1. 中國高速公路的發(fā)展情況 

中國高速公路從上世紀(jì)９０年代開始進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。2004年底，中國高速公路已達(dá)3.4萬公里，國務(wù)院通過的《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中，高速公路將達(dá)８.５萬公里。高速公路的快速發(fā)展，仍不能解決一些問題，反而使這些問題更加突出，如高速公路的通行能力、環(huán)境污染、以及現(xiàn)金交易帶來的一些弊病等一系列問題。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，僅廣州地區(qū)1996年停車等待交費(fèi)損失的車是數(shù)就達(dá)數(shù)百萬小時(shí)，由此導(dǎo)致的汽油浪費(fèi)達(dá)億元之多。 

解決上述問題，RF射頻識(shí)別技術(shù)將是最終的發(fā)展趨勢。有關(guān)經(jīng)驗(yàn)表明，一條具有讀寫功能的RFID設(shè)備組成的ETC車道的處理速度是人工收費(fèi)速度的4~5倍, 可以極大地改善交通條件, 提高道路的通行能力和服務(wù)水平,有效地減輕收費(fèi)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善工作環(huán)境。 

2. 只讀形式的不停車ETC 

不停車電子收費(fèi)（ETC ,Electronic Toll Collection）是國際上正在努力開發(fā)并推廣普及的一種用于公路﹑大橋和隧道的電子自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)。它的最大特點(diǎn)是不停車收費(fèi), 即車輛可以以一定的速度通過收費(fèi)口, 無須在收費(fèi)站前停車交費(fèi)。它通過路側(cè)天線與車載電子標(biāo)簽之間的專用短程通訊，在不需要司機(jī)停車和其他收費(fèi)人員采取任何操作的情況下，自動(dòng)完成收費(fèi)處理的全過程。ETC系統(tǒng)主要包括信息采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息和費(fèi)用管理三個(gè)部分。以下主要討論前兩個(gè)部分。 

信息采集 

目前，ETC的信息采集部分主要采用RFID技術(shù)。RFID是一種非接觸的射頻通信方式，通過讀寫器與標(biāo)簽的無線通信可以進(jìn)行信息的采集功能，從而識(shí)別標(biāo)簽載體的身份等特征。 

從信息采集的標(biāo)簽和讀寫器的功能分類，ETC系統(tǒng)可分為只讀系統(tǒng)和讀寫系統(tǒng)。只讀系統(tǒng)是讀寫器只讀取射頻標(biāo)簽的信息，對(duì)其進(jìn)行身份驗(yàn)證，不對(duì)其內(nèi)部信息進(jìn)行改寫；讀寫系統(tǒng)是讀寫器和標(biāo)簽設(shè)計(jì)成讀寫形式，讀寫器可以讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，同時(shí)改寫部分?jǐn)?shù)據(jù)信息；從標(biāo)簽有無電源分類，ETC系統(tǒng)分為有源和無源系統(tǒng)。有源系統(tǒng)是標(biāo)簽有輔助電池為標(biāo)簽提供工作的能量；無源系統(tǒng)是指標(biāo)簽的工作的能量來源不是由輔助電池供電，而是通過標(biāo)簽內(nèi)設(shè)計(jì)的電感耦合方式將部分射頻能量轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽所需工作的能量，這樣就使得無源系統(tǒng)有效通信距離大大降低。 

過去有一種概念，認(rèn)為只有在“開放式收費(fèi)”的環(huán)境下，才可以用“只讀”的RFID系統(tǒng)才能完成電子收費(fèi)功能。對(duì)于早期不具備聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下工作的ETC收費(fèi)方式和不具備有效的費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制而言，以上結(jié)論無疑是正確的。然而，近年來收費(fèi)站處通信網(wǎng)設(shè)備得到長足的發(fā)展，以及有成熟的GSM、CDMA等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)作為技術(shù)支撐和中國移動(dòng)、聯(lián)通、銀行等費(fèi)用管理機(jī)制可以作為借鑒。因而利用只有讀出功能的射頻標(biāo)簽的RFID系統(tǒng)是能夠基于聯(lián)網(wǎng)通信進(jìn)行封閉式ETC收費(fèi)的。 

