基于RFID技术的不停车收费系统设计2010412318 （精选）

第一篇：基于RFID技术的不停车收费系统设计2010412318 （精选）

目录

摘要............................................................................................................................................................2 关键词:RFID，不停车收费，智能系统..................................................................................................2 ABSTRACT...............................................................................................................................................2 KEYWORDS: RFID, ETC, THE INTELLIGENT SYSTEM..............................................................2 第一章 绪论............................................................................................................................................2 1.1研究背景及意义.............................................................................................................................2 1.2不停车收费系统的研究现状与发展趋势.......................................................................................3 1.3文章内容及结构安排......................................................................................................................4 第二章 基于RFID不停车收费系统的论述............................................................................................4 2.1不停车收费系统的概述..................................................................................................................4 2.2不停车收费系统设计的基本功能...................................................................................................5 2.3不停车收费系统的硬软件系统构成...............................................................................................6 2.4不停车收费系统的工作流程..........................................................................................................7 2.5小结..................................................................................................................................................8 第三章 射频识别系统硬件设计..............................................................................................................8 3.1射频识别技术原理..........................................................................................................................8

参考文献.....................................................................................................................................................9 基于RFID技术的不停车收费系统设计

电子信息工程 沈思

指导教师 胡敏

摘要：本文首先针对目前所采用的人工收费方式的缺点，研究了基于RFID技术的不停车收费系统，并从功能、组成、应用等方面阐述了系统的架构。

其次，研究了射频识别技术的原理，在此基础上，给出了一种基于NRF401射频芯片的射频系统，并详细阐述了系统的硬件设计。然后，对不停车收费系统软件进行了开发设计,完成了系统软件总体框架的设计和分析。最后，对全文的工作进行了总结。

关键词：RFID，不停车收费，智能系统

The design of no stop electronic toll collection system based on

RFID technology

Student majoring in Electronic shen si

Tutor hu min

Abstract Firstly, aiming at the disadvantages of artificial charging methods currently employed.Then have a study of the system which is used in the Electronic Toll Collection and design the framework of the system from the function, composition, application and so on.Secondly, introduce the principle of Radio Frequency Identification technology, on the basis of this, presents a system of radio frequency based on RF chip NRF401, and describes the system hardware design.Then, for the development and design of the software of no stop electronic toll collection system, completed the design and analysis of the overall framework of system software.Finally, the paper summarizes the work.Keywords:RFID, ETC, The Intelligent system

第一章 绪论

1引言

1.1研究背景及意义

智能交通系统(ITS，即Intelligent Transportation System)是21世纪现代交通运输体系的发展方向，是国家“十五”重点攻关项目。随着国民经济快速发展，我国综合国力不断增强，交通基础建设大为改善，尤其以高速公路为主骨架的覆盖全国范围的高等级公路网络正在逐步形成，高速公路为交通事业跨越式发展奠定了坚实的基础，在某种程度上缓解了交通在经济建设中的瓶颈制约作用。但是，随着经济的持续快速增长，路网通过能力日益满足不了交通量增长的需要，交通拥挤，阻塞现象日趋严重，尤其以高速收费站车辆拥挤堵塞现象更为突出。如何实现各类车辆的有效指挥、协调控制和管理已经成为交通运输和安全管理部门面临的一个重要问题。

高速公路堵车现象时有发生，高速公路管理手段虽然越来越先进，但大部分已通车高速公路收费管理却仍停留在比较低效的人工收费阶段，这就给高速公路使用带来诸多不便：

（1）车辆停车排队交费等候通关的时间较长，在车流量增加时很容易造成拥堵；

（2）因停车等候交费的时间较长，降低了大桥或高速通道的通行能力和服务水准；

（3）各收费站点的现金结算工作量巨大，所需工作人员较多，增加了人力使用成本；

（4）人工收费存在人员交接班的现金复核、稽查和统计工作量，同时还存在现金移交的资金安全问题；

（5）存在收费漏、交钱不给票或给假票的情况时有发生，甚至出现假钞假币方面损失；

（6）不便于路况和车流信息及时交流；

（7）由不同投资主体修建的公路收入分配问题日益严重；

（8）经过收费站时停车缴费造成的通行速度缓慢、频繁制动引起的机械磨损、油耗、噪音和由此产生的大量有害尾气等问题严重。

我国高速公路普遍采用封闭式收费制式，各省市在联网收费系统中，普遍采用了基于IC卡作为通行券的人工现金收费（MTC）方式，而国外发达国家经过长期和广泛的研究，已从主要依靠修建更多的公路，扩大路网规模来解决不断增长的交通需求，转移到用高科技技术来改造现有公路运输系统及管理体系，从而达到大幅度提高路网通行能力和服务质 量的目的。ETC电子不停车收费系统应运而生，ETC特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用。ETC系统不仅极大的改善了路上密集车辆所造成的环境污染，减少车辆阻塞现象，行车更加安全，而且大大提高过路桥收费的通行效率。

基于此，本课题主要对射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术在高速公路不停车收费系统中的应用进行了设计。1.2不停车收费系统的研究现状与发展趋势

1.2.1不停车收费系统在国外的发展情况

第一个不停车收费的应用实验是20世纪70年代末在纽约和新泽西试行的，借助于自动车辆识别的不停车收费系统，交费者既可向收费公司预付款，也可采用信用卡付账方式。1988年美国首次将不停车收费用于Lincoln Tunnel，紧接着，于1989年在新奥尔良州Crescent city大桥上实现了完整的车辆识别与计算。同时，其他各国也纷纷推出了自己的不停车收费系统，挪威研制出了Q-free0自动不停车收费系统，该系统是将一张塑料磁卡粘贴在车辆的前窗玻璃上，当车辆到达自动收费口时，无线扫描设备通过“询问”，接受来自过往车辆上磁卡发出的电子回答，系统的主计算机存储所有磁卡编号和通过次数，并自动记录通过收费口的车辆，然后和负责账款的系统通信联系，确定收费金额，计算机图像抓拍系统将非法通过的车辆拍摄下来，警察和银行部门根据相应账单进行处罚。厦门市路桥管理有限公司于1998年8月从挪威引进了该套自动化收费系统，并于2000年应用于厦门海沧大桥。此外，法国、英国、意大利等国家还推出了基于视频、环形线圈、红外和微波技术的不停车收费系统。

1.2.2不停车收费系统在国内的发展情况

近年来，我国各个地区均先后提出了实施不停车收费的规划。RFID可以通过射频信号自动识别目标对象，无需可见光源，具有穿透性，可以透过外部材料直接读取数据，读取距离远，无需与目标接触就可以获取数据。这些优点使它可以应用在智能交通领域，从而大大简化过程，提高效率。在射频识别技术的基础上建立起来不停车收费系统，它能够实现对车辆实时监控，高效、准确的管理，车辆进出可以不停车，免伸手。目前，不停车收费系统在我国也有了较为成熟的开发和应用。1994年底，广东佛山大桥管理站在国内首次开发成功了1套基于微波检测技术的不停车收费系统，该系统于1995年1月1日试开通，1997年广州市开始实施全市路桥“一卡通”不停车收费推广工程，系统于1999年1月1日投入运行。此外深圳机荷、梅观高速公路也实施了不停车电子收费系统。在北京、上海等地的机场高速公路也先后实施了电子不停车收费系统，其中北京机场高速公路收费站采用的是美国AMTECH公司的产品，而上海机场高速路则是使用日本丰田的路边设备和单、双片式车载机及世界上最先进的双界面卡。2007年底，包括京通快速路在内的全市n条高速路全部联网收费，除在主要收费站开通不停车收费系统外，所有的收费口还同步开通IC卡收费功能，普通公交一卡通也能轻松刷卡。1.3文章内容及结构安排

第1章首先分析了本文的研究背景及研究意义，其次，介绍了国内外不停车收费系统的研究现状。

第2章提出了不停车收费系统的架构，并分析了其工作流程。

第3章首先介绍了射频识别系统的原理，然后介绍了基于NRF401的射频系统硬件设计。

第4章对课题研究进行了总结。

第二章 基于RFID不停车收费系统的论述

2.1不停车收费系统的概述

ETC电子不停车收费系统是基于RFID技术通过远距离、非接触采集射频卡的信息，实现车辆在快速移动状态下的自动识别，从而实现目标的自动化管理。该系统产品集计算机软硬件、无线通信、信息采集处理、数据传输、网络通讯、自动控制和智能卡制作等技术综合应用为一体，属于先进的智能交通信息采集设备和高安全性的智能身份识别系统，是一种能有效对车辆进行自动识别和联网监管的重要技术手段。

该系统通过安装在车辆挡风玻璃上或者车身其他部位的车载电子标签（OBU）与在收费站ETC车道上的车道设备控制系统信号发射与接收装置（称为路边读写设备，简称RSE）以专用短程通信（Dedicated Short-Range Communication，简称DSRC）方式交换信息，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。不停车收费系统主要利用车辆自动识别技术（AVI），通过路侧车道控制系统的信号发射与接收装置识别通过车辆的编号，自动从该用户的专用账户中扣除通行费。对使用ETC车道未安装车载器 4 或车载器无效车辆，则视作违章车辆，实施图象抓拍和识别，会同交警部门事后处理。

2.2不停车收费系统设计的基本功能

高速公路不停车收费系统在开发设计中，必须体现下述功能: ETC电子不停车收费系统功能包括车辆检测功能、自动收费处理功能、设备控制功能、图像抓拍识别功能、异常车辆处理功能、数据库管理功能、数据同步功能、日志管理功能、RSU配置功能和脱机工作功能等。2.2.1.车辆检测功能

系统能够通过地感线圈检测到进入ETC车道的车辆，对经过车辆进行数量统计。并根据RSU的识别结果判断车辆是否具有电子标签（OBU）。2.2.2.自动收费处理功能

系统提供自动收费处理功能，在没有工作人员参与的情况下完成收费工作。当安装有OBU设备的车辆经过ETC车道入口时，系统会将入口信息写入双界面卡中，入口信息包括：通过区域号、路段号、站点号、车道号、入口时间、入口状态标识、车型、车牌号码。当安装有OBU设备的车辆经过标识站时，系统会将标识站信息写入双界面卡。当安装有OBU设备的车辆经过ETC车道出口时，系统根据从双界面卡读取的入口信息，查询系统中的费率表，计算出收费额度，将出口信息写入双界面卡并进行扣款操作（如果是储值卡）。出口信息包括：通过网络号、站点号、车道号、时间、出口状态标识、车型、车牌号码。完成自动收费以后，系统会产生收费记录，记录如下信息：车道序列号、卡编号、卡类型、入口名称、入口日期时间、出口名称、出口（交易）日期时间、出口车道类型、交易金额、双界面卡余额、车型、车牌、脱机交易序号、终端机编号、终端交易序号、交易验证码等。2.2.3.设备控制功能

系统能够根据对车辆的收费处理情况正确控制车道设备的动作，包括：自动栏杆的升起下落、雨棚灯的切换、通行信号灯的切换、声光报警器的开启和关闭、费额显示器的显示等。

2.2.4.图像抓拍识别功能

系统对经过ETC车道的当前车辆进行图像抓拍，并将该抓拍图像和处理信息关联后保存以供事后追查。系统对车辆抓拍图像具有车牌识别功能，可以将车牌识别结果与抓拍图像关联后保存，以供事后稽查。

2.2.5.异常车辆处理功能对于经过ETC车道的异常车辆（未成功进行入口信息写入或出口收费处理的车辆），系统会使自动栏杆保持关闭状态以拦截车辆，同时进行声光报警，提醒工作人员进行处理。2.2.6.数据库管理功能

系统提供强大的数据库管理功能，包括数据库的参数配置、备份以及数据库灾难恢复等。

2.2.7.数据同步功能

系统具有数据同步功能，车道服务器可以独立完成一次收费交易，交易信息可及时同步到收费站系统。系统也可以及时接收收费站下发的运行参数信息。2.2.8.日志管理功能

系统具有日志管理功能，可自动记录管理人员操作日志和系统运行信息日志，包括操作人员的个人信息、操作时间、地点、所进行的合法操作、所进行的非法操作、操作中产生的异常、系统运行中发生的异常等，也可以对日志进行查询，便于系统的维护和事故的追查。2.2.9.RSU配置功能

