排放。由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以缩小收费站的规模，节约基建费用和管理费用。另外，不停车收费系统对于城市来说，就不仅仅是一项先进的收费技术，它还是一种通过经济杠杆进行交通流调节的切实有效的交通管理手段。对于交通繁忙的大桥、隧道，不停车收费系统可以避免月票制度和人工收费的众多弱点，有效提高这些市政设施的资金回收能力。
系统组成：ETC车道与传统的MTC车道建设相似，主要由ETC天线、车道控制器、费额显示器、自动栏杆机、车辆检测器等组成。
功能实现：
1.车辆进入通讯范围
2. 读写天线与电子标签和CPU卡进行通讯，判别车辆是否有效，如有效则进行交易;无效则报警并封闭车道，直到车辆离开检测线圈。
3. 如交易完成，系统控制栏杆抬升，通行信号灯变绿，费额显示牌上显示交易金额
4. 车辆通过自动栏杆下的落杆线圈后，栏杆自动回落，通行信号灯变红，系统等待下一辆车进入。 高速道闸
高速道闸主要配置：便携式遥控器2个、三联手动开关1个、闸杆1根、安装螺丝。
(1)高速道闸机芯结构特点
核心技术是采用专门设计的AC220V特种转矩电机
电机为低速免维护电机。电机可以被制动于任意位置而不会造成损坏。在两个终端极限位置时，该电机功率自动减退至约20W，既可节省能耗，又可避免冷凝及腐蚀，即使在寒冷的冬季也可正常运转;
传动机构采用正弦连杆机构，去掉了普通自动拦杆使用的减速装置，使整个结构更趋紧凑、合理，大大减少了机械故障;
特殊的电机线圈结构使它在通、断电的瞬间，不会出现普通电机不可避免的瞬间大电流和瞬间电压波动，可直接用UPS供电而不会影响同一电网内其他设备的正常工作。
(2)高速道闸技术参数
电源电压：AC220V+10% 型 号：DAIC-TC-DZ 电源频率60Hz 电机功率：80W 配杆长度：3.0m 起落时间：0.9s1.2～1.4S1.9S 运行寿命：≥500万次
环境温度：-40ºC～+75ºC 相对湿度：50%～90% 适用场所：高速公路封闭式路桥收费、开放式路桥收费，海关、码头。 车辆检测器
(1)车辆检测器特点
温度稳定性高
环境漂移自动补偿功能 多级雷击保护功能 线圈故障自动侦测功能 具有多级灵敏度可调 可配合道闸实现防砸车和自动关开功能 双线圈型号可实现车辆方向的检测
(2)车辆检测器技术参数
工作电源：220V AC ±10% 型 号：DAIC-TC-JCQ 额定功率：4.5W 工作温度：-30 -+70 ℃
工作频率：20～170KHz 灵敏度：0～9级
继电器输出：DC24V/3A 安装：DIN导轨
尺寸：100*70*118mm 反应时间：20毫秒
费额显示器
(1)费额显示器基本介绍 每次车辆通过ETC专用道识别区时，车道边左侧的显示屏都会亮起绿灯，下方显示“账户正常”、“账户余额××元”及车牌号。提醒广大车主，使用ETC储值卡的用户显示账户余额，使用ETC联名卡的用户显示账户正常。
点阵式费额显示器系列产品适用于省道、国道、高速公路收费站，桥梁，停车场等收费场所，安装在收费车道岛尾位置，显示收费车型及收费金额等信息。
费额显示器可以根据客户需要修改尺寸和分辨率，制作成其他用途的室外单色显示屏。
(2)费额显示器特点
该产品为点阵式发光面，显示内容灵活多样，避免了数码管费显容易淘汰的弊端;
点阵式发光面采用了8192只高亮度Φ5红色LED，性能优于普通8x8发光模块，适用于户外使用;
结构件材料为不锈钢，表面抛光，造型美观、强度好。结构件之间的联结使用了点焊工艺，保证了产品加工的标准性和一致性。
(3)费额显示器技术参数
点阵式电子显示屏
光源：高亮度Φ5红色LED
分辨率：64X128
发光亮度：1,800mcd 型号：DAIC-TC-FE
中心波长：625nm
通讯方式：RS232接口
显示模式：字符模式、图片模式
显示特效：多种移入特效、移出特效
亮度控制：程序控制三级可调
4路预留控制位，可控制报警器等外设
开机自检逐点扫描功能
屏体尺寸：1200X600
机箱立柱：亚光不锈钢，防水、防尘、防锈蚀
工作电压：AC220V，50-60Hz 平均功耗：200W 工作温度：-30℃~+75℃
工作湿度：10%～95%在-5℃～60℃之间MTBF：≥50,000小时MTTR：≤0.5小时
防护等级：IP55 远距离读头
(1)远距离读头特点
一体化产品设计，性能稳定，安装简单方便; 同体积产品，读写距离更远; 同类型产品，标签识别灵敏度更高;
高速运动目标,也能轻易捕获到;
兼容18000-6C/6B两种协议;
跳频工作抗干扰能力强; 支持多标签同时读写; 防水防晒，可用于户外使用;
(2)远距离读头技术参数
工作频率：5.8G(可根据用户需要定制)
工作方式：广谱跳频 (FHSS) 或定频工作，由软件设定。
支持标准：ISO18000-6C、EPC Class1 GEN
2、ISO18000-6B 读写标签：符合ISO18000-6C 或GEN2 或6B协议的标签。
工作模式：分为主从模式、定时模式、触发模式，可由软件设定。RF 功率： 0～30dBm，可由软件调整。
天线内置：天线与读写器一体化集成设计，减少衰减，性能稳定。
天线增益：12Dbi，水平极化。
天线功率：接入天线功率5W，可调。
读写距离：读写标签(标准卡尺寸)稳定距离10-30米，读写距离与标签
尺寸有关。通过软件可调整读写距离。
通讯方式：标配 RS2
32、RS48
5、Wiegand
26、Wiegand
32、Wiegand
34、
选配 TCP/IP、USB 快速识别：能够识别高速运动的速度介于120-360公里/小时之间的电子标签。
