第一篇：基于RFID的ETC不停車自動收費系統(tǒng)設(shè)計

《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》課程論文

（2015學(xué)年—2016學(xué)年第一學(xué)期）

專 業(yè)：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)管理）班 級：13網(wǎng)管2班___________ 姓 名：___________ 指導(dǎo)老師：_____________

2015年12月26日

目錄

引 言.......................................................................3 1.系統(tǒng)工作原理...............................................................3 2.系統(tǒng)構(gòu)成...................................................................4 3ETC系統(tǒng)的類型..............................................................5 4系統(tǒng)工作流程...............................................................6 5結(jié) 語......................................................................7 6參考文獻...................................................................7 第2頁

基于RFID的ETC不停車自動收費系統(tǒng)設(shè)計

基于RFID的ETC不停車自動收費系統(tǒng)設(shè)計

摘要：該系統(tǒng)車主只要在車窗上安裝感應(yīng)卡并預(yù)存費用，通過收費站時便不用人工繳費，也無須停車，費用將從卡中自動扣除。這種收費系統(tǒng)每車收費耗時不到兩秒，其收費通道的通行能力是人工收費通道的5到10倍。具有方便、快捷等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：ETC電子收費系統(tǒng)停車收費

引 言

不停車收費技術(shù)特別適于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境下采用。實施不停車收費，可以允許車輛高速通過，故可大大提高公路的通行能力；公路收費走向電子化，可降低收費管理的成本，有利于提高車輛的營運效益；同時也可以大大降低收費口的噪聲水平和廢氣排放。由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以縮小收費站的規(guī)模，節(jié)約基建費用和管理費用。另外，不停車收費系統(tǒng)對于城市來說，就不僅僅是一項先進的收費技術(shù)，它還是一種通過經(jīng)濟杠桿進行交通流調(diào)節(jié)的切實有效的交通管理手段。對于交通繁忙的大橋、隧道，不停車收費系統(tǒng)可以避免月票制度和人工收費的眾多弱點，有效提高這些市政設(shè)施的資金回收能力。

1.系統(tǒng)工作原理

ETC系統(tǒng)是利用微波（或紅外或射頻）技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、圖象識別技術(shù)等高新技術(shù)的設(shè)備和軟件（包括管理）所組成的先進系統(tǒng)，以實現(xiàn)車輛無需停車既可自動收取道路通行費用。目前，大多數(shù)ETC系統(tǒng)均采用微波技術(shù)。

不停車收費系統(tǒng)通過路邊車道設(shè)備控制系統(tǒng)的信號發(fā)射與接收裝置（稱為路邊讀寫設(shè)備，簡稱RSE），識別車輛上設(shè)備（稱為車載器，簡稱OBU）內(nèi)特有編碼，判別車型，計算通行費用，并自動從車輛用戶的專用帳戶中扣除通行費。對使用ETC車道的未安裝車載器或車載器無效的車輛，則視作違章車輛，實施圖象抓拍和識別，會同交警部門事后處理。

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基于RFID的ETC不停車自動收費系統(tǒng)設(shè)計

圖一：系統(tǒng)工作原理圖

2.系統(tǒng)構(gòu)成

電子不停車收費系統(tǒng)可分為前臺和后臺系統(tǒng)：（1）前臺系統(tǒng)

包括三種核心設(shè)備:車輛自動識別系統(tǒng)(Au-tomatic Vehicle Identification簡稱AVI)、車輛自動分類系統(tǒng)(Automatic Vehicle Classification簡稱AVC)和錄像實施系統(tǒng)(Video Enforcement System簡稱VES)。車輛自動識別系統(tǒng)采用無線調(diào)頻設(shè)備(Ra-dio Frequency)識別用戶的身份標(biāo)識卡(TAG)及其有效性;車輛自動分類系統(tǒng)借助傳感器組的信息確定車輛的收費類別;錄像實施系統(tǒng)利用高速圖像處理設(shè)備自動俘獲違章車輛的車牌號碼。核心設(shè)備與其他控制設(shè)備共同組成不停車系統(tǒng)的車道控制器。

① AVI AVI分為兩大類:激光設(shè)備與無線電調(diào)頻設(shè)備。激光設(shè)備采用條碼技術(shù),掃描貼于車輛前端的條碼,獲取用戶的身份標(biāo)識(ID),缺點是易受環(huán)境條件、距離位置、條碼安裝與完整性等因素的影響。無線電調(diào)頻設(shè)備采用無線波來識別貼于車輛前端的用戶身份標(biāo)識卡來識別用戶身份,具有更高的可靠性;其中,無線頻率(RF)常用的頻率是5.8GHz。TAG分為只讀TAG、可讀寫TAG、多功能TAG(帶蜂鳴器、無線電信息收發(fā)等)三大類。

② AVC AVC系統(tǒng)根據(jù)車輛的物理特性來確定車輛的收費類別。AVC的物理特性依據(jù)包括∶車輛的體積、重量、裝載人數(shù)、車軸或車輪的數(shù)目、車輛的用途等等。AVC與一系列的車道傳感器相連,傳感器的信號提交事務(wù)處理系統(tǒng)后,由車輛分類單元判定收費類型。AVC設(shè)備包括∶前置線圈、感應(yīng)踏板、發(fā)射光塔、掃描儀和高速攝像等設(shè)備。

