射频自动识别不停车收费系统(ETC)及其发展趋势

中文标题 射频自动识别不停车收费系统(ETC)及其发展趋势

物流管理071班 7043707028 余劼

中文摘要 车辆自动识别技术系统是我国交通科技发展的重点方向，其核心是针对日益严重的交通需求和环境保护压力，采用信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术及网络技术等对传统交通运输系统进行深入的改造，以提高系统资源的使用效率、系统安全性，减少资源的消耗和环境污染。本文介绍了不停车收费系统的构成和现状，指出基于ZigBee和卫星定位芯片技术是高速公路不停车收费系统的发展趋势。

中文关键词 ETC；智能交通；ZigBee。

英文标题 Automatic identification of rf no-waiting toll collection system (ETC) and its development trend

英文摘要 Vehicle automatic identification technology in traffic system is the important direction of development of science and technology, its core is aimed at increasingly serious traffic demand and environmental protection and information technology, electronic communication technology, automatic control technology, computer technology and network technology on the traditional transportation system in-depth reform, in order to improve the efficiency of using resources, system security, reduce the consumption of resources and environmental

pollution. The paper introduces the no-waiting toll collection system, points out that based on the status quo and ZigBee and satellite

positioning chip technology is highway no-waiting toll collection system development trend.

英文关键词 ETC；Intelligent transportation；ZigBee。 1 引言

不停车收费系统(Electronic Toll Collection，简称ETC)是利用先进的科学技术，对过往车辆无须停车，即能够实现电子收费的系统。它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，可以大大提高公路的通行能力，降低收费管理成本，提高车辆的营运效益，降低收费口的噪声污染和废气排放，同时节约基建费用。 2 国内外ETC应用现状 2.1 ETC在国外的应用

在美国，电子不停车收费方式已经成为美国回收公路投资和养护费用的高效率手段，最著名的联网运行电子不停车收费系统是E-Zpass系统。1997年7月，“E-Zpass”工程的最终运行方案开始付诸实施和运行，仅经过1年半的时间，共计23条专用ETC车道的电子不停车收费网络就承担了整个月平均交易量的43％，高峰时段甚至达到55％～60％[3]。

在日本，电子不停车收费被政府和企业提高到很高的高度，1999年实施全国性的ETC网络建设，首先建成的是东京附近的首都圈ETC工程。在总结了有关经验后， 2000年开始从大坂、名古屋等多条高速公路ETC建设，共建约100多个收费站，400多条ETC车道。按计划应该于2001年初投入运行，但由于联网调试上的难度，到目前为止仍在进行之中[4]。日本采取的是接触式CPU卡加两片式电子标签和双ETC天线的方案，该车道设双向打开的高速栏杆，无人职守，具有很高的安全性和车道通行能力，有完善的密钥扩散机制和电子标签发行流通体系。

2.2 ETC在国内的应用

1995年，国家技术监督局正式批准交通部承担ISO/TC204国内归口工作，秘书处设在交通部公路科学研究所。1996年，交通部成立了中国交通工程设施（公路）标委会。1998年，国家计委立项委托交通部公路科学研究所开展“交通工程标准化体系研究”，并要求尽快制定本领域急需的20多项国家标准，其中就包括“公路不停车收费应用技术条件”的编制工作。从1992年起，香港的Autotoll系统在十多条主要公路干线以及隧道上进行不停车收费，每天为香港20多万带有RFID不停车收费卡的用户提供服务。1999年，山东、四川率先提出全省联网收费。广东省在2004年就已经开通了150条高速公路不停车收费车道。2007年长三角高速公路“电子不停车收费”试点正式启动。2008年12月31日，长三角高速公路电子不停车收费（ETC）系统正式开通试运行，上海市30个高速公路收费站的80根车道和江苏省的14个收费站23根车道，率先同时启动不停车收费系统。同时，山东省去年底初步建成了ETC系统，在10个地级市的主要收费站实现了不停车收费[6]。据统计，装有车载单元（OBU）的车辆仅需3－5秒就能通过ETC收费道口，通行速度大为提高。

三、ETC系统构成

射频自动识别不停车收费系统按其功能可分为自动识别控制子系统、自动判

断型子系统、数据采集子系统、车辆检测子系统、闭路电视子系统和信号控制子系统等几个

(1) 自动识别控制子系统主要由DRF8801A系列射频自动识别读写器、DRF300系列射频自动识别卡、车道道闸控制机、收费员计算机终端等组成，它是整个不停车收费系统的核心，负责控制不停车收费车道所有设备的运行、收费业务操作的管理以及与收费站计算机的通信和数据交换。

(2) 自动判断型子系统主要由光栅、高度检测器、轴数检测器等组成，它通过采集车辆的高度和轴数等参数，经综合分析比较来判别车辆的车型；该子系统至少可以判别三种以上车型。自动判断型子系统在有些场合可以由用户选择使用。

(3) 数据采集子系统主要由DRF8801A系列射频自动识别读写器和DRF300系列射频电子标签卡构成。射频电子标签被安装在汽车挡风玻璃内侧的上方，在电子标签上写有标签编号、车号、车主、车型、应缴金额、剩余金额和有效期等信息；DRF8801A系列射频自动识别读写器被安装在收费岛的前端，它通过微波技术从DRF300系列射频电子标签卡上读取有关信息，并同步传送给车道控制主机。

