国外自由车流ETC电子收费系统集成技术发展状况

林琼友    Q-Free Australia  NSW 2065

摘要：目前，无论是欧美、日本还是澳大利亚，电子收费系统无论在技术、管理还是行业都已经相当成熟。电子收费系统已经成为智能交通的一大支柱产业。中国的电子收费系统自从2007年统一标准之后，发展势头迅猛。本文简单介绍国外电子收费系统发展的现状，特别是自由车流系统的集成技术发展，为国内的智能交通系统集成提供一点借鉴。

关键词：自由车流；ETC；系统集成

1. 国内电子收费系统的发展现状

2005年美国的一个研究机构发现，电子收费系统（ETC）的使用，能使收费站的有害气体排放减少百分之十六到六十三。自从1994年第一个电子收费系统（ETC）在广东佛山诞生以后，国内的不停车收费系统如雨后春笋在全国各地迅猛发展起来。在国内电子收费系统发展初期，由于没有国家标准，加上市场不大，各个系统集成公司大多是采用国外的技术及器材进行系统集成。这就形成了国内公司担当了集成和市场推广的角色，外国公司充当设备供应商的局面。进入中国市场的设备供应商大致有美国的Amtech，TI，挪威科瑞（Q-FREE），瑞典康比特(现在的KAPSCH)和日本的丰田等。在这个发展的初期，各大公司的经营策略是以争夺市场为主，发展技术为后。到了2000年的前后，有些有实力的大公司看好了电子收费系统这个行业的前景，纷纷加入了这个行业的竞争。在各方利益的纷争和实力的拉锯战后，终于在2007年出台了平衡各方利益和符合国情的国家推荐标准GB-T20851-2007。到目前为止，由于国内的交通管理的复杂性，大部分的电子收费车道都是单车道或混合车道式的“慢车道”。有的电子收费车道还安装了路障机或自动栏杆，以杜绝无卡车辆的进入。

在系统集成模式上，国内的电子收费系统采用三级甚至四级的拓扑结构。也就是第一级的车道设备级，其包括电子标签的读写天线、车辆检测线圈、车道通行控制栏杆、抓拍及监控摄像机、交通灯及显示牌等。第二级为收费亭设备级，包括车道控制计算机、车辆检测器、输入输出控制器等。第三级为收费站级，包括收费及图像监控终端、收费站服务器和报表系统等。第四级为收费公司及清算公司级，包括数据库服务器、查询及管理终端、报表系统、电子标签管理系统及清算系统等。

在管理模式上，国内的电子收费系统还没有达到全国联网的水平，即使部分地区实现了区域的联网，也往往局限于同一公司的电子标签及其有合作公司的电子标签，比如粤通卡和香港的路通卡。虽然有了统一的标准，但是要真正达到全国联网收费及清算还存在一定的困难。要克服这些困难，首先要在电子标签密钥管理上要统一。要有个组织给发卡机构指派发行者代号，发行者之间交换电子标签密钥的机制。

1. 国外自由车流电子收费系统集成技术

国外的电子收费系统目前也还存在混合车道和单车道专用道。但是大多数的系统已     经是自由车流的系统了。本文主要介绍自由车流的技术和管理现状。自由车流电子收费系统（MLFF， Multi-lanes Free Flow）一般包括AVI（Automatic Vehicle Idenfication）系统、VDC（Vechicle Detection and Classification）系统、VES（Vehicle Enforcement System）及后台处理系统（也叫Back Office）。AVI系统也就是我们通常说的电子标签识别系统，由两个或以上的TX（发射天线）和若干个RX（接收天线）组成，接收到的电子标签信息传送到车道控制器MLC（Multi-lane Controller）进行数据处理。VDC系统主要设备为双光束的激光扫描器和计算机组成，负责对车辆的检测及车辆分型。VES通常则由多个彩色和红外的带有车牌字符识别的摄像机组成，提供全天候二十四小时OCR（Optical Character Recognize）识别。目前OCR的识别能力已经相当高，基本上不用电子标签就能达到收费目的。后台管理系统除了图像及收费交易数据库外，通常还包括图像收费的人工核实及收费通知单的打印系统，清算接口等。