③ VES VES利用光學(xué)字符識別(OCR)技術(shù)自動獲取非法車輛的車牌號碼。VES攝錄方式包括照片、錄像帶和數(shù)字影像等等。VES利用模糊識別技術(shù),借助光學(xué)字符識別設(shè)備實現(xiàn)非法用戶的車牌號碼識別。VES過程包括∶感應(yīng)觸發(fā)、圖像俘獲、圖像識別、圖像儲存、圖像處理和圖像刪除等等。關(guān)鍵技術(shù): API編程技術(shù)(控制外部設(shè)備,包括通信卡、DI/DO卡和聲卡);單片機編程技術(shù);快速查詢算法;模糊識別;通信控制和圖像處理。

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2）后臺系統(tǒng)

收費系統(tǒng)的后臺系統(tǒng)工作任務(wù)主要為向客戶發(fā)售車載標(biāo)識卡,并做標(biāo)識卡的初始化;接受客戶補交金額和查詢;接收前臺收費數(shù)據(jù)文件;交易和結(jié)算;向前臺和客戶發(fā)送補交金額的黑名單指令和信息;存儲、管理抓拍圖像等。

它主要包括如下系統(tǒng):計算機管理系統(tǒng)、道路運營管理系統(tǒng)、結(jié)算中心管理系統(tǒng)、客戶服務(wù)中心管理系統(tǒng)、銀行管理系統(tǒng)。實際上是一個具有財務(wù)結(jié)算性質(zhì)的計算機網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)通過各個終端的工作,將數(shù)據(jù)文件迅速可靠地傳送,利用專用軟件正確地完成全部工作。

3ETC系統(tǒng)的類型

ETC系統(tǒng)可分為收費站電子不停車收費系統(tǒng)和自由流不停車收費系統(tǒng)。（1）收費站不停車收費系統(tǒng)

收費站不停車收費一般采取混合收費方式,既有不停車收費車道,又保留半自動收費車道。其主要特征為: ① 與半自動收費車道并列設(shè)置。在收費車道中,根據(jù)使用情況開設(shè)部分ETC專用收費車道;② 車輛通過收費車道的車速較低,通常為30km/h一50km/h,通過率為600輛/h一1000輛/h;③ 在車道出口端設(shè)置自動欄桿,以防無卡車輛通過。

圖二：收費站ETC通道

收費車道入口設(shè)置不停車收費車道標(biāo)志和信號燈。由于車輛密度不大,天線并不連續(xù)工作,無車輛通過時,天線處于休眠狀態(tài)。在天線輻射區(qū)外的車道,埋設(shè)一個環(huán)行線圈,當(dāng)車輛進入線圈工作區(qū)時,線圈發(fā)出信號,激活天線進入工作狀態(tài)。車輛進入通信區(qū),通過微波天線,車載標(biāo)識卡響應(yīng)天線的詢問信息,將客戶身份與車型代碼上傳給車道天線,由天線轉(zhuǎn)送給車道控制機進行核查,如為有效合法卡,車道放行,信號燈變綠,如果進一步交換信息,讀寫數(shù)據(jù),可繼續(xù)通信,直到收費過程結(jié)束,如果進入車道的車輛為非法無效卡車,或是無標(biāo)識卡的車輛，第5頁

基于RFID的ETC不停車自動收費系統(tǒng)設(shè)計

車道控制機將根據(jù)天線傳送的信息,指令自動欄桿關(guān)閉,攔截非法車輛,并發(fā)出聲光警報,現(xiàn)場人員將對其進行處理。車道控制機將收集到的數(shù)據(jù)上傳至后臺系統(tǒng),進行數(shù)據(jù)交換和清算等,并將需要發(fā)布的結(jié)果下傳車道。

這種方式適用于不停車收費用戶在所有繳費用戶中并非多數(shù)的情況。（2）自由流不停車收費系統(tǒng)

自由流不停車收費系統(tǒng)在道路主線上每隔一定里程設(shè)置一個橫跨道路上空的龍門架,架上安裝不停車收費設(shè)備,實施分段開放式不停車收費。車輛無須減速,以正常行駛速度完成收費工作。其主要特征為: ① 無收費島、亭之類設(shè)施;② 進入收費點時無須減速,車輛繼續(xù)高速行駛;③ 需要建立一套高精度逃費取證處理系統(tǒng),現(xiàn)場抓拍捕捉車輛逃費證據(jù),以便于以后依法處理,目前大多采用高速、高分辨率的攝像機對車輛牌照進行抓拍;④ 在收費點附近,需建造一條與主線平行的普通收費車道,以便對非法無效卡車或無標(biāo)識卡的車輛收費;⑤ 車道天線控制器能控制多部天線并行工作,與多輛車載標(biāo)識卡同時通信。

