近幾年來(lái)，國(guó)家對(duì)交通基礎(chǔ)建設(shè)的大規(guī)模投入促進(jìn)了我國(guó)高速公路事業(yè)的快速發(fā)展。截至 2002 年底，我國(guó)高速公路通車?yán)锍桃淹黄?2 萬(wàn)千米。由于建設(shè)期投資主體復(fù)雜，項(xiàng)目建成后“一路一公司”的經(jīng)營(yíng)管理模式導(dǎo)致主線收費(fèi)站過(guò)多，在現(xiàn)有的收費(fèi)系統(tǒng)不能適應(yīng)交通量日益增長(zhǎng)需要的情況下，主線收費(fèi)站，特別是在城市出入口收費(fèi)站處形成交通瓶頸，嚴(yán)重影響路網(wǎng)效能的發(fā)揮，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。如何在現(xiàn)有的道路收費(fèi)和站房設(shè)施基礎(chǔ)上，根據(jù)高速公路出入口交通流量的分布特點(diǎn)，采用不停車收費(fèi)技術(shù)從方案設(shè)計(jì)的層面解決路網(wǎng)中收費(fèi)站點(diǎn)交通瓶頸問(wèn)題也成為交通工程研究的一個(gè)新課題。 

ETC 系統(tǒng)的工作原理
ETC 系統(tǒng)的層次構(gòu)成
    我國(guó)目前路橋收費(fèi)存在 3 種方式。 (1) 純?nèi)斯な召M(fèi)方式，即全部收費(fèi)程序由人工操作完成。由于該方式工作量大，不易統(tǒng)計(jì)和監(jiān)督，現(xiàn)已基本不予采用。 (2) 人工半自動(dòng)收費(fèi)，即“人工收費(fèi)、計(jì)算機(jī)管理、閉路電視監(jiān)視”方式。該方式適合我國(guó)公路管理現(xiàn)狀，是目前路橋收費(fèi)的主要方式，但對(duì)交通量大的收費(fèi)站點(diǎn)，該方式不能解決交通瓶頸問(wèn)題。 (3) 電子不停車收費(fèi)方式，即 ETC 系統(tǒng)收費(fèi)。該方式利用車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)天線實(shí)現(xiàn)車道控制器與車載電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)交換，自動(dòng)完成收費(fèi)程序，其層次構(gòu)成如圖1。 

 ETC 系統(tǒng)的工作流程
    完整的 ETC 系統(tǒng)可分為 ( 部分：一部分是 ETC 前端車道系統(tǒng)；另一部分是 ETC 后臺(tái)清算系統(tǒng)。

ETC 車道系統(tǒng)
    ETC 車道系統(tǒng)包括車輛檢測(cè)子系統(tǒng) 、交通指揮子系統(tǒng) 、 車輛圖像抓拍子系統(tǒng)，而車輛識(shí)別子系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽、車道天線 、天線控制器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。 ETC 車道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖2 。

[nextpage]
    當(dāng) ETC 用戶車輛進(jìn)入車道天線的讀寫范圍時(shí)，天線控制器從車道控制器接受通信請(qǐng)求，形成符合某種通信協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，通過(guò)車道天線將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給車載電子標(biāo)簽，同時(shí)接收、分析從電子標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)，車道控制器根據(jù)接收的信息發(fā)出相關(guān)指令，完成對(duì)電子標(biāo)簽的讀寫操作，并儲(chǔ)存操作結(jié)果。這一過(guò)程包括確認(rèn)電子標(biāo)簽的有效性、識(shí)別車輛類型、查詢費(fèi)用表、扣除費(fèi)用等操作。如果通過(guò)車輛是非法的 ETC 用戶，圖像抓拍子系統(tǒng)和交通控制子系統(tǒng)將啟動(dòng)，對(duì)違規(guī)車輛進(jìn)行抓拍、報(bào)警、攔截等操作，以進(jìn)行例外處理。車輛檢測(cè)子系統(tǒng)主要用于連續(xù)車流通過(guò)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行對(duì)象隔離，確保系統(tǒng)對(duì)每一用戶的正確操作。

后臺(tái)清算系統(tǒng)
    不同的 ETC 系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)商管理的收費(fèi)系統(tǒng)，涉及到營(yíng)運(yùn)商業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的賬務(wù)清算。營(yíng)運(yùn)商如何進(jìn)行賬務(wù)清算，取決于營(yíng)運(yùn)商的具體情況。參考電信行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，目前有２種比較通用的清算方式 , 中央清算方式和分散清算方式。