系统提供RSU配置功能，可通过专用配置管理工具配置RSU的通信口参数、射频参数、业务参数等信息。2.2.10.脱机工作功能

系统提供脱机工作功能，当车道系统与收费站的通信出现异常时，系统可降级运行和脱机操作，独立完成对经过车辆的收费处理操作，待网络系统恢复正常后再将交易记录等数据上传给收费站。

2.3不停车收费系统的硬软件系统构成 2.3.1.硬件系统构成

ETC电子不停车收费系统硬件包括收费站数据采集部分、数据传输部分、监控管理部分三部分组成。2.3.1.1.收费站数据采集部分

收费站数据采集设备主要是远距离、非接触采集车辆通过的时间、地点信息，收费站数据采集设备由若干个收费站组成局域网。数据采集系统主要实现不停车快速读取通行车辆卡号，并上传至收费管理中心，判断通过车辆所持卡号的合法性，控制红绿灯动作。对持有效卡的车辆绿灯放行，持无效卡的车辆红灯禁行，对无卡车辆向控制中心发出警报信号或抓拍车辆图像。数据采集系统是系统中的基本管理单元，采集系统将车辆通行的相关资料通过计算机网络实时传输至控制中心。图像捕捉设备将自动捕捉、存储车辆的图像，以供核查。2.3.1.2.收费站数据传输部分

数据传输主要是完成收费站与监控室或收费管理中心之间的网络连接。它由若干个收费站数据采集设备通过IP协议组成广（局）域网，数据传输配置网络通信接口设备、数字交换机、光收发设备、网络终端设备。2.3.1.3.监控管理部分

监控管理部分实时采集、存储各监控点处理计算机的通行数据，并进行逻辑判断和处理；完成各种信息的存储、备份以便稽核人员核查。自动生成各类数据、交通流量的统计报表供查询和打印, 并实时监控车辆通行状态，将数据存机备查；负责发放射频卡、建立用户档案、修改卡片档案库资料，设定用户查询密码等工作，保障发卡操作的合法性及安全性；设立卡片挂失、补卡、清卡、退卡、用户服务查询 6 系统； 当车辆非法进入或不按规定通道通行时，系统报警。监控管理配置网络服务器、管理计算机、不间断电源、系统软件。2.3.2.软件系统构成

ETC电子不停车收费管理系统是由服务器、数据库管理计算机、车道计算机通过混合网络拓扑结构连接而成的具备实时数据监视及采集、图像监视及采集、数据统计、信息检索等多项功能的计算机综合管理系统。其中包括由采用星型结构连接在一起的车道计算机为主，远距离射频识别系统设备、信号灯、显示牌和红外车辆检测器等为辅而构成的车道收费系统；由通过集线器连接的服务器、管理计算机、报表打印机组成的上端管理系统；由通过数据通道与图像信息通道与网络连接在一起的以计算机为主，视频采集设备为辅的多媒体采集系统。其各组成部分功能如下： 车道计算机：主要是完成车型的自动录入，射频卡的读写、网络检测、数据上传、信号灯控制、红外控制以及对各个收费车道特殊车辆（包括：无卡车、卡无效车、违章车等）的图像信息进行捕获并分类存入计算机以备随时检索使用等功能。管理计算机：对原始数据进行交通流量、征费金额的统计并输出各种文字和文字报表；通过各种条件对收费原始数据及图像进行多条件复合查询并汇总；进行射频卡的发行、回收、挂失、恢复和充值操作；对系统进行各种初始设置等功能。服务器：完成整个收费系统局域网络的管理及作为数据库服务器进行原始数据及图像的存储、备份工作。

2.4不停车收费系统的工作流程 系统的工作流程如下：

(1)车主办理ETC通行以及网上银行业务。车主到高速公路管理部门购置RFID电子标签。由发行系统向RFID电子标签输入车辆识别码，并在数据库中存入该车辆的全部有关信息，并在银行系统开通网上银行业务，使银行账户与车主信息绑定。

(2)车辆信息入库。发行系统将上述车主、车辆信息输入收费计算机系统。RFID电子标签贴在车上相应的部位，可以立即使用。

(3)收费站ETC通道入口写信息。当车辆通过高速公路ETC通道入口时，该站的收费系统的RFID阅读器发出射频信号，由RFID电子标签的天线接收射频信号，激活RFID电子标签后，该RFID读写器同时还向RFID电子标签写入入口信息。写入信息也由电子标签的天线接收，写入RFID电子标签芯片中。

(4)收费站ETC通道出口读信息。当车辆通过高速公路ETC通道出口时，该站的收费系统的RFID阅读器发出射频信号，由RFID电子标签的天线接收射频信号，激活RFID电子标签后，RFID读写器读写出RFID电子标签中存储的入口信息。(5)车辆处理。收费计算机系统向执行机构输出执行信号。当网上银行的储值，即结余金额足够支付过站的费用时，出站口绿灯亮，给予放行;若结余金额已不多，处于警告值以下，则黄灯亮，提示车主应再购买储值，但仍予以放行;若结 7 余金额不足或已无余款，则红灯亮，不予放行。对于闯红灯的车辆，将由站内摄像机自动摄下站牌号，并由计算机系统记录冲红灯的时间，以便追究其责任。(6)收费完成。上述过程，均于瞬间完成，ETC系统可保证车辆高速通过收费站，收费计算机系统将通过该站的车辆识别码及其新储值等信息，经通信网络，送至有关中心与其他收费系统中。

2.5小结

本章先阐述了不停车收费系统的概念和设计原则，然后对不停车系统进行了功能分析，最后，详细阐述了不停车收费系统的工作流程。为下面的进一步工作做好准备。

第三章 射频识别系统硬件设计

不停车收费系统采用RFID技术，通过路侧天线与车载射频标签之间的无线通信，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，自动完成收费处理全过程。因此，射频识别技术是实现不停车收费系统的非常重要的关键技术之一。3.1射频识别技术原理

射频识别技术(RFID)利用电磁感应、无线电波进行非接触双向通信，以达到识别目标并交换数据。应注意RF有很多工作频段，工作原理也不尽相同，有的工作于近场，可用电磁感应描述，有的必须用电磁波发射来解释远场状态。国际上最流行的EC/ISO14443A标准的射频卡与读写器之间通过电感藕合方式来完成读写通信。当读写器对卡进行读写操作时，读写器发出的信号由两部分叠加组成:一部分是电源信号，该信号由卡接收后，由卡的UC回路产生一个瞬时能量来供给芯片工作。另一部分是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、存储等，并返回信号给读写器。读写器一般由单片机、专用智能模块组成，并配有与PC的通信接口等，以应用于不同的领域。图3一1为RFID的基本模型示意图。

图3一1 RFID的基本模型示意图

[11]

3.2射频识别系统的硬件设计 1.器件的选择

(1).无线射频芯片选型

无线射频芯片是整个射频系统的核心部件，基于高速公路应用的需求，考虑方案成本低，体积小，功耗低，通信距离远，集成度高，外围元件少，加工容易，数据 8 传输率高，传输时间短，接口简单，开发方便等因素，本文选择了nRF401射频芯片，其依据是：

a.发射功率:在同等条件下，为了保证有效和可靠的通信，应选用发射功率较高的产品。nRF401的发送功率达到10dBm，在同类产品中的性价比较高。b.通信距离:nRF401的最高数据传输率可以达到20kbit/s，接收灵敏度高达-105dBm，在开阔的使用距离最远可达1000m[5]。

c.功耗:作为高速公路收费中使用的车载标签，一般贴放于汽车的挡风玻璃上，要满足形状小巧、轻便等要求。因此应该根据需要选择综合功耗较小的产品，nRF401的工作电流在同等发射功率下是较小的。

d.数据传输速度:现有的无线射频芯片，数据的传输大多采用曼彻斯特编码，虽然满足数据可靠性传输的要求，但在编程上会需要较高的技巧和经验，需要更多的内存和程序容量，最重要的是曼彻斯特编码大大降低数据传输的效率，一般仅能达到标称速率的三分之一，无法适应高速数据通信的需要。nRF401是采用与单片机串口相连传输数据的芯片，应用及编程非常简单，传送的效率很高，而且采用有线方式的串口传输，数据的误码率也非常低。

参考文献

[1] 杜慧勇，唐娜娜，靳瑾，ITS的应用与发展[J]，科协论坛，2007，(4):36一37 [2] 蒋皓行，张成，林嘉宁等.无线射频识别技术及其应用和发展趋势[J].电子技术应用，2005年第5期

[3] 张远.高速公路收费管理.北京:机械工业出版社，2005 [4] 赵军辉.射频识别技术与应用.北京:机械工业出版社，2008

[5] 白浩，高速公路不停车收费系统的研制[D]，郑州，郑州大学，2006.11

第二篇：基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计

《物联网基础》课程论文

（2015学年—2016学年第一学期）

专 业：计算机网络技术（网络管理）班 级：13网管2班___________ 姓 名：___________ 指导老师：_____________

2015年12月26日

目录

引 言.......................................................................3 1.系统工作原理...............................................................3 2.系统构成...................................................................4 3ETC系统的类型..............................................................5 4系统工作流程...............................................................6 5结 语......................................................................7 6参考文献...................................................................7 第2页

基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计

基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计

摘要：该系统车主只要在车窗上安装感应卡并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，也无须停车，费用将从卡中自动扣除。这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5到10倍。具有方便、快捷等优点。

关键词：ETC电子收费系统停车收费

引 言

不停车收费技术特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用。实施不停车收费，可以允许车辆高速通过，故可大大提高公路的通行能力；公路收费走向电子化，可降低收费管理的成本，有利于提高车辆的营运效益；同时也可以大大降低收费口的噪声水平和废气排放。由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以缩小收费站的规模，节约基建费用和管理费用。另外，不停车收费系统对于城市来说，就不仅仅是一项先进的收费技术，它还是一种通过经济杠杆进行交通流调节的切实有效的交通管理手段。对于交通繁忙的大桥、隧道，不停车收费系统可以避免月票制度和人工收费的众多弱点，有效提高这些市政设施的资金回收能力。

1.系统工作原理

ETC系统是利用微波（或红外或射频）技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高新技术的设备和软件（包括管理）所组成的先进系统，以实现车辆无需停车既可自动收取道路通行费用。目前，大多数ETC系统均采用微波技术。

不停车收费系统通过路边车道设备控制系统的信号发射与接收装置（称为路边读写设备，简称RSE），识别车辆上设备（称为车载器，简称OBU）内特有编码，判别车型，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用帐户中扣除通行费。对使用ETC车道的未安装车载器或车载器无效的车辆，则视作违章车辆，实施图象抓拍和识别，会同交警部门事后处理。

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基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计

图一：系统工作原理图

2.系统构成

电子不停车收费系统可分为前台和后台系统：（1）前台系统

包括三种核心设备:车辆自动识别系统(Au-tomatic Vehicle Identification简称AVI)、车辆自动分类系统(Automatic Vehicle Classification简称AVC)和录像实施系统(Video Enforcement System简称VES)。车辆自动识别系统采用无线调频设备(Ra-dio Frequency)识别用户的身份标识卡(TAG)及其有效性;车辆自动分类系统借助传感器组的信息确定车辆的收费类别;录像实施系统利用高速图像处理设备自动俘获违章车辆的车牌号码。核心设备与其他控制设备共同组成不停车系统的车道控制器。

① AVI AVI分为两大类:激光设备与无线电调频设备。激光设备采用条码技术,扫描贴于车辆前端的条码,获取用户的身份标识(ID),缺点是易受环境条件、距离位置、条码安装与完整性等因素的影响。无线电调频设备采用无线波来识别贴于车辆前端的用户身份标识卡来识别用户身份,具有更高的可靠性;其中,无线频率(RF)常用的频率是5.8GHz。TAG分为只读TAG、可读写TAG、多功能TAG(带蜂鸣器、无线电信息收发等)三大类。

