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1、ETC系统简介1前言高速大路电子不停车收费系统（ETC）是为了削减道路收费口处的交通拥挤，加快车辆通过收费口的速度而建设的。不停车收费系统承受车载装置纪录代付款协议等信息，插入IC卡后，当通过电子收费口时，利用收费口通信天线与车载设备之间的通信，在计算机收费系统和IC卡双方均完成对通行费的纪录，从而实现电子结算收费。高速大路不停车收费系统具有全路段封闭型、智能卡车载、电子托收、联网分账等特点。通行效率比人工缴费显著提高。系统特点：24小时无人监管不连续工作；车道过车和银行托收都是由系统自动实现；在收费站不设效劳器，通过网络扫瞄器打印报表，降低本钱，提高系统的安全性；银行托收一般在一分钟内完成；
2、供给互联网效劳，电子标签用户可以在网上查询过车费用。ETC系统是利用微波（或红外或射频）技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高技术的设备和软件（包括治理）所组成的先进系统，以实现车辆无需停车既可自动收取道路通行费用。目前，大多数ETC系统均承受微波技术，所以本文主要针对此类系统进展综述。不停车收费系统通过路边车道设备掌握系统的信号放射与接收装置（称为路边读写设备，简称RSE）,识别车辆上设备（称为车载器，简称OBU）内特有编码，判别车型，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用帐户中扣除通行费。对使用ETC车道的未安装车载器或车载器无效的车辆，则视作违章车
3、辆，实施图象抓拍和识别，会同交警部门事后处理。与传统人工收费（ManualTollCollection,简称MTe）方式不同，ETC带来的好处有:无需收费广场，节约收费站的占地面积；节约能源消耗，削减停车时的废气排放和对城市环境的污染；降低车辆部件损耗；削减收费人员，降低收费治理单位的治理本钱；实现计算机治理，提高收费治理单位的治理水平；对因缺乏收费广场而无条件实施停车收费的场合，有实施收费的可能；无需排队停车，可节约出行人的时间等；避开因停车收费而造成收费口堵塞，形成的瓶颈等。高速大路电子不停车收费系统(EleCtroniCTollConeCtiorb简称为ETe)是以现代通信技术、电子技术
4、、自动掌握技术、计算机和网络技术等高技术为主导，实现车辆不停车自动收费的智能交通电子系统。系统通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通信，在不需要司机停车和其他收费人员操作的状况下，自动完成收费处理过程。近年来，随着国民经济和交通运输业务的快速增长，特别是大路交通拥堵和环境污染问题日益严峻，ETC电子不停车收费系统的应用已经受到越来越多的国家和地区的相关部门的关注。ETC电子不停车收费方式，具有全自动、快速便捷、非现金交易、大容量等特点，在当前高速大路收费站点车辆拥堵问题日益突出、扩建收费车道涉及大量征地拆迁及繁琐的上报审批工作和建设资金投入、收费运营治理本钱不断增加等状况下，逐步进展和实施
5、ETC是解决这些问题的较为有效的手段。ETC电子不停车收费系统建成后，车主自行到公司指定的地点或代理机构购置车载电子标签，交纳储值费用，由发行系统向电子标签输入车辆识别码(ID)与密码，并在数据库中存入该车辆的全部有关信息：识别码、车主姓名、联系、车牌号、车型、颜色、储值金额等。发行系统通过通信网络将上述车主及车辆信息输入收费计算机系统。车主将电子标签贴在车内前窗玻璃上即可；当车辆进入ETC收费车道即LI天线的放射区时，处于休眠的电子标签受到微波鼓励而糊涂，随即开头工作，电子标签以微波方式发出电子标签标示和车型代码，天线接收确认电子标签有效后，以微波发出车道代码和时间信号，写入电子标签的存储器