此系統(tǒng)主要優(yōu)點為減少收費站建設(shè)投資,車速高,無行車延誤,車輛通行能力接近2000輛/h。但設(shè)備投資大,技術(shù)上實現(xiàn)難度也較大,特別是如何防止和遏制逃費車輛是關(guān)鍵技術(shù)。這種方式適用于不停車收費用戶在所有繳費用戶中已成為大多數(shù)的情況。

4系統(tǒng)工作流程

高速公路收費的特點是不僅要按照車型分類標(biāo)準(zhǔn)收費,而且按照入出口的距離標(biāo)準(zhǔn)進行收費。各種類型的不停車收費系統(tǒng)的收費過程基本相同,其原理是在車輛上安裝一種標(biāo)識卡,在ETC收費車道上安裝有車載標(biāo)識卡的讀寫設(shè)備,當(dāng)車輛進入ETC收費車道時,標(biāo)識卡以微波通信方式與該車道的天線進行雙向數(shù)據(jù)交換,從卡上讀取車牌照號、車型等數(shù)據(jù),如需要也可向車載標(biāo)識卡上寫入信息,系統(tǒng)根據(jù)讀取的信息,識別車輛合法與否,進行數(shù)據(jù)處理,計算收費金額,并從其賬戶上扣除相應(yīng)金額,記錄交易數(shù)據(jù),控制車道外部設(shè)備等

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基于RFID的ETC不停車自動收費系統(tǒng)設(shè)計

圖三：ETC車輛標(biāo)識卡

具體流程為:（1）后臺系統(tǒng)初始化車載標(biāo)識卡,將車牌照號、車型、收費率等數(shù)據(jù)寫入標(biāo)識卡,并發(fā)放給客戶,建立有關(guān)客戶檔案;（2）車輛進入ETC收費車道,感應(yīng)天線激活線圈,進而激活微波天線,讀取標(biāo)識卡上的信息,并傳送給車道控制機進行核查;（3）如為合法車輛,則進行收費交易,依據(jù)后臺系統(tǒng)完成清算,通行燈將會變綠,顯示收費額和余額,車輛通過,記錄數(shù)據(jù);（4）如為非法車輛,車道控制機觸發(fā)報警信號,同時控制自動欄桿下落,關(guān)閉車道,車道攝像機進行圖像抓拍,車輛進行人為處理。

5結(jié) 語

不停車收費系統(tǒng)使用方便，減少尾氣的排放，杜絕了收費工作中的貪污作弊現(xiàn)象，為今后的智能車輛公路管理系統(tǒng)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

6參考文獻

(1)馬靜.物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)教程J].清華大學(xué)出版社2012年第1版.第7頁

第二篇：ETC不停車收費系統(tǒng)解決方案

ETC 不停車收費系統(tǒng)解決方案

ETC不停車收費系統(tǒng)

電話：

解決方案

I

***

目錄

第1章

1.1 1.2 第2章

2.1 2.2 2.3 2.4 第3章

3.1 3.2 3.3 第4章

4.1 4.2 4.3 第5章

5.1 5.2 5.3 ETC不停車收費系統(tǒng)總述..........................................................................1 需求概述..............................................................................................1 系統(tǒng)總體建設(shè)目標(biāo)和系統(tǒng)指標(biāo)..............................................................4 ETC不停車收費系統(tǒng)整體框架...................................................................7 ETC不停車收費總體說明......................................................................7 車道子系統(tǒng)..........................................................................................8 收費站子系統(tǒng).......................................................................................9 路段收費分中心子系統(tǒng).........................................................................9 ETC不停車收費系統(tǒng)詳述........................................................................11 收費站子系統(tǒng).....................................................................................11 收費車道子系統(tǒng).................................................................................19 發(fā)卡子系統(tǒng)........................................................................................29 ETC不停車收費系統(tǒng)關(guān)鍵產(chǎn)品說明..........................................................30 路側(cè)設(shè)備RSU.....................................................................................30 車載設(shè)備OBU....................................................................................33 車道控制器........................................................................................35 ETC不停車收費系統(tǒng)優(yōu)勢及特色.............................................................38 通訊集成優(yōu)勢.....................................................................................38 通訊系統(tǒng)優(yōu)勢.....................................................................................38 通訊產(chǎn)品優(yōu)勢.....................................................................................39 第1章 ETC不停車收費系統(tǒng)總述

1.1 需求概述

1.1.1 應(yīng)用場景描述

隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展，我國綜合國力不斷增強，交通基礎(chǔ)建設(shè)大為改善，尤其以高速公路為主骨架的覆蓋全國范圍的高等級公路網(wǎng)絡(luò)正在逐步形成。截至到2005年底，我國高速公路里程己達4.1萬公里，為交通事業(yè)跨越式發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，在某種程度上緩解了交通在經(jīng)濟建設(shè)中的瓶頸制約作用。但是，隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，路網(wǎng)通過能力日益滿足不了交通量增長的需要，交通擁擠，阻塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，交通污染和事故越來越引起社會普遍的關(guān)注，交通問題仍十分突出。如廣佛高速路，自建成通車后的6年間，交通量增加了5倍，原來的四車道己經(jīng)飽和、正準(zhǔn)備擴展為六車道。然而，持續(xù)不斷的交通增長需求顯然不能由無止境的車道擴展來滿足。

