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浅析四川省高速公路ETC系统的发展
【内容摘要:浅析四川省高速公路ETC系统的发展王永生四川路桥建设股份有限公司公路隧道分公司四川省双流县东升西安路一段49号(610200)wys20223@163.com 13990997549二○一二】

浅析四川省高速公路ETC系统的发展

王永生

四川路桥建设股份有限公司公路隧道分公司

四川省双流县东升西安路一段49号(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

电子不停车收费系统(ETC)是智能交通系统(ITS)的重要服务领域之一,本文针对ETC系统进行概述,根据四川省高速公路的发展状况,结合ETC工程应用现状及联网收费运营环境的特点,参照国内ETC标准化的出发点和政策支持,简述了ETC收费系统效益及应用潜力分析。

关键词:ETC、高速公路、AVI、OBU

作者简介:

王永生,1984年出生,男,2005年毕业于石家庄铁路职业技术学院智能建筑控制工程专业,大学专科,供职于四川路桥建设股份有限公司公路隧道分公司,助理工程师,单位地址:四川省成都市双流县东升西安路一段49号,邮编:610200,联系电话:13990997549。

引言

随着近年来四川省交通运输行业的快速发展,高速公路上的车流量越来越大,人工和半自动收费(MTC)方式将不能满足高速公路上车辆营运对收费管理系统的需求,收费站进出口这个“瓶颈”处车辆排队缴费造成严重的堵塞,另外车辆在等候时的耗油和废气排放也产生相当的经济损失和造成环境污染。因此在高速公路上采用电子不停车收费系统(ETC),就会体现其节能、快捷、环保等优越性。

1 ETC系统的相关概述

1.1 ETC系统的技术简介

电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection,简称ETC)是目前世界上最先进的收费系统,是智能交通系统(Intelligent Transport System,简称ITS)的重要服务功能之一,是指车辆在通过收费站时,通过车载设备实现车辆识别、信息写入并自动从预先绑定的IC卡或银行帐户上扣除相应资金,过往车辆通过道口时无须停车,即能够实现自动收费。ETC特别适于在高速公路或交通繁忙的大桥、隧道环境下使用,是国际上正在努力开发并推广普及的一种电子收费系统。

1.2 ETC系统的工作原理

ETC系统利用车辆自动识别(Automatic Vehicle Identification,简称AVI)技术,通过路侧读写设备(Rate-Sensor Unit,简称RSU)实现车道控制器与车载电子标签(On Board Unit,简称OBU)的数据交换,完成车辆与收费站之间的无线数据通讯,进行车辆自动识别和有关收费数据的交换,通过计算机网路进行收费数据的处理,实现不停车自动收费的全电子收费系统。(图1)

图1 ETC系统示意图

1.3 ETC系统的组成部分

ETC系统主要由ETC收费车道、收费站管理系统、ETC管理中心、专业银行及传输网络组成。根据分工的不同,系统又可分为前端和后台两大部分。前端以车道控制子系统为核心,用于控制和管理各种外场设备与安装在车辆上的电子标签的通信,记录车辆的各种信息,并实时传送给收费站管理子系统(图2);后台由收费站管理子系统、ETC管理中心和专业银行组成,后台根据收到的数据文件在公路收费专营公司和用户之间进行交易、拆帐和财务结算。

图2 ETC道路系统示意图

1.4 ETC系统的特点

ETC系统可实现全天候24小时无人监管不间断工作;车道过车和银行托收都是由系统自动实现;在收费站不设服务器,通过网络浏览器打印报表,降低成本,提高系统的安全性;银行托收一般在一分钟内完成;提供互联网服务,电子标签用户可以在网上查询过车费用。使用ETC系统后,车辆可以完全实现不减速即时通过收费站车道,车辆的通行效率明显得到提高。

1.5 ETC系统的应用的必要性

随着国内高速公路车流量的激增,从而导致了收费站的交通堵塞情况也日趋严重。虽然高速公路管理水平越来越先进,但大部分已运营通车的高速公路收费管理却仍然停在低效率的人工收费(MTC)方式。电子不停车收费(ETC)方式是目前美国、欧洲等发达国家采用最多的先进收费方式,对于提高我国公路运营管理水平和通行服务水平具有重要作用。根据国家关于信息技术推进传统产业技术进步的总体思路,促进交通行业技术革新,推动高速公路收费信息化建设,提高社会经济效益具有积极意义。

2、四川省高速公路行业发展状况

2.1 高速公路里程及现状

自1995年9月四川省第一条高速公路成渝高速公路通车后,16年间省内先后建成成绵、成雅、成乐、成灌、成南、内宜、隆纳、西攀等三十余条高速公路,截止2011年底已建成通车总里程达到3000多公里。目前全省高速公路进出川大通道累计建成8条,以成都为主枢纽已经形成全省高速公路网基本框架,“蜀道难”的状况已发生翻天覆地的改变。(图3)