6、内，进口车道栏杆翻开，车辆即可驶入高速大路；到达出口收费站时，当车辆驶入出口收费车道天线放射范围，经过唤醒、相互认证有效性等过程,天线读出车型代码以及LI代码和时间，传送给车道掌握机，车道掌握器存储原始数据并编辑成数据文件，上传给收费站治理子系统并转送收费结算中心，经过验证，出口车道栏杆翻开，车辆驶出高速大路；同时，收费结算中心从各个用户的账号中扣除通行费和算出余额，核对账户剩余金额是否低于预定的临界阈值，假设低于则准时通知用户补交费用，并将此名单(灰名单)下发给各收费站。如灰名单用户不补交金额，连续通行高速大路，导致剩余金额低于危急门限值，则将其划归无效电子标签，编入黑名单，并通知收费站，拒
7、绝无效电子标签车辆通行ETe专用车道，由内保人员引导改走人工收费车道。对于持无效标示卡或无卡的车辆，假设其在收费车道上高速冲卡而过，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。以下图为ETC车道布局示意图。2概述路侧单元(RSU)是兴的ETC产品。它由RSU天线和RSU掌握器组成。其中,RSU天线是一个微波收发模块，负责数据的调制和解调；RSU掌握器掌握数据的接收和发送，生成并处理协议栈信息单元。RSU以DSRC无线通信的方式，和车载电子标签(OBU)进展信息交换，采集和更标签中的收费数据，实时发送给车道收费机。因此，RSU是ETC车道系统的主要标志设备。3E
8、TC系统构成ETC系统由前端系统和后台数据库系统组成，其中前端系统包括ETC车道控制系统、ETC路侧单元(RSU)、ETC车载单元(OBU)以及电子标签、用户IC卡的发行系统。 ETC车道掌握系统：由检测线圈、高速栏杆机、车辆抓拍摄像机和车道计算机等组成，它负责对车道状态进展掌握，并完成信息处理。 ETC路侧单元(RSU)：由微波天线和天线掌握器组成。内含PSAM消费安全访问模块，对车载单元进展安全认证并完成信息采集。 ETC车载单元(0BU)：车载单元OBU安装在用户车辆上，装载用户身份信息和ESAM嵌入式安全模块，在交易时进展安全认证，对用户IC卡进展读写并将信息发送至路侧设备(RSU)0
9、电子标签、用户IC卡的发行系统：完成ETC安全密钥的发放、用户个人信息(包括车辆物理信息和IC卡帐户信息)的录入。I.：,设幻I3.1RSU与ETC车道系统ETC车道布局由于ETC收费系统刚刚在国内实施，并且没有被大多数所熟知，所以在实际使用中不行避开的会消灭非ETC车辆闯入ETC车道的状况，进而降低TETC车道的高通行效率。为了避开这种状况的消灭，治理部门在ETC收费系统实施之时，要加大向用户的宣传力度、在车道前端设置相应提示标志，以尽量避开这种状况的消灭。为了从根本上杜绝这种状况，需要依据自身区域特点合理规划ETC车道布局。目前常用的车道布局有两种：(1)前置式车道布局:布局特点分析：ET
10、C车道无需人为干预，ETC车辆交易成功后，栏杆机抬起，车辆直接从ETC车道通过；非ETC车辆或未正常交易ETC车辆可直接转向MTC车道进展人工收费处理，可较好解决误入ETC车道的非ETC车辆问题，误入车辆不需倒车，直接转向MTC车道即可;前置ETC车道方式通讯区域为10米，高速栏杆机与通信区域距离较近，车辆通行速度一般；根底施工量较大，需做收费岛延长。(2)后置式车道布局：布局特点分析:栏杆机置于通信区域后肯定距离，ETC车辆交易成功后，栏杆机抬起，车辆可快速通过ETC车道；当非ETC车辆误入ETC车道或未正常交易ETC车辆需人工干预处理，指导车辆通行；增加ETC车道设备即可，根底施工简便。在
11、实际的工程施工中，需依据现场的实际工程条件进展以上两种方案的选择。3.2RSU的参考安装方法3.2.1在收费站的入、出口，设置ETC专用车道。通常依据“专用、前置、低速”的原则布置RSU等ETC车道外场设备。3.2.2在ETC车道中，RSU读写天线、车牌识别摄像机、电动栏杆、通行信号灯、黄色闪光报警器等安装在车道前部，并依次排列触发线圈、抓拍线圈和落杆线圈。费额显示器可适当置后，以保证司乘人员在肯定行驶速度下可顺当观看。3.2.3RSU读写天线通常承受悬臂杆安装，固定在车道中心上方5.5m高处。通过安装支架中的万向调整装置调成天线角度，使RSU的通信区域设定在前方-7.5m的范围内。3.2.4