國內(nèi)外實踐經(jīng)驗證明，一個國家當(dāng)交通發(fā)展到一定程度，再單純依靠修建道路設(shè)施來解決交通擁擠問題，不僅受投資等諸多條件的制約，而且效果也是有限的。如何實現(xiàn)各類車輛的有效指揮、協(xié)調(diào)控制和管理已經(jīng)成為交通運輸和安全管理部門面臨的一個重要問題。

經(jīng)過長期和廣泛的研究，各發(fā)達國家已從主要依靠修建更多的公路，擴大路網(wǎng)規(guī)模來解決不斷增長的交通需求，轉(zhuǎn)移到用高技術(shù)來改造現(xiàn)有公路運輸系統(tǒng)及管理體系，從而達到大幅度提高路網(wǎng)通行能力和服務(wù)質(zhì)量的目的。日本、美國和西歐等發(fā)達國家為了解決共同所面臨的交通問題，競相投入大量資金和人力，開始大規(guī)模進行公路交通運輸智能化的研究實驗。起初，稱為智能車輛公路系統(tǒng)(Intelligent Vehicle-Highway Systems IVHS)，進行公路功能和車輛智能化的研究。隨著研究的不斷深入，系統(tǒng)功能擴展到公路交通運輸?shù)娜^程及其有關(guān)服務(wù)部門，發(fā)展成為帶動整個公路交通運輸現(xiàn)代化的智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System ITS)。

ETC特別適于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境下采用。實施不停車收費，一方面，可以允許車輛高速通過（幾十公里以至一百多公里），與傳統(tǒng)的人工收費8秒出票相比較，不停車收費大大加快了高速公路收費道口的通行能力，據(jù)測算，較人工收費道口，ETC車道通行能力將提高4~6倍，可減少車輛在收費口因交費、找零等動作

而引起的排隊等候。另一方面，也使公路收費走向電子化，可降低車輛管理的成本，有利于提高車輛的營運效益，同時也大幅度降低收費口的噪聲水平和廢氣排放，并可以杜絕少數(shù)不法的收費員貪污路費、減少國家損失，與原來的人工收費和人工電腦收費方式相比，實行不停車收費后具有明顯優(yōu)勢，不僅極大的改善了路上密集車輛所造成的環(huán)境污染，減少車輛阻塞現(xiàn)象，行車更加安全，更為主要的是將大大提高過路橋收費效率。

1.1.2 ETC系統(tǒng)建設(shè)的優(yōu)勢

ETC技術(shù)特別適用于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境下采用，傳統(tǒng)的采用車道隔離措施下的不停車收費系統(tǒng)通常稱為單車道不停車收費系統(tǒng)：在無車道隔離的分車道交通流下的不停車收費系統(tǒng)通常稱為自由流不停車收費系統(tǒng)。實施不停車收費將徹底改變目前半自動收費過程中的弊端。由于不需要停車交費，當(dāng)交通量較大時，不會產(chǎn)生收費站前車輛排隊等候的現(xiàn)象，減少了車輛延誤；由于無需人工參與和無現(xiàn)金交易，可完全避免收費過程中的舞弊和貪污現(xiàn)象；同時也能解決由于交通堵塞而引起的能源消耗和環(huán)境污染等問題。電子收費系統(tǒng)在國外被廣泛地應(yīng)用于開放式的收費站，國內(nèi)目前部分省市的高速公路已有所實施。電子收費系統(tǒng)代表當(dāng)今最先進的收費技術(shù)，也是未來發(fā)展的方向，有著廣闊的發(fā)展前景。

（1）實施ETC系統(tǒng)可以提升高速形象

ETC系統(tǒng)實現(xiàn)了不停車收費，解決了因人工停車收費造成的排隊塞車現(xiàn)象；用戶得到更快的通關(guān)速度和全新的收費體驗，恢復(fù)了高速公路本應(yīng)具有的高速、快捷形象，降低了政府和公路部門的壓力。

（2）ETC不停車收費相較于MTC收費系統(tǒng)使得交通更加安全

收費站的設(shè)置在相當(dāng)程度上影響了交通安全，在收費區(qū)常出現(xiàn)交通事故主要有追尾、側(cè)撞、撞物等類型。引起追尾事故的主要原因是車輛行駛速度過快，駕駛判斷失誤至使預(yù)留的剎車距離不足撞收費站前的排隊車輛；駕駛員為尋求空閑的收費車道、最小的排隊長度或選擇一個特定的收費方式而變換車道是側(cè)撞事故的起因；收費站的設(shè)置給駕駛操作增加了難度，因為操作不當(dāng)撞上收費亭等固定物。影響收費區(qū)交通安全的主要因素有：收費車道收費型式配置、車輛加速度、通過速度、車道數(shù)及跨車道車流量。ETC系統(tǒng)的實施使得這些因素發(fā)生變化，收費區(qū)的交通安全狀況也將隨之變化，ETC系統(tǒng)對交通安全的影響主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

①ETC車輛加速度及通過速度的發(fā)生變化，追尾事故數(shù)相應(yīng)減少； ②在ETC專用車道上駕駛員操作相對簡化，使撞物的可能性減小。（3）ETC可以節(jié)省投資運營成本