② AVC AVC系统根据车辆的物理特性来确定车辆的收费类别。AVC的物理特性依据包括∶车辆的体积、重量、装载人数、车轴或车轮的数目、车辆的用途等等。AVC与一系列的车道传感器相连,传感器的信号提交事务处理系统后,由车辆分类单元判定收费类型。AVC设备包括∶前置线圈、感应踏板、发射光塔、扫描仪和高速摄像等设备。

③ VES VES利用光学字符识别(OCR)技术自动获取非法车辆的车牌号码。VES摄录方式包括照片、录像带和数字影像等等。VES利用模糊识别技术,借助光学字符识别设备实现非法用户的车牌号码识别。VES过程包括∶感应触发、图像俘获、图像识别、图像储存、图像处理和图像删除等等。关键技术: API编程技术(控制外部设备,包括通信卡、DI/DO卡和声卡);单片机编程技术;快速查询算法;模糊识别;通信控制和图像处理。

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基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计

2）后台系统

收费系统的后台系统工作任务主要为向客户发售车载标识卡,并做标识卡的初始化;接受客户补交金额和查询;接收前台收费数据文件;交易和结算;向前台和客户发送补交金额的黑名单指令和信息;存储、管理抓拍图像等。

它主要包括如下系统:计算机管理系统、道路运营管理系统、结算中心管理系统、客户服务中心管理系统、银行管理系统。实际上是一个具有财务结算性质的计算机网络,网络通过各个终端的工作,将数据文件迅速可靠地传送,利用专用软件正确地完成全部工作。

3ETC系统的类型

ETC系统可分为收费站电子不停车收费系统和自由流不停车收费系统。（1）收费站不停车收费系统

收费站不停车收费一般采取混合收费方式,既有不停车收费车道,又保留半自动收费车道。其主要特征为: ① 与半自动收费车道并列设置。在收费车道中,根据使用情况开设部分ETC专用收费车道;② 车辆通过收费车道的车速较低,通常为30km/h一50km/h,通过率为600辆/h一1000辆/h;③ 在车道出口端设置自动栏杆,以防无卡车辆通过。

图二：收费站ETC通道

收费车道入口设置不停车收费车道标志和信号灯。由于车辆密度不大,天线并不连续工作,无车辆通过时,天线处于休眠状态。在天线辐射区外的车道,埋设一个环行线圈,当车辆进入线圈工作区时,线圈发出信号,激活天线进入工作状态。车辆进入通信区,通过微波天线,车载标识卡响应天线的询问信息,将客户身份与车型代码上传给车道天线,由天线转送给车道控制机进行核查,如为有效合法卡,车道放行,信号灯变绿,如果进一步交换信息,读写数据,可继续通信,直到收费过程结束,如果进入车道的车辆为非法无效卡车,或是无标识卡的车辆，第5页

基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计

车道控制机将根据天线传送的信息,指令自动栏杆关闭,拦截非法车辆,并发出声光警报,现场人员将对其进行处理。车道控制机将收集到的数据上传至后台系统,进行数据交换和清算等,并将需要发布的结果下传车道。

这种方式适用于不停车收费用户在所有缴费用户中并非多数的情况。（2）自由流不停车收费系统

自由流不停车收费系统在道路主线上每隔一定里程设置一个横跨道路上空的龙门架,架上安装不停车收费设备,实施分段开放式不停车收费。车辆无须减速,以正常行驶速度完成收费工作。其主要特征为: ① 无收费岛、亭之类设施;② 进入收费点时无须减速,车辆继续高速行驶;③ 需要建立一套高精度逃费取证处理系统,现场抓拍捕捉车辆逃费证据,以便于以后依法处理,目前大多采用高速、高分辨率的摄像机对车辆牌照进行抓拍;④ 在收费点附近,需建造一条与主线平行的普通收费车道,以便对非法无效卡车或无标识卡的车辆收费;⑤ 车道天线控制器能控制多部天线并行工作,与多辆车载标识卡同时通信。

此系统主要优点为减少收费站建设投资,车速高,无行车延误,车辆通行能力接近2000辆/h。但设备投资大,技术上实现难度也较大,特别是如何防止和遏制逃费车辆是关键技术。这种方式适用于不停车收费用户在所有缴费用户中已成为大多数的情况。

4系统工作流程

高速公路收费的特点是不仅要按照车型分类标准收费,而且按照入出口的距离标准进行收费。各种类型的不停车收费系统的收费过程基本相同,其原理是在车辆上安装一种标识卡,在ETC收费车道上安装有车载标识卡的读写设备,当车辆进入ETC收费车道时,标识卡以微波通信方式与该车道的天线进行双向数据交换,从卡上读取车牌照号、车型等数据,如需要也可向车载标识卡上写入信息,系统根据读取的信息,识别车辆合法与否,进行数据处理,计算收费金额,并从其账户上扣除相应金额,记录交易数据,控制车道外部设备等

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基于RFID的ETC不停车自动收费系统设计

图三：ETC车辆标识卡

具体流程为:（1）后台系统初始化车载标识卡,将车牌照号、车型、收费率等数据写入标识卡,并发放给客户,建立有关客户档案;（2）车辆进入ETC收费车道,感应天线激活线圈,进而激活微波天线,读取标识卡上的信息,并传送给车道控制机进行核查;（3）如为合法车辆,则进行收费交易,依据后台系统完成清算,通行灯将会变绿,显示收费额和余额,车辆通过,记录数据;（4）如为非法车辆,车道控制机触发报警信号,同时控制自动栏杆下落,关闭车道,车道摄像机进行图像抓拍,车辆进行人为处理。

5结 语

不停车收费系统使用方便，减少尾气的排放，杜绝了收费工作中的贪污作弊现象，为今后的智能车辆公路管理系统打下了良好的技术基础。

6参考文献

(1)马静.物联网基础教程J].清华大学出版社2012年第1版.第7页

第三篇：acbee RFID技术在高速公路不停车收费系统中的应用 2012-08-30

RFID技术在高速公路不停车收费系统中的应用

一、概述：

利用RFID技术进行高速公路自动收费应用上，非常能体现出RFID的优势。代替了原来手工和计算机辅助收费的低效率的收费系统，利用RFID远距离快速度识别的特性，车辆可以高速通过，完成自动收费，解决了原来收费成本高、管理混乱以及停车排队引起的交通拥堵等问题。实践证明，大多数的RFID系统是安全、稳定、可靠的，能取得应有的社会和经济效益。

二、背景：

电子不停车收费系统简称ETC（Electronic Toll Collection），不停车收费系统，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（入口）并自动从预先绑定的IC卡或银行帐户上扣除相应资金（出口），是国际上正在努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子收费系统。但存在众多问题，如：

 人工收费或计算机辅助收费，人工识别，收费时间长，费额计算无监督，车辆通行慢。

 收费设施收费技术的落后，城市入口的收费站形成交通的瓶颈，造成不好的形象。 车辆通行缓慢，停车次数多，汽车尾气对环境的污染增加。

三、系统设计

不停车收费系统的关键技术主要集中在自动识别RFID电子标签，无障碍通行，实时监控，高效、准确的管理。该系统由电脑、管理软件、RFID电子标签、RFID电子标签阅读器、控制箱、道闸和地感线圈组成。系统能实现自动检验、登记、放行等功能。

每辆汽车在档风玻璃内放置一块记录本车基本信息的RFID电子标签（银行卡大小），在道口进出口上安放RFID电子标签阅读器，同时配置道闸和地感线圈。当带有RFID电子标签的车辆进入地感线圈时，地感线圈得到信号，同时RFID阅读器也读到RFID电子标签的信号，光学识别系统识别车的车牌，如果是合法的，就发出信号，打开道闸，允许车辆通过。另外，自动识别系统读取电子标签中的用户费用信息、车型信息和入口车道信息进行收费计算，并向用户显示有关收费状态信息后给予放行。如果有非法用户强行通过专用车道，可进行车牌抓拍，生成违章记录，便于事后处理。此时车辆只要适当减速，不需要停车，也不需要伸手刷卡，就可以顺利通过道口。

四、系统功能及优势：

1、自动识别，无需停车

利用RFID技术在高速公路不停车收费系统中的应用，利用RFID远距离自动识别的特性，进行通信的时候能够互不干扰，使得标签在有限的功率范围内进行可靠的通信，增加系统的稳定性，车辆只要适当减速，不需要停车，也不需要伸手刷卡，就可以顺利通过道口。

2、信息档案管理

利用RFID电子标签的唯一ID性质，和后台数据库进行绑定。所有的信息，包括用户资料，收费信息、车辆通行的情况等，都会记录并形成信息档案。并且收费站能通过通信网络和收费分中心与收费管理中心进行联系，方便管理维护电子标签所牵引的账户信息。

3、统计图分析

本系统根据记录、统计信息，提供各种统计分析报表和图表。收费管理中心可以通过网络进行连接各种收费站以进行数据交换及管理。管理中心查看一些缴费情况，入账情况、各路段车辆的流量情况。对所有数据进行汇总，归档、存储，并打印各种报表。

4、交通监管与管理

网络化系统保证了信息的及时传递和更新，在网络正常的情况下，路段控制中心能够将系统定义的黑灰名单及时传递到各个收费站出入口，实施对欠费车辆的告警提示，对不法车辆进行拦截、抓拍或报警等操作。能够将各种费率表及时下发至各个收费站点，能够及时了解整个路网的动态信息，及时发现路网的拥塞或其他异常情况。

5、环保节能，塑造更好形象

利用RFID技术实现不停车通过，改变了传统的车辆通行缓慢，停车次数多，汽车尾气对环境的污染增加的方式。更加的节能环保，从而收费站也会受到很好的社会评价，提高社会效益与经济效益。

第四篇：ETC不停车收费系统解决方案

ETC 不停车收费系统解决方案

ETC不停车收费系统

电话：

解决方案

I

***

目录

第1章

1.1 1.2 第2章

2.1 2.2 2.3 2.4 第3章

3.1 3.2 3.3 第4章

4.1 4.2 4.3 第5章

5.1 5.2 5.3 ETC不停车收费系统总述..........................................................................1 需求概述..............................................................................................1 系统总体建设目标和系统指标..............................................................4 ETC不停车收费系统整体框架...................................................................7 ETC不停车收费总体说明......................................................................7 车道子系统..........................................................................................8 收费站子系统.......................................................................................9 路段收费分中心子系统.........................................................................9 ETC不停车收费系统详述........................................................................11 收费站子系统.....................................................................................11 收费车道子系统.................................................................................19 发卡子系统........................................................................................29 ETC不停车收费系统关键产品说明..........................................................30 路侧设备RSU.....................................................................................30 车载设备OBU....................................................................................33 车道控制器........................................................................................35 ETC不停车收费系统优势及特色.............................................................38 通讯集成优势.....................................................................................38 通讯系统优势.....................................................................................38 通讯产品优势.....................................................................................39 第1章 ETC不停车收费系统总述

1.1 需求概述

1.1.1 应用场景描述

随着国民经济快速发展，我国综合国力不断增强，交通基础建设大为改善，尤其以高速公路为主骨架的覆盖全国范围的高等级公路网络正在逐步形成。截至到2005年底，我国高速公路里程己达4.1万公里，为交通事业跨越式发展奠定了坚实的基础，在某种程度上缓解了交通在经济建设中的瓶颈制约作用。但是，随着经济的持续快速增长，路网通过能力日益满足不了交通量增长的需要，交通拥挤，阻塞现象日趋严重，交通污染和事故越来越引起社会普遍的关注，交通问题仍十分突出。如广佛高速路，自建成通车后的6年间，交通量增加了5倍，原来的四车道己经饱和、正准备扩展为六车道。然而，持续不断的交通增长需求显然不能由无止境的车道扩展来满足。

国内外实践经验证明，一个国家当交通发展到一定程度，再单纯依靠修建道路设施来解决交通拥挤问题，不仅受投资等诸多条件的制约，而且效果也是有限的。如何实现各类车辆的有效指挥、协调控制和管理已经成为交通运输和安全管理部门面临的一个重要问题。

