电子收费系统(ETC)概述
摘要:对ETC(Electronic Toll Collection System)电子收费系统的系统定义、服务功能、结构特点以及国内外发展现状与趋势进行详细介绍与分析，并结合实例提出ETC在我国的发展思路。
关键词：电子收费系统（ETC）结构功能发展趋势技术应用
前言
中国已经进入高速公路迅速发展的时期，随着高速公路联网运营里程，路的增加和车辆通行数量的急剧增大，如何来解决收费管理中的收费站点的车辆排队拥堵现象和收费效率低的状况，成为决定高速公路发展的一个重要因素，不停车收费系统（ETC）能方便的实现车辆在无需停车和收费站的工作人员无需操作的情况下，能自动收取通行费用的智能交通子系统，它不但有效的避免车辆排队拥堵的现象，而且极大的减少了以往缴费停车造成的燃料的消耗浪费和尾气排放，能有效的防止环境污染，明显的改善了高速公路的运营状况，有力的促进了高速公路收费管理的发展。
1 ETC的系统定义
ETC(Electronic Toll Collection System)电子收费系统又称不停车收费系统或自动收费系统。它广泛采用了现代的高新技术,尤其是电子方面的技术,包括无线电通信、计算机、自动控制等多个领域。与一般半自动收费系统相比较, ETC 具有两个主要特征: 一是在收费过程中流通的不是传统的纸币现金,而是电子货币;二是实现了公路的不停车收费。即使用ETC系统的车辆只需要按照限速要求直接驶过收费道口,收费过程通过无线通信和机器操作自动完成,不必再像以往一样在收费亭前停靠、付款。
2 ETC的服务功能
电子收费系统把管理者和车辆紧密地结合在一起,即建立了控制者和控制对
象之间的联系,能快速、准确、实时地获得车辆信息并对车辆进行实时动态控制;同时通过计算机网络(银行计算机网络和收费系统网络)及信息处理为管理者提供服务。不停车收费系统具有如下主要功能：
1) 对车辆的驶入及驶出进行探测，并对其数量进行计算，使其检测结果进行传送。与车辆识别相结合有效对车辆的电子标签的存在与否进行判断。
2) 对实时图像进行抓拍及车牌识别。当车辆从车道通过时，能够运用抓拍装备对车辆图像进行抓拍以及车牌号码进行识别，并对其信息得到保存。
3) 在入口车道对速通卡信息中写入将入口收费站及车型等信息。在出口车道，按照入口收费站、费率等信息对车辆通行费用进行计算。
4) 车辆设备动作受到车道计算机的控制，主要包括对车道自动栏杆的升起，通行信号灯的调整、报警器的开关、显示器的费用显示及大棚灯的切换等方面。
5) 实现车道与收费站之间的数据信息交换。主要交换信息包括: 收费站下达信息的接收、速通卡原始通行费数据的上传以及入口车道的通行信息等。
6) 当车辆在ETC车道通行出现异常时，车道系统会对该车辆进行拦截，禁止其通过，由收费站工作人员对其进行引导，通过MTC 车道进行通行。
3 ETC的结构组成
电子收费系统主要分为前台系统和后台系统两大部分，主要包括 ETC收费车道、收费站管理系统、ETC管理中心、专业银行以及传输网络等几方面构成。各个部门都具有不同的分工。
3.1 前台系统
前台系统主要经过ETC收费车道系统的应用，使不停车收费现象得到实现ETC 车道主要由以下内容组成: 天线、天线控制器、触发线圈、抓拍线圈、螺杆线圈、自动栏杆机、通行信号灯、闪光报警器、车道计算机、控制器、摄像机、余额显示器、字符叠加器、雾灯及车牌识别系统等。
3.2 后台系统
ETC电子收费系统中的后台系统主要包括收费站管理子系统、ETC管理中心及专业银行三大部分，对后台ETC交易数据进行负责，对运营参数进行管理并对其运行系统进行监控，在站级促使ETC电子收费系统与联网收费系统的数据处理工作得以实现，作为ETC系统的最高管理层，ETC 管理中心不仅实现处理及交换的方式对收费信息及数据进行处理，而且使其管理职能得到行使(后台系统在公
路公司与用户之间通过对数据文件的接收进行交易、拆账及财务结算，功能强大的计算机的配备能够使系统中的数据、图像进行有效采集及处理
4、ETC的工作流程
1) 在通讯范围内，当装有电子标签的车辆进入后，会通过地下埋设的触发线圈，从而使读写天线启动。
2) 电子标签和读写天线发挥通讯功能，采用微波的方法，电子标签将其标示及车型代码发出并有读写天线接收后对其电子标签的有效性进行判断，若电子标签处于有效状态时，则进行交易，否则会保持车道封闭，并在车辆离开检测线圈之前进行报警提示。
3) 若在车辆通行过程中出现无效卡或无卡的车辆运用高速跟车的方式进行冲过时，读写天线在确认其信息无效的同时，会快速的将自动栏杆进行启动，并对收费车道进行关闭，从而使强行闯过的车辆进行拦截。
4) 当数据接收成功并且交易完成以后，车辆控制栏杆会自动抬起，车辆通行信号灯则变为绿色，并在费额显示器上将该车辆的交易信息进行显示。
5) 当抓拍线圈内有车辆通过时，系统会自动对其图像信息进行抓拍，并由字符叠加器对车辆信息在抓拍图像中叠加。
6) 当车辆通过落杆线圈以后，栏杆会自动落下，车辆通行信号灯则由绿变为红色。
