电子不停车收费系统(ETC)的设计及实际应用

引言

实现自动化、智能化管理,是我国高速公路管理系统的发展趋势。截至2018年底,ETC用户规模已经达到6500万,覆盖了国内大多数高速公路收费站。在技术不断发展和高端设备研发的支持下,需要根据实际需求对ETC设计进行持续优化,以便更好地发挥其实际应用价值,从而更好地服务于高速公路管理工作。

1高速公路ETC工作原理

ETC系统的工作流程主要是在车辆身上安装一个携带车辆信息的标签,在车辆进入高速公路之后,系统通过读写电子标签携带的信息,获取车辆相关信息,在车辆还未进入收费站路段时便已识别车辆的车型、车轴距、车高等信息。车辆经过收费车道时不需要停车,只需要将车速保持在一定的范围内,通过车辆安装的电子标签就可以和收费站门架上的天线进行通信,完成数据的交换,并通过预先关联的银行账号完成自动缴费。

2ETC应用优势

2.1降低了收费站运营成本

高速公路普通收费站的运营成本,主要包括前期的建设费用以及后期的人员费用。相比之下,ETC专用车道只需要安装读取器等电子设备,就可以实现收费功能,其成本大幅度降低。从工作流程上来看,普通车道的车辆需要提前减速、停车,取卡后等待升降杆升起,然后才能顺利通过。如果是车辆驶出高速公路,还需要增加收付款环节,因此整个流程需要至少30s时间。如果遇到节假日等车流高峰,高速公路收费站发生堵车现象十分常见。而ETC专用车道则可以保证车辆不停车通过,不会出现拥堵等问题,直接减轻了收费站的工作压力。

2.2符合绿色交通理念

汽车尾气排放是导致雾霾天气、造成空气污染的罪魁祸首之一。就汽车行驶状态来说,匀速行驶下尾气排放量最少,在启动、加减速时尾气排放量明显增加。在收费站普通车道中,汽车需要减速停车,然后再加速驶出。如果遇到堵车情况,还需要频繁熄火、启动,尾气排放要比高速行驶高出十几倍甚至几十倍。相比之下,选择ETC专用通道,汽车可以无障碍通过。随着ETC技术的发展,目前收费站多数安装了先进设备的ETC专用车道,最高允许通车速度达到了80km/h,与高速匀速行驶状态差距不大,尾气排放量处于中低水平,有利于减少空气污染。

3ETC设计的关键技术

3.1车辆自动识别技术

对过往车辆的自动、快速和精确识别,是ETC应用中的关键技术。车辆自动识别技术的原理是,利用安装在ETC车道上方的读取器,读取进入感应区车辆的电子标签。该电子标签相当于人的身份证,一车一签,包含了该车辆的基本信息,如车辆型号、大小、座位数等等。然后经过高速公路收费站全国联网系统,获取该车辆驶入高速公路的位置,通过计算得出需要收取的高速公路行车费用。由于ETC专用车道的行车速度较快,车辆自动识别技术还需要搭配高速信息处理系统,才能实现数据的快速处理。

3.2数据库技术

在一些车流量较多的枢纽收费站,ETC系统运行中产生的数据信息较多,并且为了方便后期查询,还需要将这些数据信息暂时存储一段时间。久而久之,这些数据信息也会占用较大的存储空间,甚至会拖慢ETC系统的运行速率。为解决这一问题,在ETC设计中引进了数据库技术。根据数据库系统结构的不同,在一些中小型收费站使用soLserver数据库,其特点是结构简单,稳定性强,所有服务器均可访问,虽然存储容量较小,但是基本可以满足小型收费站的使用需求。在一些大型枢纽收费站,则使用oracle数据库,其特点是可拓展性较强,具有数据批量处理能力,目前在我国高速公路收费系统中应用较为广泛。

3.3车辆检测技术

早期的ETC系统中,需要使用3个感应线圈,配合完成车辆的检测,分别是:(1)触发线圈,当车辆进入到ETC感应区后,触发线圈工作,激活整个ETC系统:(2)抓拍线圈,获取车辆信息,并完成高分辨率的拍照,将图像信息传输到后台进行处理,识别后获取缴费信息,自动完成扣费:(3)落(升)杆线圈,如果扣费成功,则自动升起栏杆,否则栏杆处于落下状态。随着相关技术的进步,现阶段收费站所用的ETC系统中,主要在ETC专用通道的出入口安装两个地感线圈,这样不仅降低了技术成本,也提高了感应准确度。

4高速公路ETC的实际应用

第一,收费车辆进入到ETC车道工作区。

第二,车道控制系统的控制器和天线向车道的特定区域发出微波信号,唤醒电子标签。

第三,电子标签发射出本身数据信息,如车牌号、车类参数、电子标签号等标识信息。

第四,车道控制系统控制电子标签读写设备,接收被唤醒的电子标签发射数据,分析车辆的标识信息。

第五,对进入收费车道的车辆电子标签的合法性进行校验,并根据校验结果进行下一步操作。

第六,根据车类参数确定收费车辆类型和收费金额,将电子标签号、车牌号、过车时间等信息上传到收费站监控系统。

第七,接收收费站监控系统主机下传的数据,对车道控制机中的相应信息进行更新。

第八,系统复位,等待下一收费车辆进入。

5ETC应用优化建议

5.1增加ETC专用通道数量

相较于普通高速公路收费通道,ETC专用通道在提升通车能力、减少尾气排放等方面均具有明显优势。同时,随着ETC相关技术的不断成熟,也为ETC的推广使用提供了技术支持。在高速公路车流量不断增加的背景下,下一步也需要适当增加ETC专用车道的数量,特别是对于一些高速公路枢纽站,设置2~3条ETC专用车道可以极大地缓解高速公路收费站在车流高峰期的拥堵现象。

5.2提高ETC信号抗干扰能力

通过收集ETC实际应用中出现的一些故障,发现信号干扰是一种比较常见的问题。根据干扰类型的不同,可以将其分成两大类:一类是邻道干扰,在同时有两条或两条以上ETC专用车道的高速公路收费站,相邻两条ETC车道上的电子标签读取设备可能会发生串扰,误读相邻车道车辆的信息。另一类是跟车干扰,当前后两辆车以较高速度、较近距离相继通过ETC专用车道时,读取器不能精准读取后一辆车的电子标签。针对这两种干扰问题,下一步要通过优化设计和改进技术,进一步增强ETC的实际应用效果。

5.3大力推广ETC应用

建议交通运输部门联合各类社会力量,加大推广ETC应用,进一步提升和完善ETC服务,同时积极探索高速公路收费与"互联网+"融合发展的模式和路径,密切跟踪高速行驶状态下车辆识别、手机移动支付等新技术的研发、试点和应用,不断提升公路服务水平和车辆运行效率。

6结语

电子不停车收费系统(ETC)作为高速公路收费站的一项重要组成部分,在简化收费站作业流程、降低来往车辆管理压力等方面具有显著的应用优势。ETC在实际运作中,主要运用了车辆自动识别、车辆检测等技术手段,具有较高的识别精度。现阶段的ETC应用中还存在一些不完善的地方,例如邻道信号干扰等。在今后的应用中,要通过继续进行技术优化、使用新型电子设备等措施,提高ETC的实用效果。