ETC门架与CPC卡交易情况分析

欧春森

（福建省宁德高速公路有限公司，福建 宁德 352100）

1 ETC门架与CPC卡交易情况分析

1.1 ETC门架对CPC卡的捕获率

捕获率是指某个时间段内，ETC门架识别并记录下的CPC卡数与途径这个门架的CPC卡总数的比例，理想状态下为100%。

通过收费站监控系统排查发现约有相当比例的取CPC卡出口车辆是通过拟合方式进行计费的，并不是按CPC卡内信息计费。检查这些CPC卡内信息，绝大部分只有出入口信息而无行程经过的门架信息。这个情况说明这些CPC卡在行程内并未被相应的门架捕获，导致没有写入交易信息。利用收费监控软件提取某个收费站一个时间段内入口的CPC卡号，并查询同一时间段在收费站入口A道、B道方向第一个门架捕获的交易数据中是否包含这些卡号，就可以计算出CPC卡被ETC门架的捕获率。

以2021年11月29日霞浦收费站为例，全天取CPC卡入口车辆数1 964张（总发卡1 972张，其中8张现场回收未进高速），与车辆经行的A、B道第一个门架当天所有交易的CPC卡号进行比对（门架数据取值时间段为11月29日0:00至11月30日1:00，以防止数据遗漏），门架捕获正常交易数为1 798张（正常交易总数为1 841张，其中拟合数据43张，剔除拟合后为真实交易数据），交易异常数为42张。故完全未被门架捕获数为124张（1964-1798-42）。门架捕获率为（1964-124）/1964=93.69%。用同样方法计算赛岐、下白石收费站入口与相应门架的CPC卡捕获率，结果与之相近。随机挑选几张未捕获到的CPC卡，查询行程所经的其他门架交易信息，结果只有出入口信息，意味着在行程中其他门架也没有捕获到这些CPC卡。

1.2 ETC门架与CPC卡的异常交易

以2021年10月10日至2021年10月16日霞浦机维站所属八个门架CPC卡交易数据作为数据分析样本。为期一周的交易数据分析中可以看出错误代码156（上行DSRC数据解码错误）、错误代码155（无DSRC数据返回超时）交易失败异常代码的交易数分别为3 719张、629张，二者合计超过异常交易总量5 350张的80%。

参照交通部下发的《取消高速省界收费站工程ETC门架系统PC-RSU接口文档》《高速公路复合通行卡（CPC）技术要求（交通部43号公告）》等文档可以得知，路段ETC门架系统RSU与CPC卡间的DSRC通信流程划分为通信链路建立、获取计费信息、写入计费信息和链路释放四个主要阶段，其交易流程时在获取计费信息步骤同时完成CPC卡的外部认证。RSU与CPC卡DSRC通信链路建立失败就属于未捕获，156代码是表示RSU读取CPC卡计费信息失败、155代码是表示RSU写入CPC卡计费信息失败。

查询11月29日霞浦至三沙门架CPC卡交易成功率为97.35%，霞浦至盐田门架CPC卡交易成功率（交易成功次数/通行总量*100%）为95.82%。那么这两个门架实际的交易成功率=原来计算的交易成功率×捕获率，结果为90%左右，与平台统计的交易成功率相差不少，更与交通部撤站工程中《高速公路ETC门架系统技术要求》的交易成功率99.9%差距甚大。平台与交通部文件中都默认门架对CPC卡的捕获率为100%，测试结果并不如此。

140异常代码是表示入口时间不合法，不同于上述通信时信息交互失败，是指从CPC卡上读取的入口时间超过7个自然日。

正常车辆在高速公路上行驶时间不会超过7天，超过七天时间的CPC卡最大的可能就是入口取卡后因各种原因未收回，流失到社会车辆上的CPC卡。以宁德管理公司霞浦机维站10月11日至10月17日所属8个门架CPC卡交易数据作为数据分析样本，140异常代码占据交易失败原因第二的位置，达到0.58%（对比省内其他门架，沈海线门架140异常代码交易失败较多，猜测与跨省货车较多有关，其他门架140异常代码为0.25%～0.3%之间）。例如，12月1日，宁德公司发现1部从溧宁闽浙省界入口，在湾坞收费站出口的车辆，车上携带72张入口超过七天的CPC卡，造成当天该车途径的多个门架CPC交易成功率低于95%。根据门架提示的CPC卡140异常代码过车信息和车牌信息，跟踪这些车辆在高速上的其他行程，在监测系统上同样会出现相同卡号的CPC卡140异常代码交易，说明如果这些过期CPC卡放置在车内，只要这些车在高速上行驶，就会影响门架CPC交易成功率。排查过程中发现一些ETC车辆上也携带有过期的CPC卡[1]。

156、155、140三种异常交易代码占据了所有交易失败总量的95%以上，是捕获到的CPC卡交易失败的主要原因。

2 导致CPC卡交易失败原因分析

（1）通过监测系统跟踪发现CPC卡在某个门架上出现156异常交易代码失败，在同一行程中经过其他的门架大多数情况仍会出现156异常交易代码。

在收费站出口选取上一行程156代码的CPC卡，放置在机维站车辆上，途径不同路段的门架测试，多数依然在所经过门架出现156异常交易代码。上述情况说明出现156代码交易失败的原因与车辆以及通过的门架无关。

CPC卡休眠状态下的工作电流在微安量级、与RSU通信时工作电流在毫安量级，两者相差上千倍。从现象推测可能是CPC卡与RSU交互时功率增大，CPC内置电池带载能力不足有关。为了证实上述推测，进行以下实验。