图3四川在建和已建成的高速公路图

2.2 在建高速公路及未来规划

按照《中国国家高速公路网规划》(7918网:七放射九纵十八横)和《四川省高速公路网规划(2008—2030年)》(“16、5、5”网:十六成都引入五纵五横八联络)的建设规划。(图4)自2008年至今,全省累计开工建设高速公路项目42个,总里程3887公里,总投资规模3107亿元,均居全国第一位。目前,全省建成和在建高速公路总里程达到6537公里。该规规划突出3个重点:构建枢纽、打开通道、完善路网。目标到今年底,四川省高速公路通车里程确保达到4000公里,建成12条出川高速公路通道;到2020年,四川省高速公路通车里程力争达到8200公里,建成21条出川高速公路通道,成渝经济区交通体系基本形成,实现打造西部综合交通枢纽重大战略目标。

图4 四川高速公路规划图(2008-2030)2011版

2.3 高速公路运营管理模式和现状

2007年四川高速公路网内全面施行计重和联网收费,全省高速公路实现“一卡通”,减少车辆在收费站的停顿,缓解高速公路拥堵,提升高速公路使用效率。但随着路网规模不断扩大,以及BOT公司的加入,联网收费区域内的环状路网结构日益复杂。2010年底,四川高速公路网已经建成“高速公路多路径识别系统”, 采用RFID[1]射频标识站法解决联网收费高速公路多路径识别问题,为未来更好地发展电子不停车收费系统(ETC)作好远景规划。

3、四川省高速公路ETC系统的发展现状

3.1 ETC联网收费模式分析

3.1.1 完全联网及传统MTC收费方式

四川省此前建成的高速公路基本上均采用手工封闭式收费。2007年联网收费后路网内所有高速公路均采用半自动收费方式,即“人工判别车型、人工收费、车辆检测器校核、计算机管理、闭路电视监视”的方式。随着各方面技术的发展,逐步升级了车牌识别标识站系统、收费站入、出口MTC车道牌照识别系统、复合通行卡多路径识别系统等。适合四川公路交通运输管理现状,是目前路桥收费主要方式,但对成渝、成雅等交通量大的收费站点,仅采取扩站增加车道等土建方式,不能根本解决收费站交通瓶颈问题。

3.1.2 MTC/ETC组合式电子收费模式

2011年12月,全省高速公路联网收费范围包括成都市管机场高速、绕城高速等99个ETC通道已经改造完成,正式进入调试阶段。2012年3月1日成都市14个收费站已投入测试运行,首先适用于持有记账卡、抢险救灾卡、灾后重建卡的客车。目前,对社会车辆的使用功能及方案正在研究,ETC发卡中心已在建设中。省内高速公路收费将逐步采用半自动收费与不停车收费相结合的方式,即MTC/ETC组合式收费,分三个阶段推进全省高速公路应用联网电子不停车收费技术,使四川省高速公路进出站口物流更加通畅。

3.2 ETC技术规范及标准

基于国家标准GB/T 20851.4-2007《电子收费专用短程通信》的专用短程通信(DSRC)技术和基于ISO18000-6B与ISO18000-6C的无线射频识别(RFID)技术在智能交通(ITS)车辆标识和车路通信领域得到了广泛的应用,国标5.8G专用微波短程通信协议用于DSRC的高速公路ETC系统。

3.2.1 专用短程无线通信DSRC

DSRC 协议全称为道路交通运输信息通信专用短距离通信。DSRC 是采用无线通信技术,通过信息的双向传输将车辆和道路有机地连接起来,主要由车载单元(OBU)、替换单元(RSU)、专用短程通信协议和后台计算机网络构成,在智能交通系统中实现路与车之间信息传输、交互的通信系统。

3.2.2 OBU/RSU及相关系统

3.2.2.1 OBU是主动双片式车载单元,遵循ETC&DSRC中国国家标准GB/T20851-2007,用来和路边架设的RSU通讯的微波设备。安装于车辆前挡风玻璃内侧,车辆高速通过RSU的时候,OBU和RSU之间用微波通讯,识别真假,获得车型,计算费率,扣除通行费。

3.2.2.2 RSU是一款DSRC路侧单元,遵循ETC&DSRC中国国家标准GB/T20851-2007,RSU是由高增益定向束控读写天线和射频控制器组成。高增益定向束控读写天线是一个微波收发模块,负责信号和数据的发送/接收、调制/解调、编码/解码、加密/解密;射频控制器是控制发射和接收数据以及处理向上位机收发信息的模块。