只讀的ETC系統(tǒng)在進(jìn)口收費(fèi)站與另一出口收費(fèi)站處分別讀取來自同一輛車上標(biāo)簽的代碼（卡中固有的ID碼和發(fā)行商等信息），每個(gè)獨(dú)特代碼與在收費(fèi)管理系統(tǒng)中的某一個(gè)費(fèi)用結(jié)算賬戶代碼惟一對(duì)應(yīng)。車主在領(lǐng)取電子標(biāo)簽時(shí)在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫已完成上述對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立，并同時(shí)把與該獨(dú)特代碼相關(guān)聯(lián)的已核定的車型分類代碼、車主的一些相關(guān)信息一并注入到該電子收費(fèi)賬戶的數(shù)據(jù)庫中。標(biāo)簽在發(fā)行商處寫入車輛的相關(guān)信息以及發(fā)行商的代號(hào)等作為車輛的唯一標(biāo)識(shí)，寫入信息后，將標(biāo)簽鎖定為只讀形式，防止人為的更改標(biāo)簽的信息，安裝時(shí)，采取防拆卸措施。收費(fèi)管理系統(tǒng)根據(jù)采集到的同一車輛通過進(jìn)口收費(fèi)站與出口收費(fèi)站的時(shí)間、收費(fèi)站代號(hào)就可以通過查表處理，計(jì)算出通過該路段應(yīng)收的費(fèi)用，同時(shí)把相關(guān)信息存入該車主的賬戶中，并且扣除相應(yīng)的費(fèi)用金額。 

對(duì)ETC系統(tǒng)的信息采集部分來講，應(yīng)考慮的主要指標(biāo)為有效的通信距離、標(biāo)簽的使用壽命、數(shù)據(jù)的傳輸速率、通信所需時(shí)間、通信的信息可靠性、所能容許的最大車速、以及對(duì)于市場推廣具有最大的影響因素：標(biāo)簽的成本等。 

由于有源標(biāo)簽通信距離可設(shè)計(jì)為在5~25米范圍內(nèi)可調(diào)，便于現(xiàn)場調(diào)試，對(duì)于不同的路段情況可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，信息傳輸速率高以及雙向通信的可靠性等優(yōu)點(diǎn)，所以國際上的ETC系統(tǒng)多采用有源RFID技術(shù)。 

以前，一些主要推廣ETC系統(tǒng)的廠家多采用可讀寫形式的RFID產(chǎn)品作為主要的ETC信息采集設(shè)備。然而，從ETC系統(tǒng)指標(biāo)分析，采用只讀的RFID的ETC信息采集設(shè)備更具有優(yōu)勢。具體如下： 

1) 通信距離遠(yuǎn)，減少電磁的空間輻射。眾所周知，RFID系統(tǒng)在讀取信息時(shí)的距離要比寫入信息的距離遠(yuǎn)。在相同的通信距離條件下，只讀系統(tǒng)所需射頻信號(hào)能量要低于讀寫系統(tǒng)。從而減小電磁波對(duì)空間的輻射，減少對(duì)相鄰的設(shè)備干擾； 
2) 信息采集時(shí)間短。只讀系統(tǒng)通信時(shí)間相對(duì)讀寫系統(tǒng)要短很多，經(jīng)過幾十毫秒就可以完成一次信息的采集工作，而讀寫形式的標(biāo)簽一般在進(jìn)站口通信要經(jīng)過180毫秒左右，在出站口則需要經(jīng)過300毫秒左右才能完成一次交易； 
3) 信息可靠度高。只讀系統(tǒng)傳遞信息量少，不需要寫入，信息的出錯(cuò)率相應(yīng)會(huì)下降；另外，只讀系統(tǒng)采集信息時(shí)間短，可以保障一輛車以相同的速度經(jīng)過通信區(qū)域時(shí)至少進(jìn)行兩次通信。假設(shè)，一次通信的出錯(cuò)率為10-4，那么兩次同時(shí)出錯(cuò)的概率為10-8，可見只讀系統(tǒng)可以使通信的可靠性大大地增加； 
4) 成本低，減少運(yùn)營上的投入資金，有利于市場推廣。目前，國際上讀寫的不停車ETC設(shè)備主要為5.8GHz頻段的系統(tǒng)，該頻段的設(shè)備成本偏高，一套讀寫器設(shè)備在15~30萬元，標(biāo)簽在300~700元左右，這個(gè)價(jià)格適用于發(fā)達(dá)國家以及我國東南沿海等發(fā)達(dá)地區(qū)，但是在全國范圍內(nèi)推廣困難較大。如果采用只讀系統(tǒng)，系統(tǒng)的價(jià)格會(huì)明顯降低很多，尤其是標(biāo)簽70元左右，價(jià)格的大幅下降有利于市場的推廣。 
5) 使用壽命長。對(duì)于有源標(biāo)簽來講讀寫系統(tǒng)在寫入信息時(shí)，電源消耗很快，減少了標(biāo)簽的使用壽命，相比之下，只讀形式標(biāo)簽的壽命比較長，這樣減少客戶的重復(fù)經(jīng)濟(jì)投入；信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸部分相對(duì)信息采集部分，信息的傳輸也是ETC系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著各種必要的信息的傳遞，是收費(fèi)中心與收費(fèi)站的橋梁。然而，只有采用覆蓋全國高速公路收費(fèi)站口的網(wǎng)絡(luò)，才能夠使ETC在全國范圍內(nèi)得以推廣。目前，雖然國內(nèi)的很多高速公路已具備有小范圍局部聯(lián)網(wǎng)的能力，但是，還不具備有大范圍區(qū)域，更不用說全國聯(lián)網(wǎng)的能力，沒有一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)構(gòu)對(duì)高速公路的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合。所以單獨(dú)靠目前路方已有的網(wǎng)絡(luò)是不能夠完成ETC系統(tǒng)大范圍聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的。 