经过长期和广泛的研究，各发达国家已从主要依靠修建更多的公路，扩大路网规模来解决不断增长的交通需求，转移到用高技术来改造现有公路运输系统及管理体系，从而达到大幅度提高路网通行能力和服务质量的目的。日本、美国和西欧等发达国家为了解决共同所面临的交通问题，竞相投入大量资金和人力，开始大规模进行公路交通运输智能化的研究实验。起初，称为智能车辆公路系统(Intelligent Vehicle-Highway Systems IVHS)，进行公路功能和车辆智能化的研究。随着研究的不断深入，系统功能扩展到公路交通运输的全过程及其有关服务部门，发展成为带动整个公路交通运输现代化的智能交通系统(Intelligent Transportation System ITS)。

ETC特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用。实施不停车收费，一方面，可以允许车辆高速通过（几十公里以至一百多公里），与传统的人工收费8秒出票相比较，不停车收费大大加快了高速公路收费道口的通行能力，据测算，较人工收费道口，ETC车道通行能力将提高4~6倍，可减少车辆在收费口因交费、找零等动作

而引起的排队等候。另一方面，也使公路收费走向电子化，可降低车辆管理的成本，有利于提高车辆的营运效益，同时也大幅度降低收费口的噪声水平和废气排放，并可以杜绝少数不法的收费员贪污路费、减少国家损失，与原来的人工收费和人工电脑收费方式相比，实行不停车收费后具有明显优势，不仅极大的改善了路上密集车辆所造成的环境污染，减少车辆阻塞现象，行车更加安全，更为主要的是将大大提高过路桥收费效率。

1.1.2 ETC系统建设的优势

ETC技术特别适用于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用，传统的采用车道隔离措施下的不停车收费系统通常称为单车道不停车收费系统：在无车道隔离的分车道交通流下的不停车收费系统通常称为自由流不停车收费系统。实施不停车收费将彻底改变目前半自动收费过程中的弊端。由于不需要停车交费，当交通量较大时，不会产生收费站前车辆排队等候的现象，减少了车辆延误；由于无需人工参与和无现金交易，可完全避免收费过程中的舞弊和贪污现象；同时也能解决由于交通堵塞而引起的能源消耗和环境污染等问题。电子收费系统在国外被广泛地应用于开放式的收费站，国内目前部分省市的高速公路已有所实施。电子收费系统代表当今最先进的收费技术，也是未来发展的方向，有着广阔的发展前景。

（1）实施ETC系统可以提升高速形象

ETC系统实现了不停车收费，解决了因人工停车收费造成的排队塞车现象；用户得到更快的通关速度和全新的收费体验，恢复了高速公路本应具有的高速、快捷形象，降低了政府和公路部门的压力。

（2）ETC不停车收费相较于MTC收费系统使得交通更加安全

收费站的设置在相当程度上影响了交通安全，在收费区常出现交通事故主要有追尾、侧撞、撞物等类型。引起追尾事故的主要原因是车辆行驶速度过快，驾驶判断失误至使预留的刹车距离不足撞收费站前的排队车辆；驾驶员为寻求空闲的收费车道、最小的排队长度或选择一个特定的收费方式而变换车道是侧撞事故的起因；收费站的设置给驾驶操作增加了难度，因为操作不当撞上收费亭等固定物。影响收费区交通安全的主要因素有：收费车道收费型式配置、车辆加速度、通过速度、车道数及跨车道车流量。ETC系统的实施使得这些因素发生变化，收费区的交通安全状况也将随之变化，ETC系统对交通安全的影响主要体现在如下几个方面：

①ETC车辆加速度及通过速度的发生变化，追尾事故数相应减少； ②在ETC专用车道上驾驶员操作相对简化，使撞物的可能性减小。（3）ETC可以节省投资运营成本

在收费运营方面人工收费系统存在如下弊端：

①收费营运效率低：据交通部及一些公路主管部门的有关资料统计，目前公路收费的总额只占应收总额的70%左右，有相当一部分流失，给国家和公路经营管理单位造成了极大损失；

②人工收费需要更多的人力付出及运营管理费用。

③为了提高收费站的通行能力，使其能承受路段的车流量，收费车道往往多于路段的车道数，不仅要投入更多的成本，还要占用更多的土地资源。

实施了ETC系统后，投资成本及运营费用将发生相应变化，运营效率也将得到提高，主要表现为：

①收费效率的提高：现代化的技术使收费运营管理进一步规范化，可以允许车辆高速通过（几十公里以至100多公里），与传统的人工收费8秒出票相比较，不停车收费大大加快了高速公路收费道口的通行能力，据测算，较人工收费车道，ETC车道通行能力将提高4~6倍，可减少车辆在收费口因交费、找零等动作而引起的排队等候，减少了收费金额的流失，由于无需人工参与和无现金交易，杜绝了收费人员错收、漏收、收取假币现象，同时解决了个别收费人员的营私舞弊行为。

②运营费用的变化：ETC系统实施后，减少了人工车收费车道数目，减少了人力投入，相应地减少了人员的工资，行政办公的结构将相应发生变化，以计算机网络为主的信息化管理提高了效率；ETC系统可以自动判断车型完成收费，收费无需人工干预，实现了收费站的无人值守，降低政府和公路部门的管理成本；但也可能引起费用的增加：ETC设施的价格相对昂贵，其维护及维修费用相应会较高，但是设施质量提高有可能会减少维修的次数。

③投资成本的变化：相对人工收费言ETC系统需要相对昂贵的投资，但系统实施后，收费站的通行能力增加（一般ETC车道的通行能力是MTC车道的3~5倍），相应地可减少部分收费车道，从而减少了新建设施的成本，同时也节约了土地资源。

(4)ETC系统更加环保节能

机动车是大气污染的移动发生源，其排放的碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化合物、铅化物和颗粒物质是造成大气污染的主要原因之一。此外，机动车的运行需要消耗燃料，又造成大量的能源消耗。车辆的油耗与排放与车辆的运行状态密切相关，由于停车收费使得收费站处的车辆处于加减速或怠速状态，车辆发动机处于慢速或空转状态，根据车辆的燃油消耗特性，在此状态下发动机的燃油耗量增加，废气排放量也就相应增加，由此加剧了大气污染。

ETC系统的实施，使得交通流运行状况得到改善，车辆在收费物的停车次数减少，排队等待的时间就明显缩短，无疑减少了车辆的油耗与排放，解决了收费站附近由于交通堵塞而引起的能源消耗和环境污染等问题。

1.2 系统总体建设目标和系统指标

1.2.1 系统总体建设目标

 支持ETC/MTC一键切换

本系统兼容ETC与MTC系统，为车道子系统提供支持，轻松实现两种收费方式间的一键切换，在识读设备出现故障、MTC车道拥堵以致阻塞ETC车道或者客户有其它需求的时候，可以实现ETC与MTC收费方式间的实时切换，保证系统的安全稳定运行，最大限度地提高车道的利用率。

 支持ETC/MTC组合式收费模式

本系统兼容为车道子系统提供组合式收费的支持，支持ETC双界面卡用户的ETC入MTC出、MTC入ETC出、MTC入MTC出等通行方式，最大限度的满足不同用户的要求。电子标签采用双片式（电子标签+双界面卡）。将双界面卡插入ETC电子标签中可以实现不停车通过ETC专用车道，使用双界面卡采用普通刷卡方式可以通过人工收费车道。组合收费模式可以很好的适应国内路网复杂、多数入口和出口收费站车流量小、车道少的现状。

 具备完备的安全体系

安全体系包括交易安全和数据安全。ETC系统具备严密的密钥体系，密钥由上级管理部门分发，分多个等级，高一等级的密钥只用于保护下一等级的密钥，最低等级的密钥应用在IC卡、ESAM卡和PSAM卡等终端应用介质中。采用3DES加密技术，密钥验证符合金融交易安全的要求，一般包括内部认证、外部认证等认证过程。数据安全包括数据存储的安全和数据传输的安全，通过采用访问控制、认证、机密控制、数据完整性控制等措施来保证数据存储和传输的安全。MTC系统除了技术上的保障之外，还有严格的管理制度，有效的保障了系统的安全。

 网络化系统

网络化系统保证了信息的及时传递和更新，在网络正常的情况下，路段控制中心能够将系统定义的黑灰名单及时传递到各个收费站出入口，实施对欠费车辆的告警提示，对不法车辆进行拦截或报警等操作。能够将各种费率表及时下发至各个收费站点，能够及时了解整个路网的动态信息，及时发现路网的拥塞或其他异常情况，进行动态路由。

1.2.2 1.2.2系统综合指标

1.2.2.1系统指标

1.数据传输性能：在网络正常的情况下，收费站实时（至多为0.5s）收集所辖车道产生的收费数据；

2.运营参数下发性能：在网络正常的情况下，收费站下发系统参数至车道平均等待时间至多为60s；

3.收费监控性能：在网络正常的情况下，车道操作信息实时（至多为1s）上传至收费站；

4.通行券不可读（坏卡）/超时/车牌查询性能：在网络正常的情况下，收费站对通行券不可读（坏卡）/超时/车牌查询平均等待时间至多为1s；

5.数据库备份性能：在正常情况下，应支持在线数据备份与离线数据备份，备份一个2G的数据库，时间至多为60min；

6.灵活性：通过对参数的设置，使收费站系统能够适应不同的业务管理需求； 7.安全性：具备完备的分布式多层安全保障体系，有严格的用户权限管理、安全认证机制确保数据不被非法访问；

1.2.2.2可靠性指标

1、MTBF：100,000小时

在网络故障时（超过24h），有完备的备用数据传输方案，保证数据及时上传至收费站，同时保证数据的完整性、一致性、真实性、不可抵赖性和安全性不受破坏；

1.2.2.3系统应用范围

特别适用于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用。

第2章 ETC不停车收费系统整体框架

2.1 ETC不停车收费总体说明

路段收费分中心子系统发卡子系统收费站子系统车道子系统单业主系统组成

图 2-1 收费站子系统在收费系统中的位置

高速公路收费系统组成最基础的是单业主的运营模式。从结构上划分，主要由车道子系统、收费站子系统、路段收费分中心子系统和发卡子系统组成。

高速公路收费系统主要由车道子系统、收费站子系统、路段收费分中心子系统（管理中心子系统）和发卡子系统组成。收费站子系统是联网收费的重要部分，是联网收费最基础的管理单元。该子系统向上的接口是路段收费分中心子系统，向下的接口是车道子系统。

收费站子系统要求能够对本站的收费车道实时监控，对所有车道收费数据进行汇总和统计，并整理上传到路段收费分中心；接收路段收费分中心下发的费率表等系统参数，并下发至车道；提供报表服务，及时享用数据结果。

2.2 车道子系统

在ETC系统中，从功能上来说，各车道是完成车辆通关的基本配置，所有车道子系统通过收费站连接到路段收费分中心中心组成一个大的网络，车道子系统还可以分解成多个单元，但因为多个单元配合才能完成相应功能，故这里抽象到车道为止，抽象如图 2-2所示：

接入收费站OBE数据采集卡C摄像机RSU车辆检测器车道计算机道闸车辆检测器控制器车道

图 2-2 车道子系统

车道子系统主要包括底层应用单元（车道计算机）、车道控制单元（控制器（广义的控制机包括工控机）、车辆检测器、道闸）、图像采集单元（摄像机、视频采集卡）、显示告警单元（车道通行灯、声光报警装置、车道显示屏）、射频识别单元（RSE和OBE）

