近幾年來，國家對交通基礎建設的大規(guī)模投入促進了我國高速公路事業(yè)的快速發(fā)展。截至 2002 年底，我國高速公路通車里程已突破 2 萬千米。由于建設期投資主體復雜，項目建成后“一路一公司”的經(jīng)營管理模式導致主線收費站過多，在現(xiàn)有的收費系統(tǒng)不能適應交通量日益增長需要的情況下，主線收費站，特別是在城市出入口收費站處形成交通瓶頸，嚴重影響路網(wǎng)效能的發(fā)揮，造成資源浪費和環(huán)境污染。如何在現(xiàn)有的道路收費和站房設施基礎上，根據(jù)高速公路出入口交通流量的分布特點，采用不停車收費技術從方案設計的層面解決路網(wǎng)中收費站點交通瓶頸問題也成為交通工程研究的一個新課題。 

ETC 系統(tǒng)的工作原理
ETC 系統(tǒng)的層次構(gòu)成
    我國目前路橋收費存在 3 種方式。 (1) 純?nèi)斯な召M方式，即全部收費程序由人工操作完成。由于該方式工作量大，不易統(tǒng)計和監(jiān)督，現(xiàn)已基本不予采用。 (2) 人工半自動收費，即“人工收費、計算機管理、閉路電視監(jiān)視”方式。該方式適合我國公路管理現(xiàn)狀，是目前路橋收費的主要方式，但對交通量大的收費站點，該方式不能解決交通瓶頸問題。 (3) 電子不停車收費方式，即 ETC 系統(tǒng)收費。該方式利用車輛自動識別技術，通過天線實現(xiàn)車道控制器與車載電子標簽的數(shù)據(jù)交換，自動完成收費程序，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 后臺清算系統(tǒng)。

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

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    當 ETC 用戶車輛進入車道天線的讀寫范圍時，天線控制器從車道控制器接受通信請求，形成符合某種通信協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，通過車道天線將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給車載電子標簽，同時接收、分析從電子標簽返回的數(shù)據(jù)，車道控制器根據(jù)接收的信息發(fā)出相關指令，完成對電子標簽的讀寫操作，并儲存操作結(jié)果。這一過程包括確認電子標簽的有效性、識別車輛類型、查詢費用表、扣除費用等操作。如果通過車輛是非法的 ETC 用戶，圖像抓拍子系統(tǒng)和交通控制子系統(tǒng)將啟動，對違規(guī)車輛進行抓拍、報警、攔截等操作，以進行例外處理。車輛檢測子系統(tǒng)主要用于連續(xù)車流通過時，自動進行對象隔離，確保系統(tǒng)對每一用戶的正確操作。

后臺清算系統(tǒng)
    不同的 ETC 系統(tǒng)營運商管理的收費系統(tǒng)，涉及到營運商業(yè)務系統(tǒng)之間的賬務清算。營運商如何進行賬務清算，取決于營運商的具體情況。參考電信行業(yè)的經(jīng)驗，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就是，在各 ETC 系統(tǒng)運營商之上建立一個中立的 ETC 中央清算系統(tǒng)，以負責電子標簽的發(fā)行流通管理，維護 ETC 用戶的消費賬戶，清算拆分發(fā)生在多個 ETC 系統(tǒng)運營商之間的道路通行費等事務。

    ETC 聯(lián)網(wǎng)收費中央清算系統(tǒng)可以直接處理，也可以間接地通過一個金融機構(gòu) - 如銀行等 / 來處理上述事務。一種比較可取的方式是直接在各省的人工聯(lián)網(wǎng)收費中心建立內(nèi) ETC 中央清算系統(tǒng)，以統(tǒng)一負責該省的 ETC 收費清算等業(yè)務。各 ETC 系統(tǒng)運營商和中央清算系統(tǒng)之間需要就保障 ETC 前端設備完全兼容互換的詳細技術規(guī)范、電子標簽的數(shù)據(jù)格式，各運營商的 EFC Context Mark 、電子標簽訪問密鑰、認證密鑰，統(tǒng)一的車型分類標準，各路段的收費標準，原始過車記錄的格式，黑、灰名單的產(chǎn)生、下發(fā)以及處理的辦法，收費、拆賬信息的交換方式等一系列問題達成一致的意見。這種中央清算的 ETC 聯(lián)網(wǎng)運營方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，各方分工明確，可操作性強，同時， ETC 聯(lián)網(wǎng)收費中央清算系統(tǒng)可以方便地建立在各省的聯(lián)網(wǎng)收費中心的基礎之上。因此，這種運營方式在以中央賬戶為基礎的 ETC 聯(lián)網(wǎng)收費應用中不失為一個理想之選。

