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1、基于移动通信网络技术的电子不停车收费系统解决方案1.引言 “电子不停车收费 3（ElectronicTollCollection,简称ETC）即车辆不停车地通过收费站点而实现收取过路费的收费方式。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，有效提高这些交通市政设施的资金回收能力。虽然ETC系统作为我国未来智能交通的发展趋势，极大地改善了我国的交通状况，但同时也出现了许多问题。2.
2、目前国内ETC系统存在的问题13自上个世纪九十年代以来，我国已在全国十几个省市的范围内建立了近两百条ETC收费车道，发行了十几万张车载卡。从目前已开通的ETC系统的实际运行情况来看,它们是安全、可靠、稳定而准确的，但在实施和推广ETC系统的过程中也遇到了以下一些的主要问题：1.高速公路管理公司各自引进了互不兼容的ETC收费系统。ETC收费系统的根本优势就在于其区域内的兼容性,而我国比较普遍的现象是一路一公司的管理体制,各高速公路管理公司具有较大的独立经营权。如果用户所购买的ETC收费设备仅能在一条路上使用时,其社会效益和经济效益将会受到影响,不利于ETC系统的推广应用。2由于ETC收费的优势在
3、于联网收费，目前在很多省、市缺乏统一规划，各公司自行引进实施给后续的扩展和连接带来很大障碍，在进行ETC系统的联网和扩展时，需进行大量的技术协调工作。3.国内绝大多数ETC项目在如何提供较高的服务质量和获取较好的经济效益方面还处于探索期，大多数项目缺乏对ETC用户需求的客观分析，关于ETC的服务费定位和道路通行费的优惠措施也处于摸索之中，用户发展速度不够理想，导致ETC车道的通行量较低，通行能力强的优势没有得到体现。4.国内目前尚无配套法规来治理逃费现象，所以即使收费车道上安装了不停车收费系统后，虽然减少了人工收费员，但却增加了监管人员，并没有实际减少路方的人工成本。5.ETC车道投资较高，大
4、部分设备及技术均须从国外引进，不但价格昂贵，而且也不利于我国建立一个独立自主的高速公路体系。另外，电子标签价格与人们普遍心理预期还有一定差距。用户发展速度不够理想，导致ETC车道的通行量较低，通行能力强的优势没有得到体现。3.基于移动通信网络的ETC系统解决方案12随着我国近近几年移动通信事业的高速发展，我国移动通信市场的发展速度和规模令世人瞩目，移动通信用户、移动通信网络容量及覆盖范围均达世界第一。利用现有的移动通信网络对高速公路良好的覆盖和良好的网络质量，为ETC的联网收费系统提供必要的物质保障，节省大量的网络投资，同时还可以通过移动通信网络提供ETC的服务信息，使其社会效益和经济效益均获
5、得较大的提高。而移动通信网络中融合了计算机技术与通信技术的移动计算技术则解决了ETC收费对移动性的最直接的需求即信息的传递、接收、汇总乃至最终的分析都必须在移动中完成这一难题。高速公路电子不停车收费系统可以分成两个部分，一部分是前台系统，它的功能是利用自动车辆识别技术完成车辆信息的采集，将采集的车辆、车道等信息通过移动通信网络发送到应用服务器进行处理。数据的承载可以采用GPRS、短消息或CDMA承载；第二部分是后台系统，它的主要功能是根据传送的业务数据在应用服务器完成用户在高速公路上的业务费用的计算、对用户账号进行扣费操作等。3.1前台系统主要由车载电子标签、电子标签读写器、移动通信模块（GP
6、RS/CDMA/短消息通信模块）、图像抓拍系统、车道计算机控制系统等设备组成。为降低初期实施ETC系统的过高成本，并根据国内用户的承受能力，建议采用只读方式的车辆识别技术。目前，ETC的自动车辆识别技术主要通过射频识别（RadioFrequencyIdentification简称RFID）来采集车载标签的数据信息而实现的。RFID是一种非接触的射频通信方式，通过读写器与标签的无线通信可以进行信息的采集功能，从而识别标签载体的身份等特征。从信息采集的标签和标签读写器的功能分类，ETC系统可分为只读系统和读写系统。只读系统是读写器只读取射频标签的信息，对其进行身份验证，不对其内部信息进行改写；读写
