電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)的設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用

引言

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化管理,是我國(guó)高速公路管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。截至2018年底,ETC用戶規(guī)模已經(jīng)達(dá)到6500萬,覆蓋了國(guó)內(nèi)大多數(shù)高速公路收費(fèi)站。在技術(shù)不斷發(fā)展和高端設(shè)備研發(fā)的支持下,需要根據(jù)實(shí)際需求對(duì)ETC設(shè)計(jì)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化,以便更好地發(fā)揮其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,從而更好地服務(wù)于高速公路管理工作。

1高速公路ETC工作原理

ETC系統(tǒng)的工作流程主要是在車輛身上安裝一個(gè)攜帶車輛信息的標(biāo)簽,在車輛進(jìn)入高速公路之后,系統(tǒng)通過讀寫電子標(biāo)簽攜帶的信息,獲取車輛相關(guān)信息,在車輛還未進(jìn)入收費(fèi)站路段時(shí)便已識(shí)別車輛的車型、車軸距、車高等信息。車輛經(jīng)過收費(fèi)車道時(shí)不需要停車,只需要將車速保持在一定的范圍內(nèi),通過車輛安裝的電子標(biāo)簽就可以和收費(fèi)站門架上的天線進(jìn)行通信,完成數(shù)據(jù)的交換,并通過預(yù)先關(guān)聯(lián)的銀行賬號(hào)完成自動(dòng)繳費(fèi)。

2ETC應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1降低了收費(fèi)站運(yùn)營(yíng)成本

高速公路普通收費(fèi)站的運(yùn)營(yíng)成本,主要包括前期的建設(shè)費(fèi)用以及后期的人員費(fèi)用。相比之下,ETC專用車道只需要安裝讀取器等電子設(shè)備,就可以實(shí)現(xiàn)收費(fèi)功能,其成本大幅度降低。從工作流程上來看,普通車道的車輛需要提前減速、停車,取卡后等待升降桿升起,然后才能順利通過。如果是車輛駛出高速公路,還需要增加收付款環(huán)節(jié),因此整個(gè)流程需要至少30s時(shí)間。如果遇到節(jié)假日等車流高峰,高速公路收費(fèi)站發(fā)生堵車現(xiàn)象十分常見。而ETC專用車道則可以保證車輛不停車通過,不會(huì)出現(xiàn)擁堵等問題,直接減輕了收費(fèi)站的工作壓力。

2.2符合綠色交通理念

汽車尾氣排放是導(dǎo)致霧霾天氣、造成空氣污染的罪魁禍?zhǔn)字?。就汽車行駛狀態(tài)來說,勻速行駛下尾氣排放量最少,在啟動(dòng)、加減速時(shí)尾氣排放量明顯增加。在收費(fèi)站普通車道中,汽車需要減速停車,然后再加速駛出。如果遇到堵車情況,還需要頻繁熄火、啟動(dòng),尾氣排放要比高速行駛高出十幾倍甚至幾十倍。相比之下,選擇ETC專用通道,汽車可以無障礙通過。隨著ETC技術(shù)的發(fā)展,目前收費(fèi)站多數(shù)安裝了先進(jìn)設(shè)備的ETC專用車道,最高允許通車速度達(dá)到了80km/h,與高速勻速行駛狀態(tài)差距不大,尾氣排放量處于中低水平,有利于減少空氣污染。

3ETC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

對(duì)過往車輛的自動(dòng)、快速和精確識(shí)別,是ETC應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的原理是,利用安裝在ETC車道上方的讀取器,讀取進(jìn)入感應(yīng)區(qū)車輛的電子標(biāo)簽。該電子標(biāo)簽相當(dāng)于人的身份證,一車一簽,包含了該車輛的基本信息,如車輛型號(hào)、大小、座位數(shù)等等。然后經(jīng)過高速公路收費(fèi)站全國(guó)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),獲取該車輛駛?cè)敫咚俟返奈恢?通過計(jì)算得出需要收取的高速公路行車費(fèi)用。由于ETC專用車道的行車速度較快,車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)還需要搭配高速信息處理系統(tǒng),才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理。

3.2數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

在一些車流量較多的樞紐收費(fèi)站,ETC系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息較多,并且為了方便后期查詢,還需要將這些數(shù)據(jù)信息暫時(shí)存儲(chǔ)一段時(shí)間。久而久之,這些數(shù)據(jù)信息也會(huì)占用較大的存儲(chǔ)空間,甚至?xí)下鼸TC系統(tǒng)的運(yùn)行速率。為解決這一問題,在ETC設(shè)計(jì)中引進(jìn)了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同,在一些中小型收費(fèi)站使用soLserver數(shù)據(jù)庫(kù),其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性強(qiáng),所有服務(wù)器均可訪問,雖然存儲(chǔ)容量較小,但是基本可以滿足小型收費(fèi)站的使用需求。在一些大型樞紐收費(fèi)站,則使用oracle數(shù)據(jù)庫(kù),其特點(diǎn)是可拓展性較強(qiáng),具有數(shù)據(jù)批量處理能力,目前在我國(guó)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。

3.3車輛檢測(cè)技術(shù)

