淺析四川省高速公路ETC系統的發展

淺析四川省高速公路ETC系統的發展

王永生

四川路橋建設股份有限公司公路隧道分公司

四川省雙流縣東升西安路一段49號（610200）

wys20223@163.com    13990997549

二○一二年三月二十日

Abstract

Electronic Toll Collection (ETC) system is one of the important service of the Intelligent Transportation System (ITS). Base on the home ETC stander, policy support and the developing status in Sichuan Province , this thesis express the benefit and potential of ETC with the engineering application and the environment of networking charging operation.

Key words:ETC, Expressway, AVI, OBU

摘要

電子不停車收費系統（ETC）是智能交通系統（ITS）的重要服務領域之一，本文針對ETC系統進行概述，根據四川省高速公路的發展狀況，結合ETC工程應用現狀及聯網收費運營環境的特點，參照國內ETC標準化的出發點和政策支持，簡述了ETC收費系統效益及應用潛力分析。

關鍵詞:ETC、高速公路、AVI、OBU

作者簡介：

王永生，1984年出生，男，2005年畢業于石家莊鐵路職業技術學院智能建筑控制工程專業，大學專科，供職于四川路橋建設股份有限公司公路隧道分公司，助理工程師，單位地址：四川省成都市雙流縣東升西安路一段49號，郵編：610200，聯系電話：13990997549。

引言

隨著近年來四川省交通運輸行業的快速發展，高速公路上的車流量越來越大，人工和半自動收費（MTC）方式將不能滿足高速公路上車輛營運對收費管理系統的需求，收費站進出口這個“瓶頸”處車輛排隊繳費造成嚴重的堵塞，另外車輛在等候時的耗油和廢氣排放也產生相當的經濟損失和造成環境污染。因此在高速公路上采用電子不停車收費系統（ETC），就會體現其節能、快捷、環保等優越性。

1  ETC系統的相關概述

1.1  ETC系統的技術簡介

電子不停車收費系統（Electronic Toll Collection，簡稱ETC）是目前世界上最先進的收費系統，是智能交通系統（Intelligent Transport System，簡稱ITS）的重要服務功能之一，是指車輛在通過收費站時，通過車載設備實現車輛識別、信息寫入并自動從預先綁定的IC卡或銀行帳戶上扣除相應資金，過往車輛通過道口時無須停車，即能夠實現自動收費。ETC特別適于在高速公路或交通繁忙的大橋、隧道環境下使用，是國際上正在努力開發并推廣普及的一種電子收費系統。

1.2  ETC系統的工作原理

ETC系統利用車輛自動識別（Automatic Vehicle Identification，簡稱AVI）技術，通過路側讀寫設備（Rate-Sensor Unit，簡稱RSU）實現車道控制器與車載電子標簽（On Board Unit，簡稱OBU）的數據交換，完成車輛與收費站之間的無線數據通訊，進行車輛自動識別和有關收費數據的交換，通過計算機網路進行收費數據的處理，實現不停車自動收費的全電子收費系統。（圖1）

圖1 ETC系統示意圖

1.3  ETC系統的組成部分

ETC系統主要由ETC收費車道、收費站管理系統、ETC管理中心、專業銀行及傳輸網絡組成。根據分工的不同，系統又可分為前端和后臺兩大部分。前端以車道控制子系統為核心，用于控制和管理各種外場設備與安裝在車輛上的電子標簽的通信，記錄車輛的各種信息，并實時傳送給收費站管理子系統（圖2）；后臺由收費站管理子系統、ETC管理中心和專業銀行組成，后臺根據收到的數據文件在公路收費專營公司和用戶之間進行交易、拆帳和財務結算。

圖2 ETC道路系統示意圖

1.4  ETC系統的特點

ETC系統可實現全天候24小時無人監管不間斷工作；車道過車和銀行托收都是由系統自動實現；在收費站不設服務器，通過網絡瀏覽器打印報表，降低成本，提高系統的安全性；銀行托收一般在一分鐘內完成；提供互聯網服務，電子標簽用戶可以在網上查詢過車費用。使用ETC系統后，車輛可以完全實現不減速即時通過收費站車道，車輛的通行效率明顯得到提高。

1.5  ETC系統的應用的必要性

隨著國內高速公路車流量的激增，從而導致了收費站的交通堵塞情況也日趨嚴重。雖然高速公路管理水平越來越先進，但大部分已運營通車的高速公路收費管理卻仍然停在低效率的人工收費（MTC）方式。電子不停車收費（ETC）方式是目前美國、歐洲等發達國家采用最多的先進收費方式，對于提高我國公路運營管理水平和通行服務水平具有重要作用。根據國家關于信息技術推進傳統產業技術進步的總體思路，促進交通行業技術革新，推動高速公路收費信息化建設，提高社會經濟效益具有積極意義。