7、系统是读写器和标签设计成读写形式，读写器可以读取标签数据信息，同时改写部分数据信息；从标签有无电源分类，ETC系统分为有源和无源系统。有源系统是标签有辅助电池为标签提供工作的能量；无源系统是指标签的工作能量;不是由辅助电池供电，而是通过标签内设计的电感耦合方式将部分射频能量转换为标签所需工作的能量。对于早期不具备联网状态下工作的ETC收费方式和不具备有效的费用管理机制情况下，ETC系统一般采用读写方式的车辆识别技术。然而，近年来由于通信业的长足发展，高速公路附近能够获得丰富的网络资源，因而只读方式的车辆识别是能够基于联网通信进行ETC收费的。只读的车辆识别系统在进口收费站与出口收费站处分别读取
8、来自同一辆车上车载电子标签的卡内信息（卡的唯一ID号、车牌号、车型、及发行商等信息）。收费管理系统根据采集到的同一车辆通过进口收费站与出口收费站的时间、收费站代号就可以通过查表处理，计算出通过该路段应收的费用。对ETC系统的信息采集部分来讲，900MHz只读RFID车辆识别的有效通信距离、数据的传输速率、通信的信息可靠性、标签的使用寿命、所能容许的最大车速、通信所需时间等性能指标不但完全能满足ETC收费要求，还远优于读写方式的车辆识别，其主要优点归纳如下：信息采集时间短。只读系统通信时间相对读写系统要短很多，经过几十毫秒就可以完成一次信息的采集工作，而读写形式的标签一般在进
9、站口通信要经过180毫秒左右，在出站口则需要经过300毫秒左右才能完成一次交易；信息可靠度高。只读系统传递信息量少，不需要写入，信息的出错率相应会下降；另外，只读系统采集信息时间短，可以保障一辆车以相同的速度经过通信区域时至少进行两次通信。假设，一次通信的出错率为10-4，那么两次同时出错的概率为10-8，可见只读系统可以使通信的可靠性大大地增加；通车速度高。只读式车辆识别系统的车辆可靠识别通车速度可达200公里/小时以上，而读写方式下的可靠识别一般要求车速在40公里/小时以下。成本低，减少运营上的投入资金，有利于市场推广。在900M
10、Hz频段上开展ETC相关应用的时间较早，技术比较成熟，产品成本价格低。尤其是只读型标签，价格明显降低，容易被用户接受，有利于市场的推广。使用寿命长。只读RFID卡一般为无源卡，无电池供电，寿命可达10年以上；有源标签寿命由电池决定，且容易受到外界干扰，可靠性低，一般寿命低于3年。相比之下，只读形式标签的寿命比较长，能减少用户的重复经济投入；体积小、封装形式紧凑。相比于有源标签来讲，只读式无源标签其体积、重量都较小,易于安装维护。3.2后台系统后台系统的任务和功能包括向客户发售车载用户卡及其初始化；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；
11、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。后台由收费站、道路运营管理公司、结算中心、银行和客户服务中心等组成。根据收到的数据文件在道路运营管理公司和用户之间进行交易和财务结算。后台系统实际上是一个具有财务结算性质的计算机网络,车道控制机和客户服务站是网络终端,银行、结算中心、收费站、道路运营管理公司、客户服务中心等均为网络节点。网络通过各个终端的工作,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。后台系统的主要功能是依据前台采集到的信息计算用户的通行费用
12、。另外，它还具有对用户车辆卡与手机号码的绑定和管理、用户黑名单的管理和下发等功能。本系统通过GPRS或短消息通信模块作为连接前后台系统的数据传输平台。通过通信模块把前台获得的车载电子标签信息及收费站、收费道口信息和时间等交易信息通过移动通信网络传送到后台系统，以实现电子不停车收费结算功能。由于采用RFID技术作为前台采集方案，并且利用移动通信网络作为数据的传输网络，整个技术体系具有下述特征：统一的编码：电子标签在出厂时具有一定的存储空间，可用利用该存储空间对用户车辆、站点等按照省、市、地区等进行编码。该编码可以快速定位用户的归属地和漫游地，同时可以非常方便的进行全国联网。&