12、考虑到ETC交易的安全性，车辆在ETC车道的通行速度应小于40kmho3.2.5RSU读写天线与RSU掌握器之间承受专用线缆传输，支持传输距离100m。3.3ETC设备安装留意事项当装有OBU车辆由于种种缘由驶入MTC车道（其相邻车道设置了ETC设备）进展缴费时，则该车辆有可能会被相邻车道的ETC设备扣费，进而可能造成该车辆的重复缴费或加大收费工作量；车辆行驶在两条或者多条并行的ETC车道中的某条车道上时，假设相邻车道存在邻道干扰问题，则该车辆有可能会被相邻车道的ETC设备扣费，进而造成该车辆的重复缴费，这即为邻道干扰现象；在同一ETC车道内前后相跟的两辆车中的后车提前交易，同时对未交易的前车
13、进展放行现象称之为车道内跟车。ETC车道上消灭的邻道干扰和跟车现象是由于RSU天线工程安装不标准、RSU天线设计不合理和OBU设计不合、全都性不好理造成的。所以，在ETC收费系统工程实施时，要严格依据施工标准进展施工，优化完善RSU天线辐射器的设计与生产，严控OBU的生产和检测，避开个体OBU接收灵敏度、放射功率特别，完善OBU应用程序，以避开以上问题的消灭，打造高效的ETC车道，真正提高收费系统的收费效率。3. 4ETC车道典型操作流程 ETC工作流程1）车辆驶入通讯区域，安装在车辆上的OBU与RSU成功交易后，栏杆机自动抬杆，车辆通过ETC车道。2）当RSU未能与OBU成功交易或识别出车辆
14、为安装OBU,系统制止车辆直行，并诱导至相邻的MTC车道，取出OBU中的双界面IC卡刷卡通行或按MTC操作后通行。 ETC车道交易流程：PCRSUOBUICCBSTfc-检杳IC卡VST,一有IC卡VST（B2帧）确认验证，恳求OBU信息恳求OBU信息一*OBU信息OBU信息，包括站信息-确认脸证，得到IC卡信息A得到IC卡一,信息得到IC卡和站信息返回IC卡 OBU在入口车道进展信息交换后，接着与出口车道RSU交易，造成U转扣费； OBU到达下一个出口时无入口信息； RSU与邻道OBU发生交易或接收到其数据，造成车道误报警或误抬杆等现象，扰乱车道正常规律；解决措施：1、完善RSiJ性能天线阵
15、列：依据GB/T电子收费专用短程通信中的规定，天线频带上行，下行，半功率波瓣宽度在水平面38。，垂直面45。放射右旋圆极化信号，圆极化天线的穿插极化鉴别率XPD在最大增益方向RSU不小于15dB（对应轴比）,-3dB区域RSU不小于IOdB（对应轴比天线的尺寸掌握在19Onun*10OmIno另外,增益应不低于IOdBi以保证系统其他局部的良好运行。单元贴片的仿真结果显示，其3dB圆极化带宽为3%,在轴比为。经中国泰尔试验室检测，我公司RSU天线通信区域掩盖特性好，区域稳定.，旁瓣电平低，完全满足ETC应用要求。利用RSU设备的应用软件调整RSU天线的放射功率（放射功率可多级准确调整、每级调整
16、信号的实际放射功率经过专业仪器的定量校准），同时通过调整RSU的安装支架来调成天线安装角度（与水平方向夹角3560。范围内可调），可敏捷调整通信区域，掌握在车道通行范围内，通信区域宽度可以有效掌握在3m之内。区域外OBU无法交易。2、承受信道分别技术通过承受PLL（锁相环）结合高稳定度温度补偿晶体参考源等技术手段，可以很好的实现RSU天线放射信号的准确定频和信道分别。在实际使用中，通过应用软件对RSU天线的工作信道可进展设置，使相邻车道的RSU天线工作在不同信道，可有效降低相互的信号干扰，从而避开邻道干扰。6.2车道内跟车的解决方案6.2.1车道内跟车问题在ETC系统的实际使用过程中，不行避开
17、的会遇到车道内跟车的问题。车道内跟车问题将会造成在同一ETC车道内前后相跟的两辆车中的后车提前交易，同时对未交易的前车进展放行，进而扰乱整个车道的工作规律。6.2.2车道内跟车问题解决方案车道内跟车问题的解决单靠ETC设备是不能解决的，这是一个需要车道收费系统各个设备亲热协作，同时承受合理的规律掌握才能解决的问题。在实际的ETC系统应用中，利用RSU设备的应用软件调整RSU天线的放射功率（放射功率可多级准确调整、每级调整信号的实际放射功率经过专业仪器的定量校准），同时通过调整RSU的安装支架来调成天线安装角度（与水平方向夹角3560范围内可调），实现RSU有效通信区域长度的准确掌握（掌握在IO
