电子收费系统综述

 智能交通系统（ITS）是目前世界交通运输领域的前沿研究课题,也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。 电子（不停车）收费系统（ETC）是ITS领域中的一个重要方面。由于它涉及交通基础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵塞“瓶颈”的有效手段，减少了环境污染，所以各国都把不停车收费系统作为ITS领域最先投入应用的系统来开发。我国交通部门已经把不停车收费系统的开发和应用列为我国ITS领域首先启动的项目，并在“十五”期间列入交通科技的技术创新重点之一。 1 ETC系统简介 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，所以本文主要针对此类系统进行综述。 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。 与传统人工收费（Manual Toll Collection，简称MTC）方式不同，ETC带来的好处有:无需收费广场，节省收费站的占地面积；节省能源消耗，减少停车时的废气排放和对城市环境的污染；降低车辆部件损耗；减少收费人员，降低收费管理单位的管理成本；实现计算机管理，提高收费管理单位的管理水平；对因缺乏收费广场而无条件实施停车收费的场合，有实施收费的可能；无需排队停车，可节省出行人的时间等；避免因停车收费而造成收费口堵塞，形成新的瓶颈等。 ETC系统按收费站收费方式，可分为开放式和封闭式；按收费站车道配置，可分为ETC专用车道、MTC车道和ETC/MTC混合车道三类。鉴于我国道路实际情况，在较长的一段时间内，ETC和MTC将共存。

示意图：ETC专用车道（左）和ETC/MTC混合车道（右）资料来源：上海科技情报所根据相关资料整理编制

 2 ETC系统的关键技术及标准制定

不停车收费的车道控制系统包括以下三大关键子系统： 车辆自动识别技术（AVI）：主要由车载设备(OBU)和路边设备(RSE)组成，两者通过短程通信DSRC完成路边设备对车载设备信息的一次读写，即完成收(付)费交易所必须的信息交换手续。目前用于ETC的短程通信主要是微波和红外两种方式，由于技术发展历史的原因，微波方式的ETC已成为各国DSRC的主流。 自动车型分类技术（AVC）：在ETC车道安装车型传感器测定和判断车辆的车型，以便按照车型实施收费。也有简单的方式，即通过读取车载器中车型的信息。 违章车辆抓拍技术（VEC）：主要由数码照相机、图象传输设备、车辆牌照自动识别系统等组成。对不安装车载设备OBU的车辆用数码相机实施抓拍措施，并传输到收费中心，通过车牌自动识别系统识别违章车辆的车主，实施通行费的补收手续。 国际标准化组织于1992年设立了TC204技术委员会，从事ITS标准的制定。TC204技术委员会下设16个工作组，其中第5工作组（WG5）负责收费技术标准的制定，第15工作组（WG15）负责DSRC标准的制定。国际电信组织无线电总会（ITU-Radio）的第8研究组（SG8）负责无线电频率资源的分配，其下设的工作组WP8A已在1999年2月19日举行的日内瓦会议上通过了提案，同意了日本5.8GHz全双工主动式、欧洲CEN的5.8GHz和意大利5.8GHz（全）双工被动式三种DSRC标准，接着1999年11月底ITU-R/SG8在日内瓦会议上又进行表决并通过上述三种DSRC标准。2000年，5.8GHz微波频率已正式成为被ITU确认的用于ETC的国际标准。由于历史的原因和各国国情的不同，目前国际上形成了以欧洲、北美为代表的5.8 GHz被动式和以日本为代表的5.8 GHz主动式两种DSRC通信标准；我国于2002年公布了《关于使用5.8GHz频段频率事宜的通知》（信部无[2002]277号），也正向5.8GHz微波统一。 3 ETC系统及其应用对比分析 目前AVI使用的微波DSRC通信规约主要存在主动式和被动式两种工作方式，其技术性能比较如表1：

表1 DSRC主动式和被动式技术性能比较

工作方式项目		全双工主动式DSRC（Active）	半双工被动式DSRC（Passive）
通信频率		5.8GHz	5.8GHz
载波间隔		10MHz	50MHz
通信速率	上行	1Mbps	0.25Mbps
	下行	1Mbps	0.5Mbps
通信效率		高	低
可靠性（抗干扰）		高	低
电波发射能力		自行发射电波	依赖接收的能量发电波射
对路边设备天线发射功率要求		小，10mw	大，2W
通信距离		约30m	约7m
可同时通信车辆数		最大8台	仅为1台
通信信息量（以40km/h行驶）		539kbit	46kbit
适用领域		ETC,提供交通信息、车辆管理	仅为ETC
与ITS兼容		可以	不可以
标准		日本	欧洲（CEN）
车载器价格		高	低