早期的ETC系統(tǒng)中,需要使用3個(gè)感應(yīng)線圈,配合完成車輛的檢測(cè),分別是:(1)觸發(fā)線圈,當(dāng)車輛進(jìn)入到ETC感應(yīng)區(qū)后,觸發(fā)線圈工作,激活整個(gè)ETC系統(tǒng):(2)抓拍線圈,獲取車輛信息,并完成高分辨率的拍照,將圖像信息傳輸?shù)胶笈_(tái)進(jìn)行處理,識(shí)別后獲取繳費(fèi)信息,自動(dòng)完成扣費(fèi):(3)落(升)桿線圈,如果扣費(fèi)成功,則自動(dòng)升起欄桿,否則欄桿處于落下狀態(tài)。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)階段收費(fèi)站所用的ETC系統(tǒng)中,主要在ETC專用通道的出入口安裝兩個(gè)地感線圈,這樣不僅降低了技術(shù)成本,也提高了感應(yīng)準(zhǔn)確度。

4高速公路ETC的實(shí)際應(yīng)用

第一,收費(fèi)車輛進(jìn)入到ETC車道工作區(qū)。

第二,車道控制系統(tǒng)的控制器和天線向車道的特定區(qū)域發(fā)出微波信號(hào),喚醒電子標(biāo)簽。

第三,電子標(biāo)簽發(fā)射出本身數(shù)據(jù)信息,如車牌號(hào)、車類參數(shù)、電子標(biāo)簽號(hào)等標(biāo)識(shí)信息。

第四,車道控制系統(tǒng)控制電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備,接收被喚醒的電子標(biāo)簽發(fā)射數(shù)據(jù),分析車輛的標(biāo)識(shí)信息。

第五,對(duì)進(jìn)入收費(fèi)車道的車輛電子標(biāo)簽的合法性進(jìn)行校驗(yàn),并根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行下一步操作。

第六,根據(jù)車類參數(shù)確定收費(fèi)車輛類型和收費(fèi)金額,將電子標(biāo)簽號(hào)、車牌號(hào)、過車時(shí)間等信息上傳到收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)。

第七,接收收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)下傳的數(shù)據(jù),對(duì)車道控制機(jī)中的相應(yīng)信息進(jìn)行更新。

第八,系統(tǒng)復(fù)位,等待下一收費(fèi)車輛進(jìn)入。

5ETC應(yīng)用優(yōu)化建議

5.1增加ETC專用通道數(shù)量

相較于普通高速公路收費(fèi)通道,ETC專用通道在提升通車能力、減少尾氣排放等方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí),隨著ETC相關(guān)技術(shù)的不斷成熟,也為ETC的推廣使用提供了技術(shù)支持。在高速公路車流量不斷增加的背景下,下一步也需要適當(dāng)增加ETC專用車道的數(shù)量,特別是對(duì)于一些高速公路樞紐站,設(shè)置2~3條ETC專用車道可以極大地緩解高速公路收費(fèi)站在車流高峰期的擁堵現(xiàn)象。

5.2提高ETC信號(hào)抗干擾能力

通過收集ETC實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的一些故障,發(fā)現(xiàn)信號(hào)干擾是一種比較常見的問題。根據(jù)干擾類型的不同,可以將其分成兩大類:一類是鄰道干擾,在同時(shí)有兩條或兩條以上ETC專用車道的高速公路收費(fèi)站,相鄰兩條ETC車道上的電子標(biāo)簽讀取設(shè)備可能會(huì)發(fā)生串?dāng)_,誤讀相鄰車道車輛的信息。另一類是跟車干擾,當(dāng)前后兩輛車以較高速度、較近距離相繼通過ETC專用車道時(shí),讀取器不能精準(zhǔn)讀取后一輛車的電子標(biāo)簽。針對(duì)這兩種干擾問題,下一步要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)技術(shù),進(jìn)一步增強(qiáng)ETC的實(shí)際應(yīng)用效果。

5.3大力推廣ETC應(yīng)用

建議交通運(yùn)輸部門聯(lián)合各類社會(huì)力量,加大推廣ETC應(yīng)用,進(jìn)一步提升和完善ETC服務(wù),同時(shí)積極探索高速公路收費(fèi)與"互聯(lián)網(wǎng)+"融合發(fā)展的模式和路徑,密切跟蹤高速行駛狀態(tài)下車輛識(shí)別、手機(jī)移動(dòng)支付等新技術(shù)的研發(fā)、試點(diǎn)和應(yīng)用,不斷提升公路服務(wù)水平和車輛運(yùn)行效率。

6結(jié)語

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)作為高速公路收費(fèi)站的一項(xiàng)重要組成部分,在簡(jiǎn)化收費(fèi)站作業(yè)流程、降低來往車輛管理壓力等方面具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。ETC在實(shí)際運(yùn)作中,主要運(yùn)用了車輛自動(dòng)識(shí)別、車輛檢測(cè)等技術(shù)手段,具有較高的識(shí)別精度?，F(xiàn)階段的ETC應(yīng)用中還存在一些不完善的地方,例如鄰道信號(hào)干擾等。在今后的應(yīng)用中,要通過繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化、使用新型電子設(shè)備等措施,提高ETC的實(shí)用效果。