在收費運營方面人工收費系統(tǒng)存在如下弊端：

①收費營運效率低：據(jù)交通部及一些公路主管部門的有關(guān)資料統(tǒng)計，目前公路收費的總額只占應(yīng)收總額的70%左右，有相當(dāng)一部分流失，給國家和公路經(jīng)營管理單位造成了極大損失；

②人工收費需要更多的人力付出及運營管理費用。

③為了提高收費站的通行能力，使其能承受路段的車流量，收費車道往往多于路段的車道數(shù)，不僅要投入更多的成本，還要占用更多的土地資源。

實施了ETC系統(tǒng)后，投資成本及運營費用將發(fā)生相應(yīng)變化，運營效率也將得到提高，主要表現(xiàn)為：

①收費效率的提高：現(xiàn)代化的技術(shù)使收費運營管理進一步規(guī)范化，可以允許車輛高速通過（幾十公里以至100多公里），與傳統(tǒng)的人工收費8秒出票相比較，不停車收費大大加快了高速公路收費道口的通行能力，據(jù)測算，較人工收費車道，ETC車道通行能力將提高4~6倍，可減少車輛在收費口因交費、找零等動作而引起的排隊等候，減少了收費金額的流失，由于無需人工參與和無現(xiàn)金交易，杜絕了收費人員錯收、漏收、收取假幣現(xiàn)象，同時解決了個別收費人員的營私舞弊行為。

②運營費用的變化：ETC系統(tǒng)實施后，減少了人工車收費車道數(shù)目，減少了人力投入，相應(yīng)地減少了人員的工資，行政辦公的結(jié)構(gòu)將相應(yīng)發(fā)生變化，以計算機網(wǎng)絡(luò)為主的信息化管理提高了效率；ETC系統(tǒng)可以自動判斷車型完成收費，收費無需人工干預(yù)，實現(xiàn)了收費站的無人值守，降低政府和公路部門的管理成本；但也可能引起費用的增加：ETC設(shè)施的價格相對昂貴，其維護及維修費用相應(yīng)會較高，但是設(shè)施質(zhì)量提高有可能會減少維修的次數(shù)。

③投資成本的變化：相對人工收費言ETC系統(tǒng)需要相對昂貴的投資，但系統(tǒng)實施后，收費站的通行能力增加（一般ETC車道的通行能力是MTC車道的3~5倍），相應(yīng)地可減少部分收費車道，從而減少了新建設(shè)施的成本，同時也節(jié)約了土地資源。

(4)ETC系統(tǒng)更加環(huán)保節(jié)能

機動車是大氣污染的移動發(fā)生源，其排放的碳?xì)浠衔?、一氧化碳、氮氧化合物、鉛化物和顆粒物質(zhì)是造成大氣污染的主要原因之一。此外，機動車的運行需要消耗燃料，又造成大量的能源消耗。車輛的油耗與排放與車輛的運行狀態(tài)密切相關(guān)，由于停車收費使得收費站處的車輛處于加減速或怠速狀態(tài)，車輛發(fā)動機處于慢速或空轉(zhuǎn)狀態(tài)，根據(jù)車輛的燃油消耗特性，在此狀態(tài)下發(fā)動機的燃油耗量增加，廢氣排放量也就相應(yīng)增加，由此加劇了大氣污染。

ETC系統(tǒng)的實施，使得交通流運行狀況得到改善，車輛在收費物的停車次數(shù)減少，排隊等待的時間就明顯縮短，無疑減少了車輛的油耗與排放，解決了收費站附近由于交通堵塞而引起的能源消耗和環(huán)境污染等問題。

1.2 系統(tǒng)總體建設(shè)目標(biāo)和系統(tǒng)指標(biāo)

1.2.1 系統(tǒng)總體建設(shè)目標(biāo)

? 支持ETC/MTC一鍵切換

本系統(tǒng)兼容ETC與MTC系統(tǒng)，為車道子系統(tǒng)提供支持，輕松實現(xiàn)兩種收費方式間的一鍵切換，在識讀設(shè)備出現(xiàn)故障、MTC車道擁堵以致阻塞ETC車道或者客戶有其它需求的時候，可以實現(xiàn)ETC與MTC收費方式間的實時切換，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，最大限度地提高車道的利用率。

? 支持ETC/MTC組合式收費模式

本系統(tǒng)兼容為車道子系統(tǒng)提供組合式收費的支持，支持ETC雙界面卡用戶的ETC入MTC出、MTC入ETC出、MTC入MTC出等通行方式，最大限度的滿足不同用戶的要求。電子標(biāo)簽采用雙片式（電子標(biāo)簽+雙界面卡）。將雙界面卡插入ETC電子標(biāo)簽中可以實現(xiàn)不停車通過ETC專用車道，使用雙界面卡采用普通刷卡方式可以通過人工收費車道。組合收費模式可以很好的適應(yīng)國內(nèi)路網(wǎng)復(fù)雜、多數(shù)入口和出口收費站車流量小、車道少的現(xiàn)狀。