18、in以内），这样就保证了在RSU有效通信区域长度内最多有两辆车同时存在。同时依据RSU有效通信区域的首末端设置的检测线圈检测到的车辆通过信号：在RSiJ有效通信区域首端设置的检测线圈用于激活RSU设备，同时使缴费车辆形成缴费队列，引导RSU设备进展缴费操作；而设置在RSU有通信效区域末端的检测线圈则是关心收费系统进展工作，如当缴费队列中的先行车辆在后行车辆进入RSlJ通信区域后仍未完成交易，则不会对先行车辆进展放行等。6. 3RSU对各厂商OBU兼容问题解决方案在各厂商均通过国家交通部ITS中心ETC系统物理层专业测试认证和国家交通部ITS中心ETC系统互换性测试专业测试认证的根底上，各厂商O
19、BU与RSU的兼容问题得到了统一框架下的解决方式，但由于协议及物理层细节的区分仍会造成交易不稳定问题。解决措施：1、在产品协议层设计中将严格遵守国家标准及陕西省相关标准，并准确掌握RSU天线的载波频率、位速率、调制系数(限制在，提高RSU天线对不同调制系数的微波信号的兼容性)等物理层特性指标。2、在严格遵循国家标准及陕西省相关标准的根底上，严格掌握RSU天线发送数据的波形，以有助于多厂商OBU的数据接收；同时提高RSU数据接收力量，提高对多厂商OBU所发送数据的兼容力量。我公司车载电子标签(OBU)在北京、湖南、湖北、江苏、山东、云南、武汉等省市ETC测试中，对各厂商OBU具有很强的兼容性。6
20、.4 软件兼容性问题解决方案分析：提高软件协议层兼容性及接口稳定性，是保证牢靠交易的必要条件。解决方案：1、 RSU软件引入“模块化”和“分层”的设计理念，把业务规律和底层效劳彻底分开，从而使软件具有良好的可扩大性，软件整体遵循“稳定、牢靠、敏捷、简便”的设计思路。2、同时软件基于嵌入式可裁剪的实时内核实现，充分利用了嵌入式处理器的强大处理力量，极大提高ETC设备的响应速度。3、考虑到系统升级、功能扩展等不同需求，可以通过串口和网络进展程序的在线升级。6.5 5ETC收费方式与MTC收费方式混合使用解决方案分析：在ETC收费系统推广初期，安装车载电子标签的车辆较少，ETC专用车道的使用率较低，
21、在车流量顶峰期时，ETC专用车道不但不能起到便利快捷的效果，而且还占用车道资源。这就要求车道应具有ETC收费方式与MTC收费方式便利切换的功能。解决方案：1、鉴于ETC车道布局承受前置式布局方式，ETC收费方式与MTC收费方式相对独立，因此为解决ETC收费方式与MTC收费方式混合使用，需车道机软件增加当ETC收费方式与MTC收费方式相互切换功能；2、在原有的MTC系统中添加能够读取CPU卡的读卡机。实现在收费方式切换后配置有车载电子标签的车辆仍可便利通行，实现无现金支付，便利ETC用户。ETC系统的便利快捷表达在车辆以不停车状态快速通行，影响车辆通行速度的因素较多，其中ETC交易时间是影响车辆
22、通行速度的重要因素。提高交易时间是提高系统整体性能的关键。实现车辆在较高速度下通过车道，有利于解决跟车等多种问题。解决措施：我公司通过技术创及不断升级改善，在遵循国家相关标准的根底上，RSU天线的典型交易时间已可到达小于200ms01、程序流程的优化设计车道机、RSU和OBU要进展屡次数据交互，才能完成一次交易。OBU一般设计为被动方式，即交易流程由RSU或者车道机来掌握，目前应用比较多是RSU主控方式，因此RSU设计人员面临着符合ETC交易标准的交易流程设计问题，该交易流程的性能直接影响到ETC交易时间。RSU的程序流程在符合ETC交易标准的前提下，有很多细节可以进展优化。2、RSU与车道机
23、交互通信的优化在ETC交易流程中，RSU天线、RSU掌握器以及车道机之间的通信占用了很可观的一局部时间。从当前各厂家的实现方案来看，RSU与车道机之间的交互根本上承受RS232串行通信方式，而RSU天线与RSU掌握器之间多承受RS422串行通信方式。因此，在满足通信距离及牢靠性要求的状况下，尽量提高RS422总线的通信速率，能大幅度缩减交易时间。另外，RSU掌握器与车道机之间承受以太网通信也可在肯定程度上缩短交易时间，在一样的交易流程下，承受以太网通信较RS232串口通信要快3050ms,因此在确保具有牢靠的网络连接的前提下，RSU掌握器与车道机之间的交互可尝试承受以太网通信方式。3、卡片操作
