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1.1概述

由于我国高速公路普遍采用封闭式收费制式各省市在联网收费系统中普遍采用了基于IC卡作为通行券的人工现金收费MTC方式随着国家系列金卡工程金融电子化和交通一卡通进程的加速公路收费中电子支付的需求被提上了议事日程顾名?#23478;?#30005;子支付就是采用电子化的方式实现货币支付公路收费中的电子支付就是采用非现金付费的方式实现过路费支付它代表了公路收费行业的技术发展方向公路收费中实现电子支付的主要方式有记帐卡信用卡预付卡电子钱包等?#21462;?#22914;?#20301;?#35299;收费站区拥堵提高通行效率为公众提供高水平的服务是我国高速交通行业面临的重要课题

电子不停车收费ETCElectronicTollCollection系统通过安装在车辆挡风玻璃?#31995;?#36710;载单元与收费站ETC专用车道?#31995;?#24494;波天线之间的无线通信利用计算机联网技术进行后台结算处理实现不停车条件下通行费的电子支付从而大幅度提高收费站的通过能力?#22836;?#21153;水平

在各种公路收费的电子支付手段当中基于专用短程通讯DSRC技术的电子不停车收费ETC技术以其具有免除现金交易无需停车快速通过?#34892;?#25552;高通行能力大大提升服务水平简化收费管理降低环境污染等等明显特点和优势广为受人青睐这种技术自90年代初面世以来先后在北美欧洲日本澳洲新加坡等地得到了广泛应用被?#23548;?#35777;明是一种必将取代传统人工收费的先进的非现金支付方式的电子收费技术手段

目前除日?#23601;?#20854;他国家普遍采用的电子收费技术方案大都是单片式系ETC统这对于以开放式收费为主经济发达ETC车辆的比?#27663;D越?#39640;的应用环境来讲是非常适合的但国外这种人工收费系统和电子不停车收费系统完全分离的运营模式对于我国这样大规模的公路联网收费系统而言可能会面临以下几方面的问题路网规模大导致ETC系统规模庞大一次性投资高建设周期长风险大大多数入口收费站?#32479;?#21475;收费站的交通量小车道数?#21487;٣?#21333;独辟出一条专用 ETC车道在?#20004;?#19978;既困难在利用率上又不经济由于各收费站缺乏备份ETC车道整个电子收费系统的可靠性和健壮?#36234;?#26080;法得到保障

而日本的双片式车载电子标签系统采用的是双天线是在全国所有收费站上建立ETC入出口车道即ETC构成一个独立运行的封闭式网络投资很高ETC电子标签及IC卡发行模式复杂由此可以看出国际上现有的ETC技术方案及运营模式并不适合我国区域经济发展不平衡条件下的联网收费新形势的要求要在我国成功地推动ETC收费应用需要在方案上予以突破

为适应中国国情交通部高速公路联网收费暂行技术要求要求采取人工半自动收费为主电子不停车收费为辅的组合方式并明确提出电子不停车收费系统宜采用两片式ETC电子标签加双界面CPU卡的高安全性组合预付卡方案以实现电子不停车收费方式与IC卡半自动收费方式的兼容与互补?#20445;?#21363;在ETC的技术基础上进一步发展出了组合式电子收费技术

电子收费系统能够大大提高站区的通行能力简化交费?#20013;?#38477;低站区拥堵同时未来能够实现跨区域乃至全国联网电子收费是今后一个时期高速公路收费的发展方向应加快开发和应用

1.2系统目标

组合式电子收费系统的整体目标是在各路?#25105;?#32463;实现IC卡现金收费的基础上采用基于两片式电子标签的组合式收费技术向用户提供MTC和ETC两种方式下的非现金方式电子支付服务以最经济最?#34892;?#30340;手段实现?#26082;?#25910;费避免交通拥堵提高服务质量降低运营管理成本

组合式电子收费系统的优点如下集中了IC卡收费和ETC收费的优点在联网收费系统中实现了人工方式和ETC方式的?#34892;?#32467;合可?#22253;?#20132;通量等?#23548;是?#20917;按需设置ETC车道数量系统可靠性高投资及规模富有弹性易于试点和推广为联网收费系统开展预付卡业务提供了方便快捷安全可靠的解决途径为解决?#34892;?#22478;市的环城公路网及区域经济圈内城间公路网的交通瓶颈提供了?#34892;?#25163;段?#29615;?#21512;中国金融卡规范及电子商务等国家鼓励发展方向