(4) 闭路电视子系统主要由车道摄像机和收费站的监视器等组成。车道摄像机被安装在收费岛的前端，主要用于拍摄非法通过的违章车辆。

(5) 信号控制子系统主要由通行信号灯、偏叉信号灯和自动栏杆等组成，用于提醒驾驶员正确使用不停车收费车道。

(6) 车辆检测子系统主要由三组环形线圈组成。第一组环形线圈(ENTER LOOP)被安装在收费岛的入口处，用于激活天线读取电子标签的信息；第二组环形圈(ESC LOOP)被安装在收费岛的中间出口处，用于控制通行信号灯和偏叉信号灯的状态；第三组环形线圈(EXIT LOOP)被安装在收费岛的出口端，用于统计车流量，并控制自动栏杆、通行信号灯和偏叉信号灯的工作状态。 3.3 ETC管理中心

ETC管理中心是ETC系统的最高管理层，既要进行收费信息与数据的处理和交换，又行使必要的管理职能。它包括专营公司、收费结算中心和顾客服务中心。 1）专营公司

专营公司建立中央管理子系统，负责采集所有收费站管理系统所汇集的车道收费数据信息。专营公司的中央管理系统将对ETC收费数据和人工收费数据进行整理和汇总。整理完毕的ETC收费数据清单将被转发给结算中心请求支付。中央管理子系统功能为：分时采集收费站暂存收费数据；整理ETC收费数据，对车道控制系统无法处理的违章记录做处理；向结算中心上传ETC收费数据清单，请求支付；对收费数据进行各种方式的汇总、打印，统计出各种数据指示；接收结算中心下传的系统黑名单，并下传给收费站管理系统。 2）结算中心

结算中心掌握全系统的收费数据信息，负责重要的资金结算工作，一般不负责与ETC用户直接打交道的工作。结算中心关于资金的管理和划转委托银行来进行。另外，根据帐户资金有效、无效的车载电子标签清单，下传给专营公司中央管理子系统。具体功能为：为ETC用户建立和维护资金帐户；生成ETC系统黑名单、黄名单，将其下传给各专营公司中央管理系统；接收各专营公司中央管理系统上传的收费数据；根据收费数据，更新各ETC用户帐户资金；根据收费数据，向各专营公司划拨通行费。 3）顾客服务中心

顾客服务中心的主要功能为：办理ETC用户电子标签的手续；向ETC用户发放电子标签，对标签进行初始化操作；向ETC用户提供消费明细帐目查询、资金补充、打印服务等；接受ETC用户挂失、注销等业务请求。 4 ETC技术发展趋势

随着我国高速公路网络的逐步形成，社会对收费系统的技术要求将越来越高，自动化程度较高的收费技术必然逐步取代传统的人工和半自动作业方式。实施ETC收费的成本要优于进行收费站为提高通过能力而进行车道扩展的费用。目前，实现ETC系统的技术手段有两种：一种是利用自动识别技术和微波与红外线的专用短程通讯技术为基础；另外一种是基于全球卫星定位（GPS）芯片和ZigBee无线传感器网络技术。尽管以自动识别技术为基础的ETC系统应用领域非常广泛， 但由于开发运营成本较高、复杂度大，缺乏统一的行业标准，致使其发展前景不容乐观；而无线传感器网络技术和全球卫星定位（GPS）芯片技术融合了短程无线通讯技术、微电子传感器、嵌入式系统、太空卫星与通讯等新技术，将

[9]

逐渐被用于智能交通系统等相关领域，成为公路网收费技术发展的焦点。 基于IEEE802.15.4规范的ZigBee技术，具有低成本、低功耗、具有自组网能力且适合大量终端设备网络的特点，能较好的适合ETC系统应用。利用该技术，车载终端设备由GPS芯片和无线通信模块构成。无线通信模块保存车辆和银行信息，GPS芯片负责对车辆进行跟踪和定位。系统通过收费站与车载终端之间的短程无线通讯获取相关信息，并传递到ETC管理中心，进而实现不停车收费管理，可以解决自动识别技术开发成本高、缺乏行业标准、“脏”车牌识别困难等问题，具有很好的应用和市场前景。 5 结束语

高速公路停车收费所带来的问题限制了高速公路功能的充分发挥，不停车收费技术是目前国际上最为先进的收费方式。近年来先进的信息技术、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应用于公路运输管理系统，促进了智能交通系统的发展，使得高速公路不停车电子收费成为现实。

参考文献 [1]李坚，王秀媛.高速公路不停车收费系统国内外发展现状研究[J].自动化与信息工程，2007（2） [2]郭敏，过秀成.高速公路收费系统[M].北京：人民交通出版社，2003：2-11

[3]张北海，ETC技术原理及其在高速公路收费中的应用.交通信息产业，2004年2月

[4]宋传平.我国高速公路交通控制系统的发展趋势[J].公路交通技术，2004， （1）：82-85

[5]Hirvonen M，Jaakkola K，Saily J.Triple-band PIFA for radio frequency identification[J].Electronics letters，2006（42）：958-960 [6]罗小宾，殷国富，胡晓兵.智能收费系统关键技术研究及实现[J].计算机工程， 2003 （3）： 137-139

[9] 张汛涞. ITS（11）：94 -96.

智能交通系统体系结构的探讨[J].现代计算机， 2004