高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)中計(jì)重收費(fèi)的應(yīng)用

2013-04-17 17:13:31高世君

交通運(yùn)輸研究 2013年12期

高世君

（山西省交通信息通信公司，山西太原 030006）

0 引言

公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，簡(jiǎn)稱ETC）是目前世界上最先進(jìn)的車輛收費(fèi)方式。ETC是微波無線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息處理、自動(dòng)控制等多項(xiàng)高新技術(shù)在公路收費(fèi)系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用，它利用車載電子標(biāo)簽自動(dòng)與安裝在路側(cè)或門架上的微波天線進(jìn)行信息交換，計(jì)算機(jī)根據(jù)插入在電子標(biāo)簽內(nèi)的IC卡信息自動(dòng)識(shí)別出道路使用者，然后根據(jù)通行路徑長(zhǎng)短扣除通行費(fèi)。ETC系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)，方便用戶通行，加快放行速度和提高收費(fèi)效率，減少目前高速公路存在的嚴(yán)重?fù)矶卢F(xiàn)象，將會(huì)成為未來高速公路主要的收費(fèi)方式。

1 系統(tǒng)用途及國(guó)內(nèi)外技術(shù)

由于車輛信息和用戶信息在發(fā)行時(shí)已寫入車載設(shè)備，ETC系統(tǒng)獲取車輛的數(shù)據(jù)信息要比通過牌照識(shí)別、地感線圈等手段采集的數(shù)據(jù)更為全面和準(zhǔn)確。ETC技術(shù)所提供的高效、準(zhǔn)確、及時(shí)和豐富的數(shù)據(jù)信息可以輔助交通部門對(duì)車輛進(jìn)行管理，改進(jìn)運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)水平、為客戶提供個(gè)性化服務(wù)。此外，DSRC采用5.8GHz微波通信，具有先進(jìn)的通信功能，為ITS領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)車輛與道路基礎(chǔ)設(shè)施、車輛與車輛之間提供單向或雙向交互式通信服務(wù)提供了技術(shù)手段，使車輛能夠享用交通信息網(wǎng)絡(luò)中的各種資源，也為交通信息中心提供行駛車輛的有關(guān)數(shù)據(jù)等功能提供了技術(shù)手段。從長(zhǎng)期看，ETC技術(shù)除了服務(wù)于電子收費(fèi)及車輛管理外，完全有潛力擴(kuò)展到高速公路交通信息發(fā)布、車輛定位、交通誘導(dǎo)和緊急事件處理等領(lǐng)域。

各發(fā)達(dá)國(guó)家在ETC技術(shù)推進(jìn)和聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)方面都經(jīng)歷了較為漫長(zhǎng)的過程。美國(guó)、歐洲和日本是較早研發(fā)不停車收費(fèi)系統(tǒng)的國(guó)家，并向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提交過有關(guān)不停車收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的草案，其中歐洲和日本提出的標(biāo)準(zhǔn)較為成熟，獲得了較為廣泛的支持。

我國(guó)目前ETC系統(tǒng)硬件采用的5.8GHz車載電子標(biāo)簽的集成芯片，大部分從國(guó)外直接引進(jìn)，然而這些集成芯片方案均不能滿足國(guó)標(biāo)的要求，所能應(yīng)用的只是無線射頻發(fā)射部分，無線射頻接收部分均無法實(shí)現(xiàn)，軟件功能的集成則更處于起步階段。加快開發(fā)符合中國(guó)國(guó)標(biāo)的ETC專用集成芯片不但是ETC行業(yè)的整體需求，也是關(guān)系到ETC行業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。改變ETC芯片全進(jìn)口的局面，需要芯片設(shè)計(jì)符合《電子收費(fèi)專用短程通信物理層》（GB／T 20851.1—2007）和《電子收費(fèi)專用短程通信數(shù)據(jù)鏈路層》（GB／T 20851.1—2007）的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)要嵌入電源管理模塊，最大限度優(yōu)化芯片工作電流和待機(jī)電流，將射頻單元、基帶處理單元、安全模塊和讀卡單元進(jìn)一步集成，從而降低成本，真正實(shí)現(xiàn)電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)的全面國(guó)產(chǎn)化。