由此可以看出组合式电子收费技术?#24708;?#21069;国内经济发展不平衡条件下解决联网电子收费系统建设的最佳技术选择它既解决了高速公路联网收费的电子化支付问题又能克服了ETC应用初期面临管理与推广应用方面面临的困难

1.3应用方式

组合式收费系统的用户在封闭路网下典型应用方式如下

典型应用方式

组合式电子收费的服务方式包括

1停车方式的现金付费

以目前广泛采用的非接触式逻辑?#29992;IC卡作通行券实现人工收费方式的现金交费继续为公路用户提供熟悉的入口领卡出口交费的持通行卡现金付费业务一方面是主流的现实需求另一方面可以保护已有车道系统投资

2停车方式的电子付费非现金

以IC卡CPU卡或逻辑?#29992;?#21345;实现人工收费方式的电子付费用户省去了携带大量现金的麻?#24120;?#20063;不用交额外的服务费收费单位也避免了现金收费中错收漏收找零贪污等现象如果使用符合PBOC规范的CPU卡除了可作为记帐卡使用之外还可作为储值卡使用在收费车道从卡上电子钱包直接扣款免去了透支等弊病系统运营管理成本?#22836;?#38505;可大大降低

3不停车方式的电子付费非现金

以IC卡加两片式电子标签实现不停车收费方式的电子付费车辆快速通过ETC车道安装在车道的电子标签?#21015;?#22120;天线可?#36234;?#21161;车载电子标签远距离快速?#21015;?#21452;界面CPU卡中的数据信息从而实现免停车通过收费站并完成收费交易

由此可以看出组合式电子收费技术?#24708;?#21069;国内经济发展不平衡条件下解决联网电子收费系统建设的最佳技术选择它既解决了高速公路联网收费的电子化支付问题又能克服了ETC应用初期面临管理与推广应用方面面临的困难

组合式联网电子收费技术是一?#20013;?#22411;的联网电子收费技术它利用双界面CPU卡和两片式电子标签实现了人工半自动付费方式和电子不停车收费方式的紧密结合可?#22253;?#20132;通量等?#23548;是?#20917;按需设置ETC车道数量具有投资及规模富有弹性系统有较充?#20540;?#22791;份措施可靠性高易于试点和推广等方面的优点从而很好地解决了单片式电子收费系统在联网收费环?#25345;?#24212;用将会面临的难题

1.4运营模式

高速公路组合式收费系统运营模式如下

运营模式

1一卡通服务?#34892;?#20027;要负责支付卡与电子标签的管理其中包括支付卡与电子标签的发行及日常管理支付卡的后台结算等并向用户提供多种?#31361;?#26381;务同?#22791;?#36131;统一技术规范和联网收费一卡通行的有关管理条例作为整个系统的运营?#34892;模?#19968;卡通服务?#34892;?#21521;用户提供各种完善的?#31361;?#26381;务为路桥业主提供结算服务委托发行代理发行储值卡委托清算银行完成清算的划帐业务

2路桥业主是收费系统的投?#24335;?#35774;单位负责收费系统的运营管理及维护路桥业主接受一卡通服务?#34892;?#25552;供帐务清?#20540;?#31995;统服务向一卡通服务?#34892;?#32564;纳一定比例的结算服务费

3银行主要负责根据一卡通服务?#34892;?#30340;转帐指令实现对一卡通服务?#34892;ġ?#36335;桥业主及记帐卡用户间的帐务清算

4用于高速公路组合式收费系统的电子支付卡IC卡及电子标签OBU由一卡通服务?#34892;?#32479;一进行初始化和发行用户在服务?#34892;?#25110;其指定的营业网点办理电子支付卡和电子标签申购?#20013;?#19968;卡通服务?#34892;?#20026;用户提供各项服务对于记帐卡用户还应与银行签订帐户的转帐授权书以保证一卡通服务?#34892;?#33021;够及时获取通行费用

5用户持有电子支付卡并安装了两片式电子标签则可使用本路段上面的ETC车道享受不停车收费的服务当然也可以从MTC车道通过但如果只申请了电子支付IC卡则只能从MTC车道通过

6用户在MTC和ETC车道的通车和消费交?#36164;?#25454;通过收费站上传到收费管理?#34892;模?#30001;收费管理?#34892;?#36827;行清算

