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摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进高速公路建设项目的增多。相比高速公路收费站的人工收费模式，电子不停车收费系统（ETC）能够在简化收费流程、提高通车能力等方面发挥突出优势。本文就高速公路电子不停车收费系统设计及运行展开探讨。
关键词：ETC；设计方案；运行程序
引言
随着高速公路联网收费的推广，交通流量日益增加，高速公路收费站的车辆拥堵问题越来越严重，影响了交通线路顺畅运行，以及行车安全问题，提高交通疏通能力和收费站处理效率刻不容缓。目前，国内外使用ETC电子收费系统取代传统人工收费方式，利用多项高新电子技术实现车辆无需停车即可收取道路通行费用，大大减少了因排队造成的交通拥堵状况，促进了高速公路收费管理发展。
1系统概述
不停车收费系统又称为电子收费系统，简称为ETC系统，它是以车辆自动识别技术(简称AVI技术)为基础来实现车辆与收费站之间的收费数据交换，进一步通过车道计算机对收费数据进行处理，来实现不停车自动收费。ETC系统和普通MTC相比有如下优势:（1）车辆可以在时速低于20km/h不停车情况下实现自动收费，大大缩短车辆放行时间，极大提高了通行效率，缓解收费广场堵车现象，间接降低交通事故的发生概率。（2）ETC系统减少了人工成本的投入。（3）ETC车道设计要求为收费交易错误率不得大于3‰，可以有效避免MTC车道收费人员情绪等诸多因素的影响。
2ETC电子收费工作流程
在ETC电子收费系统工作中，还应遵循一定的流程，当车辆进入车道无线短程通信范围。工作流程如下：（1）首先压到埋入车道地下的触发线圈，启动门架上的读写天线；（2）读写天线发送微波读取车辆电子标签的信息和车型代码，判断电子表现的有效性，标签有效即进行交易处理，标签无效则立即发出报警并关闭车道；（3）一旦出现违规车辆企图高速跟车而过，逃避收费识别，读写天线确认无效的同时，将快速启动自动栏杆，关闭收费车道，当场拦截冲卡车辆；（4）完成交易后，通过车道控制，将栏杆抬起，车道信号灯转变为绿灯，交易信息费显示在显示器上，可以在显示器上进行查询；（5）通过抓拍线圈时，对车辆的图像进行抓拍，同时通过字符叠加器，在抓拍图像中呈现车辆信息；（6）待车辆安全通过后，栏杆自动回落，信号灯变回红色；（7）最后系统的交易信息上传至收费站服务器，一个收费流程完毕。
3ETC系统组成
ETC系统由车辆自动识别系统、中心管理系统和车道辅助设备组成。车辆自动识别系统:由电子标签、路侧设备(RSU)、检测线圈等组成。在车辆自动识别技术(简称AVI技术)的发展历程中，先后出现条码识别技术、红外识别技术、射频识别技术等，但是由于高速公路本身特点要求能够在远距离作用、全天候、恶劣天气环境下应用，经过比选，只有射频识别技术同时满足上述特点，因此，ETC系统普遍采用射频识别技术。射频识别技术原理:首先，监测系统中的阅读器会不停地发出低频加密数据载波信号(频率132．3kHz)，信号经由天线调谐器的发射天线向外界发送，形成DSRC通信区域;其次，行驶车辆进入DSRC通信区域后，车辆内的射频卡会自动激活，同时射频卡内的高频发射模块发出高频加密载波信号(频率315MHz);最后，接收天线接收到高频加密载波信号，提取出车辆信息(时间和地点等)传输回车道计算机，系统对车辆信息进行查询比对，根据查询比对结果进一步通过控制单元控制车道外设。中心管理系统:配备多台数据服务器，用来储存备份ETC车辆注册信息。车道辅助设备:车道计算机、车辆检测器、车道摄像机、车牌识别系统、车道通行灯、费额显示器、雨棚信号灯、报警器、检测线圈等。
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4ETC设计的关键技术
