智能交通系統(tǒng)概論第7章電子收費系統(tǒng)1.引言2.電子收費系統(tǒng)3.案例介紹4.挑戰(zhàn)與展望第1節(jié)引言隨著城市交通的不斷增長和發(fā)展，傳統(tǒng)的現金支付方式已經無法滿足高效、安全和便捷的交通支付需求，在智能交通系統(tǒng)中引入電子不停車收費系統(tǒng)（ETC,ElectronicTollCollection）成為一項關鍵舉措。電子收費系統(tǒng)是一種利用先進的信息技術和無線通信技術實現自動繳費的系統(tǒng)，可以大大提高道路通行的效率和質量以及收費管理的自動化程度，減少人力資源的浪費，降低人力成本和收費差錯率，是現代智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，也是智能運輸系統(tǒng)中最可能率先得到產業(yè)化應用的技術之一。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)一、基本概念

ETC是不停車電子收費系統(tǒng)，也稱為自動道路繳費系統(tǒng)，是一種專門用于收費道路的道路收費方式。它通過安裝在車輛擋風玻璃上的車載電子標簽與在收費站ETC車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，運用5G感知技術和圖像識別等技術精準識別過往車輛的車型與號牌等數據信息，自動進行數據交換，并利用計算機聯網技術與銀行進行后臺結算處理，從而快速、準確地完成扣費，達到車輛通過路橋收費站不需停車就能交納路橋費的目的。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)二、系統(tǒng)組成ETC系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，由多個關鍵組件和技術構成，多個組成部分協(xié)同工作實現自動、快速、便捷的道路收費功能。以下是ETC系統(tǒng)的主要組成部分：1.支付終端設備支付終端設備是ETC系統(tǒng)中的重要組成部分，用于處理車輛的通行費用支付。這些設備通常安裝在車輛內部或車輛外部，能夠與用戶的電子標簽、手機應用或銀行卡等支付工具進行交互，方便車主充值或繳納通行費用。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)二、系統(tǒng)組成2.車載電子標簽車載電子標簽（OBU）安裝在車輛上，用于存儲車輛信息和通行記錄等數據。每個車載電子標簽都有一個唯一的ID，以便在通過ETC車道時進行識別。通常采用射頻識別（RFID）或近場通信（NFC）技術，內置有存儲芯片和加密算法，能夠存儲用戶的支付信息和身份信息。用戶只需將電子標簽或卡片與支付終端設備靠近或放置在指定區(qū)域，即可完成支付交易。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)二、系統(tǒng)組成3.后臺管理系統(tǒng)后臺管理系統(tǒng)是ETC系統(tǒng)的核心組件，負責管理和處理交易數據、用戶賬戶和支付信息，包括車輛信息、通行記錄、扣費記錄等。通常集成了數據庫、服務器和管理軟件等，能夠實現用戶賬戶管理、支付記錄查詢、數據統(tǒng)計分析和系統(tǒng)維護等功能。后臺管理系統(tǒng)需要具備高度的安全性和穩(wěn)定性，以確保交易數據的保密性和完整性。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)二、系統(tǒng)組成4.數據通信網絡

ETC系統(tǒng)依賴于穩(wěn)定高效的數據通信網絡，以實現支付終端設備和后臺管理系統(tǒng)之間以及系統(tǒng)各部分之間的數據傳輸和交互。ETC系統(tǒng)需要與銀行、交通管理部門等外部機構進行數據交換，因此需要可靠、高效的數據通信網絡，建立快速、穩(wěn)定和安全的連接，以保證支付交易的實時性和準確性。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)三、關鍵技術1.射頻識別（RFID）技術射頻識別（RFID）技術是ETC系統(tǒng)中廣泛應用的關鍵技術之一。它利用無線電信號實現對電子標簽的識別和讀取。當電子標簽靠近讀卡器時，讀卡器會發(fā)送射頻信號，激活標簽中的芯片并讀取其中的信息。RFID技術具有快速、無接觸和大容量存儲等特點，適用于交通支付場景中的快速通行和大規(guī)模用戶管理。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)三、關鍵技術2.微波通訊技術ETC系統(tǒng)利用微波通訊技術進行車與路側設備之間的通訊。微波是一種高頻電磁波，其頻率范圍在100MHz至10GHz之間。微波通訊具有傳輸距離遠、速度快、穿透力強、不依賴于移動網絡等特點，為ETC系統(tǒng)提供了快速、可靠的通訊方式。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)三、關鍵技術3.