ETC应用及其物联网模式探究

ETC应用及其物联网模式探究1213800025毕伟浩1213800027陈毅宏1213800036朱粮川1213800041叶敏一．ETC简介ETC是不停车电子收费系统，ETC专用车道是给那些装了ETC车载器的车辆使用的，采用电子收费方式．ETC(ElectronicTollCollection)不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。高速ETC技术也是目前世界上最优秀最先进的收费系统，广泛应用于高速公路收费领域，在道路、大桥、隧道收费当中也倍受欢迎，过往车辆通过道口时无须停车，即能够实现车辆身份自动识别、自动收费。高速ETC技术主要涉及到自动车辆识别技术、自动车型分类技术、短程通信技术、逃费抓拍系统技术、红外技术等，由后台系统、车道控制器、RSU（路侧单元，俗称读卡器，通常安装在车辆的左上方）和OBU（车载单元，即俗称的车卡，一般都固定在挡风玻璃的正上方）等组成，其中OBU采用DSRC技术，建立与RSU之间微波通讯链路，在车辆不停车的状态下，系统会自动进行车辆身份识别、电子扣费等动作，进而实现不停车、免取卡，建立无人值守通道。ETC功能实现的原理图：如上图所示，进入高速公路时，车辆在慢速行驶的状态下触发地感线圈，从而进入RSU的读取范围内并完成读取OBU步骤，后台系统接着对该车辆进行身份识别和信息储存，接着系统发送抬杆命令到道闸，道闸杆快速升起，车辆完成相应信息登记后进入高速；待车辆从某一个高速路口准备离开时候，RSU再次对车辆进行身份识别，系统处理后自动计算出应该缴交的费用，在电子扣费完成之后，道闸升起，车辆快速通行。二．ETC的应用及其对商业模式的影响1.国外ETC应用现状国际上，美国、欧洲、日本很早就针对不停车收费系统中的研发技术、工程实施、标准规范进行了深入研究，并向国际标准化组织提交了有关不停车收费标准的草案，欧洲和日本提出的标准较为成熟，获得了厂商的广泛的支持。各发达国家在ETC技术推进和联网收费方面都经历了较为漫长的过程。美国基本上是采用开放式收费制式构成的网络。目前，美国已有11个州的21条高速公路收费机构连合成立了IAG组织（InterAgencyGroup），系统内车辆采用单一标准的车载设备，每个用户拥有单一账户。该组织下的收费系统已安装有3211条ETC车道，每日交易量超过300万。日本ETC系统起步较早,1993年日本政府制定的“道路技术5年规划”中,明确指出大力支持开发ETC系统。1994年至1999年,由原建设省、四大道路公团以及日本国内的企业集团合作进行了一系列的试验和试点,于1999年制定出了全国统一的相关设备的技术规格标准。2000年4月,日本开始正式实施其计划。同年12月,国土交通省颁布了ETC系统的相关法规。2001年3月,日本系统正式投人营运。日本ETC系统投人营运以来,其覆盖区域不断扩大。目前,伴随着系统的开通,用户数也不断增加。2003年初用户数不足100万户,至2006年10月用户数量已达到1514万户,占全国车辆的20%1。至2008年4月，用户数量达到2275万台2，占全国车辆为30%，2008-2011年新增加1900万辆，达到约4200万辆，普及率达到56%。截止2012年底，日本OBU保有量达到5200万台以上。2.国内ETC系统应用现状ETC系统由电子标签/车载单元(OBU)和路侧单元/速率传感器(RSU)两个核心的部分组成，是利用车辆自动识别技术(VI)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。国内ETC应用的兴起比国外晚了几年历史，1996年10月广东佛山、南海、顺德等地方收费公路上建立了ETC车道并投入运营，这是国内ETC的首次试运行。如今，经过近17个年头，中国的电子收费不停车系统已经遍布北京、上海、山东等20多个省市。作为我国经济发展实力最强劲的地区之一，长三角在2010年8月实现ETC联网(全国第一大)对推动国内ETC的发展有着无可厚非的意义，目前长三角区域内ETC覆盖率超过65%，区域内共发展ETC用户近百万。而全国第二大ETC联网区域，京津冀鲁晋区域联网的建设也将在今年10月完成，极大地促进国内ETC用户的增加。据统计，目前北京ETC车道覆盖率已经达到100%，ETC用户超过了一百万;山东ETC覆盖率达60%约70万用户;山西ETC覆盖率达38%约12万用户;天津今年也新建60条ETC车道，ETC车道覆盖率达将到96%，用户目前约5万;同年河北新增ETC专用车道100条，ETC车道覆盖率将达60%，目前约16万用户。国内ETC车道正慢慢扩散覆盖并接轨，而ETC用户正蔓延开来。3.ETC商业模式决定发展速度国内ETC发展借助高速公路以及道桥应用获得了起步，但是更深层的向城市智能交通发展遇到了诸多的瓶颈，缺少良好的政企共赢的商业模式是重要原因。首先，缺少统一规划的不停车收费停车场。