目前自由车流电子收费系统集成有以下的特点：

• 车道设备IP化

车道设备IP化是安装在龙门架上的路边设备，如收发天线、字符识别摄像机、车辆检测及车型识别系统全部带有以太网端口，甚至连控制电源、多路串口（RS232和RS422）、路边机柜空调和输入输出的端口都实现了IP化。IP化的最大特点是使系统布线简单，设备可靠，控制容易。比如要控制彩色摄像机的补光灯，既可以由光敏传感器控制，也可以由脚本程序对IP化的I/O模块控制其定时开启和关闭，这些控制都显得非常简单明了。车道设备的IP化，使一些冗余的设备的自动切换和自动恢复都变得非常容易。比如，很多设备都能通过电源复位而恢复正常，正在工作的收发天线、主电源、路边设备空调等，一旦出现了故障，就可以通过脚本程序切换到备用（standby）设备，然后通过IP化的I/O模块，使故障的设备通过电源复位而重启。设备的IP化还为前后台（前台指路边设备，后台数据处理服务器）一体化和路边设备无机柜化打下基础。曾经有大学教授预言，即将到来的IPV6时代，每个家用电器都可以配有一个唯一的公网IP，一切电器都在IP控制和管理中。看来IP化时代在IPV4和V6过渡时代已经来临。

• 系统监控自动化

传统的系统监控通常是指监控员在监控室通过图像和数字终端监控过车记录。通过监控室的值班人员人工监控，无疑是最直接的。但是，随着系统越来越复杂化，单靠监控人员的肉眼来监控系统，显得有点力不从心和效率低下。而通过电脑系统的自动监控，不但有效准确，同时还可以对系统的潜在故障也反映出来。最常用的自动监控系统NAGIOS。通过配置一台独立的NAGIOS服务器，在被监控的机器上安装标准或修改过的插件，就能过对所有的设备进行监控和报警。同时，这些报警信息可以通过邮件和手机短信通报相关人员，从而实现24小时无人值守的不间断监控。

• 维护远程化

IP化的互联网时代，很多大公司的系统已经实现了24小时日不落式维护。只要在地球上不同时区上设立3个或以上的维护中心， 一个中心下班了，为完成的任务可以交给地球另一个地方上班的维护中心继续去完成。

维护远程化是指维护通过全球互联网去实现，无时无地登陆系统，进行维护。远程维护通常是通过虚拟网接入公司的网络，然后通过公司网络联系维护系统。只要系统设计得合理，远程维护可以解决绝大部分的问题而不需要到现场。比如，系统软件升级、参数修改、系统重起、人工热切换（通常情况下是自动热切换）、系统参数监控、故障和缺陷调查等都可以通过远程维护实现。当然，远程的接入，要使用加密的SSH方式而不能使用明码的TELNET。

• 前台后台一体化

由于车道设备IP化，使得将全部车道设备（除龙门架的设备外）放置在中心机房成为可能性。即使有个别设备没有完全IP化，比如必须用的串口设备，也可以通过IP转换实现。前后台一体化使得设备管理和维护更方便，设备更清洁，可靠性更高。一体化的进程改写了传统的不停车电子收费系统三级甚至四级的拓扑结构，成为一级或二级的拓扑结构。前后台一体化，使得系统的安装和维护轻松写意。所有的车道设备和后台数据库管理系统都可以安装在中心机房的一个19寸设备柜里。通往车道的龙门架只需要铺设一根电源线和一根光纤。

• 车牌数字化

目前的车道抓拍系统已经不仅仅是提供一个简单的模拟图像给监控及管理人员参考使用了。先进的视频字符识别系统（OCR）已经可以提供准确率高达97%以上数字车牌。车牌的数字化不仅为后台系统通过公路管理局的数据库查找未交费车辆的车主信息和打印交费通知单提供方便，同时也为那些偶尔使用道路而不愿意购买电子标签车主提供通过车牌进行收费提供方便。可靠的车牌识别系统现实上已经成为一套补充的收费系统，当AVI 系统有故障时，它可以担当起百分百的收费功能。

除了上面提到的这些特点外，现在收费系统的一个趋势就是单龙门架化。通常自由车流的电子收费系统为三个龙门架。每个龙门架的距离通常为10米左右。前方龙门架用于安装后车牌摄像机。中间龙门架为读写天线和激光检测设备用，后龙门架为前车牌摄像机安装用。

电子收费系统一般要求24小时不间断工作，因此只允许单一机器在一时间内使用的设备，比如读写天线、车道控制机都应该是双机热备份、热切换。当一个读写天线有问题是，整个系统能自动切换到另一个读写天线工作，而故障的读写天线能够自我修复，并且在修复后马上担当起备份设备的角色。当然，一旦故障设备不能自我修复，系统应该马上发出报警，通过报警服务器发短信到值班人员的手机上。

1. 电子收费系统行业的发展

当前的电子收费系统大多采用DSCR(Dedicated Short Range Communication)标准， 个别系统正在开发或使用GNSS(Global navigation satellite system)。

覆盖更多应用的CALM (Continuous Air interface for Long and Medium distance)标准已经形成。这新的标准将为职能交通领域提供更多的解决方案。

参考文献：

张北海，中国ITS发展及电子收费系统应用，2006

ELECTRONIC TOLL COLLECTION，ITS DECISION，2009

Knut Evensen ， SS16-ITS Radiocommunications New Technologies，2009