2、四川省高速公路行業發展狀況

2.1  高速公路里程及現狀

自1995年9月四川省第一條高速公路成渝高速公路通車后，16年間省內先后建成成綿、成雅、成樂、成灌、成南、內宜、隆納、西攀等三十余條高速公路，截止2011年底已建成通車總里程達到3000多公里。目前全省高速公路進出川大通道累計建成８條，以成都為主樞紐已經形成全省高速公路網基本框架，“蜀道難”的狀況已發生翻天覆地的改變。（圖3）

圖3四川在建和已建成的高速公路圖

2.2  在建高速公路及未來規劃

按照《中國國家高速公路網規劃》（7918網：七放射九縱十八橫）和《四川省高速公路網規劃(2008—2030年)》（“16、5、5”網：十六成都引入五縱五橫八聯絡）的建設規劃。（圖4）自2008年至今，全省累計開工建設高速公路項目42個，總里程3887公里，總投資規模3107億元，均居全國第一位。目前，全省建成和在建高速公路總里程達到6537公里。該規規劃突出3個重點：構建樞紐、打開通道、完善路網。目標到今年底，四川省高速公路通車里程確保達到4000公里，建成12條出川高速公路通道；到2020年，四川省高速公路通車里程力爭達到8200公里，建成21條出川高速公路通道，成渝經濟區交通體系基本形成，實現打造西部綜合交通樞紐重大戰略目標。

圖4 四川高速公路規劃圖（2008-2030）2011版

2.3  高速公路運營管理模式和現狀

2007年四川高速公路網內全面施行計重和聯網收費，全省高速公路實現“一卡通”，減少車輛在收費站的停頓，緩解高速公路擁堵，提升高速公路使用效率。但隨著路網規模不斷擴大，以及BOT公司的加入，聯網收費區域內的環狀路網結構日益復雜。2010年底，四川高速公路網已經建成“高速公路多路徑識別系統”， 采用RFID[1]射頻標識站法解決聯網收費高速公路多路徑識別問題，為未來更好地發展電子不停車收費系統（ETC）作好遠景規劃。

3、四川省高速公路ETC系統的發展現狀

3.1  ETC聯網收費模式分析

3.1.1  完全聯網及傳統MTC收費方式

四川省此前建成的高速公路基本上均采用手工封閉式收費。2007年聯網收費后路網內所有高速公路均采用半自動收費方式，即“人工判別車型、人工收費、車輛檢測器校核、計算機管理、閉路電視監視”的方式。隨著各方面技術的發展，逐步升級了車牌識別標識站系統、收費站入、出口MTC車道牌照識別系統、復合通行卡多路徑識別系統等。適合四川公路交通運輸管理現狀，是目前路橋收費主要方式，但對成渝、成雅等交通量大的收費站點，僅采取擴站增加車道等土建方式，不能根本解決收費站交通瓶頸問題。

3.1.2  MTC/ETC組合式電子收費模式

2011年12月，全省高速公路聯網收費范圍包括成都市管機場高速、繞城高速等99個ETC通道已經改造完成，正式進入調試階段。2012年3月1日成都市14個收費站已投入測試運行，首先適用于持有記賬卡、搶險救災卡、災后重建卡的客車。目前，對社會車輛的使用功能及方案正在研究，ETC發卡中心已在建設中。省內高速公路收費將逐步采用半自動收費與不停車收費相結合的方式，即MTC/ETC組合式收費，分三個階段推進全省高速公路應用聯網電子不停車收費技術，使四川省高速公路進出站口物流更加通暢。

3.2  ETC技術規范及標準

基于國家標準GB/T 20851.4-2007《電子收費專用短程通信》的專用短程通信（DSRC）技術和基于ISO18000-6B與ISO18000-6C的無線射頻識別（RFID）技術在智能交通（ITS）車輛標識和車路通信領域得到了廣泛的應用，國標5.8G專用微波短程通信協議用于DSRC的高速公路ETC系統。

3.2.1  專用短程無線通信DSRC

DSRC 協議全稱為道路交通運輸信息通信—專用短距離通信。DSRC 是采用無線通信技術，通過信息的雙向傳輸將車輛和道路有機地連接起來，主要由車載單元（OBU）、替換單元（RSU）、專用短程通信協議和后臺計算機網絡構成，在智能交通系統中實現路與車之間信息傳輸、交互的通信系統。