3.2.3 ETC 系统的关键技术

3.2.3.1 自动车辆识别技术(AVI)。主要由车载设备(OBU)和路侧设备(RSU)组成,两者通过短程通信DSRC 完成路侧设备对车载设备信息的一次读写,即完成收(付)费交易所必须的信息交换。目前用于ETC 的短程通信主要是微波RFID方式,由于技术发展的原因,微波方式的ETC 已成为国际上DSRC 的主流。

3.2.3.2 自动车型分类技术(AVC)。在ETC 车道安装车型传感器测定和判断车辆的车型,以便按照车型实施收费。也有简单的方式,即通过读取车载电子标签OBU中车型的信息来实现车型分类。

3.2.3.3 违章车辆抓拍技术(VEC)。主要由高清摄像机、图像传输设备、车辆牌照自动识别系统等组成。对不安装车载设备OBU 的车辆用高清摄像机实施抓拍措施,并传输到数据中心,通过车牌自动识别系统识别违章车辆的车主,实施通行费的逃费补收手续。

3.3 政府政策支持分析

高速公路联网不停车收费系统(ETC)是“十一五”国家科技支撑计划重大项目“国家综合智能交通技术集成应用示范”的研究成果,也是“十二五”规划纲要重点发展的交通科技改革项目。在四川省委、省政府的坚强领导下,全省交通运输系统认真贯彻落实构建西部综合交通枢纽的战略部署,抢抓机遇,改革创新,攻坚克难,以超常努力实现交通运输超常发展。按照“打开通道、构建枢纽、完善路网、提升功能、支撑发展”的总体思路,以西部综合交通枢纽为纲,编制完善了高速公路网规划、公路运输枢纽规划等20多个规划和专项方案。四川高速公路建设开发总公司按照“抓紧论证,加快实施”的精神,前期已在成都绕城高速、机场高速等多个站点建设了安装ETC设备的试验车道,通过技术推进和联网收费的研发,近期正在开展ETC的试运行,全面推进对高速公路ETC和非现金支付体系建设工作。

3.4 ETC系统建设规划

为完善高速公路网服务功能,建立畅通、便捷、安全、高效、绿色的高速公路交通运输服务体系,四川省交通运输厅高速公路管理局将在建成运营高速公路通往县级以上行政区、国家4A级以上景区及大流量收费站上设置ETC车道,记账车、年月票车、集团用户车正式实行不停车收费通行;全省高速公路ETC平均覆盖率(设置ETC车道收费站数量占高速公路收费站点数量的比例)将达到30%,ETC车道数将达到156条,ETC用户量将达到20000个,非现金支付使用率(非现金交易笔数与总交易笔数之比)将达到10%。

到2012年底,全省高速公路ETC平均覆盖率将达到40%,ETC车道数将达到316条,ETC用户量将达到40000个,非现金支付使用率将达到15%。

到“十二五”末,全省高速公路ETC平均覆盖率将达到60%,ETC车道数将达到670条,ETC用户量将达到200000个,非现金支付使用率将达到40%。

4 示范工程的应用状况

我国在应用电子不停车收费技术方面起步较晚,20世纪90 年代初,国家陆续引入电子不停车收费技术,在经济和交通较发达的地区,如广东、北京、上海开始试用。目前在全国已经开始广泛推广ETC系统,根据国家关于信息技术推进传统产业技术进步的总体思路,以及随着ETC相关技术规范的标准化和联网收费技术的不断成熟,ETC系统在国内得以迅速的发展,成为今后高速公路收费方式的发展趋势。在沿海城市项目示范工程的推动下,京津冀和长三角跨8个省市实现了跨省市联网不停车收费,并带动了国内ETC系统建设。截至2011年,全国已开通ETC车道的省市有17个,开通车道1930多条,使用车载电子标签不停车收费用户约120万个,非现金支付卡用户达60多万个,自建客户服务网点400多个。

国内示范工程案例:

