电子不停车收费系统(ETC)的设计及实际应用

王艳

摘要：电子不停车收费系统（ETC）作为高速公路收费站的一项重要组成部分，在简化收费站作业流程、降低来往车辆管理压力等方面具有显著的应用优势。ETC在实际运作中，主要运用了车辆自动识别、车辆检测等技术手段，具有较高的识别精度。现阶段的ETC应用中还存在一些不完善的地方，例如邻道信号干扰等。在今后的应用中，要通过继续进行技术优化、使用新型电子设备等措施，提高ETC的实用效果。

关键词：ETC;高速公路;车辆自动识别;邻道干扰

中图分类号：R47 文献标识码：A

实现自动化、智能化管理，是我国高速公路管理系统的发展趋势。截至2018年底，ETC用户规模已经达到6500万，覆盖了国内大多数高速公路收费站。在技术不断发展和高端设备研发的支持下，需要根据实际需求对ETC设计进行持续优化，以便更好地发挥其实际应用价值，从而更好地服务于高速公路管理工作。

1 高速公路ETC工作原理

ETC系统的工作流程主要是在車辆身上安装一个携带车辆信息的标签，在车辆进入高速公路之后，系统通过读写电子标签携带的信息，获取车辆相关信息，在车辆还未进入收费站路段时便已识别车辆的车型、车轴距、车高等信息。车辆经过收费车道时不需要停车，只需要将车速保持在一定的范围内，通过车辆安装的电子标签就可以和收费站门架上的天线进行通信，完成数据的交换，并通过预先关联的银行账号完成自动缴费。

2 ETC应用优势

2.1降低了收费站运营成本

高速公路普通收费站的运营成本，主要包括前期的建设费用以及后期的人员费用。相比之下，ETC专用车道只需要安装读取器等电子设备，就可以实现收费功能，其成本大幅度降低。从工作流程上来看，普通车道的车辆需要提前减速、停车，取卡后等待升降杆升起，然后才能顺利通过。如果是车辆驶出高速公路，还需要增加收付款环节，因此整个流程需要至少30s时间。如果遇到节假日等车流高峰，高速公路收费站发生堵车现象十分常见。而ETC专用车道则可以保证车辆不停车通过，不会出现拥堵等问题，直接减轻了收费站的工作压力。

2.2符合绿色交通理念

汽车尾气排放是导致雾霾天气、造成空气污染的罪魁祸首之一。就汽车行驶状态来说，匀速行驶下尾气排放量最少，在启动、加减速时尾气排放量明显增加。在收费站普通车道中，汽车需要减速停车，然后再加速驶出。如果遇到堵车情况，还需要频繁熄火、启动，尾气排放要比高速行驶高出十几倍甚至几十倍。相比之下，选择ETC专用通道，汽车可以无障碍通过。随着ETC技术的发展，目前收费站多数安装了先进设备的ETC专用车道，最高允许通车速度达到了80km/h，与高速匀速行驶状态差距不大，尾气排放量处于中低水平，有利于减少空气污染。

3 ETC设计的关键技术

3.1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。

3.2数据库技术

在一些车流量较多的枢纽收费站，ETC系统运行中产生的数据信息较多，并且为了方便后期查询，还需要将这些数据信息暂时存储一段时间。久而久之，这些数据信息也会占用较大的存储空间，甚至会拖慢ETC系统的运行速率。为解决这一问题，在ETC设计中引进了数据库技术。根据数据库系统结构的不同，在一些中小型收费站使用SQLServer数据库，其特点是结构简单，稳定性强，所有服务器均可访问，虽然存储容量较小，但是基本可以满足小型收费站的使用需求。在一些大型枢纽收费站，则使用Oracle数据库，其特点是可拓展性较强，具有数据批量处理能力，目前在我国高速公路收费系统中应用较为广泛。

3.3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 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。

5 ETC应用优化建议

5.1增加ETC专用通道数量

相较于普通高速公路收费通道，ETC专用通道在提升通车能力、减少尾气排放等方面均具有明显优势。同时，随着ETC相关技术的不断成熟，也为ETC的推广使用提供了技术支持。在高速公路车流量不断增加的背景下，下一步也需要适当增加ETC专用车道的数量，特别是对于一些高速公路枢纽站，设置2-3条ETC专用车道可以极大地缓解高速公路收费站在车流高峰期的拥堵现象。

5.2提高ETC信号抗干扰能力

通过收集ETC实际应用中出现的一些故障，发现信号干扰是一种比较常见的问题。根据干扰类型的不同，可以将其分成两大类：一类是邻道干扰，在同时有两条或两条以上ETC专用车道的高速公路收费站，相邻两条ETC车道上的电子标签读取设备可能会发生串扰，误读相邻车道车辆的信息。另一类是跟车干扰，当前后两辆车以较高速度、较近距离相继通过ETC专用车道时，读取器不能精准读取后一辆车的电子标签。针对这两种干扰问题，下一步要通过优化设计和改进技术，进一步增强ETC的实际应用效果。

5.3大力推广ETC应用

建议交通运输部门联合各类社会力量，加大推广ETC应用，进一步提升和完善ETC服务，同时积极探索高速公路收费与“互联网+”融合发展的模式和路径，密切跟踪高速行驶状态下车辆识别、手机移动支付等新技术的研发、试点和应用，不断提升公路服务水平和车辆运行效率。

结束语

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。首先对ETC的工作原理和应用优势进行了简要概述，然后对ETC设计中使用到的关键技术以及实际应用效果展开了分析，最后基于当前应用状况提出了几点优化建议。

参考文献

[1]ETC系统的邻道干扰问题分析及射频指标控制[J].胡宾，李全发，高文宝.公路交通科技.2011（S1）

[2]河南省高速公路ETC关键设备邻道干扰研究[J].白文娟，朱岩，邓博.中国交通信息化.2016（05）

[3]河南省高速公路ETC关键设备邻道干扰研究[J].刘懿.河南财政税务高等专科学校学报.2015（06）.