? 具備完備的安全體系

安全體系包括交易安全和數(shù)據(jù)安全。ETC系統(tǒng)具備嚴(yán)密的密鑰體系，密鑰由上級管理部門分發(fā)，分多個等級，高一等級的密鑰只用于保護下一等級的密鑰，最低等級的密鑰應(yīng)用在IC卡、ESAM卡和PSAM卡等終端應(yīng)用介質(zhì)中。采用3DES加密技術(shù)，密鑰驗證符合金融交易安全的要求，一般包括內(nèi)部認(rèn)證、外部認(rèn)證等認(rèn)證過程。數(shù)據(jù)安全包括數(shù)據(jù)存儲的安全和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩ㄟ^采用訪問控制、認(rèn)證、機密控制、數(shù)據(jù)完整性控制等措施來保證數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)陌踩?。MTC系統(tǒng)除了技術(shù)上的保障之外，還有嚴(yán)格的管理制度，有效的保障了系統(tǒng)的安全。

? 網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)保證了信息的及時傳遞和更新，在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，路段控制中心能夠?qū)⑾到y(tǒng)定義的黑灰名單及時傳遞到各個收費站出入口，實施對欠費車輛的告警提示，對不法車輛進行攔截或報警等操作。能夠?qū)⒏鞣N費率表及時下發(fā)至各個收費站點，能夠及時了解整個路網(wǎng)的動態(tài)信息，及時發(fā)現(xiàn)路網(wǎng)的擁塞或其他異常情況，進行動態(tài)路由。

1.2.2 1.2.2系統(tǒng)綜合指標(biāo)

1.2.2.1系統(tǒng)指標(biāo)

1.數(shù)據(jù)傳輸性能：在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，收費站實時（至多為0.5s）收集所轄車道產(chǎn)生的收費數(shù)據(jù)；

2.運營參數(shù)下發(fā)性能：在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，收費站下發(fā)系統(tǒng)參數(shù)至車道平均等待時間至多為60s；

3.收費監(jiān)控性能：在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，車道操作信息實時（至多為1s）上傳至收費站；

4.通行券不可讀（壞卡）/超時/車牌查詢性能：在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，收費站對通行券不可讀（壞卡）/超時/車牌查詢平均等待時間至多為1s；

5.數(shù)據(jù)庫備份性能：在正常情況下，應(yīng)支持在線數(shù)據(jù)備份與離線數(shù)據(jù)備份，備份一個2G的數(shù)據(jù)庫，時間至多為60min；

6.靈活性：通過對參數(shù)的設(shè)置，使收費站系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)管理需求； 7.安全性：具備完備的分布式多層安全保障體系，有嚴(yán)格的用戶權(quán)限管理、安全認(rèn)證機制確保數(shù)據(jù)不被非法訪問；

1.2.2.2可靠性指標(biāo)

1、MTBF：100,000小時

在網(wǎng)絡(luò)故障時（超過24h），有完備的備用數(shù)據(jù)傳輸方案，保證數(shù)據(jù)及時上傳至收費站，同時保證數(shù)據(jù)的完整性、一致性、真實性、不可抵賴性和安全性不受破壞；

1.2.2.3系統(tǒng)應(yīng)用范圍

特別適用于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境下采用。

第2章 ETC不停車收費系統(tǒng)整體框架

2.1 ETC不停車收費總體說明

路段收費分中心子系統(tǒng)發(fā)卡子系統(tǒng)收費站子系統(tǒng)車道子系統(tǒng)單業(yè)主系統(tǒng)組成

圖 2-1 收費站子系統(tǒng)在收費系統(tǒng)中的位置

高速公路收費系統(tǒng)組成最基礎(chǔ)的是單業(yè)主的運營模式。從結(jié)構(gòu)上劃分，主要由車道子系統(tǒng)、收費站子系統(tǒng)、路段收費分中心子系統(tǒng)和發(fā)卡子系統(tǒng)組成。

高速公路收費系統(tǒng)主要由車道子系統(tǒng)、收費站子系統(tǒng)、路段收費分中心子系統(tǒng)（管理中心子系統(tǒng)）和發(fā)卡子系統(tǒng)組成。收費站子系統(tǒng)是聯(lián)網(wǎng)收費的重要部分，是聯(lián)網(wǎng)收費最基礎(chǔ)的管理單元。該子系統(tǒng)向上的接口是路段收費分中心子系統(tǒng)，向下的接口是車道子系統(tǒng)。

收費站子系統(tǒng)要求能夠?qū)Ρ菊镜氖召M車道實時監(jiān)控，對所有車道收費數(shù)據(jù)進行匯總和統(tǒng)計，并整理上傳到路段收費分中心；接收路段收費分中心下發(fā)的費率表等系統(tǒng)參數(shù)，并下發(fā)至車道；提供報表服務(wù)，及時享用數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.2 車道子系統(tǒng)

在ETC系統(tǒng)中，從功能上來說，各車道是完成車輛通關(guān)的基本配置，所有車道子系統(tǒng)通過收費站連接到路段收費分中心中心組成一個大的網(wǎng)絡(luò)，車道子系統(tǒng)還可以分解成多個單元，但因為多個單元配合才能完成相應(yīng)功能，故這里抽象到車道為止，抽象如圖 2-2所示：