車輛自動識別技術該技術主要由車載設備和路邊設備組成，兩者通過短程通信DSRC完成路邊設備對車載設備信息的一次讀寫，即完成收付費交易所必須的信息交換手續(xù)。具體來說，車載設備包括應答器（transponder）和電子標簽（RFIDtag），當車輛通過ETC通道時，路邊的閱讀器會讀取車載設備中的信息，從而自動識別車輛。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)三、關鍵技術4.車牌識別技術ETC中的車牌識別技術主要是通過圖像處理和計算機視覺技術來實現的。圖像處理包括采集、預處理、特征提取和字符分割等步驟，旨在清晰地捕獲車輛的車牌號碼圖像。計算機視覺利用圖像處理、模式識別和人工智能技術處理圖像信息，自動識別出車牌的數字、字母及漢字字符，并直接給出識別結果。車牌信息可實時記錄并處理，提高交通管理效率和安全性。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)三、關鍵技術5.加密算法和安全協(xié)議在ETC系統(tǒng)中，保護用戶支付信息和數據安全至關重要。采用加密算法和安全協(xié)議可以確保交易數據的機密性和完整性。常用的加密算法包括RSA、AES和DES等，它們可以對支付信息進行加密和解密。此外，安全協(xié)議如SSL/TLS等能夠確保數據傳輸的安全性和雙向身份驗證。網絡安全技術包括防火墻、入侵檢測、數據加密等技術的應用，可以有效地保護ETC系統(tǒng)的網絡安全，防止黑客攻擊和數據泄露。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)三、關鍵技術6.數據庫技術ETC系統(tǒng)的運行離不開數據庫技術的支持。后臺系統(tǒng)需要建立車輛信息、交易數據等大型數據庫，用于存儲和管理ETC相關的數據。數據庫技術提供了高效的數據存儲、查詢和管理方法，為ETC系統(tǒng)的正常運行提供了保障。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)三、關鍵技術7.清分結算技術ETC系統(tǒng)需要進行高速、高效的清分結算，以確保交易的準確性和公正性。清分結算技術利用了計算機技術和高效的算法，對交易數據進行快速處理和計算，得出準確的應收費金額，并進行相應的扣費和結算操作。第2節(jié)電子收費系統(tǒng)三、關鍵技術8.防雷技術ETC系統(tǒng)通常部署在高速公路的出入口，屬于室外工作環(huán)境，因此需要應對各種惡劣天氣和自然災害。防雷技術包括防雷設備的配備和防雷工程的設計與施工，可以有效地保護ETC系統(tǒng)的設備和網絡不受雷電的損害。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付高速公路無感支付的ETC收費系統(tǒng)相較于以往的單收費通道，采用了多項新技術和設備，包括無感支付系統(tǒng)、車主識別系統(tǒng)、車道控制系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)等，同時采用了無感信息匹配平臺、前置處理集群、用戶查詢平臺、卡口信息采集服務等軟件算法，確保無感支付ETC收費通道費用的準確性，提高了道路通行效率。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付ETC支付系統(tǒng)通過安裝在車輛擋風玻璃上的車載器與在收費站ETC車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，利用計算機聯網技術與銀行進行后臺結算處理，從而達到車輛通過路橋收費站不需停車而能交納路橋費的目的，且所交納的費用經過后臺處理后清分給相關的收益業(yè)主。在現有的車道上安裝電子不停車收費系統(tǒng)，可以使車道的通行能力提高3~5倍。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付其原理可以簡單闡述為：1.車輛識別當車輛進入ETC通道，經過ETC門架時，通道兩側的微波讀寫器會通過無線通信技術（如DSRC，微波通訊的一種）與車輛上的電子標簽進行通信。微波讀寫器發(fā)送一個請求信號，要求車輛上的電子標簽返回其編碼信息。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付2.交易處理車輛上的電子標簽接收到微波讀寫器的請求信號后，會返回一個應答信號，包含車輛的編碼信息。微波讀寫器接收到應答信號后，將其傳輸到后臺系統(tǒng)進行交易處理。3.車速測量微波讀寫器同時也會對車輛的速度進行測量，這是通過分析應答信號的傳輸時間來實現的。當車輛通過ETC通道時，微波讀寫器會連續(xù)發(fā)送請求信號，并計算車輛通過的時間，從而得出車輛的速度。第3節(jié)案例介紹一、高速公路無感支付4.扣費處理后臺系統(tǒng)接收到微波讀寫器傳輸的車輛編碼信息和車速信息后，會根據預設的收費標準和車道標識進行扣費處理。