我國(guó)在用系統(tǒng)基于國(guó)標(biāo)體系下的車道收費(fèi)系統(tǒng)，正處于快速發(fā)展與規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵時(shí)期，雖然發(fā)展的有利條件已經(jīng)具備，但瓶頸因素依然不少。山西省高速公路ETC系統(tǒng)自2010年12月10日試運(yùn)行以來，在系統(tǒng)總集成過程中依然存在諸多問題，主要有以下幾方面：

a）國(guó)標(biāo)、部標(biāo)問題 ETC系統(tǒng)的核心設(shè)備RSU、OBU雖都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備也經(jīng)過了交通運(yùn)輸部ITS中心的嚴(yán)格測(cè)試，并出具了測(cè)試報(bào)告，但不論國(guó)標(biāo)、部標(biāo)均為最“低”標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)指標(biāo)相對(duì)寬泛；

b）技術(shù)路線問題目前RSU和OBU之間的數(shù)據(jù)交換及綁定存在兩種模式，即“前綁定”與“后綁定”，國(guó)內(nèi)各個(gè)廠家的技術(shù)路線雖不同，但均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，又各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如何取舍，如何運(yùn)用是一個(gè)難題；

c）車道線圈問題山西省ETC車道目前采用“三”個(gè)線圈，其它省份大多采用“五”個(gè)線圈；

d）RSU與OBU的匹配問題 ETC系統(tǒng)供貨廠家不同，車道數(shù)據(jù)交換模式便不同，從而出現(xiàn)兩個(gè)廠家四種交換模式的問題；

e）網(wǎng)絡(luò)通信問題 ETC系統(tǒng)發(fā)行與充值僅支持在線服務(wù)，需保證網(wǎng)絡(luò)通信暢通，而各省高速公路通信網(wǎng)絡(luò)不同，經(jīng)常存在網(wǎng)絡(luò)不通的問題，影響ETC的發(fā)行、充值以及數(shù)據(jù)的上傳和拆分；

f）檢測(cè)設(shè)備問題 ETC系統(tǒng)建設(shè)只能依靠交通運(yùn)輸部ITS中心的檢測(cè)，各省缺少必要檢測(cè)手段，無法做出完整判斷，產(chǎn)品是否合格不能確定；

g）RSU和OBU的安裝問題最好的RSU角度和OBU的安裝位置無理論支持，只能依靠現(xiàn)場(chǎng)探索性安裝；

h）管理軟件問題無經(jīng)驗(yàn)借鑒，無法提前提出完整的軟件需求；

i）發(fā)行網(wǎng)點(diǎn)問題網(wǎng)點(diǎn)少，限制了OBU的發(fā)行速度。

總之，盡管國(guó)外ETC系統(tǒng)運(yùn)行很成功，具有一定特色，但有些技術(shù)特點(diǎn)和運(yùn)營(yíng)方法能否適合中國(guó)，需要結(jié)合我國(guó)道路使用者的行為特點(diǎn)深入評(píng)估分析和利用。以車道部分為例，有專用車道和混合車道兩種模式，有收費(fèi)員值班管理和無人值班管理兩種模式，有設(shè)高速欄桿和不設(shè)欄桿兩種模式，有低速通行模式和高速通行模式，從違章逃費(fèi)行為的處理看，有現(xiàn)場(chǎng)處理和圖像抓拍事后處理兩種模式。因此，高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的研發(fā)勢(shì)在必行，特別研發(fā)高速公路電子不停車計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)，更符合我國(guó)國(guó)情，既能提高快速通行服務(wù)能力，又能減少收費(fèi)值班員，具有一定的推廣應(yīng)用前景。

2 系統(tǒng)技術(shù)路線

ETC作為一種先進(jìn)的車道電子收費(fèi)技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)相當(dāng)成熟，沒有車道隔離設(shè)施，能讓車輛隨意通過收費(fèi)點(diǎn)。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，收費(fèi)時(shí)間段交通量減少了20%～24%，平均時(shí)速也提高了10km，被譽(yù)為世界上最先進(jìn)的電子收費(fèi)系統(tǒng)。在電子收費(fèi)領(lǐng)域，車道電子收費(fèi)代表了當(dāng)今國(guó)際上先進(jìn)的道路收費(fèi)技術(shù)水平。在華北高速與交通運(yùn)輸部公路院承擔(dān)的“高速公路安全信息服務(wù)走廊”研究項(xiàng)目中，ETC的擴(kuò)展應(yīng)用得到充分體現(xiàn)，該項(xiàng)目主要是采用車路協(xié)同技術(shù)，通過在車輛與設(shè)施之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)高速公路安全信息的全覆蓋，在信息的支持下，保障車輛在進(jìn)入高速公路前到離開高速公路后的行進(jìn)過程中，更為安全、舒適和快速。