车道子系统主要实现的功能如下：  车辆自动识别  车辆自动收费

 控制道闸、通行灯以示通行或放行  对当前车辆进行抓拍  对非正常车辆进行告警 2.3 收费站子系统

报警装置OMC服务器数据库应用服务器收费站监控中心

图 2-3 收费站子系统

收费站子系统主要包括工控机、报警装置和服务器硬件。收费站子系统主要实现的功能如下：  接收各车道上传的交易数据  将数据上传至路段收费分中心  实时监控车道状况

 对车道及收费站的系统参数进行配置  提供查询及报表等服务

2.4 路段收费分中心子系统

监控终端OMC服务器数据库应用服务器路段收费分中心

图 2-4 路段收费分中心子系统

路段收费分中心子系统主要包括工控机和服务器硬件，实现的主要功能如下：  接收来自各收费站的数据信息，维护总的数据库

 提供查询及报表、打印等多种服务  管理代码、费率、密钥等信息

通过internet/专线连接到各服务网点，维护发卡数据（单业主）。第3章 ETC不停车收费系统详述

3.1 收费站子系统

3.1.1

应用场景描述

在整个高速公路联网收费系统中，收费站系统位于ETC车道系统和路段收费分中心系统之间。 收费站系统可以对下属的各条ETC车道的设备进行实时监控，当设备发生异常情况时，及时报警，使得故障得到及时的处理。 收费站系统可以对下属的各条ETC车道的收费交易情况进行实时监控，当发现交易异常时，及时进行处理。 收费站系统可以对下属的各条ETC车道的收费交易数据、抓拍图像进行审核稽查，可以提高收费管理的力度。  报表定义灵活、快捷，既能满足标准中规定的报表格式，又允许用户自定义格式。收费站系统可以将上层管理中心的参数（费率表、灰/黑名单等）及时转发到下属的车道系统。 收费站系统中的通信子系统既可以和ETC车道系统通信，又可以和MTC车道系统通信，可以屏蔽ETC车道系统和MTC车道系统的差异，起到数据融合的作用。  收费站系统具有完备的权限管理功能，能够严格控制操作人员的操作权限。软件接口具有开放性，软件通信接口采用通用的接口协议（例如Socket、SOAP协议等等），很容易和其他的同构或者异构系统进行数据通信，具有兼容性和开放性的特点。

3.1.2

收费站网络结构图

报警装置OMC服务器数据库应用服务器收费站监控中心

图 3.5 收费站网络结构图

收费站的网络设备包括：收费站服务器（安装收费站服务器软件）、ETC收费管理计算机（安装收费站客户端软件）、交换机、激光打印机（打印报表）。

3.1.3

软件结构

ETC车车车车车车车ETC车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车车 图 3.6 软件结构

从软件结构角度讲，收费站系统分为6个子系统，分别是ETC车道管理子系统、ETC车道监控子系统、告警子系统、系统管理子系统、查询统计子系统、数据通信管理子系统。

3.1.4

功能描述

3.1.4.1 ETC车道管理子系统(1)添加车道

向收费站系统注册ETC车道。注册的ETC车道信息包括：车道ID、车道IP地址、车道类型（入口/出口）等信息。

(2)删除车道

将一个停止使用的车道进行删除操作。

(3)查看车道

查看已经添加到收费站系统的所有车道信息。

3.1.4.2 ETC车道监控子系统(1)监控ETC车道交易情况

收费站系统可以实时显示站内各ETC车道的车辆收费情况。具体监控信息包括：车道号、当前车辆的抓拍图像、车型、车牌号、收费金额、电子标签类型、电子标签号等信息。

收费站系统可以对车道系统的工作流程进度的实时、动态监控。

(2)监控ETC车道的设备状况

收费站系统可以实时显示站内各车道的设备状态情况。

车道设备包括：RSU、栏杆、通行灯、雨棚灯、雾灯、费额显示器、车道摄像机、视频采集卡、车辆检测器（连接触发线圈、抓拍线圈和落杆线圈）。

设备状态情况能够用模拟图显示出来。

RSU、费额显示器、视频采集卡、车辆检测器和车道摄像机的状态有正常和异常两种状态；栏杆有打开和关闭两种状态；通行灯（还有雨棚灯、雾灯）有允许通行、禁止通行和关闭三种状态。

(3)监控ETC车道的状态

收费站系统可以实时显示车道的状态。

具体监视信息包括：车道ID、车道名称、IP地址、类型（入口/出口）、状态（开启/关闭）、链路状态（连接/断开）。

(4)收费审核/稽查

1)稽核操作员通过收费站的审核/稽查系统，可以对收费车道产生的原始过车记录、系统抓拍车辆图片以及车道监控员登记的特殊事件进行稽核。

稽核功能具体包括：入/出口车道收费交易的稽核、车辆入口图像查询、冲岗车黑名单录入。

3.1.4.3 告警子系统

告警子系统针对的是ETC车道监控子系统，是对ETC车道监控子系统出现的异常情况进行告警。而对于系统操作异常产生的告警，比如操作人员误操作、非法操作等，是在日志管理功能中实现的。

(1)告警级别

告警级别有4种：紧急、主要、次要、提示。

(2)告警类型

ETC车道交易告警类型有6种：系统信息验证失败、车辆信息验证失败、ICC信息验证失败、黑名单告警信息、RSU/OBU操作告警、车道计算机反应超时。

ETC车道设备告警类型有5种：I/O卡操作告警、车道设备（包括栏杆、通行灯、雨棚灯、雾灯）操作告警、图像采集告警、费额显示器告警、字符叠加器告警。

(3)告警查询

交易告警的查询内容包括：告警类型、告警级别、告警描述、告警时间、告警位置（指车道ID）、备注。

(4)告警监控

监控子系统监控到的异常情况，会在告警监控窗口中实时显示出来，以提醒相关人员进行处理。

告警形式：在监控窗口显示告警的文字或者图像信息，同时根据告警级别的不同，会有不同的声音提示。

3.1.4.4系统管理子系统(1)人员管理

人员管理指对收费站的操作人员和车道的操作人员的管理。具体包括人员的增加、删除、修改、查询功能，能根据需要进行操作人员的密码修改和设置功能。

(2)数据库管理

系统提供强大的数据库管理功能，包括数据库的参数配置、备份、灾难恢复等。具体如下：   数据库参数配置：系统支持对数据库参数进行配置，如数据库名称、路径等。数据库备份：系统能按照设定的周期进行备份，并支持手动备份，包括备份周期、备份路径的设定以及磁盘空间不足时的处理策略设置，并支持数据恢复。备份策略支持全备份和差分备份。 数据库灾难恢复：数据库发生灾难性错误时，可将数据库恢复到某个时间点备份的数据库。

(3)权限管理

收费站系统通过“操作人员—角色—操作权限”的对应关系，提供了完备的权限管理机制。管理员可以对收费站系统的操作人员、下属车道系统的操作人员进行权限分配操作。

操作权限包含只读和读写两种属性，具有读写权限的操作人员可以进行权限范围内的系统参数的设置和更改。

所有操作人员都可以更改自己账号的登录密码。

(4)日志管理

日志管理功能可对收费站系统的日志进行记录和查询。

日志记录：收费站系统自动记录操作人员操作日志，日志内容包括操作人员的个人信息、操作时间、地点、所进行的合法操作、所进行的非法操作、操作中产生的异常。

日志查询：操作人员可以对日志进行查询。

3.1.4.5查询统计子系统

以下的查询统计都支持对结果的打印功能。

(1)查询

 灰/黑名单车辆查询

查询的内容包括：CPU卡内部编号、车牌号、卡片路网编号、灰/黑名单生成时间、类型（黑名单和灰名单两种类型）、灰/黑名单生成原因。

 费率表查询

查询的内容包括：费率表版本号、入口收费站、出口收费站、车型、收费里程（km）、收费金额（元）。 车型分类编号查询

查询车型分类编号和车型分类名称。 车种分类编号查询

查询车种分类编号和车种分类名称。车种包括普通车、公务车、军警车、紧急车、免费车、车队。 业务数据查看

可以查看的业务数据包括：卡片类型、协约类型、合同版本表、服务提供商、路段编码、收费站编码。

入/出口车道交易记录查询

对于入口车道，“出口信息、交易金额”等信息都显示“无”。

(2)统计报表

报表格式和交通部制定的《收费公路联网收费技术要求》的附录五中的附件A“均一制、开放式、混合式收费系统报表格式”一致。

报表的内容包括：    收费情况统计：按车型、车种分类，按小时段、日、月、年分类； 车流量统计：按车型、车种分类，按小时、日、月、年分类； 特殊车辆统计：包含在“按车种分类的车流量统计”之中。

报表格式支持用户自定义设计，既可以满足标准，又可以满足客户的个性化需要。 数据通信管理子系统

数据通信管理子系统向上负责和路段收费分中心的数据同步通信，向下负责和车道系统的数据同步通信。

软件通信接口支持各种通用的接口协议（如Socket、SOAP协议等等），很容易和其他的同构/异构系统进行数据通信。3.1.4.6与车道系统同步数据(1)向车道系统下发数据

如果车道系统设置的时间服务器是收费站服务器，则车道系统定期从收费站系统接收同步时钟。

(2)从车道系统接收数据

从车道接收的数据包括：入/出口车道收费交易记录、车辆交易告警信息、设备告警信息、设备状态信息、车辆交易处理过程信息、上下班登记表。

其中，入/出口车道收费交易记录包括：车道ID、卡号、卡类型、入口收费站名称、入口日期时间、出口收费站名出、出口（交易）日期时间、出口车道类型（封闭式/开放式）、交易金额、卡余额、车型、车牌、脱机交易序号、交易状态（成功/失败）、终端机编号、终端机交易序号、交易验证码。

3.1.4.7数据融合

数据融合是指收费站系统将ETC车道上传的数据和MTC车道上传的数据融合在一起，屏蔽掉车道收费类型的差异。收费站系统的数据通信管理子系统将ETC车道系统上报的收费数据和MTC车道系统上报的收费数据的字段合并在一起，取其并集，从而达到数据融合的目的。

(1)与路段收费分中心同步数据

收费站从路段收费分中心接收的数据包括：灰/黑名单车辆表、费率表、车辆类别表、车辆用户类别、服务提供商信息表、协议类型表、合同版本号表、卡片类型表、车道参数表、操作人员信息表、路段编码、站编码。

3.1.4

工作流程

收费站系统的工作流程大部分是软件操作流程，这里仅对一些主要流程作简要描述。

3.1.4.1 车道参数下发流程

收费站系统中的参数一般为自动下发到车道系统，但对于一些特殊情况，如重新安装了车道系统等情况，需要从收费站手工将参数下发到车道。

手工下发参数流程：

1)选择菜单“参数管理->车道参数下发”，弹出车道参数下发界面； 2)选择要下发的参数、车道； 3)确认关闭，返回成功信息。

3.1.4.2 查询统计流程

1)选择查询/统计功能菜单； 2)输入相应查询/统计条件； 3)返回查询/统计结果； 4)查看结果或者打印结果； 5)确认关闭。

3.1.4.3 收费稽核流程

收费稽核流程描述如下： 1)查询稽核内容； 2)进行稽核操作； 3)保存稽核结果。

3.1.4.4 监控流程

收费站监控服务器图 3.4 监控流程

车道计算机

1)车道计算机将交易信息、车道设备状态上报给收费站监控服务器；

2)收费站监控服务器实时显示车道计算机上报的信息，提供友好的用户界面给收费站管理者，如果有异常情况，则收费站监控客户端会发出告警信息。3.2 收费车道子系统

3.2.1

车道子系统特点

1、支持ETC/MTC一键切换

本系统兼容ETC与MTC系统，轻松实现两种收费方式间的一键切换，在识读设备出现故障、MTC车道拥堵以致阻塞ETC车道或者客户有其它需求的时候，可以实现ETC与MTC收费方式间的实时切换，保证系统的安全稳定运行，最大限度地提高车道的利用率。

2、支持ETC/MTC组合式收费模式

本系统兼容ETC系统的双界面卡，可以支持组合收费。支持ETC双界面卡用户的ETC入MTC出、MTC入ETC出、MTC入MTC出等通行方式，最大限度的满足不同用户的要求。电子标签采用双片式（电子标签+双界面卡）。将双界面卡插入ETC电子标签中可以实现不停车通过ETC专用车道，使用双界面卡采用普通刷卡方式可以通过人工收费车道。组合收费模式可以很好的适应国内路网复杂、多数入口和出口收费站车流量小、车道少的现状。

3、可有效提高道路的通行效率，降低环境污染

在手工收费方式下，收费作业的完成比较耗时，而且效率低。收费车道通行速度慢。当高速公路车流密集时会有通行车辆在收费车道排队等候的情况发生。一方面造成高速公路通行能力大幅下降。另一方面，由于排队等候车辆的鸣笛和频繁启动所引起的有害废气排放，会造成收费车道周围环境的污染。