隨著移動(dòng)通訊事業(yè)的普及，目前國內(nèi)幾乎所有的收費(fèi)站點(diǎn)都在GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)。 GPRS業(yè)務(wù)的普及，使GSM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)從9.6Kbps提高到實(shí)際應(yīng)用中的30Kbps，GPRS同時(shí)具有可以向3G平滑過渡的優(yōu)勢。而且，移動(dòng)運(yùn)營商也具備有成熟的費(fèi)用管理機(jī)制等優(yōu)勢，所以可以在ETC的信息傳輸過程中采用GSM網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有高速公路已鋪設(shè)的通信設(shè)備進(jìn)行結(jié)合的方式進(jìn)行組網(wǎng)。這樣，不但減少了路方在網(wǎng)絡(luò)方面的建設(shè)投資，同時(shí)，也有很多通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)可以借鑒，對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來講同時(shí)也擴(kuò)大了其增值業(yè)務(wù)的發(fā)展。 

ETC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部分可分為收費(fèi)站口處基站子系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，操作支持子系統(tǒng)。基站子系統(tǒng)就是ETC系統(tǒng)的RFID技術(shù)的信息采集部分，以及本地存貯信息以及控制車道設(shè)備的計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)信息的管理、安全性管理、用戶數(shù)據(jù)、計(jì)費(fèi)記錄處理、本地運(yùn)營維護(hù)等。操作支持子系統(tǒng)為運(yùn)營部門提供一種手段，用來控制和維護(hù)用戶數(shù)據(jù)等這些實(shí)際運(yùn)行部分。 

網(wǎng)絡(luò)從地理空間可以分為本地網(wǎng)、大區(qū)網(wǎng)（或省內(nèi)網(wǎng)）和全國網(wǎng)。在各大區(qū)設(shè)置一級(jí)匯接中心，各匯接中心之間網(wǎng)狀相鄰，實(shí)現(xiàn)大區(qū)間信息網(wǎng)的匯接，從而構(gòu)成全國網(wǎng)。按照客戶的車輛運(yùn)行情況及客戶的申請(qǐng)，用戶信息可以存貯在本地網(wǎng)或區(qū)域網(wǎng)管理中心并下傳到收費(fèi)站點(diǎn)的管理計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中。在必要時(shí)，即用戶的車輛在跨區(qū)移動(dòng)時(shí)，各個(gè)大區(qū)內(nèi)用戶的信息可以進(jìn)行互相傳輸。同時(shí)，當(dāng)載有標(biāo)簽的車輛經(jīng)過某個(gè)收費(fèi)站時(shí)，采集到的信息除了存貯在本地計(jì)算機(jī)以外還要及時(shí)上傳至本地網(wǎng)絡(luò)管理中心，對(duì)于跨區(qū)的車輛要求采集到的信息同時(shí)上傳到區(qū)域中心進(jìn)行費(fèi)用結(jié)算。 