防冲突性：同时识别50张以上标签。
软件开发：提供SDK软件开发包、通讯协议、软件DEMO 状态提示：在通电和读写标签状态时蜂鸣提示。
输入接口：1路触发输入。
工作电压：DC 12V 型号：DAIC-TC-DT 工作温度：-35℃-75℃
存储温度：-40℃-80℃
工作湿度：0-95% 外壳材料：ABS 灵敏度：0～9级
继电器输出：DC24V/3A 安装：DIN导轨
尺寸：100*70*118mm 反应时间：20毫秒
《物联网基础》课程论文
(2015学年—2016学年第一学期)
专 业：计算机网络技术(网络管理) 班 级：13网管2班___________ 姓 名：___________ 指导老师：_____________
2015年12月26日
目录
引 言 ....................................................................... 3 1.系统工作原理 ............................................................... 3 2.系统构成................................................................... 4 3ETC系统的类型 .............................................................. 5 4系统工作流程 ............................................................... 6 5结 语 ...................................................................... 7 6参考文献 ................................................................... 7 第2页
基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计
基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计
摘要：该系统车主只要在车窗上安装感应卡并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，也无须停车，费用将从卡中自动扣除。这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5到10倍。具有方便、快捷等优点。
关键词：ETC电子收费系统停车收费
引 言
不停车收费技术特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用。实施不停车收费，可以允许车辆高速通过，故可大大提高公路的通行能力;公路收费走向电子化，可降低收费管理的成本，有利于提高车辆的营运效益;同时也可以大大降低收费口的噪声水平和废气排放。由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以缩小收费站的规模，节约基建费用和管理费用。另外，不停车收费系统对于城市来说，就不仅仅是一项先进的收费技术，它还是一种通过经济杠杆进行交通流调节的切实有效的交通管理手段。对于交通繁忙的大桥、隧道，不停车收费系统可以避免月票制度和人工收费的众多弱点，有效提高这些市政设施的资金回收能力。
1.系统工作原理
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。
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。
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基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计
图一：系统工作原理图
2.系统构成
电子不停车收费系统可分为前台和后台系统： (1)前台系统
包括三种核心设备:车辆自动识别系统(Au-tomatic Vehicle Identification简称AVI)、车辆自动分类系统(Automatic Vehicle Classification简称AVC)和录像实施系统(Video Enforcement System简称VES)。车辆自动识别系统采用无线调频设备(Ra-dio Frequency)识别用户的身份标识卡(TAG)及其有效性;车辆自动分类系统借助传感器组的信息确定车辆的收费类别;录像实施系统利用高速图像处理设备自动俘获违章车辆的车牌号码。核心设备与其他控制设备共同组成不停车系统的车道控制器。
① AVI AVI分为两大类:激光设备与无线电调频设备。激光设备采用条码技术,扫描贴于车辆前端的条码,获取用户的身份标识(ID),缺点是易受环境条件、距离位置、条码安装与完整性等因素的影响。无线电调频设备采用无线波来识别贴于车辆前端的用户身份标识卡来识别用户身份,具有更高的可靠性;其中,无线频率(RF)常用的频率是5.8GHz。TAG分为只读TAG、可读写TAG、多功能TAG (带蜂鸣器、无线电信息收发等)三大类。
② AVC AVC系统根据车辆的物理特性来确定车辆的收费类别。AVC的物理特性依据包括∶车辆的体积、重量、装载人数、车轴或车轮的数目、车辆的用途等等。AVC与一系列的车道传感器相连,传感器的信号提交事务处理系统后,由车辆分类单元判定收费类型。AVC设备包括∶前置线圈、感应踏板、发射光塔、扫描仪和高速摄像等设备。