如果車輛符合免費通行的條件，或者車輛已經提前進行了儲值，后臺系統(tǒng)就會自動進行扣費。如果車輛沒有支付足夠的費用，后臺系統(tǒng)就會生成一個違章記錄。5.通行信息記錄后臺系統(tǒng)還會將車輛的通行信息記錄到數據庫中，包括車輛編碼信息、扣費金額、扣費時間、車道編號等信息。這些信息可以用于后續(xù)的查詢和處理。第3節(jié)案例介紹二、智慧停車ETC智慧停車是一種基于ETC技術的停車服務。該技術運用車輛自動識別和收費數據處理，實現不停車、不設收費窗口也能實現全自動電子收費系統(tǒng)。在智慧停車中，車輛的ETC裝置和停車場的ETC設備進行通信，自動完成車輛信息和費用的交換，從而實現自動計費、自動扣費、自助開票等智能化服務。第3節(jié)案例介紹二、智慧停車ETC智慧停車作為ETC技術的新應用場景，相較于傳統(tǒng)停車具有以下優(yōu)勢：1.方便快捷提高了通行效，同時減少了取卡、繳費、找零等環(huán)節(jié)，省時省力。由于采用電子支付方式，駕駛員無需攜帶現金也可以在停車場內自助打印停車小票，方便快捷。2.安全可靠車輛通過ETC智慧停車系統(tǒng)時可以自動識別，避免了停車收費時可能出現的丟失車輛、錯車等問題，保證了行車的安全和通暢。第3節(jié)案例介紹二、智慧停車ETC智慧停車作為ETC技術的新應用場景，相較于傳統(tǒng)停車具有以下優(yōu)勢：3.費用透明ETC智慧停車系統(tǒng)可以讓車主隨時查看賬戶余額、車輛通行記錄等，消費情況一目了然，減少了額外費用，使得消費更加透明化，方便車主進行預算和管理。4.提高車位利用率通過全場景覆蓋和自動識別技術，ETC智慧停車能夠減少受現場環(huán)境對識別率的影響，提高車位利用率。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望一、難題挑戰(zhàn)

ETC技術雖然已經得到了廣泛應用，但仍面臨著一些難題和挑戰(zhàn)。1.識別率和準確性問題ETC系統(tǒng)依賴于車輛上的電子標簽與收費站之間的無線通信進行車輛識別和扣費。然而，在實際應用中，由于多種因素如信號干擾、車輛金屬結構對信號的屏蔽等，會導致識別率和準確性出現問題。這可能會引發(fā)錯扣、漏扣等問題，影響用戶體驗和系統(tǒng)的正常運行。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望一、難題挑戰(zhàn)2.兼容性問題不同的ETC系統(tǒng)可能存在兼容性問題。不同的ETC設備制造商可能會采用不同的技術標準和協(xié)議，導致不同設備之間的互操作性受到限制。這可能會導致用戶在某些路段無法正常使用ETC服務，從而影響了ETC系統(tǒng)的普及和用戶體驗。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望一、難題挑戰(zhàn)3.安全性問題ETC系統(tǒng)涉及用戶的個人信息和銀行賬戶安全。如果系統(tǒng)安全性不足，可能會導致用戶信息泄露或資金被盜。因此，保障ETC系統(tǒng)的安全性是至關重要的。然而，由于網絡攻擊和安全漏洞的威脅，ETC系統(tǒng)的安全性面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望一、難題挑戰(zhàn)4.升級和維護問題ETC系統(tǒng)需要定期進行升級和維護以修復漏洞、提高性能和滿足用戶需求。然而，由于涉及的設備和系統(tǒng)眾多，升級和維護工作可能面臨困難。這可能需要龐大的工作量和專業(yè)的技術支持，以確保系統(tǒng)的正常運行。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望二、未來展望ETC技術作為一種先進的路橋收費方式，已經在全球范圍內得到了廣泛應用。雖然ETC技術已經相對成熟，但在未來的發(fā)展中，它仍然有著廣闊的應用前景和潛力。1.增加ETC設備滲透率盡管目前ETC設備滲透率已經有所提高，但在一些國家和地區(qū)，滲透率仍然較低。因此，未來ETC技術的推廣和應用仍然需要繼續(xù)加強，增加ETC設備滲透率，提高ETC技術的普及率。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望二、未來展望2.提升ETC設備的兼容性不同ETC設備制造商采用的技術標準和協(xié)議可能存在差異，這會導致不同設備之間的互操作性受到限制。因此，未來ETC技術的發(fā)展需要注重提升ETC設備的兼容性，促進不同設備之間的互聯互通，提高ETC系統(tǒng)的整體性能和服務水平。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望二、未來展望3.增強ETC系統(tǒng)的安全性ETC系統(tǒng)涉及用戶的個人信息和銀行賬戶安全，因此系統(tǒng)的安全性至關重要。未來，需要繼續(xù)加強ETC系統(tǒng)的安全性，采用更加先進的安全技術和加密算法，保護用戶信息和資金的安全，增加用戶對ETC系統(tǒng)的信任度。第4節(jié)挑戰(zhàn)與展望