7帐号卡用户需定期例如月结到收费管理?#34892;?#36827;行还款储值卡预付卡用户则需在余额不足的时候到指定服务网点进行IC卡充值

1.5系统架构

在规划和设计联网收费一卡通行系统的时候系统的整个架构从完整性上考虑应该包括区域收费系统和一卡通服务系统两大部分区域收费系统是指区域级联网收费系统即通常包括车道系统收费站系统收费?#31181;行模?#21306;域系统收费?#34892;?#31995;统四级架构一卡通服务系统是指联网收费的后台支撑结算系统和支付卡的发行与用户服务系统

组合式收费系统在收费站级以上部分与一般的收费系统配置完全一致所不同的是在前台的车道级系统上采用一种独特的以两片式电子标签+双界面CPU卡为核心的组合式收费技术实现了一张卡片可以从?#25105;?#30340;ETC车道或者MTC车道出入前台系统框架如下图所示

符合ISOCEN等国?#26102;?#20934;的ETC路侧?#21015;?#22825;线及控制系统

采用支持ISO7816-1-2-3-4ISO14443协议的专用IC卡收费机具

在封闭式路网内根据交通量的大小按需设置电子收费车道组合式电子收费功能特点为系统可?#22253;帐导市?#35201;设置电子收费车道数量和收费方式

在交通量较大设有ETC车道的收费站用户可?#36234;?#21452;界面IC卡插入双片式电子标签以免停车方式通过ETC专用车道

在交通量相?#36234;?#23567;仅设有人工收费车道的收费站用户可以采用双界面IC卡以预付刷卡的方式通过普通人工收费车道

对于固定往返于设置有ETC车道的收费站的通勤车辆如客货运输车辆公?#26223;?#36710;等则可以采用相对廉价的单片式电子标签实现免停车方式通过ETC专用车道

ETC车道控制系统的可靠性设计也是一个重要的方面整体的可靠性保障需要综合考虑硬件和软件平台的选型与架构设计同时要有具备充分容错能力的车道模式和控制流程的设计组合式收费车道系统中的ETC车道一般采用专用车道模式这样任何在ETC车道未能正常处理?#22836;?#34892;通过的车辆包括误入车辆和系统设备或车载设备失效引起的未交易车辆等均通过辅助的车流引导设施交通标志地面标线隔离墩交通锥等引导至旁边MTC车道交由人工收费系统进行后续处理一个简单的图例示意如下图

图例示意

在专用车道模式下车道控制流程可以得到大大的简化从而使得车道控制系统的容错性设计相对没?#24515;?#20040;困难系统的可靠性大大提高一个简单的车道主控流程如下图所示

车道主控流程

1.6.2ETC车道设置原则

ETC车道设置原则

说明考虑到充分发挥ETC的优势组合式ETC收费车道的设置原则为如下三点?#28023;?主线收费站2重要城市出入口3其他交通流量大的地方在交通量较大或重要城市出入口?#39029;?#36947;资源丰富的收费站可设置ETC专用车道车辆用户可?#36234;?#21452;界面CPU卡插入两片式电子标签以不停车付费的方式通过ETC专用车道在交通量相?#36234;?#23567;或车道资源有限的条件下仅设置人工收费车道用户可以采用双界面CPU卡以预付刷卡的方式通过收费站这样就能按需设置ETC车道数量系统可靠性高投资及规模富有弹性易于试点和推广

另外根据工程?#23548;?#32463;验组合式ETC收费车道系统的设计原则为?#28023;?专用2中置3低速这主要考虑到双片式ETC交易中对电子钱包的处理流程比较复杂典型交?#36164;?#38388;为0.25秒同时充分结合交通管理?#31995;?#23433;全需要而确定的

1.6.3ETC车道布局

ETC车道布局

说明ETC收费岛比MTC收费?#21512;?#21069;加长7米主要的ETC车道设备均安装在这加长的7米岛头上

ETC车道主要组成设备有路侧?#21015;?#25511;制器RSU车载机OBU通行信号灯报警器字符叠加器费额显示器自动栏杆机车道计算机含显示器键盘主机车道控制器雨棚信号灯车辆检测器地感线圈摄像机读卡机具?#21462;?#35265;下图