③ VES VES利用光学字符识别(OCR)技术自动获取非法车辆的车牌号码。VES摄录方式包括照片、录像带和数字影像等等。VES利用模糊识别技术,借助光学字符识别设备实现非法用户的车牌号码识别。VES过程包括∶感应触发、图像俘获、图像识别、图像储存、图像处理和图像删除等等。关键技术: API编程技术(控制外部设备,包括通信卡、DI/DO卡和声卡);单片机编程技术;快速查询算法;模糊识别;通信控制和图像处理。
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2)后台系统
收费系统的后台系统工作任务主要为向客户发售车载标识卡,并做标识卡的初始化;接受客户补交金额和查询;接收前台收费数据文件;交易和结算;向前台和客户发送补交金额的黑名单指令和信息;存储、管理抓拍图像等。
它主要包括如下系统:计算机管理系统、道路运营管理系统、结算中心管理系统、客户服务中心管理系统、银行管理系统。实际上是一个具有财务结算性质的计算机网络,网络通过各个终端的工作,将数据文件迅速可靠地传送,利用专用软件正确地完成全部工作。
3ETC系统的类型
ETC系统可分为收费站电子不停车收费系统和自由流不停车收费系统。 (1)收费站不停车收费系统
收费站不停车收费一般采取混合收费方式,既有不停车收费车道,又保留半自动收费车道。其主要特征为: ① 与半自动收费车道并列设置。在收费车道中,根据使用情况开设部分ETC专用收费车道; ② 车辆通过收费车道的车速较低,通常为30km/h一50km/h,通过率为600辆/h一1000辆/h; ③ 在车道出口端设置自动栏杆,以防无卡车辆通过。
图二：收费站ETC通道
收费车道入口设置不停车收费车道标志和信号灯。由于车辆密度不大,天线并不连续工作,无车辆通过时,天线处于休眠状态。在天线辐射区外的车道,埋设一个环行线圈,当车辆进入线圈工作区时,线圈发出信号,激活天线进入工作状态。车辆进入通信区,通过微波天线,车载标识卡响应天线的询问信息,将客户身份与车型代码上传给车道天线,由天线转送给车道控制机进行核查,如为有效合法卡,车道放行,信号灯变绿,如果进一步交换信息,读写数据,可继续通信,直到收费过程结束,如果进入车道的车辆为非法无效卡车,或是无标识卡的车辆,
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基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计
车道控制机将根据天线传送的信息,指令自动栏杆关闭,拦截非法车辆,并发出声光警报,现场人员将对其进行处理。车道控制机将收集到的数据上传至后台系统,进行数据交换和清算等,并将需要发布的结果下传车道。
这种方式适用于不停车收费用户在所有缴费用户中并非多数的情况。 (2)自由流不停车收费系统
自由流不停车收费系统在道路主线上每隔一定里程设置一个横跨道路上空的龙门架,架上安装不停车收费设备,实施分段开放式不停车收费。车辆无须减速,以正常行驶速度完成收费工作。其主要特征为: ① 无收费岛、亭之类设施; ② 进入收费点时无须减速,车辆继续高速行驶; ③ 需要建立一套高精度逃费取证处理系统,现场抓拍捕捉车辆逃费证据,以便于以后依法处理,目前大多采用高速、高分辨率的摄像机对车辆牌照进行抓拍; ④ 在收费点附近,需建造一条与主线平行的普通收费车道,以便对非法无效卡车或无标识卡的车辆收费; ⑤ 车道天线控制器能控制多部天线并行工作,与多辆车载标识卡同时通信。
此系统主要优点为减少收费站建设投资,车速高,无行车延误,车辆通行能力接近2000辆/h。但设备投资大,技术上实现难度也较大,特别是如何防止和遏制逃费车辆是关键技术。这种方式适用于不停车收费用户在所有缴费用户中已成为大多数的情况。
4系统工作流程
高速公路收费的特点是不仅要按照车型分类标准收费,而且按照入出口的距离标准进行收费。各种类型的不停车收费系统的收费过程基本相同,其原理是在车辆上安装一种标识卡,在ETC收费车道上安装有车载标识卡的读写设备,当车辆进入ETC收费车道时,标识卡以微波通信方式与该车道的天线进行双向数据交换,从卡上读取车牌照号、车型等数据,如需要也可向车载标识卡上写入信息,系统根据读取的信息,识别车辆合法与否,进行数据处理,计算收费金额,并从其账户上扣除相应金额,记录交易数据,控制车道外部设备等
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基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计
图三：ETC车辆标识卡
具体流程为: (1)后台系统初始化车载标识卡,将车牌照号、车型、收费率等数据写入标识卡,并发放给客户,建立有关客户档案; (2)车辆进入ETC收费车道,感应天线激活线圈,进而激活微波天线,读取标识卡上的信息,并传送给车道控制机进行核查; (3)如为合法车辆,则进行收费交易,依据后台系统完成清算,通行灯将会变绿,显示收费额和余额,车辆通过,记录数据; (4)如为非法车辆,车道控制机触发报警信号,同时控制自动栏杆下落,关闭车道,车道摄像机进行图像抓拍,车辆进行人为处理。
5结 语
不停车收费系统使用方便，减少尾气的排放，杜绝了收费工作中的贪污作弊现象，为今后的智能车辆公路管理系统打下了良好的技术基础。
6参考文献
(1)马静.物联网基础教程J].清华大学出版社2012年第1版.
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