3.2.2  OBU/RSU及相關系統

3.2.2.1  OBU是主動雙片式車載單元，遵循ETC&DSRC中國國家標準GB/T20851-2007，用來和路邊架設的RSU通訊的微波設備。安裝于車輛前擋風玻璃內側，車輛高速通過RSU的時候，OBU和RSU之間用微波通訊，識別真假，獲得車型，計算費率，扣除通行費。

3.2.2.2  RSU是一款DSRC路側單元，遵循ETC&DSRC中國國家標準GB/T20851-2007，RSU是由高增益定向束控讀寫天線和射頻控制器組成。高增益定向束控讀寫天線是一個微波收發模塊，負責信號和數據的發送/接收、調制/解調、編碼/解碼、加密/解密；射頻控制器是控制發射和接收數據以及處理向上位機收發信息的模塊。

3.2.3  ETC 系統的關鍵技術

3.2.3.1  自動車輛識別技術（AVI）。主要由車載設備（OBU）和路側設備（RSU）組成，兩者通過短程通信DSRC 完成路側設備對車載設備信息的一次讀寫，即完成收（付）費交易所必須的信息交換。目前用于ETC 的短程通信主要是微波RFID方式，由于技術發展的原因，微波方式的ETC 已成為國際上DSRC 的主流。

3.2.3.2  自動車型分類技術（AVC）。在ETC 車道安裝車型傳感器測定和判斷車輛的車型，以便按照車型實施收費。也有簡單的方式，即通過讀取車載電子標簽OBU中車型的信息來實現車型分類。

3.2.3.3  違章車輛抓拍技術（VEC）。主要由高清攝像機、圖像傳輸設備、車輛牌照自動識別系統等組成。對不安裝車載設備OBU 的車輛用高清攝像機實施抓拍措施，并傳輸到數據中心，通過車牌自動識別系統識別違章車輛的車主，實施通行費的逃費補收手續。

3.3  政府政策支持分析

高速公路聯網不停車收費系統（ETC）是“十一五”國家科技支撐計劃重大項目“國家綜合智能交通技術集成應用示范”的研究成果，也是“十二五”規劃綱要重點發展的交通科技改革項目。在四川省委、省政府的堅強領導下，全省交通運輸系統認真貫徹落實構建西部綜合交通樞紐的戰略部署，搶抓機遇，改革創新，攻堅克難，以超常努力實現交通運輸超常發展。按照“打開通道、構建樞紐、完善路網、提升功能、支撐發展”的總體思路，以西部綜合交通樞紐為綱，編制完善了高速公路網規劃、公路運輸樞紐規劃等20多個規劃和專項方案。四川高速公路建設開發總公司按照“抓緊論證，加快實施”的精神，前期已在成都繞城高速、機場高速等多個站點建設了安裝ETC設備的試驗車道，通過技術推進和聯網收費的研發，近期正在開展ETC的試運行，全面推進對高速公路ETC和非現金支付體系建設工作。

3.4  ETC系統建設規劃

為完善高速公路網服務功能，建立暢通、便捷、安全、高效、綠色的高速公路交通運輸服務體系，四川省交通運輸廳高速公路管理局將在建成運營高速公路通往縣級以上行政區、國家4A級以上景區及大流量收費站上設置ETC車道，記賬車、年月票車、集團用戶車正式實行不停車收費通行;全省高速公路ETC平均覆蓋率(設置ETC車道收費站數量占高速公路收費站點數量的比例)將達到30%，ETC車道數將達到156條，ETC用戶量將達到20000個，非現金支付使用率(非現金交易筆數與總交易筆數之比)將達到10%。

到2012年底，全省高速公路ETC平均覆蓋率將達到40%，ETC車道數將達到316條，ETC用戶量將達到40000個，非現金支付使用率將達到15%。

到“十二五”末，全省高速公路ETC平均覆蓋率將達到60%，ETC車道數將達到670條，ETC用戶量將達到200000個，非現金支付使用率將達到40%。

4  示范工程的應用狀況

我國在應用電子不停車收費技術方面起步較晚，20世紀90 年代初，國家陸續引入電子不停車收費技術，在經濟和交通較發達的地區，如廣東、北京、上海開始試用。目前在全國已經開始廣泛推廣ETC系統，根據國家關于信息技術推進傳統產業技術進步的總體思路，以及隨著ETC相關技術規范的標準化和聯網收費技術的不斷成熟，ETC系統在國內得以迅速的發展，成為今后高速公路收費方式的發展趨勢。在沿海城市項目示范工程的推動下，京津冀和長三角跨8個省市實現了跨省市聯網不停車收費，并帶動了國內ETC系統建設。截至2011年，全國已開通ETC車道的省市有17個，開通車道1930多條，使用車載電子標簽不停車收費用戶約120萬個，非現金支付卡用戶達60多萬個，自建客戶服務網點400多個。