(1)中央清算方式。
    中央清算方式概括地說(shuō)就是，在各 ETC 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商之上建立一個(gè)中立的 ETC 中央清算系統(tǒng)，以負(fù)責(zé)電子標(biāo)簽的發(fā)行流通管理，維護(hù) ETC 用戶的消費(fèi)賬戶，清算拆分發(fā)生在多個(gè) ETC 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商之間的道路通行費(fèi)等事務(wù)。

    ETC 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中央清算系統(tǒng)可以直接處理，也可以間接地通過(guò)一個(gè)金融機(jī)構(gòu) - 如銀行等 / 來(lái)處理上述事務(wù)。一種比較可取的方式是直接在各省的人工聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中心建立內(nèi) ETC 中央清算系統(tǒng)，以統(tǒng)一負(fù)責(zé)該省的 ETC 收費(fèi)清算等業(yè)務(wù)。各 ETC 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和中央清算系統(tǒng)之間需要就保障 ETC 前端設(shè)備完全兼容互換的詳細(xì)技術(shù)規(guī)范、電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)格式，各運(yùn)營(yíng)商的 EFC Context Mark 、電子標(biāo)簽訪問(wèn)密鑰、認(rèn)證密鑰，統(tǒng)一的車型分類標(biāo)準(zhǔn)，各路段的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，原始過(guò)車記錄的格式，黑、灰名單的產(chǎn)生、下發(fā)以及處理的辦法，收費(fèi)、拆賬信息的交換方式等一系列問(wèn)題達(dá)成一致的意見(jiàn)。這種中央清算的 ETC 聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，各方分工明確，可操作性強(qiáng)，同時(shí)， ETC 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中央清算系統(tǒng)可以方便地建立在各省的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中心的基礎(chǔ)之上。因此，這種運(yùn)營(yíng)方式在以中央賬戶為基礎(chǔ)的 ETC 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)應(yīng)用中不失為一個(gè)理想之選。

(2)分散清算方式。
    分散式操作管理方式概括地說(shuō)就是，各 ETC 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商在保證 ETC 前端設(shè)備完全兼容互換的基礎(chǔ)上，通過(guò) ETC 運(yùn)營(yíng)商之間的原始收費(fèi)記錄、賬務(wù)數(shù)據(jù)以及其他必要信息的交換完成跨路段通行費(fèi)的拆分與清算的 ETC 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)運(yùn)營(yíng)方式。

    與中央清算方式一樣，各 ETC 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商之間需要就保障 ETC 前端設(shè)備完全兼容性及有關(guān)的處理辦法等一系列問(wèn)題達(dá)成一致的意見(jiàn)。此外，各 ETC 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商還需要就怎樣在他們之間通過(guò)一個(gè)安全、可控的方式來(lái)交換真實(shí)的原始收費(fèi)信息，以及如何利用這些原始收費(fèi)信息在各運(yùn)營(yíng)商之間進(jìn)行賬務(wù)拆分，及特殊車輛的通行費(fèi)處理等問(wèn)題協(xié)商一致。在這種操作管理方式下，通行費(fèi)的清算任務(wù)被分散到各個(gè)運(yùn)營(yíng)商那里，由各運(yùn)營(yíng)商自己的處理程序來(lái)完成，并且大多數(shù)的功能都可以在車道軟件這一層實(shí)現(xiàn)，即所謂的現(xiàn)場(chǎng)拆賬。這種拆賬功能的實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)有的以通行券為基礎(chǔ)的人工聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的車道控制軟件中是非常普遍的。這種分散式操作管理的 ETC 聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方式，通行費(fèi)清算的任務(wù)被分散，故不需在建立統(tǒng)一的中央清算系統(tǒng)上花費(fèi)巨額投資，這也是此種運(yùn)營(yíng)方式的優(yōu)勢(shì)所在。