ETC系統(tǒng)采用預(yù)付費(fèi)業(yè)務(wù)，使用該業(yè)務(wù)的用戶首先在自己的賬號(hào)中存貯一定數(shù)量的金額，除非可以提供適當(dāng)?shù)男庞米C明或抵押品（如合適的銀行帳號(hào)或手機(jī)的SIM卡號(hào)等）。當(dāng)預(yù)付存款低于某個(gè)預(yù)定值時(shí)，收費(fèi)中心應(yīng)及時(shí)通過電話或短信的形式通知用戶充值。如果車輛經(jīng)過收費(fèi)站點(diǎn)后，收費(fèi)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該用戶儲(chǔ)值余額不足，不能完成一次交易時(shí)，應(yīng)該及時(shí)通知該客戶，如果該客戶逾期不補(bǔ)交費(fèi)用，應(yīng)該強(qiáng)行從其信用保障的帳戶中扣除應(yīng)收款項(xiàng)并把該車輛列入黑名單中，將該信息及時(shí)下傳到各個(gè)收費(fèi)站點(diǎn)的黑名單列表中；當(dāng)被列為黑名單客戶補(bǔ)交了費(fèi)用后，立刻下傳信息，解除該客戶的黑名單信息。對(duì)于惡意的逃費(fèi)，闖關(guān)等車輛則處以高額的罰款。用戶也可以通過網(wǎng)絡(luò)、短信或電話通過特服號(hào)碼免費(fèi)查詢自己的詳細(xì)消費(fèi)信息，及時(shí)了解自己的消費(fèi)情況，以及已繳納的費(fèi)用和余額等。為使系統(tǒng)交易具有透明性，客戶可以隨時(shí)監(jiān)督運(yùn)營商，在必要時(shí)提出異議。 

由以上全國性的網(wǎng)絡(luò)和金融等保障機(jī)制的存在，只讀系統(tǒng)將能更加發(fā)揮高速公路的優(yōu)勢，使ETC廣泛推廣，解決多種面臨的問題。 

采用只讀的ETC系統(tǒng)的工作流程如圖（1）所示。 

步驟如下： 

（1）啟動(dòng)通信。車輛進(jìn)入通訊范圍時(shí)，首先觸發(fā)地感線圈，啟動(dòng)龍門架上的讀寫天線； 
（2）鑒權(quán)。讀寫器與射頻標(biāo)簽（車載標(biāo)簽）進(jìn)行通訊，通過車道計(jì)算機(jī)查表判別車載射頻標(biāo)簽是否有效，無效則發(fā)出警告并保持車道封閉，引導(dǎo)到人工收費(fèi)口； 
（3）采集信息。如車載標(biāo)簽有效，不在黑名單之列，采集車輛信息并保存，監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行圖像抓拍，保存圖像信息作為檢查備案； 
（4）放行。計(jì)算機(jī)控制欄桿抬升，通行信號(hào)燈變綠，費(fèi)額顯示牌上顯示交易信息，車輛通過落桿線圈后，欄桿自動(dòng)回落，通行信號(hào)燈變紅，等待下一輛車進(jìn)； 
（5）信息處理。車道計(jì)算機(jī)保存的車輛信息包括：車輛識(shí)別信息，過站時(shí)間，收費(fèi)站代碼等記錄，并將其上傳至本地中心及區(qū)域中心； 
（6）收費(fèi)。區(qū)域收費(fèi)中心進(jìn)行查表、收費(fèi)等操作，并配以短信等形式通知用戶交易的具體信息。 

3. 結(jié)束語 

只讀的ETC系統(tǒng)在覆蓋全國網(wǎng)絡(luò)的條件下能夠完全實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)功能。另外，有成熟的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)收費(fèi)系統(tǒng)結(jié)合利用，減少重復(fù)投資，能使系統(tǒng)更加有效的運(yùn)營。總之，在我國推廣高速公路ETC工程應(yīng)該考慮符合我國的國情，降低成本，充分利用現(xiàn)有資源，使ETC能快速推廣，真正解決高速公路的發(fā)展問題。 

參考文獻(xiàn)： 
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5. www.vetc.com.cn www.superrfid.net