摘要：ETC（Electronic Toll Collection）全称为电子不停车收费，是目前世界上最先进的道路收费方式，它广泛的应用于高速公路、大桥、隧道、水面航道、停车场等。ETC作为一种新型智能交通技术，随着现代信息、通信技术的快速发展，将在国民生活中发挥它的重要作用。
关键词：ETC 不停车收费 原理 优势 相控阵技术
Abstract：ETC，called Electronic Toll Collection，is the most advanced road toll system in today’s world.It is widely used in highway，bridge，tunnel，water channel，parking lot and so on.With the improvement of modern information and communication technologies，ETC，as a new kind of Intelligent Transport System（ITS），will play an important role in our live.
Keyword：ETC； Electronic Toll Collection System； principle； Advantage；
Phased array technology
一、ETC的概念
电子不停车收费系统简称ETC（Electronic Toll Collection），是一种新型、先进的、为了减少道路收费口处的交通拥挤，加快车辆通过收费口的速度而建设的收费方式。系统通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站 ETC 车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。
二、ETC的原理及技术
1）ETC硬件结构
Ⅰ、路侧设备（RSU）
路侧设备是车辆自动识别的主要设备，其主要作用是完成和车载单元的通信（它可以读取车载单元 OBU内的车辆数据信息，并对数据信息进行预处理，然后将数据信息发送给车道控制计算机），以及与车道控制机的数据交换传输（车道控制计算机接收RSU发出的有关数据信息，对车辆信息进行验证并进行相关计算传送给RSU，再通过RSU给OBU发送相关数据），RSU由车道天线及天线控制器等功能模块组成，提供以太网或标准串行接口与车道机连接，内置2个或2个以上符合 ISO/IEC7816 标准的 PSAM 卡座.其运行主要参数有：发射功率、调制方式、载波频率、频谱和通信接口等。RSU控制器通常安装在收费亭内，天线安装在高5.5 米、宽 4米的不锈钢钢制门架的正中间，与路面垂直方向呈55 度角。
Ⅱ、车载单元（OBU）
车载单元称为车载电子标签，安装在 ETC车辆挡风玻璃上，与路面水平角度呈35°-85°角范围接收RSU微波信号，与地面垂直高度为1.5 米为最佳高度，它主要由收发器和信息存储介质（如 IC卡）组成。通过 RSU收发器与 OBU收发器的通讯来实现 ETC车辆与车道控制机之间的信息交互。
Ⅲ、信息存储介质（非现金支付 IC卡）
IC卡存储了许多关于该车的信息，如车主的基本信息，车牌号码、车型、车辆的标识码、车辆年审有效时间及其他有关车辆属性的数据信息，当ETC车辆进入RSU设备的识别区时，将卡内车辆数据传送给RSU，起到车辆身份识别的作用；同时，IC卡也可接受、记录由RSU回传的有关数据信息。它还可以存储收费缴费费额，交易费额的功能。【1】
2）ETC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RSU），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。
3）ETC系统工作流程
这里主要详细分析ETC系统工作流程如下：第一步，车辆信号传递给车辆，在经过有效传感器情况下，系统则能够自动对于车辆的基本信息进行检测，包括车型、车轴距、高度等，这些则是进行收费标准的重要参数，并进行显示板的即时显示。车载设备和收费站设备进行有效通讯过程中，应该对比相应的车辆数据信息和车载单元记录信息，然后，没有异常情况发生时，就自动抬杠放行；第二步，在进行第一辆收费过程中，根据距离的要求，一般能够感受到第二辆车通过，能够有效进行系统调节到待机状态，能够有效录入后面车辆的信息，相关的缴费信息则会通过车辆的天线设备传到车载数据单元中；第三步，在后面车辆通过之后，系统会进行自动判断，自动放下栏杆，完成整个缴费流程。【2】
三、相控阵技术在 ETC 天线中的应用
随着高速公路的发展和ETC用户数量的日益剧增，特别是对于主线收费站，其ETC车道的车流量呈现急剧增长的趋势，不仅使ETC车道处理压力增加，同时，也产生了各种复杂的ETC车辆驾驶现象，从而导致ETC车道优势难以得到充分发挥。因此相控阵技术在ETC中的应用就显得尤为重要。
1）相控阵天线原理
相控阵的天线阵面由许多个辐射、接收单元（称为阵元）组成，单元数量与天线的功能有关，从几百个到几万不等。这些单元有规则地分布在平面上，构成阵列天线。利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多，“相控阵”由此得名。
2）相控阵技术应用
相控阵技术下RSU与传统技术下RSU性能对比见表1【3】。
从表1中可见，传统天线很容易产生跟车和邻道干扰。典型的情况包括：相邻两个ETC车道之间的OBU与RSU相互影响，RSU与非本车道上的OBU进行通讯并完成交易，引起邻道干扰；RSU覆盖范围大等原因引起跟车干扰，车道前车没有扣费而后车扣费，造成ETC错误扣费情况，引发收费纠纷，对高速公路不停车收费发展产生较大的负面影响，而相控阵技术下的RSU则很好地解决了这些问题，即使在跟车距离小于1m时，也不会出现跟车干扰。
四、ETC的优势
使用ETC的益处很多，对用户而言：
1）省时：更通畅的通行环境，ETC用户经过收费站不用停车，直接通行；2）省钱：更便捷的付费服务，不停车、不排队可节约不少汽油，过路费还有不同程度的优惠；3）省心：更低的排放和环境污染，有效地减少了尾气的毒害。
对业主而言：1）更少的基建投入，按通行能力1条ETC车道相当于4条MTC车道，一条MTC的成本约10~20万，一条ETC的成本约30~50万，若一个收费站原设计为14条MTC车道，若采用ETC，则相当于2条ETC车道和6条MTC车道，可以节约40%基建费。2）更低的运营成本，1条MTC车道约9万/年，1条ETC车道约4万/年。
五、结束语
ETC不停车收费系统是缓解高速公路拥堵，提高高速公路运行效率的重要举措。虽然我国各省市区在大力建设ETC，但要全面覆盖全国高速公路还需时日。所以在开发ETC不停车收费系统时，要统筹兼顾，完善收费标准和制式，并大力研发新技术，降低车主使用成本，将ETC不停车收费系统普及起来，助推高速公路事业更好更快发展。【4】
参考文献：
[1]张宗斌 ETC不停车收费系统在甘肃高速公路收费系统中的应用[J].科技视界，2015（3）
[2]杨旭 高速公路ETC不停车收费技术[J].交通世界•运输车辆，2014（19）
[3]黄水金 相控阵技术在ETC天线中的应用探讨[J].数学技术与应用，2013（3）
[4]赖丽花 浅析高速公路ETC不停车收费系统[J].科学论坛，2015
论文作者:吴莺寅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：车道论文; 车辆论文; 相控阵论文; 天线论文; 技术论文; 单元论文; 信息论文; 《基层建设》2018年第36期论文;