ETC 系統(tǒng)在現(xiàn)階段聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)應(yīng)用中的解決方案
收費(fèi)系統(tǒng)使用的收費(fèi)介質(zhì)
    目前，國(guó)內(nèi)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)常見(jiàn)的通行券有紙制打印券、紙制磁性券、一維條碼券、二維條碼券、磁卡、接觸式IC 卡和非接觸式 IC 卡等多種形式。其中 IC 卡可用于預(yù)付業(yè)務(wù)。經(jīng)過(guò)多年的收費(fèi)實(shí)踐，收費(fèi)系統(tǒng)對(duì)收費(fèi)介質(zhì)的選擇越來(lái)越注重自動(dòng)化程度、讀寫方式、數(shù)據(jù)安全、介質(zhì)成本、文明打印和管理成本等方面的性能和技術(shù)要求。由于在路網(wǎng)的出口使用現(xiàn)金支付存在諸多弊端，預(yù)付交易將是公路收費(fèi)由現(xiàn)金交費(fèi)向非現(xiàn)金交費(fèi)的必然選擇，而符合金融集成電路規(guī)范的 IC 卡也成為收費(fèi)介質(zhì)的首選。[nextpage]

電子標(biāo)簽與 IC 卡的結(jié)合使用
    凡不帶 IC 卡的電子標(biāo)簽稱單片式電子標(biāo)簽，帶 IC 卡接口并在使用時(shí)插入 IC 卡的電子標(biāo)簽稱兩片式電子標(biāo)簽。通常兩片式電子標(biāo)簽具有支持對(duì)接觸式 IC 卡和非接觸式 IC 卡讀寫的能力。目前，國(guó)外普遍采用的電子不停車收費(fèi)技術(shù)方案，大多是單片式 ETC 系統(tǒng)，這對(duì)于 ETC 車輛使用率高的應(yīng)用環(huán)境來(lái)說(shuō)是非常合適的。但這種系統(tǒng)在收費(fèi)環(huán)境中是封閉運(yùn)行的，完全脫離現(xiàn)有的人工半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)，對(duì)于我國(guó)的公路網(wǎng)絡(luò)而言，這種方案將面臨系統(tǒng)改造規(guī)模大、一次性投資高、建設(shè)周期長(zhǎng)等問(wèn)題，而且在交通量小的非主線收費(fèi)站，拆裝現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)備或另外建設(shè)專用 ETC 車道既不經(jīng)濟(jì)，也沒(méi)必要。因此，國(guó)外現(xiàn)有的方案并不適合我國(guó)路網(wǎng)的現(xiàn)狀。要在我國(guó)“一路一公司”公路管理模式和現(xiàn)有的收費(fèi)設(shè)施條件下推動(dòng) ETC 系統(tǒng)收費(fèi)，必須在方案設(shè)計(jì)上予以突破。

    由于現(xiàn)有的技術(shù)條件難于做到電子標(biāo)簽對(duì)非接觸式 IC 卡的長(zhǎng)壽命操作（至少可使用、年才有發(fā)行價(jià)值），故在接觸式 IC 卡不被現(xiàn)有的收費(fèi)系統(tǒng)接受的條件下，必須在方案設(shè)計(jì)時(shí)使系統(tǒng)改造后具有兩種讀寫方式的能力，即電子標(biāo)簽采用接觸式讀寫方式和現(xiàn)有的人工半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)采用非接觸式讀寫方式。

組合式電子收費(fèi)技術(shù)的解決方案
    目前， IC 卡產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)推出了可以同時(shí)支持接觸讀寫方式和非接觸讀寫方式的 IC 卡，稱“雙界面 IC 卡”。所謂的組合式電子收費(fèi)是“ IC 卡刷卡交費(fèi) /ETC 電子交費(fèi) + 雙片式電子標(biāo)簽 + 雙界面 IC 卡”預(yù)付收費(fèi)方案，具體的方案設(shè)計(jì)如下。

