高速公路ETC系统设计

高速公路ETC系统设计

王志军

（安徽理工大学计算机科学与技术学院，安徽淮南 232007）

摘要：不停车收费系统（Electronic Toll Collection,ETC）是智能交通系统中的一个重要领域和应用环节。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通信，利用计算机联网技术与银行系统进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需要停车便能完成路桥通行费交纳的目的。通过不停车收费的技术手段，可以提高公路的通行能力、车辆运行效率，同时降低油耗和车辆损耗、减少尾气排放，起到节约能源和保护环境的作用。

关键词：ECT A VI 射频识别

目前，我国90%以上的高速公路的收费方式还是采用人工收费或办自动收费方式。如今，它们已成为我国道路发展的主要瓶颈，承载着以下4个方面的弊端：

1．收费设施及技术落后，收费站出入口容易形成交通拥挤；2．各路段收费方式、标准的不统一，给车主交费造成混乱；3．财务管理混乱，票务流失严重；

4．收费停车，停车排队浪费时间和燃料，汽车尾气对环境造成污染。

因此，采用更加先进的收费系统才能更好的解决当前收费系统的诸多问题。尤其是在高速公路或交通繁忙的桥隧。据测算，较人工收费车道，ETC车道通行能力提高4-6倍。

ECT系统简介

一．工作原理

当丰车辆通过ETC收费站时，地感线圈枪测到车辆进入车道，触发安装在ETC天线架的射频读写器,射频读写器开始与安装在汽车挡风玻璃上的车载系统进行双向通信和信息交换，将数据传送给ETC 收资站PC,ETC收费站PC根据不向情况来拌制管理系统产生不同的动作，如从该午的预付款账账户中扣除此次应交的过路费，并送出指令使其他辅助设施工作，如交易成功后，挡车器自动升起，放行车辆；车辆迈过后，档车器自动放下。整个收费过程无须人工干预，用户可不停车地快速迈过ETC收费站。

二．关键技术

（1）车辆自动识别技术(Automatic Vehicle Identification，A VI)

车辆自动识别技术是其最重要的技术，它直接影响到系统的性能和府用推广，也是区别不同的ETC系统的主要标志。交通运输本身的特点要求建立一种能够在今天候、恶劣环境下应用、远距离作用(10 m 左右)、安全可靠性高、高速和寿命长的系统。由于微波可以穿透浓

雾、雨滴、风沙等，适合于车辆全天候和忍劣环境条件下工作，同时具有工作距离远、体积小，既可以有源发射方式(寿命司达10年以上)也可以无源反射方式(无寿命限制)工作等特点，因此射频识别技术能满足交通运输的要求。其工作波段主要有900 MHz、2．450Hz和58GHz频段，ETC系统中应用最广泛的是5．8GH2频段。其工作原理如图2所示。

图2 微波射频车辆自动识别系统工作原理

（2）双核冗余控制

由于ETC系统常年在室外环境工作受各种天气影响及各种污染物侵蚀，必须采用双核控制策略——嵌入式系统和单片机的冗余控制。平时二者都处于工作状态，各司其职，嵌入式系统负责控制总体控制，单片机负责大屏幕显示，相互通信时都检查对方工作状态，一旦某一个CPU状态异常，另一个就立即启动设备异常报警，并接管其工作以保证整个系统正常工作，直到排除恢复正常状态。嵌入式系统的实时性、稳定性更好，功能更加强大，有利于产品的更新换代；MSP430单片机则以超低功耗、超强功能的低成本微型化的16位单片机，有利于降低系统功耗、提高系统寿命，其众多的I/O接口为以后系统升

级提高足够的空间。

三．系统总体结构

不个停车收费系统总体统构如图3所示。

图3 不个停车收费系统总体统构

1.数据信息的传输

由于网络环境下不停车收费系统传输的数据信息为资金信息，为防止非法用户的入侵给收费业主、用户与银行造成经济损失，乔数据传输过程中，必须对所传输的数据进行加密处理，保障收费业丰、用户与银行的合法利益。

2.数据信息交换

数据信息交换采用实时传输更有利于提高网络环境下不停车收费系统运行效率，但由于我国正处于社会主义建设初级阶段，信息化水平

低、基础薄弱，要建立网络环境下不停车收费系统专用计算机网络显然是不现实的，因此，应根据自身的实际，充分利用现有的通信网络进行数据信息交换。

四．收费站管理系统

实时采集来自车送控制系统上传的收费交易记录数据，并将数据处理、存储、汇总和打包后，定时(实时)上传至路公司收费中心。

为方便设计，收费站管理系统采用模块化设计，主要有数据传输管理于系统、实时监控管理子系统和收费管理子系统3大子系统。

1）数据传输管理于系统；

2）实时监控管理子系统；

3）收费管理子系统。

五．公路收费中心管理系统

定时（实时)接收来自本辖区内收费站的收费交易数据，经处理、汇总后，生成公路收费记录并存储在本地计算机中，并将生成的公路收费记录打包通过计算机网络定时(实时)传输到清算中心；定时(实时)接收清算中心下传的系统运行参数与黑、黄名单及有关信息并下传至收费站。

（1）清算中心系统

主要是负责全系统收费数据管理与清算；定时(实时)收集来自路公司收费中心的收费交易数据，经处理、汇总后，生成清算中心收费数据并存储在本地计算机中，并将生成的清算中心收费数据打包通过计算机网络定时(实时)传输到银行结算中心，请求支付；定时(实时)接收

银行结算中心下传的系统运行参数与黑、黄名单及有关信息并逐级下传至收费站；制季本辖区系统运行参数并定时(实时)下传至路公司收费中心；对收费数据进行汇总、统计各种数据指标供有关于部门使均；定时或实时接收银行结算中心或专门的办事机构传来的电子标签新开用户资料，进行电子标签发行与管理。

（2）结算系统

主要负责定时或实时接收清算上传的收费交易数据的资金拆分；即收费资金的管理与划拨；根据账户资金生成黑、黄名单及无效的电子标签，定时(实时)下传给收费清算中心；接受用户电子标签申请，向费清算小心传输新开电子标签用户及资料；为用户提供多种方式的功能查询。

六．结束语

采用更加先进的收费系统才能更好的解决当前收费系统的诸多问题。尤其是在高速公路或交通繁忙的桥隧。据测算，较人工收费车道，ETC 车道通行能力提高4-6倍。最近几年来，随着我国高速公路联网收费的发展，国内众多省市高速公路巴开通电子不停车收费(ETC)车道。区域内联网收费已很成熟，但区域间联网收费却存在系统兼容问题，阻碍了我国高速公路的健康发展。

参考文献

[1]康东石喜勤李鹏勇．射频识别（RFID）核心技术与典型应用开发案例[M] ．北京：人民邮电出版社，2008.7

[2]宁焕生张彦．RFID与物联网：射频、中间件、解析与服务[M] ．北

京：电子工业出版社，2008.4

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