◆2004年12月,广东发行“粤通卡”,ETC收费系统开通运营,在

国内率先实现全省高速公路联网收费。

◆2008年12月,北京市高速公路联网收费速通卡ETC试营运,2009

年5月1日正式对外服务。

◆2008年12月,上海市和江苏省率先联合开通跨省市联网电子不停

车收费系统。

◆2009年1月,陕西省高速公路非现金收费系统正式开通。

◆2010年5月,重庆市高速公路全路网启用ETC。

◆2010年9月,京津冀区域高速公路联网ETC实现互通。

◆2011年7月,湖北省武汉市“六桥一隧”实施WHETC。

◆2011年12月,长三角地区苏浙皖赣沪四省一市高速公路联网ETC

全面互通,实现华东地区交通无缝对接。

随着交通发展引发市场对ETC的刚性需求,近年来用户数量增长迅速,但对于中国庞大的汽车拥有量而言,还存在巨大的市场潜力。

5 ETC收费系统效益及应用潜力分析

5.1 ETC提高收费站车辆通行能力

电子不停车收费(ETC)系统实现了收费工作的完全自动化,极大提高车辆通行能力,提高了收费站工作的效率。据测算,人工收费方式,每辆车进入车道经减速、停车、付钱、找零、起步等程序,平均用时约30s,而ETC车道避免了人与人之间货币支付的繁琐,车辆以20km/h~40km/h速度通过收费站进口和出口只要约3s。这样比较,ETC车道通行能力较人工收费车道提高了10倍。从收费站的角度来说不但减少了收费过程中人为因素的影响,收费效率显著提高,保证道路的正常收益。

5.2 ETC节能减排降低车辆油耗

降低车辆收费等待时的燃油消耗。据有关数据统计分析,由于减少了车辆刹车、起步的频率,使用ETC通行进口、出口可分别节油0.0083L和0.0211L。仅成都区域每天因等待交费停车而损失的车时就累计达到了数百万小时,导致的油耗浪费以亿元计算。随着交通车流量的增大,基于国家节能减排与可持续发展战略意义,实施高速公路ETC系统收费业务的需求也迫在眉睫。

5.3 ETC经济效益分析

5.3.1 对道路业主的经济效益

ETC使公路收费走向电子化,降低收费管理费用和基建费用成本,减轻了工作人员的劳动强度,也可以减少收费员出错的机会和参与舞弊的机会,堵住了收费漏洞,节约了大量人力物力,保证了资金的回收,有利于提高高速公路的营运效益。

5.3.2 对驾乘人员的经济效益

国内大部分已运营ETC车道通行费用都享受95折优惠,另外ETC系统与建行、工行等合作银行建立预存款或信用卡帐户消费都享受不同折扣优惠。相对于出租车、公共运输、物流车辆等比较而言,不仅降低了长期通行费用成本,而且有效减少了现金流通环节,加强了对公帐户的财务管理透明化。同时,驾乘人员节约了收费站的排队时间,提高了行车效率,创造更多的社会价值和经济价值。

5.4 减少和控制环境污染

减少车辆收费站排队时尾气排放造成的环境污染。特别是车辆起步时尾气的排放量是正常行驶时的2~3倍,每条ETC 车道与人工收费车道相比,减少排放二氧化碳近50%、一氧化碳约70%、碳氢化合物约70%。同时,ETC能够有效减少车辆加减速所造成的轮胎磨损,控制通行车辆对周边环境造成的噪声污染。

结语

随着四川省高速公路的快速发展,电子不停车收费(ETC)系统的开发及应用,极大限度的缓解了传统排队停车收费造成交通阻塞的状况,为高速公路用户节省了时间,完善了高速公路的运输功能。从长远考虑, ETC 作为全球最先进的收费系统,引入国际最先进智能交通系统(ITS)服务,改善中国西部地区落后的交通状况、提高通行效率以及出行质量,对于加快西南地区及川渝区域经济发展实现交通大提速有重要作用,能够带来巨大的社会效益和经济效益。

参考文献:

[1]张北海.国内电子不停车收费系统发展现状[J].国际智能交通,2005(6):1-10.

[2]高文宝,张北海,高清柳.ETC应用的效益分析及推广措施[J].中国交通信息产业,2009(5):68-72.

[3]项乔君.城市交通系统汽车燃油消耗研究[D].东南大学,2000.

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《四川省交通运输“十二五”发展规划》[S].2012.

[5]北京握奇数据系统有限公司. Quipass-国标ETC电子收费方案

[Z].2009.

[6]中商经济研究院. 2012-2016年中国ETC行业发展前景预测及投

资建议研究报告[R].北京.2012

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[8]四川省交通运输厅.厅高管局分步推进全省高速公路应用联网电

子不停车收费技术[EB/OL].[2011-12-08]http://www.scjt.gov.

cn/10000/10586/11436/11448/2011/12/8/10053934.shtml

[9]刘晓峰.四川省高速公路联网收费系统建设的初步探索[J].交通

科技,2008(1).

[10]百度百科.不停车收费系统[EB/OL] http://baike.baidu.com/

view/1085946.htm



[1]RFID:射频识别技术(Radio Frequency IDentification),又称电子标签、无线射频识别,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。有源RFID技术(2.45GHz、5.8G)被广泛地应用于电子不停车收费(ETC)系统中。

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