不停车电子收费系统的构成及工作流程
不停车电子收费系统的构成及工作流程1．不停车电子收费系统构成
主要由前台ETC车道设备、后台计算机管理系统及车载电子标签三个部分组成。(1)前台ETC车道设备
是以车道控制计算机为核心，其他辅助设备包括微波天线、车道线圈、车辆检测器、高速自动栏杆、费额显示器、通行信号灯、报警器等。车道计算机判别通过不停车电子收费车道的各种车辆的通行凭证、车辆进出口地址和时间，计算本次通行费额，并核查通过车辆的合法性，作出原始记录，并整理成数据文件传送给后台计算机管理系统。(2)后台计算机管理系统
实际上是一个计算机网络，包括客户服务系统、结算系统和银行管理系统等。主要工作包括车载电子标签的发行管理、前台收费数据接收、处理、结算及道路运营管理等。(3)车载电子标签
是由发行单位安装在车辆仪表台上或挡风玻璃上的微波装置。使用前，由电子标签发行中心将车辆的有关信息数据写入电子标签，发放给客户。所有发出的电子标签，在电子标签发行中心均建有档案。
现以收费站不停车电子收费方式为例，说明一次不停车收费的交易过程。ETC车道人口：
收费车道人口处设置不停车电子收费车道标志和通行信号灯，在ETC车道，埋设两个车辆检测线圈。当车辆驶入ETC车道，进入第一个线圈工作区后，线圈检测器发出信号，激活天线(读写器)进入工作状态。车辆进入通信区后，车载电子标签与安装在该车道的天线以微波通讯方式进行双向数据交换。车载电子标签将车辆信息传给车道天线，再由天线转发给车道计算机进行核查。车道计算机核查车牌照号、车型信息等数据，同时向车载电子标签写入车辆入口信息。如为有效合法电子标签，自动栏杆抬起，车辆放行。当车辆通过第二个线圈后，自动栏杆落下，车道计算机将交易数据上传至后台计算机系统。如果进入车道的车辆为非法无效电子标签或是无电子标签的误入车辆，自动栏杆不抬起，拦截非法车辆，并发出声光警报，现场稽查人员将对其进行处理。ETC车道出口：
当车辆驶入ETC出口车道时，与入口车道的数据交换过程相同，车道计算机系统根据电子标签存储的车辆入口信息，判别车辆合法与否，计算收费金额，从其账户上扣除本次应缴数额，并记录交易数据，上传后台计算机管理系统，与此同时费额显示器显示通行费数额及车辆有关信息。如为非法车辆，人工干预程度与人口相同，同时，对违章车辆进行图像抓拍存档备查。当正常使用该ETC出口车道的车辆驶出第二个线圈时，自动栏杆落下，费额显示器显示的内容也被清除。
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本科生课程论文
论文题目电子不停车收费系统研究
学生专业班级学生姓名（学号）指导教师
完成时间
201*年11月28日
目录
摘要1前言2一、电子收费系统概况2（一）引言2（二）电子收费系统的发展历史21.欧洲国家32.日本和新加坡33.美国4（三）我国不停车收费系统的现状4（四）研究意义4二、ETC电子收费系统工作原理5三、ETC电子收费系统构成5四、ETC电子收费系统功能6五、ETC电子收费系统工作流程6六、结论7参考文献8
电子不停车收费系统研究
【摘要】在我国随着用户拥有车辆的增多，高速公路的交通拥堵情况也越来越严重，迫切需要寻找快捷的收费方式解决收费站收费效率低的现状。电子不停车收费系统已经成了目前世界上最先进的路桥收费方式，电子不停车收费系统通过电子自动收费的技术手段，提高了公路的交通能力、车辆运行效率、降低了油耗和车辆损耗，减少了尾气排放，达到了节约能源和保护环境的目的。因此研究高速公路电子不停车收费系统成了目前国内外交通行业的热点，文章就电子不停车收费系统的概况、原理、系统构成、系统功能、工作流程等进行了具体分析。
【关键词】高速公路电子收费系统ETC
前言