接入收費站OBE數(shù)據(jù)采集卡C攝像機RSU車輛檢測器車道計算機道閘車輛檢測器控制器車道

圖 2-2 車道子系統(tǒng)

車道子系統(tǒng)主要包括底層應(yīng)用單元（車道計算機）、車道控制單元（控制器（廣義的控制機包括工控機）、車輛檢測器、道閘）、圖像采集單元（攝像機、視頻采集卡）、顯示告警單元（車道通行燈、聲光報警裝置、車道顯示屏）、射頻識別單元（RSE和OBE）

車道子系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能如下： ? 車輛自動識別 ? 車輛自動收費

? 控制道閘、通行燈以示通行或放行 ? 對當(dāng)前車輛進行抓拍 ? 對非正常車輛進行告警 2.3 收費站子系統(tǒng)

報警裝置OMC服務(wù)器數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)器收費站監(jiān)控中心

圖 2-3 收費站子系統(tǒng)

收費站子系統(tǒng)主要包括工控機、報警裝置和服務(wù)器硬件。收費站子系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能如下： ? 接收各車道上傳的交易數(shù)據(jù) ? 將數(shù)據(jù)上傳至路段收費分中心 ? 實時監(jiān)控車道狀況

? 對車道及收費站的系統(tǒng)參數(shù)進行配置 ? 提供查詢及報表等服務(wù)

2.4 路段收費分中心子系統(tǒng)

監(jiān)控終端OMC服務(wù)器數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)器路段收費分中心

圖 2-4 路段收費分中心子系統(tǒng)

路段收費分中心子系統(tǒng)主要包括工控機和服務(wù)器硬件，實現(xiàn)的主要功能如下： ? 接收來自各收費站的數(shù)據(jù)信息，維護總的數(shù)據(jù)庫

? 提供查詢及報表、打印等多種服務(wù) ? 管理代碼、費率、密鑰等信息

通過internet/專線連接到各服務(wù)網(wǎng)點，維護發(fā)卡數(shù)據(jù)（單業(yè)主）。第3章 ETC不停車收費系統(tǒng)詳述

3.1 收費站子系統(tǒng)

3.1.1

應(yīng)用場景描述

在整個高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)中，收費站系統(tǒng)位于ETC車道系統(tǒng)和路段收費分中心系統(tǒng)之間。? 收費站系統(tǒng)可以對下屬的各條ETC車道的設(shè)備進行實時監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常情況時，及時報警，使得故障得到及時的處理。? 收費站系統(tǒng)可以對下屬的各條ETC車道的收費交易情況進行實時監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)交易異常時，及時進行處理。? 收費站系統(tǒng)可以對下屬的各條ETC車道的收費交易數(shù)據(jù)、抓拍圖像進行審核稽查，可以提高收費管理的力度。? ? 報表定義靈活、快捷，既能滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的報表格式，又允許用戶自定義格式。收費站系統(tǒng)可以將上層管理中心的參數(shù)（費率表、灰/黑名單等）及時轉(zhuǎn)發(fā)到下屬的車道系統(tǒng)。? 收費站系統(tǒng)中的通信子系統(tǒng)既可以和ETC車道系統(tǒng)通信，又可以和MTC車道系統(tǒng)通信，可以屏蔽ETC車道系統(tǒng)和MTC車道系統(tǒng)的差異，起到數(shù)據(jù)融合的作用。? ? 收費站系統(tǒng)具有完備的權(quán)限管理功能，能夠嚴(yán)格控制操作人員的操作權(quán)限。軟件接口具有開放性，軟件通信接口采用通用的接口協(xié)議（例如Socket、SOAP協(xié)議等等），很容易和其他的同構(gòu)或者異構(gòu)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，具有兼容性和開放性的特點。

3.1.2

收費站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

報警裝置OMC服務(wù)器數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)器收費站監(jiān)控中心

圖 3.5 收費站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

收費站的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括：收費站服務(wù)器（安裝收費站服務(wù)器軟件）、ETC收費管理計算機（安裝收費站客戶端軟件）、交換機、激光打印機（打印報表）。

3.1.3

軟件結(jié)構(gòu)

ETC車車車車車車車ETC車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車車 圖 3.6 軟件結(jié)構(gòu)

從軟件結(jié)構(gòu)角度講，收費站系統(tǒng)分為6個子系統(tǒng)，分別是ETC車道管理子系統(tǒng)、ETC車道監(jiān)控子系統(tǒng)、告警子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)、查詢統(tǒng)計子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信管理子系統(tǒng)。

3.1.4

功能描述

3.1.4.1 ETC車道管理子系統(tǒng)(1)添加車道

向收費站系統(tǒng)注冊ETC車道。注冊的ETC車道信息包括：車道ID、車道IP地址、車道類型（入口/出口）等信息。

(2)刪除車道

將一個停止使用的車道進行刪除操作。

(3)查看車道

查看已經(jīng)添加到收費站系統(tǒng)的所有車道信息。

3.1.4.2 ETC車道監(jiān)控子系統(tǒng)(1)監(jiān)控ETC車道交易情況

收費站系統(tǒng)可以實時顯示站內(nèi)各ETC車道的車輛收費情況。具體監(jiān)控信息包括：車道號、當(dāng)前車輛的抓拍圖像、車型、車牌號、收費金額、電子標(biāo)簽類型、電子標(biāo)簽號等信息。