ETC车道主要组成设备

1.7技术特点

1扩展性强

ETC车道可根据?#23548;市?#35201;进行逐步扩展初期可以只在高速公路主线收费站?#32479;?#27969;量大形成交通瓶颈的城市出入口收费站设置ETC车道以实现电子不停车收费提高收费效率缓解交通压力而大多数匝道收费站的交通量较小收费车道数?#21487;٣?#21333;设一条ETC专用车道既困难又不经济不符合按需进行系统配置的原则因此暂不设置ETC车道待用户群扩大需求真正形成后再进行扩充设置在该方案大大降低了高速公路收费系统实现一卡通行的改造成本在?#24335;?#25237;入和系统规模上富有弹性易于试点和推广投资风险大大降低

2真正一卡通行

用户安装电子标签后可将支付卡插入电子标签在有提供ETC收费服务的车流量大的收费站和主线站通过ETC车道实现免停车免现金的支付卡交费而在车流量小的匝道收费站可?#36234;?#25903;付卡抽出交给收费?#20445;?#20351;用停车方式的支付卡交费真正实现了持一张路桥收费卡即可从任?#25105;?#20010;收费站的任?#25105;?#26465;入口车道无论ETC或MTC进入封闭的高速公路又可以从任?#25105;?#20010;收费站的任?#25105;?#26465;出口车道无论ETC或MTC交费通过

3真正电子钱包

在传统的单片式电子标签收费系统和普通非接触逻辑?#29992;IC卡系统中由于缺乏足够安全的双向?#29616;?#25216;术最多只能当作记帐卡使用无法进行实时的?#24335;?#39564;证给系统运营单位带来巨大的透支风险组合式收费技术方案采用高安全性的CPU卡作为存储介质并采取规范的双向?#29616;?#25216;术可以胜任在任何没有实时在线连接和后台验证的收费点脱机进行基于电子钱包方式的金融交易这种技术在应用上完全符合中国人民银行PBOC发布的中国金融集成电路IC卡规范为联网收费开展储值卡业务提供?#31246;?#20840;可靠的解决途径并且符合国家大力倡导的金卡工程和电子商务发展方向

前台系统框架

1.6ETC车道系统

1.6.1ETC车道设计要点

ETC收费车道系统是组合式收费系统设计的关键按照交通部联网收费暂行技术要求中提出的ETC车道设计基本原则是内侧低速专用?#20445;?#36825;个要求是切合国内高速公路的使用?#23548;?#30340;组合式收费车道系统正是遵循这一原则并结合两片式电子标签+双界面CPU卡的技术特点把ETC车道系统设计成相对低速的收费车道在匝道式收费车道条件下这种车道系统一般?#24066;?#30340;速度是在60公里/小时以下为了便于收费现场管理一般把车道通行速度限制在30公里/小时以内限速主要通过辅助的交通标志和安全控制设施自动栏杆来实现在这个设计速度下每个匝道的通行能力已经超过1500车次/小时比普通的MTC车道180~250车次/小时高出5~7倍比较充分地发挥了ETC车道快速处理的能力

采用双界面IC卡和两片式ETC电子标签作联网收费系统的预付卡介质

4支持多应用扩展

IC卡电子支付方式的引入还使得组合式收费技术的拥有了另一个明显优点即系统具备极强的多应用扩展能力可?#36234;?#21512;高速公路相关产业的特点无缝扩展到服务区加油站便利店餐饮汽修点汽车美容服务等场合也可以扩展到城市中的公交一卡通出租车收费公安交通管理中的车辆管理驾驶员管理交通运输中的?#33487;?#31649;理规费征收等场合作为一张交通IC卡使用真正做到交通一卡通

系统首次应用电子收费专用短程通信的国家标准在历经两年的研究及工程应用?#23548;?#20013;对国家标准进行了补充和完善形成了完整的工程应用规?#30701;?#31995;其中的核心规范被转化为交通部高速公路联网电子收费示范工程规范

通过技术规范层面及工程产品层面的综合改进使ETC车道理论通行速度从40km/h提升至70100km/h大大提高了车道服务水平

研究制定了电子收费核心设备工程化规模化应用关键技术指标的检测方法和规程开发完成了相配套的检测测试设备及软件工具初步建立了一个电子收费核心设备及系统的检测试验平台在项目研究设计和工程应用过程中极大促进了基于国家标准的电子收费产品和系统的成熟度和可用性