(1)采用支持 ISO 7816 、 ISO1443 協(xié)議，可讀寫 Mifare I 卡、 Mifare Pro 卡及雙界面 IC 卡的專用收費(fèi)機(jī)具設(shè)計(jì) IC 卡車道收費(fèi)系統(tǒng)。
(2) 采用雙界面 IC 卡作為雙片式 ETC 電子標(biāo)簽的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。雙片式 ETC 電子標(biāo)簽和雙界面 IC 卡同時(shí)存儲(chǔ)包括車主、車型、車輛物理參數(shù)等固定信息。 ETC 雙界面 IC 卡存儲(chǔ)賬號(hào)、余額、交易記錄、入出口編號(hào)等信息，雙界面 IC 卡內(nèi)存儲(chǔ)的信息能以接觸式和非接觸式兩種方式進(jìn)行讀寫訪問(wèn)。
(3) 收費(fèi)專用車道同時(shí)設(shè)置 ETC 車道天線控制器和車道 IC 卡專用收費(fèi)機(jī)具，由一臺(tái)車道工控機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常 ETC 車輛、誤入普通車輛通行費(fèi)的收取，以及灰、黑名單核查、原始交易記錄生成、車道交通控制等功能。
(4) 在交通量大，易產(chǎn)生交通流瓶頸的收費(fèi)站按需設(shè)置 7 條以上的 ETC 收費(fèi)專用車道，允許司機(jī)將雙界面 IC 卡插入雙片式 ETC 電子標(biāo)簽，免停車通過(guò)收費(fèi)站，通行費(fèi)自動(dòng)扣取，大幅度提高收費(fèi)口通行能力。
(5) 在一般收費(fèi)站，僅設(shè)置 IC卡收費(fèi)車道，允許司機(jī)從雙片式ETC電子標(biāo)簽中撥出雙界面 IC 卡以非接觸操作的方式刷卡扣款，短暫停車后通過(guò)收費(fèi)站。

該組合式電子收費(fèi)技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：
（ 1 ）集中了 IC 卡收費(fèi)和 ETC 收費(fèi)的優(yōu)點(diǎn)，在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了人工方式和 ETC 方式的有效結(jié)合、
（ 2 ）為聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)開(kāi)展預(yù)付費(fèi)業(yè)務(wù)提供了方便 / 快捷 / 安全 / 可靠的解決途徑；
（ 3 ）按交通量等實(shí)際情況按需設(shè)置 ETC 車道數(shù)量，系統(tǒng)可靠性高 / 投資及規(guī)模富有彈性，易于試點(diǎn)和推廣 ;
（ 4 ）為解決中心城市的環(huán)城公路網(wǎng)及區(qū)域經(jīng)濟(jì)圈內(nèi)城間公路網(wǎng)的交通瓶頸提供了有效手段；
（ 5 ）符合中國(guó)金融卡規(guī)范及電子商務(wù)等國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展方向?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)， ETC 系統(tǒng)收費(fèi)將只是 IC 卡收費(fèi)系統(tǒng)的補(bǔ)充方式，現(xiàn)階段應(yīng)用的主要目的是解決關(guān)鍵路段收費(fèi)站的交通擁擠問(wèn)題。對(duì)于國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段實(shí)施的 ETC 系統(tǒng)，必須強(qiáng)調(diào) IC 卡收費(fèi)系統(tǒng)作為 ETC 車道的備用系統(tǒng)，以在出現(xiàn)故障時(shí)保證系統(tǒng)的通暢運(yùn)行。

ETC 系統(tǒng)的應(yīng)用推廣及規(guī)范化
    近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些省市相繼引進(jìn) ETC 系統(tǒng)，它們的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明， ETC 系統(tǒng)是安全 / 穩(wěn)定 / 準(zhǔn)確和可靠的。這些項(xiàng)目的引入取得了很大成果，為我國(guó) ETC 系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。然而深入的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，各地引進(jìn)的 ETC 系統(tǒng)互不兼容。 ETC 系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于區(qū)域路網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)作，各地區(qū)的 ETC 系統(tǒng)如不能相互兼容，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將大打折扣，而且；一路一卡 7 的應(yīng)用如果得不到有效的協(xié)調(diào)，將會(huì)嚴(yán)重影響 ETC 系統(tǒng)在我國(guó)的健康發(fā)展和后續(xù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。因此，制定 ETC 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的工作必須盡快開(kāi)展。

    由于當(dāng)前歐 / 美 / 日等國(guó)家公布的 ETC 標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也未訂出統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)我國(guó)目前系統(tǒng)運(yùn)作的具體狀況及大多數(shù) ETC 系統(tǒng)廠家支持的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以選擇 CEM/T 278 公布的如下 3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作為 ETC 系統(tǒng)前端設(shè)備的基本要求。

    此外，為保證設(shè)備的互操作性，還應(yīng)制訂其他細(xì)則標(biāo)準(zhǔn)，包括網(wǎng)絡(luò)清算體系接口規(guī)范、 ETC 車道系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、電子標(biāo)簽讀寫技術(shù)規(guī)范、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備通信協(xié)議等。