4.1车辆自动识别技术
对过往车辆的自动、快速和精确识别，是ETC应用中的关键技术。车辆自动识别技术的原理是，利用安装在ETC车道上方的读取器，读取进入感应区车辆的电子标签。该电子标签相当于人的身份证，一车一签，包含了该车辆的基本信息，如车辆型号、大小、座位数等等。然后经过高速公路收费站全国联网系统，获取该车辆驶入高速公路的位置，通过计算得出需要收取的高速公路行车费用。由于ETC专用车道的行车速度较快，车辆自动识别技术还需要搭配高速信息处理系统，才能实现数据的快速处理。
4.2专用短程通信技术
专用短程通信技术，又称DSRC电子收费技术，是近几年国际上比较成熟的收费技术，是ITS职能运输系统中用于车辆在高速公路收费点实现不停车收费的技术方法。通过对DSRC技术的运用，不仅能够能够实现车与路信息的双向传输，同时还可以实现车与车之间信息的双向传输，利用路边设备RSU与行驶车辆的车载装置OBU联系起来，DSRC具有高速的电子数据传输通道，能够有效降低通信线路中常有的延时时差，是高速公路不停车收费准确、高效、可靠运行的保证。
4.3车辆检测技术
早期的ETC系统中，需要使用3个感应线圈，配合完成车辆的检测，分别是：（1）触发线圈，当车辆进入到ETC感应区后，触发线圈工作，激活整个ETC系统；（2）抓拍线圈，获取车辆信息，并完成高分辨率的拍照，将图像信息传输到后台进行处理，识别后获取缴费信息，自动完成扣费；（3）落（升）杆线圈，如果扣费成功，则自动升起栏杆，否则栏杆处于落下状态。随着相关技术的进步，现阶段收费站所用的ETC系统中，主要在ETC专用通道的出入口安装两个地感线圈，这样不仅降低了技术成本，也提高了感应准确度。
4.4车辆定位电子收费技术
车辆定位电子收费技术，简称VPS电子收费技术，它是通过全球移动通信系统、卫星定位系统与车辆的车载装置通信，从而达到不停车收费的目的。VPS电子收费系统主要包括两部分，一部分是前端系统。另一部分是后端系统，前端系统是由GPS全球定位系统、OBU车载单元、执法系统VES、GSM移动通信系统等组成。车辆进入虚拟收费站时，VPS车载装置判定付费交易后自动启动通信模块，并通过通信模块，进行无线通信信道的建立，并与通信协议、VPS后台系统进行信息确认，然后将相关数据传送后台结算中心，进行结算扣款。
5高速公路ETC的实际应用
第一，收费车辆进入到ETC车道工作区。第二，车道控制系统的控制器和天线向车道的特定区域发出微波信号，唤醒电子标签。第三，电子标签发射出本身数据信息，如车牌号、车类参数、电子标签号等标识信息。第四，车道控制系统控制电子标签读写设备，接收被唤醒的电子标签发射数据，分析车辆的标识信息。第五，对进入收费车道的车辆电子标签的合法性进行校验，并根据校验结果进行下一步操作。第六，根据车类参数确定收费车辆类型和收费金额，将电子标签号、车牌号、过车时间等信息上传到收费站监控系统。第七，接收收费站监控系统主机下传的数据，对车道控制机中的相应信息进行更新。第八，系统复位，等待下一收费车辆进入。
结语
ETC系统和普通MTC相比有着巨大优势，在车辆增长率不断提升的大环境下，ETC技术的优势凸显的尤为重要，相信随着ETC技术不断的研究和开发，必然会使我国整体公路收费水平迈向新台阶。
参考文献
[1]冯炎，刘宏飞.电子收费系统在国内高速公路的应用[J].长春大学学报,2015.
[2]刘睿健.货车也便捷之ETC新时代!———看高速公路货车ETC如何实现[J].中国交通信息化，2017(8)：22-23.
论文作者:李润富
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/7
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