从技术方案和标准规范以及设备实现的层面实现了国标IC卡与北京市政交通一卡通卡包括非接触逻辑?#29992;?#30721;以及CPU卡的兼容

建立了完善的ETC车道标识系统指路标志振动标线增加黄色标线比例ETC发光指示标志等实现ETC用户的科学指示和引导

为了方便用户充值续费扩展系统服务能力建成国内唯一可通过银行ATM终端及加油站快速充值终端进行电子收费充值服务的系统开通终端3000多台系统服务能力提高到百万用户数量级

1.8关键设备

1.8.1概述

在组合式收费技术中收费车道系统使用一种基于5.8GHz微波频段的专用短程通信DSRC技术设备来实现电子不停车收费ETCDSRC设备主要由路侧设备RSU?#32479;?#36733;设备OBU组成路侧设备主要是指安装在车道控制系统前端的起信息采集作用的微波?#21015;?#25511;制器其由天线?#25237;列?#25511;制器组成车载设备OBU主要是指安装在用户车辆上作为记录车辆通行信息的移动设备由两片式电子标签与IC卡组成DSRC设备的构成如下图

DSRC设备的构成

在微波?#21015;?#25511;制器中天线是一个微波收发模块负责调制解调编码解码无线链路传送的数据?#21015;?#25511;制器是控?#21697;?#23556;和接收数据以及处理信号收发的模块微波?#21015;?#25511;制器以无线通讯的方式与电子标签进行数据交换采集和更新标签中的收费信息并通过串行口与计算机通讯

与DSRC设备中两片式电子标签配?#36164;?#29992;的还有IC卡IC卡可以是逻辑?#29992;?#21345;也可以是CPU卡IC卡作为通行券和付费卡使用可以根据运营需要设计成记账卡方式和储值卡方式的两种应用记账卡方式下与普通的帐号卡付费形式完全一致操作简便快捷后台电子结算对于大宗固定的车队式用户有较大的吸引力储值卡方式下?#23548;?#19978;是一个电子钱包这对于降低运营风险向广大社会车辆用户大面积推广有很大的好处通常在IC卡片技术选择的时候考虑到公路收费行业IC卡中储存的?#24335;?#39069;度比较大IC卡建议采用符合PBOC金融安全应用标准的CPU卡

1.8.2两片式电子标签

两片式电子标签同单片式电子标签比较多一片可插拔的作为扩展存储器使用的IC卡两片式电子标签主要作为车辆识别卡和通信中继器使用电子标签中只记录车牌号车?#31361;?#36710;辆的物理参数为车道系统提供车辆识别信息而帐号金额方面的信息则储存在IC卡内电子标签与IC卡之间可?#36234;?#34892;数据交换ETC 车道天线可?#36234;?#21161;车载电子标签远距离快速读取IC卡中的数据信息从而实现免停车通过收费站并完成收费交易

1.8.3双界面CPU卡Mifarepro卡

双界面CPU卡是基于单芯片的集接触式与非接触式接口为一体的智能卡接触式与非接触式两种接口共享同一个微处理器操作系统和EEPROM双界面CPU卡具有接触?#22836;?#25509;触两套通信接口其中非接触通信接口标准分为TYPEA型和TYPEB型由于TYPEA型通信方式完全兼容MifareI标准所以在本系统中采用TYPEA型的双界面CPU卡以便于同一台IC卡?#21015;?#26426;具完成两种类型卡片的操作

1.8.4非接触式IC卡?#21015;?#26426;具

目前国内高速公路已使用的非接触IC卡?#21015;?#35774;备完全具有支持双界面CPU卡进行通信的能力或者通过?#21015;?#35774;备软件升级就可以很容易地具备这种能力但由于双界面CPU卡必须在双向安全?#29616;?#30340;基础上才能进行电子交易要求IC卡车道专用收费机具预置安全?#29616;?#27169;块PSAM卡接口及卡座PSAM卡由储值卡发行管理机构统一安装


1.8.5电子标签?#21015;?#35774;备

ETC设备需符合交通部关于高速公路联网收费的暂行规定附录四电子不停车收费设备应用技术条件暂行规定

1.8.6DSRC设备的国产化

基于两片式电子标签的组合式联网收费和电子支付系统的顺利建成大大推动了我国组合式收费关键技术设备DSRC设备的国产化进程目前国内有少数厂商已掌握了高端的自主知识产权的5.8GHz微波频段两片式DSRC技术研制出国产两片式DSRC设备OBU电子标签和RSU车道微波天线并成功应用于高速公路组合式收费系统建设项目中

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