本系统可有效缩短收费时间，提高公路的通行能力，降低对收费车道周围环境的污染。在MTC方式下，服务时间小于8s（入口）、20s（出口），在ETC方式下，服务时间小于3s。

4、支持非现金付费

本系统可以支持月/年卡、公务卡、预付卡、储值卡、记帐卡等携卡车辆通行，实现电子支付，提高车道通行能力。

5、具备完备的安全体系

安全体系包括交易安全和数据安全。ETC系统具备严密的密钥体系，密钥由上级管理部门分发，分多个等级，高一等级的密钥只用于保护下一等级的密钥，最低等级

的密钥应用在IC卡、ESAM卡和PSAM卡等终端应用介质中。采用3DES加密技术，密钥验证符合金融交易安全的要求，一般包括内部认证、外部认证等认证过程。数据安全包括数据存储的安全和数据传输的安全，通过采用访问控制、认证、机密控制、数据完整性控制等措施来保证数据存储和传输的安全。MTC系统除了技术上的保障之外，还有严格的管理制度，有效的保障了系统的安全。

6、可有效解决跟车问题

当有多个车辆同时进入RSU天线覆盖区域时，将出现跟车问题。本系统很好的解决了跟车问题，保证在跟车的情况下，合法的车辆可以顺利通过ETC车道，并完成收费，而非法的车辆将会被拦截。

7、可有效解决邻道干扰问题

当部署多条ETC车道或携带电子标签的车辆通行ETC车道邻近的MTC车道时，由于天线的覆盖区域重叠，射频信号反射等因素，本车道的RSU可能会接收到邻近车道车辆的信号，造成邻道干扰问题。本系统通过精准的频率控制，使用信道隔离技术，可以有效解决邻道干扰问题。

8、一体化设计，整体解决方案

提供车道子系统完整的软硬件系统集成。

3.2.2

车道子系统组成

在各个设备中，电子标签读写天线（路侧单元RSU）通过网线直接连接到位于收费亭的车道计算机上，读写天线与车载电子标签之间的信息交换由车道控制应用程序直接控制；其它设备如自动栏杆、费额显示器、车道通行灯、车辆检测器等设备则通过车道控制器与车道计算机连接，由应用程序控制，视频信号通过字符叠加器叠加过车信息后传至收费站的监视器上。

3.2.3

系统功能

3.2.3.1车辆检测功能

系统能够通过地感线圈检测到进入ETC车道的车辆，对经过车辆进行数量统计。并根据RSU的识别结果判断车辆是否具有电子标签（OBU）。3.2.3.2自动收费处理功能

系统提供自动收费处理功能，在没有工作人员参与的情况下完成收费工作。

当安装有OBU设备的车辆经过ETC车道入口时，系统会将入口信息写入双界面卡（或高频卡，下同，本系统同时支持双界面卡和高频卡），入口信息包括：通过区域号、路段号、站点号、车道号、入口时间、入口状态标识、车型、车牌号码。

当安装有OBU设备的车辆经过标识站时，系统会将标识站信息写入双界面卡。当安装有OBU设备的车辆经过ETC车道出口时，系统根据从双界面卡读取的入口信息，查询系统中的费率表，计算出收费额度，将出口信息写入双界面卡并进行扣款操作（如果是储值卡）。出口信息包括：通过网络号、站点号、车道号、时间、出口状态标识、车型、车牌号码。

完成自动收费以后，系统会产生收费记录，记录如下信息：车道序列号、卡编号、卡类型、入口名称、入口日期时间、出口名称、出口（交易）日期时间、出口车道类型、交易金额、双界面卡余额、车型、车牌、脱机交易序号、终端机编号、终端交易序号、交易验证码。

3.2.3.3设备控制功能

系统能够根据对车辆的收费处理情况正确控制车道设备的动作，包括：自动栏杆的升起下落、雨棚灯的切换、通行信号灯的切换、声光报警器的开启和关闭、费额显示器的显示等。

3.2.3.4图像抓拍识别功能

系统对经过ETC车道的当前车辆进行图像抓拍，并将该抓拍图像和处理信息关联后保存以供事后追查。

系统对过车抓拍图像具有车牌识别功能，可以将车牌识别结果与抓拍图像关联后保存，以供事后稽查。

3.2.3.5异常车辆处理功能

系统提供异常车辆处理功能。对于经过ETC车道的异常车辆（未成功进行入口信息写入或出口收费处理的车辆），系统会使自动栏杆保持关闭状态以拦截车辆，同时进行声光报警，提醒工作人员进行处理。

3.2.3.6数据库管理功能

系统提供强大的数据库管理功能，包括数据库的参数配置、备份、灾难恢复等。具体如下：

  数据库参数配置：系统支持对数据库参数进行配置，如数据库名称、路径等。数据库备份：系统能按照设定的周期进行备份，并支持手动备份，包括备份周期、备份路径的设定以及磁盘空间不足时的处理策略设置，并支持数据恢复。备份策略支持全备份和差分备份。 数据库灾难恢复：数据库操作发生错误时，可将数据库恢复到某个时间点备份的数据库

3.2.3.7数据同步功能

系统具有数据同步功能，车道服务器可以独立完成一次收费交易，但交易信息可及时同步到收费站系统。系统也可以及时接收收费站下发的运行参数信息。

系统上传的信息包括：原始交易数据、入口车道的过车记录、上下班登记表、设备状态信息、车道处理过程信息等。

接收收费站的下传信息包括：同步时钟、费率表、黑名单、通行卡有效启用日期、OBU有效启用日期、收费站信息表、收费员信息表等。

3.2.3.8日志管理功能

系统具有日志管理功能，可对系统日志进行记录和查询。

 日志记录：本系统自动记录管理人员操作日志和系统运行信息日志，包括操作人员的个人信息、操作时间、地点、所进行的合法操作、所进行的非法操作、操作中产生的异常、系统运行中发生的异常等。 日志查询：操作人员可以对日志进行查询，便于系统的维护和事故的追查。3.2.3.9RSU配置功能

系统提供RSU配置功能，可通过专用配置管理工具配置RSU的网络参数、射频参数、业务参数等信息。

网络参数包括RSU的IP地址、子网掩码、车道计算机IP地址和端口、时间服务器IP等信息。

射频参数包括天线功率、调制深度、通信频点等信息。

业务参数包括协议物理层类型、握手命令重传个数、握手命令等待响应时间、ETC交易类型等信息。

3.2.3.10脱机工作功能

系统提供脱机工作功能，当车道系统与收费站的通信出现异常时，系统可降级运行和脱机操作，独立完成对经过车辆的收费处理操作，待网络系统恢复正常后再将交易记录等数据上传给收费站。

3.2.5

ETC车道系统工作流程

开始（车道开启）结束（车道关闭）车辆驶入车道下一辆车进入栏杆关闭，通行信号灯变红RSU和OBE通信副线圈感应到车辆离开验证OBE合法性并交易成功车辆驶离车道主线圈检测到车辆栏杆打开，通行信号灯变绿触发摄相机拍照字符叠加，生成交易记录 图3.5 ETC车辆典型通关流程

ETC车道系统工作流程如下：  首先，车辆进入读写天线覆盖范围，读写天线与车辆上电子标签进行通讯，通过抓拍线圈时如果读写天线仍然没有检测到电子标签，证明车辆没有电子标签，则报警并保持车道关闭；  如果车辆装有电子标签，读写天线和电子标签进行通讯交互，同时判断电子标签的合法性，包括是否含有CPU卡，卡内余额是否充足等，如果标签有效则进行交易，如果标签无效则报警并保持车道关闭；  在车辆触发抓拍线圈时，启动摄像机进行拍照，将车辆拍照信息以及车辆电子标签信息同时保存到车道计算机，并可以进行信息比对，如果抓拍信息与电子标签信息不符则报警；    如果车辆电子标签与车辆拍照信息相符，则通行信号灯变绿，抬起栏杆放行； 车辆通过防砸车线圈后，栏杆自动回落，通行信号灯变红；

系统保存交易记录，并将其上传至收费站服务器中，等待下一辆车进入。

TCP/IPRS232RS232RS232TCP/IPTCP/IP费额显示器声光报警器通行信号灯收费站服务器岗亭车道摄像机通信区域抓拍线圈RSU车道控制器防砸车线圈ETC车道岗亭

图3.6 ETC车道系统工作流程 3.2.6

车道子系统软件

ETC软件系统包括车道系统和后台管理系统两大部分。

3.2.6.1车道软件

车道系统包括以下子系统：车辆检测系统、车辆识别系统、计费系统、设备控制系统、图像抓拍系统、通信系统、设备诊断系统。

图3.7 车道控制软件界面

3.2.6.2后台管理软件

后台管理系统则由站监控系统、中心管理系统以及系统接口等部分组成。

图3.8 后台管理系统

3.2.6.3软件特色

系统采用模块化方法设计，结构灵活。在基本配置下，可以灵活增加功能模块，进行多种形式的灵活配置；可以根据路段车流特征、交通管理和不同运营方式的需要，通过软件灵活进行车道类型选择和运营参数配置。同时，为了保证交易数据的上传以便业主及时对数据进行结帐，以及为了及时给车道下发新的运营参数，系统提供了收费站数据库与车道计算机之间通过网外介质上传、下发数据的机制。

3.2.7

车道部署

ETC车道建设部署方式主要有两种方式，一种采用车道中置的方式，对现有人工收费站改动较大，需要大量的土建施工；另一种建设部署方式只需要在现有车道上增加ETC系统中电子标签的读写天线（路侧单元RSU）这样的关键设备，对现有人工收费车道改动相对较小。ETC车道主要包括的设备有电子标签读写天线（路侧单元RSU）、车道通行信号灯、费额显示器、自动栏杆机、车辆检测器、车道摄像机等设备。

3.4.1 ETC车道建设部署方式一

ETC车道建设部署方式一如下图所示：

MTC车道高速公路入口声光告警器通行信号灯摄像机费额显示器L雨棚信号灯ETC车道高速道闸岗亭雨棚信号灯ETC车道RSU地感线圈BMTC车道高速公路出口车道控制器声光告警器通行信号灯摄像机通信区域地感线圈A

车道中置

为了使安装有电子标签的车辆能够方便快捷通过ETC车道，ETC车道一般采取中置设置原则，即将ETC车道设置在中央分隔带两侧的车道。

WETC收费岛加长，栏杆与MTC岛头平齐

ETC收费岛比MTC收费岛长，ETC车道系统自动栏杆机的水平位置与MTC收费岛岛头顶端平齐。在该种布局下，当车辆进入ETC车道出现交易异常后，可以不需要倒车即可顺利驶到右边的MTC收费车道，最大限度地保障了ETC车道的通畅，也避免了许多由于误入车辆带来的麻烦。

栏杆常闭

ETC车道采用栏杆常闭式设计，在目前，栏杆常闭式设计比较符合中国的国情，可有效防止非法车辆的逃费行为。

3.4.2 ETC车道建设部署方式二

ETC车道建设部署方式二如下图所示：

岗亭MTC车道岗亭RSU/雨棚灯ETC车道车道控制器地感线圈通信区域声光告警器车道摄像机费额显示器通行信号灯岗亭通行信号灯声光告警器岗亭车道摄像机车道控制器费额显示器ETC车道通信区域地感线圈RSU/雨棚灯岗亭MTC车道岗亭

ETC车道建设部署方式二

ETC车道建设部署方式二对MTC车道做尽量少的改造，使之应用于ETC收费，车辆进入ETC车道如果自动收费不成功，则人工干预抬杆放行或车辆退出ETC车道进入MTC收费。3.3 发卡子系统

3.3.1 系统组成

发卡子系统布置于各服务网点，包括工控机、OBU发卡器(OBU)、双界面卡发卡器(双界面卡)，在单业主系统中，通过网络连接到路段收费分中心；在联网收费的系统中，发卡子系统通过网络连接到省域或区域收费管理中心（可参考6.6.2架构）。实现的主要功能如下：

