ETC不停车收费系统的研究及优化改造应用探析
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摘要：近年来随着我国经济社会的迅速发展，我国的高速公路建设速度也得到了大幅度提高，能够承载的车辆数量也在逐年上升，面对每天高流量的汽车通过，高速公路收费系统面临的压力越来越大，此时高速公路etc系统应运而生。高速公路ETC系统自实施以来充分的展现了其巨大的优势，即实现了高速公路收费的电子化和自动化。本文分析了高速公路ETC收费系统的概念、工作原理、收费方式及当前我国高速公路ETC收费系统存在的主要问题，并有针对性的对ETC不停车收费系统优化改造提出可行性有效措施，从而实现ETC不停车收费系统为高速公路服务的应用价值。
关键词：高速公路；ETC不停车收费系统；优化改造；应用
中图分类号：D922.296文献标识码：A 文章编号：
建设高速公路的目的就是为了实现车辆的高速通行，但随着我国经济社会的迅速发展及人们生活水平的大幅度提高，汽车数量猛增同时也给高速公路带来了巨大的压力，ETC不停车收费系统的建立与实施很好的缓解了这一状况，它大幅度的提高了高速公路的汽车通行量，并有效的降低了高速公路的收费管理成本，实现了对高速公路收费的电子化和自动化。本文分析了ETC不停车收费系统的概念、收费方式、工作原理及当前高速公路ETC收费系统存在的主要问题，从而有针对性的对其实施优化和改造，从而更有利于高速公路的发展，更好的服务于国家和人民。
一、ETC不停车收费系统的概述
1.1ETC不停车收费系统的概念
ETC（Electronic Toll Collection system）称为不停车收费系统，即在高速公路收费路口对过往车辆实施的收费全过程都实现了自动化，通过该系统收费过往车辆耗时不足两秒钟，而在高速公路的普通收费路口需要耗时1~2分钟，因此使用ETC不停车收费系统可以在很大程度上缓解了交通拥挤的状况，也能够达到提高车辆通行速度的目的。
1.2ETC不停车收费系统较其它收费方式的比较
ETC不停车收费系统是近年来新兴的收费系统，也是智能交通系统的重要组成部分，较传统的人工收费系统和办人工收费系统其有着显著的优势，将三种收费方式进行了比较，详细见表1.1
表1.1 ETC不停车收费系统较其它收费方式的比较
1.3 ETC不停车收费系统的主要组成
当前ETC收费系统是由3部分组成的，自动车辆识别系统（Automated vehicle identification , AVI）、自动车辆分型系统（Automatic Vehicle Classification，AVC）和违规抓拍系统（violation enforcement system，VEC）。
（1）自动车辆识别系统（AVI）
对车辆自动识别技术是实现ETC不停车收费系统的关键，通过该技术，车辆在通过收费站的某个点时，计算机系统就能够迅速识别该车辆并对其身份信息进行确认，整个过程不需要人为操作。在自动车辆识别系统中所使用的技术主要有 ：
A.射频和微波自动车辆识别系统：该系统实现的数据代码的识别和传送是通过利用微波通讯技术实施的，但是目前该技术在实施的过程中发现并不成熟，还存在很多问题，因此，该技术在高速公路上使用的并不普遍。
B．光学和红外自动车辆识别系统是当前高速公路收费站所使用的主要技术，它主要是通过一个类似于条形码的识别标签，该标签被安装在车辆外面，当车辆通过收费站时，计算机系统通过对一系列线条宽度或颜色变化来完成对车辆身份信息的识别。
（2）自动车型分类系统（AVC）
自动车型分类系统的主要功能是：在已制定的车辆分型标准为基础，对过往收费站的各种车辆进行信息采集，根据采集的信息对车辆实现自动分型。
（3）违规抓拍系统（VEC）
由于高速公路的车流量较大，同时车辆驾驶人员的素质高低不同，不可避免的会出现一些逃费违规的现象，给高速公路的管理和经济效益都带来了一定的损失，为了有效避免这些现象的发生违规抓拍系统就应运而生。它的主要组成部分包括图像传输设备、摄像机及车辆牌照自动识别系统等。一旦发现有逃费和强行闯关的车辆，在高速公路收费站设置的摄像机就能对违规车辆实施抓拍，并将违规车辆的详细信息存储记录，进行事后责任追究。
1.4 ETC不停车收费系统的工作流程
（1）车主到机构或客户服务中心为自己的车辆购置电子标签，并在收费处交纳一定金额的储值。电子标签中包含了车辆的识别码、车牌号、车型、车主姓名、电话及车辆颜色等全部信息。
（2）在车主与高速公路收费管理处完成了相互认证和识别过程后，车辆的详细全部信息就会传送到收费系统。
（3）车辆主人将购买的车辆标识卡贴在汽车内部的前车窗玻璃上即可。