(2)分散清算方式。
    分散式操作管理方式概括地說就是，各 ETC 系統(tǒng)運營商在保證 ETC 前端設備完全兼容互換的基礎上，通過 ETC 運營商之間的原始收費記錄、賬務數(shù)據(jù)以及其他必要信息的交換完成跨路段通行費的拆分與清算的 ETC 聯(lián)網(wǎng)收費運營方式。

    與中央清算方式一樣，各 ETC 系統(tǒng)運營商之間需要就保障 ETC 前端設備完全兼容性及有關的處理辦法等一系列問題達成一致的意見。此外，各 ETC 系統(tǒng)運營商還需要就怎樣在他們之間通過一個安全、可控的方式來交換真實的原始收費信息，以及如何利用這些原始收費信息在各運營商之間進行賬務拆分，及特殊車輛的通行費處理等問題協(xié)商一致。在這種操作管理方式下，通行費的清算任務被分散到各個運營商那里，由各運營商自己的處理程序來完成，并且大多數(shù)的功能都可以在車道軟件這一層實現(xiàn)，即所謂的現(xiàn)場拆賬。這種拆賬功能的實現(xiàn)，在現(xiàn)有的以通行券為基礎的人工聯(lián)網(wǎng)收費系統(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)運營方式，通行費清算的任務被分散，故不需在建立統(tǒng)一的中央清算系統(tǒng)上花費巨額投資，這也是此種運營方式的優(yōu)勢所在。

ETC 系統(tǒng)在現(xiàn)階段聯(lián)網(wǎng)收費應用中的解決方案
收費系統(tǒng)使用的收費介質(zhì)
    目前，國內(nèi)高速公路收費系統(tǒng)常見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 卡可用于預付業(yè)務。經(jīng)過多年的收費實踐，收費系統(tǒng)對收費介質(zhì)的選擇越來越注重自動化程度、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，預付交易將是公路收費由現(xiàn)金交費向非現(xiàn)金交費的必然選擇，而符合金融集成電路規(guī)范的 IC 卡也成為收費介質(zhì)的首選。[nextpage]

電子標簽與 IC 卡的結(jié)合使用
    凡不帶 IC 卡的電子標簽稱單片式電子標簽，帶 IC 卡接口并在使用時插入 IC 卡的電子標簽稱兩片式電子標簽。通常兩片式電子標簽具有支持對接觸式 IC 卡和非接觸式 IC 卡讀寫的能力。目前，國外普遍采用的電子不停車收費技術方案，大多是單片式 ETC 系統(tǒng)，這對于 ETC 車輛使用率高的應用環(huán)境來說是非常合適的。但這種系統(tǒng)在收費環(huán)境中是封閉運行的，完全脫離現(xiàn)有的人工半自動收費系統(tǒng)，對于我國的公路網(wǎng)絡而言，這種方案將面臨系統(tǒng)改造規(guī)模大、一次性投資高、建設周期長等問題，而且在交通量小的非主線收費站，拆裝現(xiàn)有的系統(tǒng)設備或另外建設專用 ETC 車道既不經(jīng)濟，也沒必要。因此，國外現(xiàn)有的方案并不適合我國路網(wǎng)的現(xiàn)狀。要在我國“一路一公司”公路管理模式和現(xiàn)有的收費設施條件下推動 ETC 系統(tǒng)收費，必須在方案設計上予以突破。

    由于現(xiàn)有的技術條件難于做到電子標簽對非接觸式 IC 卡的長壽命操作（至少可使用、年才有發(fā)行價值），故在接觸式 IC 卡不被現(xiàn)有的收費系統(tǒng)接受的條件下，必須在方案設計時使系統(tǒng)改造后具有兩種讀寫方式的能力，即電子標簽采用接觸式讀寫方式和現(xiàn)有的人工半自動收費系統(tǒng)采用非接觸式讀寫方式。