 提供OBU和双界面卡的发放以及挂失、解挂、注销和双界面卡的充值等服务 采用C/S结构，连接到中心数据库，不受地域的限制，完全可以在需要的地方设置服务网点。其中OBU和双界面卡的服务又是可以独立的，可以只提供OBU或双界面卡的服务，也可以同时提供两种服务。

第4章 ETC不停车收费系统关键产品说明

在ETC建设过程中，从目前情况来看，一般招标过程采用由集成商来进行投标的形式，一般其利润来源于车道控制器。每个省市一般都有本省市做MTC的软件公司进行ETC车道软件及收费站软件的软件供应商，一般来说，我们只能以设备供应商来参与投标。在少数的几个省市，可能会有我们的车道软件的市场。在这种情况下，在与各地的合作过程中要有正确度市场定位。

4.1 路侧设备RSU

RSU(ZXRIS 8900)通讯可以适用于无防护的一款室外型路侧控制单元。其特点如下：  通过了国家智能交通系统工程技术研究中心对产品的物理层测试、协议和互操作测试，完全符合国家标准；

 基于ISO和CEN规定的5.8GHz微波专用短程通讯（DSRC）技术，符合DSRC国际技术标准，具有良好的互换性和兼容性；

 内置PSAM模块，在线密钥计算与认证，确保数据安全，基于多重DES或RSA加密技术，防止链路窃听与数据破解；

 支持高安全性电子钱包交易方式，符合PBOC2.0规范；  先进的防碰撞技术，支持多OBU交易；

 可存储交易信息大于8000条，支持程序远程更新，支持交易数据下载；  军工级的天线设计水平，保证了更窄的波瓣角和更高的增益；  天线与控制单元一体化设计，结构紧凑，业内体积最小，安装便捷；  兼容单片/两片式电子标签；

 安装方式灵活，水平/垂直方向可旋转，多自由度可调，支持顶挂、侧挂和壁挂，可调角度范围为0～90°，便于现场调测；

 可配置天线工作方式，发射功率动态可调，可根据现场环境实现自动定标，便于规划调整和覆盖优化；

 良好的热设计及智能温度控制系统，可保证产品在超低温启动及运行、高温运行等方面特性良好；

 可远程配置工作频点，使用频道隔离技术，频点精准；

 水平半功率波瓣角度小，邻道泄漏功率比高于标准要求，有利于克服邻道干扰；  内置电源适配器，支持交流直接输入，动态范围85~300VAC；  高可靠性，在室外无需任何防雨、防尘设施，防护等级达到IP65；  全室外设备，全天候工作，高强度防雷设计，可以承受强雷电袭击；

 RSU与车道软件之间的通信接口支持最新国家标准，与其它厂家的车道软件通信时可灵活定制通信接口，并可提供整套软件开发包。

技术参数如下： 1.机械特性

1)尺寸：296×199×57mm（一体机）

2)重量：2.5kg

3)外壳材料：底壳：铸铝

表壳：ABS+PC 4)安装位置：龙门架、悬臂、立柱 5)安装方式：顶挂、侧挂、壁挂 2.微波链路特性

1)调制方式：ASK 2)编码方式：FM0 3)工作频率：上行5.790/5.800GHz

下行5.830/5.840GHz 4)通讯速率：上行512kbps

下行256kbps

5)通讯距离：0~30m（可调）6)发射功率：≤33dBm 7)天线极化：右旋圆极化 8)接收灵敏度：≤-80dBm 9)接收带宽：﹤5MHz 10)天线半功率角：水平半功率波瓣宽度小于20°

垂直半功率波瓣宽度小于38°

3.电气及应用特性

1)电源：额定220VAC/110VAC

动态85~300VAC 2)PSAM卡：规格：ISO 7816

通讯速率：56kbps 3)外部接口：10/100M FE

RS485/RS232 4)典型交易时间：＜230ms

5)电气接口：7路干节点，输入/输出可配 4.环境参数

1)工作温度：-40～+75℃ 2)存储温度：-40～+85℃ 3)相对湿度：4％～95％ 4)防护等级：IP65 5)可靠性：MTBF>100,000小时 6)静电：

接触放电：6KV 空气放电：8KV 性能判据：Class B 7)工作寿命：>15年 4.2 车载设备OBU

 完全符合国家标准

 通过国家智能交通系统工程技术研究中心对产品的物理层测试、协议和互操作测试  人性化设计

 外观小巧时尚  轻触式余额查询按钮

 中文LCD、蜂鸣及LED同时提供，以便于交易提示及电池低压告警  多种外壳颜色可选，以满足使用者的个性化需求

 支持实时显示电子钱包余额、交易结果、读写工作状态等指示信息  识别稳定可靠

 OBU接收灵敏度高，设计时充分考虑了防爆膜的影响，保证识别稳定可靠  大范围的方向适应性，适合于不同安装角度和位置  低功耗设计

 免维护时间可达5年  高抗振性

 充分考虑挡风玻璃弧度，可适用于各类车型  超强3M双面胶固定，安装方便且牢固  高数据可靠性

 机械防拆设计，保护用户数据，非法拆卸时，OBU即时失效并具有报警指示信息

 支持全系统密钥控制及加解密处理

 OBU可大量存储必要的信息，可采用DSRC方式读出  良好的兼容性

 完全按照国家标准设计，可兼容任何符合国家标准的RSU  支持各种类型的逻辑加密卡

 支持接触式/非接触式两种方式读写双界面CPU卡

 CPU卡支持记账卡和电子钱包功能，电子钱包交易符合中国人民银行颁布的《中国金融集成电路（IC）卡规范》

 良好的易用性

 独有的数据导入/导出功能，支持ICC数据导入/导出  支持程序在线更新  支持交易数据下载 技术参数如下： 1.机械特性

1)尺寸：85×65×20mm 2)重量：100g 3)外壳材料：ABS+PC 4)安装位置：汽车挡风玻璃内侧

5)安装方式：超强3M双面胶固定，防拆卸开关 2.微波链路特性

1)调制方式：ASK 2)编码方式：FM0 3)工作频率：上行5.790/5.800GHz

下行5.830/5.840GHz 4)唤醒时间：≤1ms 5)唤醒灵敏度：≤-40dBm 6)接收灵敏度：≤-50dBm 7)通讯速率：上行512kbps

下行256kbps 8)天线极化：线极化 3.电气及应用特性

1)功耗：≤5µA（静态电流）

≤25mA（工作电流）

2)通讯接口：DSRC（空口）

UART（mini USB接口）

3)典型交易时间：＜230ms 4)存储容量：用户存储区>4kB 5)MMI应用界面：LCD显示

蜂鸣器提示

LED状态提示

6)电池寿命：3.6V/1300mAh锂电

工作寿命大于5年

4.环境参数

1)工作温度：-25～+70℃ 2)存储温度：-40～+85℃ 3)相对湿度：5％～95％ 4)可靠性：MTBF>100,000小时 5)静电：

接触放电：6KV 空气放电：8KV 性能判据：Class B 6)免维护时间：>5年

4.3 车道控制器

智能化车道控制器产品可以实现简单便捷的车道系统集成。该产品具有以下特点：  具有中央处理单元；

 具有LCD触摸屏，可实现人机界面操作，可独立控制外设，可观察外设工作状态；

 具有丰富的通讯接口，包括1路网口，可实现设备联网；3路RS232接口，控制RS232串口设备；

 具有丰富的外设控制接口，包括6路光电隔离输入、6路继电器强电输出、4路继电器开关量输出。可以独立控制雨棚灯、通行信号灯、雾灯、电动栏杆机等；

 内部集成高分辨率视频采集功能模块，具有视频输入、输出接口，可实现视频采集功能。在分辨率为768×576以上、32位真彩色模式下捕获的时速为100公里/小时的动态车辆图像，可清晰辨认出车牌；

 内部集成字符叠加功能模块，具有视频叠加图像功能，并可通过网口和视频口输出叠加图像；

 内部集成车辆检测功能模块，可实现6通道车辆检测功能；

 检测器计数误差小于1×10-4  检测车速可达100公里/小时  车道宽度：3.0～4.0米；  检测器可以通过触摸屏复位；  检测频率：触摸屏操作，4级可调  检测灵敏度：触摸屏操作，8级可调

 内部集成符合ISO14443协议的高频读卡器模块，可实现人员鉴权功能；  具有配电模块，可实现RSU、电动栏杆机、费额显示器、摄像机等的供电保护和控制功能。 防护等级：IP53；  工作温度：-15℃~50℃；  储存温度：-30℃~60℃；

 相对湿度:0~95%、无冷凝水的情况下能够正常工作；  MTBF大于20000小时；  MTTR小于0.5小时。

第5章 ETC不停车收费系统优势及特色

5.1 通讯集成优势

通讯可以提供全套的解决方案，从硬件设备（路侧单元RSU、车载单元OBU、车道控制器）到车道控制软件、收费站系统软件以及远程操作维护平台全套解决方案，实现了软硬件的无缝连接，真正实现了收费系统的集成，避免了不同厂家之间产品繁琐的对接问题，同时系统的运行更加稳定，控制更加准确合理，实现真正无人职守。

通讯致力于有效整合各类公司资源，实现ETC系统和公司的传输、数据、监控以及接入产品的集成，提供高速公路信息化的整体解决方案，提供端到端的集成方案和完善的一站式服务，一揽子的工程实施方案，为客户带来放心满意的服务质量。

5.2 通讯系统优势

5.3.1 ETC/MTC一键切换

由于通讯能够很好的解决邻道干扰问题，其专有技术可以保证ETC/MTC快速一键切换，灵活配置车道的收费模式，加快了响应速度。另外，当所有车道都安装了ETC系统之后，业主可以自由选择车道的工作方式，即哪个车道采用ETC收费，哪个车道采用MTC收费，增加了配置的灵活性。

ETC/MTC的区别仅仅局限于交易层次，对于ETC/MTC收费站能够完全统一，ETC/MTC系统采用统一数据库上传数据，保证数据不丢失。通讯作为无线通讯的专家，可以将收费站员工的管理纳入其中，包括：系统权限管理、考勤、门禁等管理，功能更加强大，管理更加便捷。

5.3.2 跟车干扰的解决

跟车是目前遇到的棘手问题，很多厂家由于产品质量和性能问题，不能有效解决。个别厂家宣称通过“双天线”方式可以解决跟车干扰问题，其实不然，所谓的“双天线”方案不过是在系统实际应用中，由于设备性能问题，经常导致OBU与RSU交易时间过长，在单天线覆盖区域内无法正常完成整个交易流程，结果出现车辆速度稍快的情况下交易失败，车辆无法正常通过收费站的问题。基于以上情况，只能通过增加天线，以此增加覆盖来保证交易区域的扩大，保证交易流程的完成。

解决跟车干扰的问题，其根本在于解决路侧设备RSU的覆盖区域的连续与稳定，同时解决车载单元OBU的一致性，克服了这样两个问题，基本可以保证先进入交易区域的车辆首先进行交易，后进入交易区域的车辆后进行交易，从而解决跟车干扰问题。

通讯路侧设备RSU通讯区域可以精确控制在5~8米的范围内，同时车载单元OBU一致性很高，可以达到±1db，唤醒时间小于1ms，从根本上降低了跟车干扰发生的几率。

5.3.3 邻道干扰的解决

邻道干扰问题是目前常见的问题，由于某些厂家的技术能力限制，设计的天线方向性不好，水平波瓣角大，有的甚至大于35°，加之OBU温漂严重，且系统宽带接收，因此造成邻道干扰严重。通讯路侧设备RSU达到军工级的天线设计水平，水平波瓣角小于19°，邻道泄漏功率比高，OBU的车载单元温漂小，能够准确接收该车道频段的信号。

5.3 通讯产品优势

5.4.1 良好高低温性能

通讯通过专有技术保证了设备具有良好的高低温性能，OBU可稳定工作在-35°到70°的环境，路侧设备RSU保证在-40°低温下能够正常工作，另外，工业级的器件保证了其在70°的高温下也能正常的工作，无论严寒酷暑，设备都可以安全可靠的应用于大江南北。

