張解國

(山西欣奧特自動化工程有限公司，山西 太原 030012)

1 系統(tǒng)概述

不停車收費系統(tǒng)又稱為電子收費系統(tǒng)(Electronic Toll Collection System)，簡稱為ETC系統(tǒng)，它是以車輛自動識別技術(簡稱AVI技術)為基礎來實現(xiàn)車輛與收費站之間的收費數(shù)據(jù)交換，進一步通過車道計算機對收費數(shù)據(jù)進行處理，來實現(xiàn)不停車自動收費。

ETC系統(tǒng)和普通MTC相比有如下優(yōu)勢：

1) 車輛可以在時速低于20 km/h不停車情況下實現(xiàn)自動收費，大大縮短車輛放行時間，極大提高了通行效率，緩解收費廣場堵車現(xiàn)象，間接降低交通事故的發(fā)生概率。

2) ETC系統(tǒng)減少了人工成本的投入。

3) ETC車道設計要求為收費交易錯誤率不得大于3‰，可以有效避免MTC車道收費人員情緒等諸多因素的影響。

2 電子不停車收費系統(tǒng)設計

2.1 總體結構

高速公路電子不停車收費系統(tǒng)是由ETC車道、收費站、收費分中心和收費結算中心組成，總體結構如圖1所示。

2.2 ETC車道設備性能

1) ETC車道通行能力：不小于550 輛/h。

2) 交易可靠性：根據(jù)設計要求，ETC車道在OBU、RSU運行正常的情況下，以時速低于20 km/h通過ETC車道，收費交易錯誤率不得大于3‰。

3) ETC車道信息保存：至少保存40 d的電子收費交易記錄。

4) MTBF：不小于10 000 h。

圖1 高速公路ETC系統(tǒng)總體結構圖

2.3 ETC系統(tǒng)組成

ETC系統(tǒng)由車輛自動識別系統(tǒng)、中心管理系統(tǒng)和車道輔助設備組成。

車輛自動識別系統(tǒng)：由電子標簽、路側設備(RSU)、檢測線圈等組成。

在車輛自動識別技術(簡稱AVI技術)的發(fā)展歷程中，先后出現(xiàn)條碼識別技術、紅外識別技術、射頻識別技術等，但是由于高速公路本身特點要求能夠在遠距離作用、全天候、惡劣天氣環(huán)境下應用，經(jīng)過比選，只有射頻識別技術同時滿足上述特點，因此，ETC系統(tǒng)普遍采用射頻識別技術。

需要強調的是，當前云、貴、川三省的賽事運作管理并未能抓住供應商與合作者的有效開發(fā)，而僅僅是重視賽場內外的廣告，這樣以來就使賽場內外的“銅臭味”極為濃厚，但并沒有產(chǎn)生多大的價值，此種情況要逐步改變。

射頻識別技術原理：首先，監(jiān)測系統(tǒng)中的閱讀器會不停地發(fā)出低頻加密數(shù)據(jù)載波信號(頻率132.3 kHz)，信號經(jīng)由天線調諧器的發(fā)射天線向外界發(fā)送，形成DSRC通信區(qū)域；其次，行駛車輛進入DSRC通信區(qū)域后，車輛內的射頻卡會自動激活，同時射頻卡內的高頻發(fā)射模塊發(fā)出高頻加密載波信號(頻率315 MHz)；最后，接收天線接收到高頻加密載波信號，提取出車輛信息(時間和地點等)傳輸回車道計算機，系統(tǒng)對車輛信息進行查詢比對，根據(jù)查詢比對結果進一步通過控制單元控制車道外設。

中心管理系統(tǒng)：配備多臺數(shù)據(jù)服務器，用來儲存?zhèn)浞軪TC車輛注冊信息。

車道輔助設備：車道計算機、車輛檢測器、車道攝像機、車牌識別系統(tǒng)、車道通行燈、費額顯示器、雨棚信號燈、報警器、檢測線圈等，ETC車道系統(tǒng)構成如圖2所示。

圖2 ETC車道系統(tǒng)構成圖

2.4 ETC車道布設方案

2.4.1 ETC路側設備(RSU)與讀寫天線布設方案

路側設備(RSU)可以放在收費亭內，也可以和讀寫天線一起置于島頭立柱橫桿處。當車輛通過RSU形成的DSRC通信區(qū)域時，RSU與車內的電子標簽(OBU)進行無線通信，將讀取的車輛信息(時間和地點等)傳輸回車道計算機。

讀寫天線一般安裝在島頭立柱橫桿處，安裝位置和安裝角度要根據(jù)現(xiàn)場的車道寬度、立柱高度、檢測線圈1的位置等因素進行調整。

自動欄桿布設方案有欄桿前置和欄桿后置兩種方案，本工程采用的是欄桿后置方案。

自動欄桿后置模式是將自動欄桿安裝在收費亭后，檢測線圈4上方，本次工程保持收費島上原有自動欄桿位置不變。這種模式無需對原有的MTC收費島進行加長改建，島上現(xiàn)有設備位置也不用調整，只需在島頭部分增加ETC專用設備、車牌識別系統(tǒng)。后置模式如圖3所示。

圖3 ETC車道自動欄桿后置模式

2.4.3 車輛檢測器和檢測線圈布設方案

車輛檢測器設置在欄桿機內或者收費亭內，用于將來自檢測線圈的信號轉化為開關量信號。檢測線圈1設置在DSRC通信區(qū)域前，檢測車輛的進入；檢測線圈2設置在DSRC通信區(qū)域后，檢測車輛的駛入和記錄通行車輛數(shù)量。檢測線圈3為原有MTC車道抓拍觸發(fā)線圈，本次工程作為備用線圈。檢測線圈4設置在自動欄桿機前，用來檢測車輛的駛出。

3 電子不停車收費系統(tǒng)運行

電子不停車收費系統(tǒng)(ETC)運行過程：

1) 行駛車輛到達檢測線圈1，檢測到有車輛通過；

2) 檢測線圈1和RSU共同檢測該車輛是否有電子標簽；

3) 行駛車輛進入DSRC通信區(qū)域，讀寫天線與電子標簽和卡片進行通訊，判斷當前車輛電子標簽和卡片是否有效，如有效則進入交易程序；如無效則報警器發(fā)出報警信號，欄桿降落，車道通行燈變紅；

4) 如交易完成，車道計算機控制欄桿抬起，車道通行燈變綠，綜合信息顯示屏顯示“歡迎駛入”檢測線圈2觸發(fā)車牌識別系統(tǒng)，進行車牌識別；

5) 車輛通過自動欄桿下的檢測線圈4后，如果后面有合法車輛則欄桿保持抬起狀態(tài)，如果后面沒有車輛或者是非法車輛，則欄桿落下。以非省界ETC出入口為例，系統(tǒng)工作流程如圖4、圖5所示。

4 結束語

ETC系統(tǒng)和普通MTC相比有著巨大優(yōu)勢，在車輛增長率不斷提升的大環(huán)境下，ETC技術的優(yōu)勢凸顯的尤為重要，相信隨著ETC技術不斷的研究和開發(fā)，必然會使我國整體公路收費水平邁向新臺階。

圖4 非省界ETC車道入口交易流程圖

圖5 非省界ETC車道出口交易流程圖