電子不停車收費系統(tǒng)(ETC)的設(shè)計及實際應用

引言

實現(xiàn)自動化、智能化管理,是我國高速公路管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。截至2018年底,ETC用戶規(guī)模已經(jīng)達到6500萬,覆蓋了國內(nèi)大多數(shù)高速公路收費站。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)實際需求對ETC設(shè)計進行持續(xù)優(yōu)化,以便更好地發(fā)揮其實際應用價值,從而更好地服務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攜帶車輛信息的標簽,在車輛進入高速公路之后,系統(tǒng)通過讀寫電子標簽攜帶的信息,獲取車輛相關(guān)信息,在車輛還未進入收費站路段時便已識別車輛的車型、車軸距、車高等信息。車輛經(jīng)過收費車道時不需要停車,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簽就可以和收費站門架上的天線進行通信,完成數(shù)據(jù)的交換,并通過預先關(guān)聯(lián)的銀行賬號完成自動繳費。

2ETC應用優(yōu)勢

2.1降低了收費站運營成本

高速公路普通收費站的運營成本,主要包括前期的建設(shè)費用以及后期的人員費用。相比之下,ETC專用車道只需要安裝讀取器等電子設(shè)備,就可以實現(xiàn)收費功能,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),因此整個流程需要至少30s時間。如果遇到節(jié)假日等車流高峰,高速公路收費站發(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,不會出現(xiàn)擁堵等問題,直接減輕了收費站的工作壓力。

2.2符合綠色交通理念

汽車尾氣排放是導致霧霾天氣、造成空氣污染的罪魁禍首之一。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、加減速時尾氣排放量明顯增加。在收費站普通車道中,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,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,目前收費站多數(shù)安裝了先進設(shè)備的ETC專用車道,最高允許通車速度達到了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)計的關(guān)鍵技術(shù)

3.1車輛自動識別技術(shù)

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

3.2數(shù)據(jù)庫技術(shù)

在一些車流量較多的樞紐收費站,ETC系統(tǒng)運行中產(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)信息暫時存儲一段時間。久而久之,這些數(shù)據(jù)信息也會占用較大的存儲空間,甚至會拖慢ETC系統(tǒng)的運行速率。為解決這一問題,在ETC設(shè)計中引進了數(shù)據(jù)庫技術(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同,在一些中小型收費站使用soLserver數(shù)據(jù)庫,其特點是結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定性強,所有服務器均可訪問,雖然存儲容量較小,但是基本可以滿足小型收費站的使用需求。在一些大型樞紐收費站,則使用oracle數(shù)據(jù)庫,其特點是可拓展性較強,具有數(shù)據(jù)批量處理能力,目前在我國高速公路收費系統(tǒng)中應用較為廣泛。

3.3車輛檢測技術(shù)

早期的ETC系統(tǒng)中,需要使用3個感應線圈,配合完成車輛的檢測,分別是:(1)觸發(fā)線圈,當車輛進入到ETC感應區(qū)后,觸發(fā)線圈工作,激活整個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_進行處理,識別后獲取繳費信息,自動完成扣費:(3)落(升)桿線圈,如果扣費成功,則自動升起欄桿,否則欄桿處于落下狀態(tài)。隨著相關(guān)技術(shù)的進步,現(xiàn)階段收費站所用的ETC系統(tǒng)中,主要在ETC專用通道的出入口安裝兩個地感線圈,這樣不僅降低了技術(shù)成本,也提高了感應準確度。

4高速公路ETC的實際應用

第一,收費車輛進入到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,喚醒電子標簽。

第三,電子標簽發(fā)射出本身數(shù)據(jù)信息,如車牌號、車類參數(shù)、電子標簽號等標識信息。

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

第五,對進入收費車道的車輛電子標簽的合法性進行校驗,并根據(jù)校驗結(jié)果進行下一步操作。

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

第七,接收收費站監(jiān)控系統(tǒng)主機下傳的數(shù)據(jù),對車道控制機中的相應信息進行更新。

第八,系統(tǒng)復位,等待下一收費車輛進入。

5ETC應用優(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。同時,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,下一步也需要適當增加ETC專用車道的數(shù)量,特別是對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站在車流高峰期的擁堵現(xiàn)象。

5.2提高ETC信號抗干擾能力

通過收集ETC實際應用中出現(xiàn)的一些故障,發(fā)現(xiàn)信號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,在同時有兩條或兩條以上ETC專用車道的高速公路收費站,相鄰兩條ETC車道上的電子標簽讀取設(shè)備可能會發(fā)生串擾,誤讀相鄰車道車輛的信息。另一類是跟車干擾,當前后兩輛車以較高速度、較近距離相繼通過ETC專用車道時,讀取器不能精準讀取后一輛車的電子標簽。針對這兩種干擾問題,下一步要通過優(yōu)化設(shè)計和改進技術(shù),進一步增強ETC的實際應用效果。

5.3大力推廣ETC應用

建議交通運輸部門聯(lián)合各類社會力量,加大推廣ETC應用,進一步提升和完善ETC服務,同時積極探索高速公路收費與"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)下車輛識別、手機移動支付等新技術(shù)的研發(fā)、試點和應用,不斷提升公路服務水平和車輛運行效率。

6結(jié)語

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