該項(xiàng)目根據(jù)國(guó)際ETC應(yīng)用和發(fā)展情況，取其優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)應(yīng)用特點(diǎn)擬采用的技術(shù)路線是在單個(gè)車道架設(shè)一個(gè)路側(cè)天線單元設(shè)備，車道采用“五”個(gè)線圈，其中一個(gè)為啟用RSU的觸發(fā)線圈，即RSU在汽車未通過時(shí)可使系統(tǒng)處于“休眠”狀態(tài)，當(dāng)有車輛通過時(shí)令系統(tǒng)“蘇醒”過來并開始工作。這樣有兩大特點(diǎn)：一是RSU的工作壽命較長(zhǎng)；二是可以有效避免鄰道干擾。在“抓拍線圈”和“落桿線圈”之間增加一個(gè)“存在線圈”，以防少數(shù)所謂“懂行”的人員與車輛，故意將未裝OBU車輛停放在此處，待后邊過來的裝有OBU的車輛交易完成，欄桿機(jī)抬桿瞬間搶先駛出，達(dá)到逃費(fèi)的目的。數(shù)據(jù)處理方式采用同一時(shí)間只處理一個(gè)交易的方法完成，因?yàn)檐囕v通過車道的車速基本在40km／h以下，需要120s完成交易。

在ETC收費(fèi)系統(tǒng)項(xiàng)目基本完成后，應(yīng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)ETC自由流收費(fèi)系統(tǒng)。自由流模式下環(huán)境更為復(fù)雜，存在車輛跟馳、并馳、超車和換道等行駛狀況，還存在通信區(qū)域重疊、車輛高速通行和車輛定位等技術(shù)問題，雖然GB／T 20851.2—2007對(duì)通信鏈路建立過程中的防碰撞機(jī)制作出了相應(yīng)的規(guī)定，但我國(guó)目前用戶的車載單元不具備任何防碰撞機(jī)制。另一方面，ETC系統(tǒng)對(duì)交易時(shí)間有較高的要求，自由流電子收費(fèi)中的車輛車速達(dá)到120km／h，要求RSU與OBU至少應(yīng)在60s內(nèi)完成交易，但我國(guó)目前的系統(tǒng)設(shè)備如卡片運(yùn)算處理時(shí)間慢，所以影響整個(gè)交易時(shí)間，這是自由流模式下需要解決的另一個(gè)技術(shù)難題。交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院的劉鴻偉在2011智能運(yùn)輸大會(huì)分論壇上曾針對(duì)自由流收費(fèi)系統(tǒng)的前端設(shè)備、后臺(tái)結(jié)算、發(fā)行系統(tǒng)、稽查系統(tǒng)及政策支持等全方位提出了多車道自由流收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)施的總體解決方案，可以借鑒。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

盡管國(guó)內(nèi)目前還沒有將動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)與ETC技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用，但實(shí)現(xiàn)載重車輛電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)勢(shì)在必行。項(xiàng)目總體建設(shè)目標(biāo)是建立車輛識(shí)別、稱重和不停車收費(fèi)等多技術(shù)相結(jié)合的高速公路電子不停車計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)，在總目標(biāo)下需要完成的具體目標(biāo)如下：

a）將動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)應(yīng)用到ETC中，實(shí)現(xiàn)車道的混合收費(fèi)（MIC），解決目前ETC專用車道的占用問題，緩解收費(fèi)出口壓力，快速放行高速公路使用者，處理?yè)矶略斐傻拿埽?/p>

b）將雙稱臺(tái)專利技術(shù)應(yīng)用到ETC中，提高收費(fèi)車道的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，解決動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)存在的稱重精度問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)重量預(yù)警和冗余問題；

c）對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)改進(jìn)，進(jìn)一步提高稱重精度和系統(tǒng)運(yùn)行效率，解決稱重穩(wěn)定性所組成的復(fù)磅問題和車輛超限超載問題；

d）將防作弊專利技術(shù)應(yīng)用到ETC中，隨時(shí)識(shí)別作弊，并采用算法跟蹤分析，減少通行費(fèi)率損失，彌補(bǔ)動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)缺陷，徹底解決托磅問題。

4 系統(tǒng)實(shí)施的社會(huì)效應(yīng)