从收费站出口按上一行程门架交易记录正常、交易代码156错误、门架未捕获这三种情况各挑出两张CPC卡，合计6张CPC卡。记录卡号后，拆开CPC卡分别测量内置电池在休眠状态下电压、并联47欧电阻模拟CPC卡与RSU进行通信时的工作电压（测量结果见表三）。156代码CPC卡在经行门架时用万用表测量电压，在离门架不足20米电压显著下降。休眠状态下，测量电池电压3V与标称值相近。在CPC卡内电池两端并联接入47欧姆电阻模拟与RSU交互工作时电流增大的情况，则正常CPC卡电池电压与异常卡有显著差异，给4张异常CPC卡换上正常交易CPC卡的电池后，重新入口经行门架测试，交易成功，验证了通信失败是CPC卡电池老化、内阻增大，带载能力不足所致。具体见表1。

表1 CPC卡电池带负载测试

上述实验表明部分电池供电能力不足的CPC卡没有被及时地检测出，导致CPC卡与RSU的交易失败。

（2）CPC卡生产厂家及发行方交易成功率分析。通过信科运行监测系统查询福建所有门架2021年10月10日到10月16日CPC卡发行方交易成功率，发现不同的CPC卡发行方的CPC卡交易成功率相差较大。具体见表2。

表2 门架CPC卡发行方交易成功率

从表2可见，辽宁和江西发行的CPC卡交易成功率达到99%以上，福建本省发行的CPC卡成功率也在98%以上，查询结果表明大多数发行方所发CPC卡交易成功率均在98%以上，将门架交易成功率拉低的主要原因为部分省份发行的CPC卡交易成功率极低，如天津、内蒙。部分省份成功率较低，但通行门架数量巨大，如广东、湖南。

通过万集RSU日志查询CPC卡生产厂家交易成功率，成谷、万集、聚力三家生产的CPC卡占交易总量的70%，平均交易成功率能达到99.5%。而千方和航天两家占比不足4%，但交易成功率平均只有60%左右，占比虽小，但极大的影响了交易成功率。如以CPC卡交易成功率前三家的数据来看，剔除一些其他因素，RSU与CPC卡的交易成功率应该能达到99.7%以上。从以上分析可以得出结论：影响CPC卡交易成功率的主要因素是通行介质CPC卡，少数厂家的CPC卡质量影响了整个交易成功率。而与门架上的设备关系不大[2]。

（3）无法准确识别低电量CPC卡。之前分析了造成CPC卡不能被捕获、交易失败的主要原因是CPC卡电量不足。在收费站随机查看100张CPC卡，80%以上在2019年11月以后发行，余下的为2018年8月后发行，使用时间均未超过5年，从数据上分析，目前流通中的CPC卡已有10%左右电量不足，达不到交通部《高速公路复合通行卡（CPC）技术要求（交通部43号公告）》规定的CPC使用寿命大于5年的要求。

CPC卡在出入口时工作电流由卡片内置的线圈感应读卡器发出的电磁波来工作，并不需要卡内电池提供电流。因此，即使卡内电池已经失效，也不影响出入口信息的读写。在收费站财务的CPC卡管理软件上进行CPC卡出入库管理登记时，有CPC卡电量显示一栏，当读卡器读卡显示低电量，将分拣出不投入流通，收费站入口也有低电量卡不予写卡的功能。但读卡器读出的电量数据是由CPC卡内部电路自检后提供的，无法真实体现CPC卡在与RSU通信时的电池状态。通过询问收费员与财务人员，还存在有些CPC卡在入口时显示低电量，收集到财务室再读电量又正常的情部。在测试中发现，有些卡电池虚焊，读取电量仍显示100%，相关厂家发送的电量信息是虚假的。这说明现在使用的CPC卡电量检测方式无法有效地判别卡片电量，是导致大量电量不足的CPC卡仍在流通，是门架CPC卡交易成功率不高的主要原因[3]，具体见图1和图2。

图1 CPC卡内部结构

图2 上位机测试结果

3 失效CPC卡识别方式探讨

撤站工程实施后，高速公路实现全国联网收费，跨省车辆的一次通行里程可能大幅增加，从北方到南方、从西部到东部，跨越数省，行程数千千米，经过门架可达上百个，更兼有一些路段实行差异化收费政策，如果取CPC卡的车辆不能与门架RSU成功交易，无法按车辆途经的真实路径实现计费，则必然会出现同一车辆、同一行程收费金额不同的问题。不仅造成通行费流失，给各省清分结算带来困难，也是造成收费站出口争议、车户投诉的重要原因，同时也影响了高速公路文明服务的形象。因此如何有效地识别出电量不足的CPC卡，是保证准确计费、减少争议的重要手段[4]。初步设想有两个办法可以实现低电量CPC卡的有效识别：

（1）以福建省为例，信科的监测软件应加上检索未捕获卡的功能，记录下相应卡号，加上与门架交易不成功的156、155异常交易代码等因为电量不足导致通信失败的卡号，作为一个数据包定期发送下发各收费站车道，在出、入口读卡时提示，由收费站回收此类卡，类似黑名单处理方式。

（2）利用手持OBU天线，增加与CPC卡的通信协议，模拟CPC卡与门架RSU在5.8G发射功率通信时的消耗，如果能够完成通信流程，电池应该就没有问题。可与财务读卡器结合，在CPC出入库管理中测试CPC卡的电量。

4 结束语

通过本文分析，得出以下结论：一是随着使用时间延长，CPC卡电池电量总会耗尽。以后投入使用的CPC卡可以设计成具备无线充电，收费站放置回收卡片的卡箱提供充电功能，延长CPC卡使用寿命、或者卡片结构设计成便于更换电池。二是因为CPC卡电池耗电主要是在与RSU通信时，技术规范中使用寿命改为与RSU通信次数来评估更为合理；三是入口时间超时CPC卡并不是真正通行车辆的介质，可不列入交易成功率计算。