24、速度的提高提高卡片的操作速度首先要最大限度地提高卡片工作时钟。其次，通过PPS指令提高卡片的通信波特率来提高卡片的操作速度。4、DSRC协议层的优化我公司通过合理划分状态，优化RAM的使用和治理，加快通信数据的编解码速度，承受数据帧拼接等方式缩短交易时间。5、DSRC数据桢的拼接在ETC的交易过程中，专用短程通讯的链路建立时间在整个空中的数据传输中占据了相当一局部的时间，因此削减空中的交互次数，能削减肯定的交易时间，通过APDU的拼接可有效削减数据的空中交互次数。6.7 提高通行速度解决方案为充分发挥ETC车道系统特点，应保证车辆在较快速度下牢靠通行，提高车道车辆通行效率。解决措施：我公司RS
25、U在承受前置式安装方式（拦杆机与RSU均在岛前布置）仍可保证车辆在0-40公里牢靠通行。1、通过缩短RSU典型交易时间，现已可实现小于200mso即在车辆在40kmh（ll.llms）的速度下通过时，在通讯区域的前3m即可完成交易，从而也为进一步提高车辆的通行速度供给了可能。2、通过合理安装RSU天线，并通过调整安装角度，使通讯区域掩盖范围功率点连续，无连续点，提高交易成功率，削减RSIJ天线指令的重发次数，进而提高车辆的通行速度。6.8 提高交易成功率解决方案在ETC车道实际运行中，ETC交易的成功率直接影响到整个ETC车道的通行效率。解决措施：1、通过承受PLL（锁相环）结合高稳定度温度补
26、偿晶体参考源等技术手段，使RSU天线在高、低温恶劣环境下可稳定工作。良好的外壳密封性能，保证RSlJ天线在雨雪天气下的正常运行。2、通过合理安装RSU天线，并通过调整安装角度，使通讯区域掩盖范围功率点连续，无连续点，提高交易成功率，削减RSU天线指令的重发次数，进而提高车辆的通行速度。3、高效、牢靠的软件设计，确保实时处理数据。为了保证整个ETC车道的通行效率，除了要保证ETC设备的运行稳定性，还要保证假设车道消灭特别状况，车道系统可以准时报警，以便故障的解决。解决措施：1、RSU故障的报警。RSU天线实时地对自身内部的关键器件进展状态检查，假设消灭器件故障，RSU天线将把故障信息添加到用于说
27、明RSU天线处于工作状态的心跳包中，而后上传给上位机，进展报警通知收费站人员进展相应处理。2、RSU与上位机通信故障的报警。假设上位机不能接收到说明RSU天线处于工作状态的心跳包，则上位机需要检查RSU与上位机通信线路故障，同时进展报警处理。3、ETC车道的车辆误入的报警。当无标签的车辆误闯入ETC车道后，车道系统应依据RSU天线的检测信号和系统其他的检测设备的检测信号，准时发出报警，同时通过显示设备引导误闯入车辆旁道分流。4、车辆重复交易的报警。RSU天线假设在255s的时间间隔内接收到同一个OBU发送的信号，则RSU天线不对其进展重复交易。同时假设在肯定时间段内屡次不断重复接收到同一个OB
28、IJ发送的信号，则认为该车辆可能会堵塞ETC车道，需进展报警，并通过显示设备提示车辆快速通过ETC车道。6.10RSU防雷处理由于ETC车道天线承受前置式布置，暴露在收费站雨棚之外，设备简洁患病雷电侵害。为保证其正常运行，必需承受牢靠的防雷措施。解决措施：1、RSU天线内部电路承受由气体放电管、瞬变二极管、温度保险管和PTC热敏电阻组成的三级防雷电路来实现设备电源及其通讯线路的防雷和浪涌电流吸取。2、在系统设计时要充分考虑到系统的防雷接地问题，RSU天线保护接地与天线外壳连接，其外壳涂抹导电材料与系统地做等电位连接。为工程施工的防雷接地供给牢靠的接地端子。建议ETC车道机电系统承包人在RSU天线的安装立杆的施工中，供给的RSU接地点与收费站的联合接地做等电位连接，应检测接地电阻小于1。应承受至少10平方毫米铜线将RSU天线与接地点连接，做等电位处理，为雷击浪涌电流供给牢靠的泄放回路。假设收费站接地系统不能满足要求，施工时应依据防雷标准要求实行相应措施，如打接地钢钎或做接地网，最终满足要求。