不停车收费停车场的建设以及改造工程是一笔不小的投入，如果停车场业主出资建设，短期内看不到良好的经济效益，业主会犹豫，如果政府统一投入，对于一个城市而言是一个财政负担。因此，如何平衡多方的经济利益关系，增加智能停车场的数量是影响其发展的一个重要因素。其次，收费联网的统一分配模式。如果每一个智能停车场收费采用一张卡，那么一个司机每经历一个停车场都需要一张卡，无疑会影响收费的效率，因此统一的支付平台的建设非常必要。但是不同的停车场由不同的业主经营，而且分散在城市各个角落，如果完全实现一卡通支付明显是不现实的。从目前来看，各个城市通过公交系统在做一卡通，集成了公交车、城市轨道交通、出租车以及小额消费等支付功能，为市民出行带来了更大的便利。但是各个城市情况也不一样，例如在广州就出现很多出租车拒绝使用一卡通刷卡的情况。从高速公路对于ETC应用模式来看，也是几个高速公司共同出资建立一个运营公司，由运营公司负责支付平台的统一运作。因此跨区域收费卡支付方式不联网，已经严重制约不停车收费的发展。因此，第三方支付运营平台也就是结算中心的出现，对于不停车收费的发展将会产生重要的影响。最后，城市不停车收费需要较好的刚性需求切入。城市智能交通的发展是一个不可阻挡的趋势，但是如何在当前形式下，寻找一个最佳的切入点以最小的资源撬动城市智能交通的发展，则必须要寻找较好的刚性需求作为切入点，通过市场扩散逐渐促进不停车收费停车场的建立以及支付平台的联网。比如，在道桥较多的城市，尝试开展不停车收费停车场的建设是一个较好的切入点，首先这些城市车辆已经普及安装车载单元，不需要承担额外的费用，而一卡多用也使得司机能够获得更大的便利。三.ETC的技术性不足及应对措施虽然ETC对提高道路收费站收费效率和道路建设有积极作用，但其现今发展仍然存在些许缺憾。主要包括一下几点：兼容性，ETC邻道干扰。1）兼容性：ETC技术不成熟、电子标签收费高直接影响了车主使用的积极性。一位不愿透露姓名的业内人士表示，我国目前大力推广的5.8GHzETC技术主要是借鉴欧洲、日本的ETC技术，实际上欧洲和日本的5.8GHzETC都没有出现问题，而我国的ETC车道总出现拥堵问题，原因是当时进行设计的时候，研究人员把欧洲、日本的标准融合起来，而关键的技术由于没有获得专利授权未使用，导致我国的ETC应用时问题频发。除了不同的标准之间不能互联互通之外，当前还出现了同一个标准、同一个厂家给不同地区生产的产品不能互联互通的问题，主要原因是一个省采购多家设备，比如河南、甘肃使用的都是交通部公路科学研究院认证的产品，但是二者之间也不能互联互通。因此，全国统一ETC标准的制定和实行亟待解决。2）ETC邻道干扰原因分析和应对措施：高速公路ETC的应用上,对车辆进行自动的识别工作时,有时会经常性的出现邻道干扰的现象。而邻道干扰现象,一般指的是收费站车道上安装的ETC中的RSU读写器在进行自动读到通过车辆的电子标签时,误读到其它邻道上通过车辆的电子标签,从而影响到ETC对各自车辆归属的鉴别。应对措施：1工程安装严格按照标准要求执行在对ETC系统安装的过程中，RSU的安装位置必须在本车道正中央位置，严格按照国家标准要求来设定安装高度，同时正确控制安装角度，高速公路口多个ETC车道的建设施工和系统安装都要保持严格的一致性。ETC车道的设置尽可能的选择平直的车道，避免在拐弯处或者上、下坡处安装ETC系统，面积较大的金属面要远离RSU，多个ETC车道间要设置有效的隔离带。按照国家标准要求，RSU通信模式支持双信道，利用软件对信道进行合理的设置。对两个相邻的车道将信道进行不同的设置，从而保证通信能够相互独立，互相没有干扰，是通信具有独立性。另外必须根据国家标准的要求保持OBU的灵敏度，对发射功率进行正确合理的设置。2对设备进行合理安置设置，避免邻道干扰ETC设备要选用技术成熟、性能稳定的设备，尽可能保证OBU性能具有一定的稳定性和一致性。对于RSU，其问题的重点在于天线的设计，对天线的方向图要进行科学合理的设计，在增强主瓣方向性的同时对副瓣进行有效的抑制。同时对RSU天线的设计进行改进和优化，对主瓣波束宽度进行合理设置，避免因宽度过大导致的邻道干扰，尽可能的保持波束宽度与车道宽度的一致。对RSU天线副瓣进行有效的一致可以使副瓣强度有效削减，使其信号强度对交易不能造成影响。3设备防邻道干扰设计RSU设备天线采用阵列设计的方法，增加主瓣波束强度的同时抑制其宽度，防止其发散到本车道以外的车道。通过天线阵列的每个小阵列单元的相互作用，抑制天线副瓣的信号强度，避免天线副瓣的强度达到OBU唤醒功率，造成邻道干扰。信道设置为不同频率的信道，防止相邻车道之间的信道交互作用。针对统一收费站已经完成ETC或MTC交易的ETC用户，检测其交易时间间隔，如交易时间间隔在设定值，则系统默认为已经完成了交易，放弃此次交易。四．总结ETC技术作为一种先进的道路收费技术，在我国正得到越来越多的重视和应用，并且有了较快的发展。但在ETC实际应用中出现了很多问题，在大规模实施ETC系统之前，应该认真总结已有的经验教训，找到合理的解决办法，尽可能杜绝ETC系统的漏洞，以保证ETC收费系统的安全稳定运行。