一、电子收费系统的概况（一）引言
电子不停车收费系统（ETC，ElectronicTollCollectionSystem）是智能交通系统中一个重要的研究领域和应用环节，通过电子自动收费的技术手段，提高了公路的交通能力、车辆运行效率、降低了油耗和车辆损耗，减少了尾气排放，达到了节约能源和保护环境的目的。是世界上所有工业发达国家解决大交通量收费道路停车收费拥堵现象和提高服务水平的手段之一，在我国ETC收费已经有了小部分的实践，能否进一步实施对全国来说具有非常重要的意义。
在智能交通系统中，电子收费(ETC)是相当重要的一环。90年代起，我国交通部展开了一系列的电子收费项目组织和研究工作。目前多个示范点的工程已经开始了试运行。这些工程基本都是采用了国外的车辆识别技术和DSRC短程通讯手段，所以也称为ETCbasedonDSRC，即基于OSRC的不停车收费系统。这种技术方式经过国外的多个系统测试，已经比较成熟。但基于DSRC技术的收费站点建造昂贵，同时这种收费方式在我国随着区域性收费转向联网收费的过程中也存在着一定的问题。在这种情况下，欧洲首先提出了基于GPS一CN的不停车收费系统，并在少数几个国家进行了实验。而这种新的不停车收费系统的产生是有其技术背景的。
随着无线通信技术的迅速发展，越来越多的智能交通系统(ITS)中运用无线通信技术进行车辆的调度、监控、防盗等各种服务。现在第三代无线移动通信技术已付诸于商用，其高速率的数据通信能力在智能交通系统的有着更广阔的应用前景，因此，目前世界各国都对此进行了大量的研究。同时，全球定位技术(GpS)在交通系统中的使用也越来越普及，特别是在日本、美国和欧洲;我们国家也已经出现了比较成熟的产品，在相关政策的支持下，各地的车载定位和导航装置也在逐渐增加。在这种情况下，采用无线移动通信系统和全球定位技术相结合的电子收费方式也渐渐进入了人们的视线。
（二）电子收费系统的发展历史
不停车收费应用也有近20年时间，主要应用在美国、日本、意大利、法国
及新加坡等国家，由于ETC技术已有较长的发展历史，美国以及欧洲许多国家和地区的电子收费系统已经局部联网，并逐步形成规模效益。（1）欧洲国家
欧洲国家在80年代中期就开始实施电子收费系统（Telepass），它仅能在同一高速公路集团公司的路网中通用，这期间的电子收费系统一般采用第一代只读车载电子标签，有电子收费系统总处理中心和采用后付款方式。从1990年至1995年底欧洲国家主要实施第二代电子收费系统，其特征是采用欧盟推荐的5.8GHzDSRC频率和可读/可写电子标签。其它典型的项目有葡萄牙的BRISA开放式电子收费系统和意大利米兰-罗马高速公路封闭式电子收费系统。意大利在30%的收费站使用不停车收费设备，该收费方式每分钟可处理30辆车。意大利AutostradeS.P.A公司的Telepass系统可以认为是目前世界上最庞大的不停车收费网络，不停车收费交易次数达到每日50万次。电子收费系统在欧洲国家很难被社会普遍接受，主要是人们担心隐私问题和可能增加车辆所有者的额外负担。
（2）日本和新加坡
日本从201*年开始，大坂、名古屋等多条高速公路进行ETC建设，共计100多个收费站，400多条ETC车道。日本采取的是接触式CPU卡加两片式电子标签和双ETC天线方案，车道设双向打开的高速栏杆，无人值守，具有很高的安全性和车道通行能力，有完善的密钥扩散机制和电子标签发行流通体系，但车道系统投资和电子标签的成本都很高。新加坡使用的电子公路收费系统，包含两道闸门，闸门上装有阅卡器、天线、感应器和自动摄影机等。要进入电子系统控制的收费地区或路段，车辆必须安装阅卡器，阅卡器因收费标准不同有不同的设计。车辆进入闸门前，驾车人要确保阅卡器附有现金卡，现金卡也有足够的存储现金当车辆进入收费的第一道闸门时，电子系统的天线就会启动，“审阅”阅卡器的现金卡；车在进入收费的第二道闸门时，感应器就从阅卡器中扣除规定的收费；如果没有阅卡器，或阅卡器的现金卡储存值不足，摄影机就会自动摄下车辆的牌号，并自动将照片等信息传到行动中心，执法人员就可以追查出违章的车主。目前，不停车电子收费已经在新加坡全国推行，成为了居民生活不可分割的部分。