國內示范工程案例：

◆2004年12月，廣東發行“粵通卡”，ETC收費系統開通運營，在

國內率先實現全省高速公路聯網收費。

◆2008年12月，北京市高速公路聯網收費速通卡ETC試營運，2009

年5月1日正式對外服務。

◆2008年12月，上海市和江蘇省率先聯合開通跨省市聯網電子不停

車收費系統。

◆2009年1月，陜西省高速公路非現金收費系統正式開通。

◆2010年5月，重慶市高速公路全路網啟用ETC。

◆2010年9月，京津冀區域高速公路聯網ETC實現互通。

◆2011年7月，湖北省武漢市“六橋一隧”實施WHETC。

◆2011年12月，長三角地區蘇浙皖贛滬四省一市高速公路聯網ETC

全面互通,實現華東地區交通無縫對接。

隨著交通發展引發市場對ETC的剛性需求，近年來用戶數量增長迅速，但對于中國龐大的汽車擁有量而言，還存在巨大的市場潛力。

5  ETC收費系統效益及應用潛力分析

5.1  ETC提高收費站車輛通行能力

電子不停車收費（ETC）系統實現了收費工作的完全自動化，極大提高車輛通行能力，提高了收費站工作的效率。據測算，人工收費方式，每輛車進入車道經減速、停車、付錢、找零、起步等程序，平均用時約30s，而ETC車道避免了人與人之間貨幣支付的繁瑣，車輛以20km/h～40km/h速度通過收費站進口和出口只要約3s。這樣比較，ETC車道通行能力較人工收費車道提高了10倍。從收費站的角度來說不但減少了收費過程中人為因素的影響，收費效率顯著提高，保證道路的正常收益。

5.2  ETC節能減排降低車輛油耗

降低車輛收費等待時的燃油消耗。據有關數據統計分析，由于減少了車輛剎車、起步的頻率，使用ETC通行進口、出口可分別節油0.0083L和0.0211L。僅成都區域每天因等待交費停車而損失的車時就累計達到了數百萬小時，導致的油耗浪費以億元計算。隨著交通車流量的增大，基于國家節能減排與可持續發展戰略意義，實施高速公路ETC系統收費業務的需求也迫在眉睫。

5.3  ETC經濟效益分析

5.3.1  對道路業主的經濟效益

ETC使公路收費走向電子化，降低收費管理費用和基建費用成本，減輕了工作人員的勞動強度，也可以減少收費員出錯的機會和參與舞弊的機會，堵住了收費漏洞，節約了大量人力物力，保證了資金的回收，有利于提高高速公路的營運效益。

5.3.2  對駕乘人員的經濟效益

國內大部分已運營ETC車道通行費用都享受95折優惠，另外ETC系統與建行、工行等合作銀行建立預存款或信用卡帳戶消費都享受不同折扣優惠。相對于出租車、公共運輸、物流車輛等比較而言，不僅降低了長期通行費用成本，而且有效減少了現金流通環節，加強了對公帳戶的財務管理透明化。同時，駕乘人員節約了收費站的排隊時間，提高了行車效率，創造更多的社會價值和經濟價值。

5.4  減少和控制環境污染

減少車輛收費站排隊時尾氣排放造成的環境污染。特別是車輛起步時尾氣的排放量是正常行駛時的2～3倍，每條ETC 車道與人工收費車道相比，減少排放二氧化碳近50%、一氧化碳約70%、碳氫化合物約70%。同時，ETC能夠有效減少車輛加減速所造成的輪胎磨損，控制通行車輛對周邊環境造成的噪聲污染。

結語

隨著四川省高速公路的快速發展，電子不停車收費（ETC）系統的開發及應用，極大限度的緩解了傳統排隊停車收費造成交通阻塞的狀況，為高速公路用戶節省了時間，完善了高速公路的運輸功能。從長遠考慮， ETC 作為全球最先進的收費系統，引入國際最先進智能交通系統（ITS）服務，改善中國西部地區落后的交通狀況、提高通行效率以及出行質量，對于加快西南地區及川渝區域經濟發展實現交通大提速有重要作用，能夠帶來巨大的社會效益和經濟效益。

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