13、#1048698;统一的后台结算：用户过路费的计算统一由全网应用服务器系统完成，跨区域联网收费系统通过与移动通信网络的计费系统互联实现跨区域的联网收费和灵活的账户状态管理。标签和用户手机号的绑定：全网应用服务器系统可以查询与标签绑定的用户的手机号，这样易于实现全国联网，在用户归属地从该用户手机账户上实现扣费操作。上述特征很好的解决了用户车辆在全国范围内的漫游操作，使得后台系统可以快速定位用户的漫游地和归属地，并利用移动通信网络现有的计费系统完成扣费操作。方案初期建立一套全国应用服务器系统，开通业务的高速公路车道均将数据传输到全国中心完成业务处理操作。随着业务量的增大，可以建
14、立大区业务中心（以省为单位，或以若干个省为单位），从而形成了大区业务中心、全国中心的两级业务体系，在这种体系结构下，本地业务将在本地所属的大区业务中心完成业务处理，对于用户车辆漫游业务，本地所属的大区业务中心完成用户归属地的查询操作，然后将业务数据路由至车辆用户归属地完成业务处理操作。3.3本方案的主要优势1通过上述讨论，可以看到基于移动通信网络的ETC系统解决方案不但可以大大降低ETC系统的建设成本，还能够解决目前国内ETC系统存在的主要问题，该方案的优势归纳如下：•潜在的庞大客户群中国在2002年就已经成为全球最大的移动电话市场，中国的移动通信网络已经覆盖全国绝大多数县（市），
15、通信技术水平先进，网络质量能够得到保证。截至2005年底，中国移动电话用户的数量已经达到了3.6869亿户，每百人20.92部，而此客户群也正是在交通行业推进ETC的天然客户群，因而结合移动移动通信的ETC系统具有掌握ETC客户群的先天优势，借此推进ETC业务的发展更为便利。•全国性的业务支撑系统：移动通信网络拥有全国性的完整的业务支撑系统，如：呼叫中心、营业网点等，可以充分利用已有的资源为增值扩展业务服务。例如：可利用呼叫中心开展业务咨询和业务办理，营业网点可发行ID卡。由于发行的ID卡与手机绑定，因此可随时通过短信方式向用户通报收费情况等。•全程全网的计费和转账方式
16、：目前，已有的ETC系统主要缺陷在于难于实现大区域的联网收费。移动通信网络具有天然的联网优势，拥有强大的传输网络，以及在实时计费和跨区域结算方面的经验。因此，结合移动通信技术可以弥补已有的ETC系统缺陷和不足，为ETC系统增添新的特色和亮点。移动通信技术的介入将带来通信运营上的先进成熟的市场运营模式、完善的卡销售模式、过亿的潜在客户群，从而帮助路方节省大量的建立IC卡结算中心、卡发行市场销售宣传、日常IC运行维护所需的资金、人力、物力。从而将移动的结算及市场优势与路方的路权优势结合起来，实现强势互补。•路方逃费风险的降低：由于现有ETC系统无法实现大区域的联网，对于长途经过车辆（非
17、本区域登记车辆）逃费的处理措施有限。因此，依托移动通信技术，在车辆数据库中建立与手机账号的关联，能够有效地解决车辆逃费的问题，使得路方大大降低车辆逃费的风险。•用户卡丢失的风险降低由于收费结算都在后台完成，用户ID卡只作为用户的标识，因此避免了充值卡丢失而无法挂失的问题，可使得用户的使用风险大大降低。4.结束语基于移动通信网络的ETC系统在移动网络覆盖全国网络的条件下能够完全实现联网收费功能，解决目前在推广ETC应用中出现的问题。依靠成熟丰富的移动网络资源和先进的移动计费收费系统，可以减少重复投资，大大地降低ETC项目初期的过高的建设成本，有利于ETC系统应用的市场推广和运营维护。总之，在我国推广高速公路ETC工程应该考虑符合我国的国情，即我国是一个发展中国家，高速公路建设起步较晚，基础设施薄弱，区域经济发展与市场需求，还有车辆用户消费能力极不平衡，为了降低成本并避免我国的高速公路建设过分依赖国外厂商技术而引发一系列弊端等诸多因素，应充分利用现有资源，使ETC能快速推广，真正解决高速公路的发展问题。参考文献 1电子信息产业发展基金项目可行性报告 2基于移动数字通信的智能交通收费系统项目方案 3ETC系统车辆自动识别可行性研究报告1