物联网环境下ETC自动收费系统的应用研究

李 逦 辽宁行政学院　辽宁沈阳 110161

【文章摘要】

经济的迅速发展，车辆的增多，带来交通方面的各种问题。本文从我国现阶段路桥收费情况入手，主要对物联网环境下的ETC 自动收费系统进行了分析与研究。

【关键词】

物联网；ETC ；自动收费系统

0 引言

随着经济发展和生活水平的提高，交通流量持续增长所致的交通堵塞、事故频发和环境污染等负面效应日趋严重。作为现代交通重要组成部分的公路，时常是人们选择出行的方式。对于通过高速公路、桥梁、隧道等区域的收费方式，除了原始的完全人工收费方式外，还有另外两种收费方式：人工半自动收费（MTC）和全自动收费（ETC）。基中作为目前主要发展方向的ETC，已经成为世界各国优先研究、发展和应用的热点，已经在欧洲、北美、南美、亚洲的许多国家和地区得以成功应用。

美国1986 年在连接新泽西和纽约的林肯大道、1989 年在达拉斯北部高速公路、1995 年在日通行量达25 万辆的91 号州级公路上，均采用ETC 收费；亚洲新加坡1994 年就完成ETC 实验工程，使收费过程完全自动化；马来西亚和中国台湾也在高速公路和隧道实行了ETC 收费。

1 我国现阶段路桥收费状况

我国高速公路收费站90% 以上采用的是人工收费方式，人工收费方式存在很多弊端：收费设施落后，收费站口易出现拥护状况；收费方式、标准不统一；财务管理混乱，票款流失严重；收费时间长且效率低，导致收费站因车辆排队交费而成为车辆快速通行的瓶颈之一。同时，由于停车缴费造成的车辆频繁制动引起的机械磨损、油耗、噪声和大量尾气等问题，使得开发和研究自动收费系统成为我国公路交通迫切需要。

随着互联网发展与物联网技术的应用，我国的部分高速公路已由完全人工收费发展为半人工半自动收费、全自动收费以及与世界发展方向吻合的组合式收费（MTC+ETC）。虽然大部分公路收费仍采用“入口领卡，出口交卡付费”的MTC 方式，但从1995 年广东佛山投入使用中国大陆首套ETC 系统后，已有大批ETC 系统开始投入使用。据估计，到2020 年中国大陆高速公路总里程数将达到35000KM，作为高速公路建设投资金回收主要途径的路桥收费，将发挥更重要的作用。

2 ETC

ETC（Electric Toll Collection）全自动收费，也称为不停车收费。该方式全部收费过程无须人工参与，可由电子化全自动完成，是智能交通的发展方向。目前是世界各国交通部门优先研究、发展和应用的技术之一。

ETC 系统是一种利用专用短程微波通信技术，通过路侧单元（RSU）与车载单元（OBU）的信息交换，自动识别车辆，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费扣除的全自动公路收费方式。当车辆通过ETC 收费站时，地感线圈检测到车辆进入车道，触发安装在ETC 天线架的射频读写器，射频读写器开始与安装在汽车挡风玻璃上的车载系统进行双向通信和信息交换，将数据传送给ETC 收费站电脑，ETC 收费站电脑根据不同情况来控制管理系统产生不同的运作，如从该车的预付款账户中扣除此次应交的费用，并送出指令使其他辅助设施工作，交易成功后，挡车器自动升起，放行车辆，车辆通过后，挡车器自动放下。整个收费过程无须人工干预，用户可不停车地快速通过ETC 收费站。

通过不停车电子收费的技术手段，可以提高公路的通行能力、车辆运行率，同时降低油耗和车辆损耗，减少尾气排放， 起到节约能源和保护环境的作用。

3 ETC 自动收费系统的应用研究

ETC 自动收费系统按功能应设置以下几个模块：车道控制系统、运营管理系统、收费站管理系统等。

3.1 车道控制系统包括控制子系统、自动判断型子系统、数据采集子系统、车辆检测子系统、闭路电视子系统和信号控制子系统。各子系统功能如下：

① 控制子系统：主要由车道栏杆控制机、收费员计算机终端组成，它是整个自动收费系统的核心，负责控制自动收费车道所有设备的运行、收费业务操作的管理，以及与收费站计算机的通信和数据交换。

② 自动判断型子系统：主要由光栅、高度检测器和轴数检测器等组成，通过采集车辆的调度和轴数等参数，经过综合分析来比较车型。

③ 数据采集子系统主要由射频自动识别读写器（即路侧设备，RSU）和射频电子标签（即车载单元，OBU）构成。射频电子标签可安装在汽车挡风玻璃内侧的上方，在电子标签内写有标签编号、车号、车主、车型、应缴费金额、剩余金额和有效期等信息。射频自动识别读写器被安装在收费岛的前端，通过由磁波从射频电子标签上读取有关信息，并同步传送给国道控制主机。

④ 车辆检测子系统可由三组环形线圈组成。第一组可安装在收费岛的入口， 用于激活天线读取电子标签信息；第二组可安装在收费岛的中间出口处，用于控制通行信号灯和偏叉信号灯的状态；第三组可安装在收费岛的出口端，用于统计车量，并控制自动栏杆、通行信号灯和偏叉信号灯的工作状态。

⑤ 闭路电视子系统可由车道摄像机和收费站监视器等组成。车道摄像机安装在收费岛前端，用于拍摄非法通过的违章车辆。

⑥ 信号控制子系统主要由通行信号灯、偏叉信号灯和自动栏杆等组成，主要用于提醒驾驶员正确使用自动收费车道。

3.2 运营管理系统

运营管理系统是联网收费系统的核心层，各收费中心利益的实现都是通过该运营系统完成的，需要完成以下功能：汇集各个自动收费系统提供的收费信息；监控省或更大范围内所有收费站管理系统的运行状态；发行、管理和维护电子标签的用户信息；管理和维护电子标签的中央账户信息等。

3.3 收费站管理系统

该模块主要负责与通行的车辆通信、读写车载电子标签的信息并进行计费处理，控制车道的交通设备；监控ETC 车道的工作状况；将车道控制机上传的原始过车数据传送到上级部门，接收车辆置换表、最新费率表以及待注销的电子标签名单，将这些信息下传到车道信息内；此外还要进行本收费站内的数据处理，包括：记录查询、报表统计、人员管理等。

4 小结

随着国民经济的发展需要，道路运行车辆逐年增加，高速公路网络已经形成。ETC 自动收费是利用RFID 技术并综合计算机网络技术发展起来的，主要用于解决当前交通收费效率低下的各种问题。一方面，可以允许车辆高速通过，减少车辆在收费口缴费、收钱等运作引起的排队问题，另一方面，可使公路收费走向电子化，降低收费管理成本，提高车辆运营效率， 降低收费口噪声水平和尾气排放，杜绝少数不法收费员贪污路费，减少国家损失。

【参考文献】

［1］赵林度，陈宇、任宗伟. 电子证件物联网[M], 中国物资出版社， 2011.8

［2］熊茂华、熊昕、陆海军. 物联网技术及应用开发[M]，清华大学出版社，2014.3

【作者简介】

李逦（1977.11），女，辽宁行政学院， 硕士，副教授。研究方向：计算机应用技术与电子商务。157

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