5.4.2 OBU低温漂设计

专有技术保证OBU温漂在工作温度内（-35°到70°）低于20ppm，避免由于频偏引起的通讯不可靠，并且大大降低了邻道干扰问题的产生。

5.4.3 OBU独特的唤醒方式

OBU的唤醒方式业内大部分厂家采用的是全部断电的方式，导致唤醒时间高达50~80ms，而通讯采用了半休眠的唤醒方式，即OBU休眠期间保存了部分器件的工作状态，类似于笔记本的休眠状态，使得OBU唤醒时间小于1ms，有效降低了整体交易时间以及发生跟车干扰的39

几率。

5.4.4 OBU 高一致性

强大的研发能力、规范标准的生产流程保证了设备的质量和可靠性，保证了产品的高一致性，OBU的高一致性，即控制在±1db，相当于通讯距离最多相差1米，同时OBU的通讯交易灵敏度远高于唤醒灵敏度，使得OBU一旦被路侧设备唤醒必然能够进行准确的交易通讯，大大降低了跟车干扰发生的几率。

5.4.5 OBU误唤醒概率低

在实际应用中发现，个别厂家的设备由于接收带宽比较宽，滤波不好或根本没有滤波，受到无线信号的影响严重，在手机通讯基站下经常会被误唤醒导致电池消耗严重。我司采用专有技术，保证了OBU接收带宽处于一个很窄的范围，对其它频段具有很好的抑制作用，像手机、基站信号等不会影响OBU被误唤醒，更加节电。加之我司的天线水平波瓣角小，邻道泄漏功率比高，防止了邻道信号对OBU的误唤醒。

5.4.6 RSU一体化设计

RSU采用独特的一体化设计，其整体体积大小仅相当于同类产品的三分之一，重量更是同类产品的五分之一，成为业界体积最小，质量最轻的一款路侧设备，安装维护更加方便。由于其数字部分、射频部分、天线一体化，外部只需要提供电源和通讯线即可，方便使用。一体化的另外一大好处是：使得前向、反向差损最小，有效的提高了灵敏度及可靠性。

5.4.7 军工级的天线设计水平

我公司采用的天线堪称业界“最小”，军工级的设计水平保证了更窄的的波瓣角以及更高的增益，天线的一致性好，降低了工程安装时，覆盖范围调节的难度。

精心设计的小于19度的RSU天线水平波瓣角，保证挂高5.5米的情况下，通讯区域可以精确控制在5—8米的范围内，并且通讯区域宽度小于3.3米。邻道泄漏功率比高于标准要求，有效的克服了邻道干扰。

增益为16.2dBi，半功率波束宽度为19度，前后比约29dB，副瓣增益3dBi，副瓣波束宽度为33度。第一零陷增益为-10dBi，零陷波束宽度为22度。

当相邻车道RSU发射频率分别为5.83GHz，5.84GHz，RSU水平间距3.5米，挂高5.5米，下倾角度52度，OBU垂直高度1.5米，上仰角度60度时，本车道与相邻车道信号比较图。

OBU接收到本车到与相邻车道信号比较图

5.4.8 支持网口等多种通讯方式

路侧设备RSU提供多种接口方式，包括网口、RS232/485接口，开关量接口，使用更加

方便，兼容性更强，扩展性更好。相对于业内部分厂家，增加的网口通讯方式更加快速高效，降低了交易时间，同时有利于RSU与其他设备的集成组网以及远程设备监控。

5.4.9 设备防护

RSU采用密闭设计，防护等级达到IP65，即：可以完全防止外物及灰尘的侵入，防止来自各方向由喷射出的水进入,可以无防护的应用于室外 ；同时，设备本身具有防雷板，接口采用光耦隔离技术，可以有效的抗非直击雷，可安全可靠的工作在高速公路收费岛附近环境灰尘密布，气候恶劣的室外环境。

5.4.10 标准化设计

我司设备通过了互联互通测试，完全符合国家标准，具有良好的兼容性和互操作性；RSU与车道软件之间的通信接口支持最新国家标准，与其它厂家的车道软件通信时可灵活定制通信接口，并可提供整套软件开发包。电信级网管系统、产品的灵活架构，保证了国家标准改变时，实现在线升级，郑重承诺我们的产品完全符合最新的国家标准。

5.4.11 高性能车道控制器

自主研发车道控制设备，具有LCD显示屏及触摸屏，方便操作；内置字符叠加器，对相关信息进行叠加；具有配电模块，为车道控制器及外设供电，1个两极空开作为车道控制器的总开关、5个单极空开对车道外设提供220VAC供电，对外提供2路DC12V/1A电源，可提供给亭内摄像机或其它集成车道外部扩展设备；对外提供6路光电隔离型输入接口，10路继电器输出接口，6路地感线圈输入接口；具有车辆检测功能；具有高频读头，能够进行操作前刷卡认证，增加系统安全性；设备可靠性高。

第五篇：ETC不停车收费系统的原理及技术

ETC不停车收费系统的原理及技术

ETC(Electronic Toll Collection)即电子不停车收费系统。是国内外正在努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子收费系统。使用该系统，车主只要在车窗上安装感应卡并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，也无须停车，高速费将从卡中自动扣除。这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5到10倍。针对此情况，多奥科技研发出ETC停车场系统方案。

不停车收费技术特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用。在传统采用ETC车道隔离措施下的不停车收费系统通常称为单车道不停车收费系统，在无车道隔离情况下的自由交通流下的不停车收费系统通常称为自由流不停车收费系统。实施不停车收费，可以允许车辆高速通过（几十公里以至 100 多公里），故可大大提高公路的通行能力；公路收费走向电子化，可降低收费管理的成本，有利于提高车辆的营运效益；同时也可以大大降低收费口的噪声水平和废气排放。由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以缩小收费站的规模，节约基建费用和管理费用。另外，不停车收费系统对于城市来说，就不仅仅是一项先进的收费技术，它还是一种通过经济杠杆进行交通流调节的切实有效的交通管理手段。对于交通繁忙的大桥、隧道，不停车收费系统可以避免月票制度和人工收费的众多弱点，有效提高这些市政设施的资金回收能力。

系统组成：ETC车道与传统的MTC车道建设相似，主要由ETC天线、车道控制器、费额显示器、自动栏杆机、车辆检测器等组成。

功能实现：

1.车辆进入通讯范围

2.读写天线与电子标签和CPU卡进行通讯，判别车辆是否有效，如有效则进行交易；无效则报警并封闭车道，直到车辆离开检测线圈。

3.如交易完成，系统控制栏杆抬升，通行信号灯变绿，费额显示牌上显示交易金额

4.车辆通过自动栏杆下的落杆线圈后，栏杆自动回落，通行信号灯变红，系统等待下一辆车进入。高速道闸

高速道闸主要配置：便携式遥控器2个、三联手动开关1个、闸杆1根、安装螺丝。

（1）高速道闸机芯结构特点

核心技术是采用专门设计的AC220V特种转矩电机

电机为低速免维护电机。电机可以被制动于任意位置而不会造成损坏。在两个终端极限位置时，该电机功率自动减退至约20W，既可节省能耗，又可避免冷凝及腐蚀，即使在寒冷的冬季也可正常运转；

传动机构采用正弦连杆机构，去掉了普通自动拦杆使用的减速装置，使整个结构更趋紧凑、合理，大大减少了机械故障；

特殊的电机线圈结构使它在通、断电的瞬间，不会出现普通电机不可避免的瞬间大电流和瞬间电压波动，可直接用UPS供电而不会影响同一电网内其他设备的正常工作。

（2）高速道闸技术参数

电源电压：AC220V+10% 型 号：DAIC-TC-DZ 电源频率60Hz 电机功率：80W 配杆长度：3.0m 起落时间：0.9s1.2～1.4S1.9S 运行寿命：≥500万次

环境温度：-40ºC～+75ºC 相对湿度：50%～90% 适用场所：高速公路封闭式路桥收费、开放式路桥收费，海关、码头。车辆检测器

（1）车辆检测器特点

温度稳定性高

环境漂移自动补偿功能 多级雷击保护功能 线圈故障自动侦测功能 具有多级灵敏度可调 可配合道闸实现防砸车和自动关开功能 双线圈型号可实现车辆方向的检测

（2）车辆检测器技术参数

工作电源：220V AC ±10% 型 号：DAIC-TC-JCQ 额定功率：4.5W 工作温度：-30-+70 ℃

工作频率：20～170KHz 灵敏度：0～9级

继电器输出：DC24V/3A 安装：DIN导轨

尺寸：100*70*118mm 反应时间：20毫秒

费额显示器

（1）费额显示器基本介绍 每次车辆通过ETC专用道识别区时，车道边左侧的显示屏都会亮起绿灯，下方显示“账户正常”、“账户余额××元”及车牌号。提醒广大车主，使用ETC储值卡的用户显示账户余额，使用ETC联名卡的用户显示账户正常。

点阵式费额显示器系列产品适用于省道、国道、高速公路收费站，桥梁，停车场等收费场所，安装在收费车道岛尾位置，显示收费车型及收费金额等信息。

费额显示器可以根据客户需要修改尺寸和分辨率，制作成其他用途的室外单色显示屏。

（2）费额显示器特点

该产品为点阵式发光面，显示内容灵活多样，避免了数码管费显容易淘汰的弊端；

点阵式发光面采用了8192只高亮度Φ5红色LED，性能优于普通8x8发光模块，适用于户外使用；

结构件材料为不锈钢，表面抛光，造型美观、强度好。结构件之间的联结使用了点焊工艺，保证了产品加工的标准性和一致性。

（3）费额显示器技术参数

点阵式电子显示屏

光源：高亮度Φ5红色LED

分辨率：64X128

发光亮度：1,800mcd 型号：DAIC-TC-FE

中心波长：625nm

通讯方式：RS232接口

显示模式：字符模式、图片模式

显示特效：多种移入特效、移出特效

亮度控制：程序控制三级可调

4路预留控制位，可控制报警器等外设

开机自检逐点扫描功能

屏体尺寸：1200X600

机箱立柱：亚光不锈钢，防水、防尘、防锈蚀

工作电压：AC220V，50-60Hz平均功耗：200W 工作温度：-30℃~+75℃

工作湿度：10%～95%在-5℃～60℃之间MTBF：≥50,000小时MTTR：≤0.5小时

防护等级：IP55 远距离读头

（1）远距离读头特点

一体化产品设计，性能稳定，安装简单方便； 同体积产品，读写距离更远； 同类型产品，标签识别灵敏度更高；

高速运动目标,也能轻易捕获到；

兼容18000-6C/6B两种协议；

跳频工作抗干扰能力强； 支持多标签同时读写； 防水防晒，可用于户外使用；

（2）远距离读头技术参数

工作频率：5.8G（可根据用户需要定制）

工作方式：广谱跳频(FHSS)或定频工作，由软件设定。

支持标准：ISO18000-6C、EPC Class1 GEN2、ISO18000-6B 读写标签：符合ISO18000-6C 或GEN2 或6B协议的标签。

工作模式：分为主从模式、定时模式、触发模式，可由软件设定。RF 功率： 0～30dBm，可由软件调整。

天线内置：天线与读写器一体化集成设计，减少衰减，性能稳定。

天线增益：12Dbi，水平极化。

天线功率：接入天线功率5W，可调。

读写距离：读写标签（标准卡尺寸）稳定距离10-30米，读写距离与标签

尺寸有关。通过软件可调整读写距离。

通讯方式：标配 RS232、RS485、Wiegand26、Wiegand32、Wiegand34、选配 TCP/IP、USB 快速识别：能够识别高速运动的速度介于120-360公里/小时之间的电子标签。

防冲突性：同时识别50张以上标签。

软件开发：提供SDK软件开发包、通讯协议、软件DEMO 状态提示：在通电和读写标签状态时蜂鸣提示。

输入接口：1路触发输入。

工作电压：DC 12V 型号：DAIC-TC-DT 工作温度：-35℃-75℃

存储温度：-40℃-80℃

工作湿度：0-95% 外壳材料：ABS 灵敏度：0～9级

继电器输出：DC24V/3A 安装：DIN导轨

尺寸：100*70*118mm 反应时间：20毫秒