（4）当车辆在经过高速公路收费路口时，ETC收费车道入口的天线发射区的电子标签会受微波刺激而转入工作状态，天线在接受到车辆的全部信息后，以微波的形式将车辆的数据信息写入电子标签内，并自动处理相关交易。车道的控制器也会将车辆的原始数据形成数据文件，将收费站管理子系统的相关信息转入收费站结算中心进行存储记录。
二、ETC系统的研究现状及发展前景
在美国，ETC不停车收费系统已经被广泛应用，并成为美国回收公路投资和养护费用的主要手段，当前最著名的联网运行电子不停车收费系统是E-Zpass系统。自E-Zpass系统开始实施以来，ETC交易量大幅度上涨， 23条专用ETC车道能够完成月平均交易量的43％，在高峰阶段能够承担月交易量的60％左右。在我国，自1999年四川、山东首次提出ETC收费以来，广东、上海、北京等地也进行了高速公路 “电子不停车收费”的试点工程，并获得了快速发展。2011年5月甘肃省改造成功的ETC不停车收费系统实现了装有ETC电子标签的车辆在通过ETC专用通道时车辆的通行时速可以达到5~30km/h，使整个收费路口的车辆通行能力较原来提高了3~5倍，在车辆高峰期时可以提高约10倍左右。
三、ETC不停车收费系统的应用
3.1 ETC收费系统的硬件结构
ETC收费系统的主要组成包括：收费车道子系统（前台）、收费站子系统（前台）和收费管理中心（后台）。在对ETC收费系统进行优化改造主要是增加了路侧设备（RSU）和车载设备（OBU）。
（1）路侧设备
路侧设备是用来识别车辆的，通过该设备可以对车载设备内的车辆标识码等数据信息进行读取，从而完成和车载设备之间的通信，当获取了数据信息后将其数据信息发送到车道控制计算机进行预处理，当车道控制计算机接收到路侧设备传输到的数据信息，在验证了车辆的数据信息后，进行相关计算和控制操作。路侧设备由车道天线、天线控制器等组成，路侧设备具备连接以太网或标准串行接口和行车道机之间的标准PSAM卡座。
（2）车载设备
车载设备通常安装在汽车前挡风玻璃上，它主要是由收发器和信息存储介质组成。高速公路过往车辆在经过收费路口时就通过车载设备收发器和路侧设备收发器实现二者之间的信息交互过程。车载设备中的信息存储介质一般情况下是指非现金支付的IC卡，通过该卡可以将车主的相关基本信息、车辆类型、车牌号码、车辆的年审时间、车辆属性及车辆识别代码等数据信息都存储在内。当车辆行驶到高速公路收费路口专门设置的路侧设备时，就能对车辆的数据信息进行识别，同时将这些数据信息传送给路侧设备，并具有对车辆存储起到车
辆身份证的作用；同时，也可接受、记录由RSU发送的有关数据，同时对车辆的收费情况进行存储。
3.2 ETC收费系统车道软件的功能
ETC收费系统有硬件和软件两个系统共同作用，其二者相互作用，实现了ETC不停车收费的功能，ETC车道软件提供的功能主要有：
实现了路侧设备与车道上行驶的车辆之间的通讯，ETC不停车收费系统能够通过DSRC链路对过往的贴有电子识别标签的车辆之间准确通信，从而在短时间内获取并处理车辆的相关信息，同时在整个车辆通行的过程中不会因为车辆自身的一些因素的变化而出现收费信息的失误。
（2）在车辆驶入高速公路收费路口时，将车辆的信息录入IC存储卡中，在车辆驶出收费站时会将车辆的查询费率表，车辆通行费金额，本次收费交易情况进行存储。
（3）当车辆经过高速公路收费路口时，该系统能够自动检测车辆的驶入和驶出，同时将车辆的数据信息准确上传。
（4）如果车辆驶入高速公路收费路口，图像设备会对车辆的图像进行拍摄存储。
（5）车辆在经过高速公路收费路口时，路口设置的自动栏杆、车道通行信号灯、警报器及综合信息显示器的变化都会受计算机指令的控制，从而使交通道路有序进行。
（6）当前的高速公路收费系统已经实现了全省全国网络控制，一旦出现了网络故障就会影响正常的交通道路秩序，ETC收费系统车道软件的应用就能够在网络出现故障时，将车辆的数据信息存储在本地，之后可以通过人工的方式将其存储的数据信息上传至收费站，不会影响正常的交通道路秩序。
（7）当ETC不停车收费车道出现故障时，ETC车辆在通过该车道时就不能够正常的通过该车道，此时该系统能够自动将车辆转入相邻的人工收费车道，人工会对其进行收费处理。
结语：
随着我国经济社会的飞速发展，人们生活水平得到了大幅度的提高，同时车辆的数量激增，对道路交通的压力也越来越大，当车辆在经过高速公路收费站时，传统的人工和半人工的收费方式已经不能满足社会和人们的需求，ETC不停收费系统应运而生。ETC不停车收费系统是智能交通系统的重要组成部分，同时随着电子科技水平的发展提高，基于全球卫星定位（GPS）和无线传感器网络技术也将逐步应用于智能交通系统的相关领域，成为不停车收费系统优化改造发展的焦点，从而更好地服务于高速公路的建设和发展。
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