7) 最后，系统会对该交易信息进行自动保存，并在收费站
服务器中进行上传，该收费流程则算完成。
5 ETC的优缺点
5.1优点
(1)不受人为干扰,能减少错误的出现
(2)从根本上解决票款流失问题;
(3)能显著提高收费站的通行能力;
(4)能明显消除车辆由于在收费站减速、怠速、加速等尾气排放所产生的环境
污染问题;
(5)可提高驾驶员的舒适性;
(6)可减少收费站管理人员的费用;
(7)可采集车辆OD数据等;
(8)能充分发挥高速公路快速、高效、畅通等功能。
5.2缺点
(1)一次性投资较大,并且如果出现逃费或欠款现象,处理起来较为繁琐;
(2)车道设备配置较昂贵,如红外或微波的发射和接收设备、车道控制器、可变情报板、摄像机等。
6 ETC国内外的发展趋势
ETC 是国际上正在努力开发并推广的一种用于公路、大桥和隧道的电子自动收费系统。该技术在国外已有较长的发展历史，美国、欧洲,日本等许多国家和地区的电子收费系统已经局部联网并逐步形成规模效益。
系统的发展和现状在国内，广东省是ETC 系统建设最早的省份。在1998 年开始研讨ETC 系统的建设方案，研发ETC 系统的关键设备（DSRC 设备），到2010 年开通使用ETC 车道300 多条，粤通卡发卡量达到50 多万张。在广东ETC系统建设成功的经验基础上，2007 年 5 月ETC 系统的国家标准正式颁布，随着ETC 国标的出台，全国各地也相继掀起了ETC 系统建设的高潮。现在全国各省基本上完成了ETC 系统初期建设，积极进行ETC 系统的全面建设和推广工作。全国在建设ETC 系统，从已经开通的ETC 车道系统来看，取得了不少成绩.
在我国现阶段开发和研究基于不停车自动牌照识别系统的收费系统是高速公路较为理想的收费方式,能克服现有收费系统的缺点,并且功能扩展性好,适合现阶段我国的实际,其研制、开发和应用将促进我国高速公路收费系统更好地向ETC系统过渡,同时基于不停车自动牌照识别系统的收费系统也可作为ETC系统的组成部分,提高ETC系统的可靠性和安全性。目前,我国已研制出基于不停车自
动牌照识别系统的收费系统初级产品。
7 应用实例：电子收费模式—加拿大407高速公路全电子收费系统简介
这种模式取消了传统收费系统所需的收费广场、收费车道等设施,系统通过设置在沿线的设备对正常行驶的车辆自动进行通信、计费的操作,并对无效车辆自动进行判型、牌照识别、拍摄记录等操作,从而实现了全部收费业务的自动化。这种模式的一个典型的实例是加拿大407高速公路全电子收费系统。
407高速公路位于加章大多伦多市北部,一期工程约70km双向六车道,通行能力55000辆/日,于1996年10月建成通车。该路实行封闭式全电子收费,在沿线各互通立交人口匝道和出口匝道设置了约130处路侧综合设备,对人Z出高速公路的车辆进行人/出口收费数据处理。
(1) 车辆与路侧通信
①通信协议时分多路处理,每帧数据需10ms,每辆车重复通信3帧,在160k 词h的车速下移动距离1.3m。这种通信方式保证200k时h以下车速,双向八车道条件下每辆车与路侧设备的可靠通信。
②通信链路无线频率(RF):915MHz;速率:500KBns/s(千比特/秒)
③路侧阅读器智能型,可应用于收费、称重站等多种场合。
④车载智能应答器slzbit存储器。256bit由工厂和管理部门预置数据,并可用于读/写处理。
对于这种开放的道路,必须设有先进的稚查系统,用于发现和记录所有通过的车辆,对于有效车辆进行正常计费,对于无效车辆则通过有关部门索取通行费。
（2）稽查系统由以下三部分组成:
① 辆位t及轨道判别子系统;
②车辆牌照摄取子系统:
a高架的振像机检测车辆行使轨迹;
b高架双束激光扫描器自动判别车型并启动摄
像机捕捉图像;
c从车辆尾部摄取图像,并产生日期、时间、位
置、应答器数据等信息;
d摄取的图像传至收费管理部门。
③通行费征收子系统:
a无效车辆图像手工处理,包括检索图像、键人数据、确认牌照和车主、发出征费单等;
b无效车辆图像自动处理技术可以增强手工处理的能力。
这个系统综合了激光扫描车型自动识别技术、智能应答器、车辆自动识别及无线通信技术、车辆定位技术、图像处理等最新技术,这一系统代表了当代收费系统的最高技术水平。
结语：中国的高速公路发展突飞猛进，随着高速公路运营的里程和线路的日益增加，收费站点也相应的增多，不停车收费系统的优势显而易见，它不但非常方便快捷，而且极大的减少了高速公路的人工费用和运营成本，为建立节约型社会贡献自己的力量，随着ETC电子收费系统技术的不断完善和其卓越的灵活性和可扩展性，在以后高速公路的收费管理中一定会得到广泛的推广和应用。
参考文献
【1】欧东秀. 交通信息技术 [M] . 同济大学出版社,2009.
【2】张宇欢. 我国ETC系统的应用[J] 中国新技术新产品，
2010NO.19
【3】荆便顺.道路交通控制工程.北京:人民交通出版社,1995
【4】李坚，王秀媛，高速公路电子不停车收费系统国内外发展现状研究，自动化与信息工程，2007（2）:1-4
’