（3）美国
美国是当今世界上高速公路最多、设备最完善、路网最发达的国家，也是不停车收费使用最早的国家，最著名的联网运行电子收费系统是E-Zpass系统。E-Zpass系统采用专用车道、混合车道两种模式，都有收费员值班，E-Zpass专用车道规定了时速不超过5英里的限制，并有相应的标志牌提示，以便给收费人员和道路使用者确保一个安全的收费环境。另外，美国基本上是采用开放式收费制式构成的网络。
（三）我国不停车收费系统的现状
我国的电子收费系统从引进到实施，经过了一段时间的实践，目前也取得了一定的进展。如今国内的ETC系统采用的基本都是基于DSRC技术的不停车收费系统。由于早期的不停车收费系统的引进采取公路管理部门自主引进的方式，没有一个统一的标准，各个地区不停车收费系统的技术标准不尽相同。至于车道结构、通信网络、监控系统等等更是各行其是。至今我国的基于DSRC的技术标准也还在制定和完善中，仍未公布。
如今，我国公路收费系统从各路段独立收费的状态步入了联网统一收费、通行费多业主拆分的时代。在实施区域联网收费的进程中，标准的不一致，协调上的困难，使我国的不停车收费系统逐渐暴露出了一些问题:
1、各个城市的不停车收费系统需要在地区内得以统一，比如说首先在省的范围内。这就需要扩大规模，路网规模的扩大，将导致ETC系统规模的扩大，使一次性投资增加，周期更长，风险更大。
2、现有的不停车收费系统造价比较高，许多关键的设备需要引进。3、国内己建的收费站中，大多数的入口收费站和出口收费站的交通量小，车道数量少，如果考虑单独辟出一条专用的ETC车道在建设上比较困难，在利用率上又不够经济。
总之，我国的ETC项目进展并不顺利，有些大项目碰到了很复杂的协调问题，有些项目正式运行后因多种原因无法扩大规模，用户群较小。与半自动收费方式相比，电子收费系统的运行市场化特色更浓一些，要求运营公司有很高的商业运作能力。在现阶段，各方面的精力主要集中在人工半自动的区域联网收费工作上。
（四）研究意义
电子收费是通过设置在收费站的天线与通行车辆的车载装置之间实现通信与数据交换，自动接收发送有关支付通行费信息的系统。采用该系统，通行车辆不必在收费站停车缴费即可通过，从而增大了收费站的处理能力。电子收费优势明显，它将彻底改变目前半自动收费的窘迫现状。ETC的优点是：（1）方便客户长途旅行（2）提高收费车道通过率（3）提高管理效率（4）费额流失减少（5）节约能源（6）改善收费站环境
二、ETC电子收费系统工作原理
ETC电子收费系统主要利用车辆自动识别技术，通过路侧车道或门架上控制
系统的信号发射与接收装置（RSU）识别车辆上的车载单元(OBU)的“电子标签”，ETC车道计算机根据“电子标签”中存储的信息识别出车辆的基本信息，根据车辆行驶情况从车主的银行账号或储值中扣除通行费。交易成功后,车道栏杆自动抬起，放行车辆；车辆通过后，栏杆自动降下。整个过程不需人工干预，车辆不停车快速通过ETC收费车道。
三、ETC电子收费系统构成
ETC电子收费系统主要由ETC收费车道、收费站管理系统、ETC管理中心、
专业银行及传输网络组成。根据分工的不同，系统又可分为前台系统和后台系统两大部分。
前台主要通过ETC收费车道系统实现不停车收费。ETC车道设备主要由天线、天线控制器、触发线圈、抓拍线圈、落杆线圈、自动栏杆机、通行信号灯、闪光报警器、车道计算机、车道控制器、费额显示器（带余额显示功能）、车道摄像机、字符叠加器、雾灯、车牌识别系统等组成。