組合式電子收費技術的解決方案
    目前， IC 卡產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)推出了可以同時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是“ IC 卡刷卡交費 /ETC 電子交費 + 雙片式電子標簽 + 雙界面 IC 卡”預付收費方案，具體的方案設計如下。

(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 卡的專用收費機具設計 IC 卡車道收費系統(tǒng)。
(2) 采用雙界面 IC 卡作為雙片式 ETC 電子標簽的擴展數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。雙片式 ETC 電子標簽和雙界面 IC 卡同時存儲包括車主、車型、車輛物理參數(shù)等固定信息。 ETC 雙界面 IC 卡存儲賬號、余額、交易記錄、入出口編號等信息，雙界面 IC 卡內(nèi)存儲的信息能以接觸式和非接觸式兩種方式進行讀寫訪問。
(3) 收費專用車道同時設置 ETC 車道天線控制器和車道 IC 卡專用收費機具，由一臺車道工控機進行控制，實現(xiàn)對正常 ETC 車輛、誤入普通車輛通行費的收取，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站按需設置 7 條以上的 ETC 收費專用車道，允許司機將雙界面 IC 卡插入雙片式 ETC 電子標簽，免停車通過收費站，通行費自動扣取，大幅度提高收費口通行能力。
(5) 在一般收費站，僅設置 IC卡收費車道，允許司機從雙片式ETC電子標簽中撥出雙界面 IC 卡以非接觸操作的方式刷卡扣款，短暫停車后通過收費站。

該組合式電子收費技術方案具有如下優(yōu)點：
（ 1 ）集中了 IC 卡收費和 ETC 收費的優(yōu)點，在聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)中實現(xiàn)了人工方式和 ETC 方式的有效結(jié)合、
（ 2 ）為聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)開展預付費業(yè)務提供了方便 / 快捷 / 安全 / 可靠的解決途徑；
（ 3 ）按交通量等實際情況按需設置 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 ）符合中國金融卡規(guī)范及電子商務等國家鼓勵發(fā)展方向?？梢灶A見，在未來相當長的一段時間內(nèi)， ETC 系統(tǒng)收費將只是 IC 卡收費系統(tǒng)的補充方式，現(xiàn)階段應用的主要目的是解決關鍵路段收費站的交通擁擠問題。對于國內(nèi)現(xiàn)階段實施的 ETC 系統(tǒng)，必須強調(diào) IC 卡收費系統(tǒng)作為 ETC 車道的備用系統(tǒng)，以在出現(xiàn)故障時保證系統(tǒng)的通暢運行。

ETC 系統(tǒng)的應用推廣及規(guī)范化
    近幾年來，國內(nèi)一些省市相繼引進 ETC 系統(tǒng)，它們的實際運行結(jié)果表明， ETC 系統(tǒng)是安全 / 穩(wěn)定 / 準確和可靠的。這些項目的引入取得了很大成果，為我國 ETC 系統(tǒng)的發(fā)展應用積累了寶貴的經(jīng)驗。然而深入的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，各地引進的 ETC 系統(tǒng)互不兼容。 ETC 系統(tǒng)的應用優(yōu)勢在于區(qū)域路網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)運作，各地區(qū)的 ETC 系統(tǒng)如不能相互兼容，其社會效益和經(jīng)濟效益將大打折扣，而且；一路一卡 7 的應用如果得不到有效的協(xié)調(diào)，將會嚴重影響 ETC 系統(tǒng)在我國的健康發(fā)展和后續(xù)的開發(fā)應用。因此，制定 ETC 系統(tǒng)的標準規(guī)范的工作必須盡快開展。

    由于當前歐 / 美 / 日等國家公布的 ETC 標準并不統(tǒng)一，國際標準化組織也未訂出統(tǒng)一的國際標準，根據(jù)我國目前系統(tǒng)運作的具體狀況及大多數(shù) ETC 系統(tǒng)廠家支持的技術標準，可以選擇 CEM/T 278 公布的如下 3 個標準作為 ETC 系統(tǒng)前端設備的基本要求。

    此外，為保證設備的互操作性，還應制訂其他細則標準，包括網(wǎng)絡清算體系接口規(guī)范、 ETC 車道系統(tǒng)設計規(guī)范、電子標簽讀寫技術規(guī)范、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、設備通信協(xié)議等。