资料来源：上海科技情报所根据相关资料整理编制 就ETC系统应用来看，国内主要以上海和广东为代表，国际上以日本、欧美为代表，具体举例比较如表2：

表2 ETC系统应用比较

比较项	上海 电子收费系统	广东 电子收费系统	日本 电子收费系统	法国 电子收费系统
微波通信频段	5.8Ghz	5.8Ghz	5.8Ghz	5.8Ghz
车道天线通信模式	主、被动兼容	被动式	主动式	被动式
OBU种类	主动双片式、被动双片式、被动单片式3种	被动双片式、被动单片式2种	主动双片式	被动单片式
IC卡种类	双界面CPU卡	双界面CPU卡	CPU卡	不需要卡
车辆通行速度	0-160公里/小时	不低于50公里/小时	0-180公里/小时	不低于50公里/小时
系统反应时间(秒)	单片：0.06双片帐户:0.26双片储值:0.47	≤0.3秒	不详	不详
应用情况	在虹桥机场出口收费站已获得应用	在广东省高速公路联网收费系统获得应用	日本高速公路	法国高速公路

资料来源：上海科技情报所根据相关资料整理编制 从系统应用来看，尽管单片式ETC系统技术先进、产品成熟，但与国内现有的收费系统是完全隔离的。也就是说，如果要使用ETC系统，必须进行收费站的大规模改造，投资巨大、建设周期长、风险大。这是经济并不十分发达的我国，尤其是中西部地区建设ETC系统的最大障碍。因此，国外现有的ETC技术方案及运营模式并不适合国内区域联网收费的客观形势要求。由于采用高安全性的预付卡方式开展公路收费的电子(非现金)支付业务是必然的发展趋势，所以将IC卡技术和ETC技术进行有机的兼容，发挥二者互补作用可能是一个最佳的选择。 4 相关企业简介 国内企业：包括广州市埃特斯通讯设备有限公司、广东路路通有限公司、深圳市武大数字交通技术有限公司、上海城建（集团）公司、北京速通电子科技有限公司、北京紫光捷通科技有限公司、北京握奇数据系统有限公司、瑞典康比特(中国)交通系统有限公司、四川新源现代智能科技有限公司等。其中，广州市埃特斯通讯设备有限公司研制了两片式电子标签加双界面CPU卡电子不停车收费装置，已广泛应用于广东省不停车收费系统；深圳市武大数字交通技术有限公司重点开发以3S（GPS、GIS、RS）和通信技术为核心、以全国地理数据为基础平台的LBS软件产品和LBS应用项目，包括GPS不停车收费系统等；上海城建（集团）公司设计的不停车收费系统在虹桥机场收费口已经获得成功应用；北京速通电子科技有限公司主要从事智能交通设备软件的技术开发、应用及生产和智能交通系统的运营管理等，承担了北京市高速公路电子收费“一卡通”不停车收费的运营、管理、服务。 美国企业：包括TransCore公司、AMTECH公司、TI公司、MFS公司等。其中，TransCore公司在收费领域的历史可追溯到上世纪30年代，其客户在美国占60%以上，是AVI技术设计、集成和维护的供应商领导者。 日本企业：包括TOYOTA汽车公司、MATSUSHITA电气公司、NISSAN公司、MITSUBISHI电气公司等。其中，TOYOTA是ETC读卡机的主要制造厂商。 欧洲企业：包括挪威科瑞（Q-Free ASA）公司、奥地利卡普施（KAPSCH TrafficCom AB）公司（原瑞典康比特（Combitech AS）公司）、Kapsch、GEA、CS Route、Autostrade、FELA、Ascom Monetel、Efkon、Daimler Chrysler Services Mobility Management、Vodafone Pilot Entwicklung等。其中，Q-Free ASA是世界领先的提供智能交通系统与收费系统全面解决方案的供应商，其系统的主要部件包括符合CEN标准的电子标签、路边通讯系统、视频识别系统、自动车型分类系统和收集和处理信息的中央管理系统。