后台系统由收费站管理子系统、ETC管理中心和专业银行组成，负责后台的ETC交易数据服务、运营参数管理以及系统运行监控，并通过数据接口软件，在站级实现ETC电子收费系统与联网收费系统的数据处理工作。ETC管理中心是ETC
系统的最高管理层，既要进行收费信息与数据的处理和交换，又要行使必要的管理职能。后台系统根据收到的数据文件在公路公司和用户之间进行交易、拆帐和财务结算，配有多台功能强大的计算机，完成系统中各种数据、图像的采集和处理。
四、ETC电子收费系统功能
(1)探测车辆的驶出、驶离并对车辆进行计数，传送检测结果。结合车辆识别，可判断车辆是否有电子标签（OBU）；
(2)具有实时图像抓拍和车牌识别功能。当车辆通过车道时，抓拍设备自动对车辆图像进行抓拍并保存，识别车牌号码并保存；
(3)在人口车道将人口收费站、车型等信息写入苏通卡信息；在出口车道，更具车辆经过的人口收费站、费率等计算通行费金额；
(4)根据车道计算机控制指令正确控制车道设备动作，包括自动栏杆的升起、通行信号灯的切换、报警器的开关、费额显示器的显示、大棚灯的切换等；
(5)完成车道和收费站之间的数据交换。包括接收收费站下达的信息、上传苏通卡原始通行费数据、人口车道的过车信息等；
(6)如果车辆通过ETC车道时出现异常，车到系统将拦截该车车辆不允许通行，系统不再对该车辆进行出路，由收费站工作人员引导至隔壁的MTC车道。
五、ETC电子收费系统工作流程
（1）当装有电子标签的车辆进入通讯范围，首先压到埋入地下的触发线圈，启动读写天线；
（2）读写天线与电子标签进行通讯，电子标签以微波方式发出电子标签标示和车型代码，读写天线接收并判别电子标签的有效性，如果电子标签有效则进行交易，无效则报警并保持车道封闭，直到车辆离开检测线圈；
（3）对于持无效卡或无卡的车辆，若其在收费车道上高速跟车冲卡而过，读写天线在确认无效性的同时，将启动快速自动栏杆，关闭收费车道，当场将冲卡车辆拦截。
（4）如交易成功，车道控制栏杆抬起，车道交通信号灯变绿，费额显示器上显示交易信息；
（5）车辆通过抓拍线圈时，系统进行图像抓拍，字符叠加器将过车信息叠加
到抓拍图像中；
（6）车辆通过落杆线圈后，栏杆自动回落，车道通行信号灯变红；（7）系统保存交易信息，并上传至收费站服务器，一个收费流程完成，等待下一车辆进入。
六、结论
随着国际社会ITS（智能公路运输系统IntegretTranfermationSystem简称ITS）研究开发的进展和我国不停车收费系统建设的迅速兴起，必将形成一个规模庞大的市场和产业机会。相对于MTC来说，ETC收费的优势越来越突出，但目前的ETC电子收费系统仍然存在通信技术、跟车干扰、货车不适用、误报警、投资成本高等问题，以及相邻省之间ETC技术标准不完全统一、密钥体系标准不同、联网收费运营管理机制不同的问题，随着通信技术和跨省ETC技术的不断提高，ETC电子收费系统必将依靠其难以比拟的灵活性和可扩展性，在高速公路收费管理中得到广泛的推广和应用。
参考文献
（1）李斌,黄海军.新加坡道路收费系统的实践和经验.公路交通科技,201*（2）张北海.国内电子不停车收费系统发展现状.国际智能交通,201*（3）许宏科.高速公路收费系统理论及应用.北京:电子工业出版社,201*（4）陈红伟．智能化监控在公路不停车收费系统中的应用.应用科技，201*（5）任曙光．不停车电子收费系统在高速公路收费中的应用（6）许亚兰．基于ＧＳＭ的无人值守停车场管理系统设计．现代电子技术，201*
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