收費站系統(tǒng)可以對車道系統(tǒng)的工作流程進度的實時、動態(tài)監(jiān)控。

(2)監(jiān)控ETC車道的設(shè)備狀況

收費站系統(tǒng)可以實時顯示站內(nèi)各車道的設(shè)備狀態(tài)情況。

車道設(shè)備包括：RSU、欄桿、通行燈、雨棚燈、霧燈、費額顯示器、車道攝像機、視頻采集卡、車輛檢測器（連接觸發(fā)線圈、抓拍線圈和落桿線圈）。

設(shè)備狀態(tài)情況能夠用模擬圖顯示出來。

RSU、費額顯示器、視頻采集卡、車輛檢測器和車道攝像機的狀態(tài)有正常和異常兩種狀態(tài)；欄桿有打開和關(guān)閉兩種狀態(tài)；通行燈（還有雨棚燈、霧燈）有允許通行、禁止通行和關(guān)閉三種狀態(tài)。

(3)監(jiān)控ETC車道的狀態(tài)

收費站系統(tǒng)可以實時顯示車道的狀態(tài)。

具體監(jiān)視信息包括：車道ID、車道名稱、IP地址、類型（入口/出口）、狀態(tài)（開啟/關(guān)閉）、鏈路狀態(tài)（連接/斷開）。

(4)收費審核/稽查

1)稽核操作員通過收費站的審核/稽查系統(tǒng)，可以對收費車道產(chǎn)生的原始過車記錄、系統(tǒng)抓拍車輛圖片以及車道監(jiān)控員登記的特殊事件進行稽核。

稽核功能具體包括：入/出口車道收費交易的稽核、車輛入口圖像查詢、沖崗車黑名單錄入。

3.1.4.3 告警子系統(tǒng)

告警子系統(tǒng)針對的是ETC車道監(jiān)控子系統(tǒng)，是對ETC車道監(jiān)控子系統(tǒng)出現(xiàn)的異常情況進行告警。而對于系統(tǒng)操作異常產(chǎn)生的告警，比如操作人員誤操作、非法操作等，是在日志管理功能中實現(xiàn)的。

(1)告警級別

告警級別有4種：緊急、主要、次要、提示。

(2)告警類型

ETC車道交易告警類型有6種：系統(tǒng)信息驗證失敗、車輛信息驗證失敗、ICC信息驗證失敗、黑名單告警信息、RSU/OBU操作告警、車道計算機反應(yīng)超時。

ETC車道設(shè)備告警類型有5種：I/O卡操作告警、車道設(shè)備（包括欄桿、通行燈、雨棚燈、霧燈）操作告警、圖像采集告警、費額顯示器告警、字符疊加器告警。

(3)告警查詢

交易告警的查詢內(nèi)容包括：告警類型、告警級別、告警描述、告警時間、告警位置（指車道ID）、備注。

(4)告警監(jiān)控

監(jiān)控子系統(tǒng)監(jiān)控到的異常情況，會在告警監(jiān)控窗口中實時顯示出來，以提醒相關(guān)人員進行處理。

告警形式：在監(jiān)控窗口顯示告警的文字或者圖像信息，同時根據(jù)告警級別的不同，會有不同的聲音提示。

3.1.4.4系統(tǒng)管理子系統(tǒng)(1)人員管理

人員管理指對收費站的操作人員和車道的操作人員的管理。具體包括人員的增加、刪除、修改、查詢功能，能根據(jù)需要進行操作人員的密碼修改和設(shè)置功能。

(2)數(shù)據(jù)庫管理

系統(tǒng)提供強大的數(shù)據(jù)庫管理功能，包括數(shù)據(jù)庫的參數(shù)配置、備份、災(zāi)難恢復(fù)等。具體如下： ? ? 數(shù)據(jù)庫參數(shù)配置：系統(tǒng)支持對數(shù)據(jù)庫參數(shù)進行配置，如數(shù)據(jù)庫名稱、路徑等。數(shù)據(jù)庫備份：系統(tǒng)能按照設(shè)定的周期進行備份，并支持手動備份，包括備份周期、備份路徑的設(shè)定以及磁盤空間不足時的處理策略設(shè)置，并支持?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)。備份策略支持全備份和差分備份。? 數(shù)據(jù)庫災(zāi)難恢復(fù)：數(shù)據(jù)庫發(fā)生災(zāi)難性錯誤時，可將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某個時間點備份的數(shù)據(jù)庫。

(3)權(quán)限管理

收費站系統(tǒng)通過“操作人員—角色—操作權(quán)限”的對應(yīng)關(guān)系，提供了完備的權(quán)限管理機制。管理員可以對收費站系統(tǒng)的操作人員、下屬車道系統(tǒng)的操作人員進行權(quán)限分配操作。

操作權(quán)限包含只讀和讀寫兩種屬性，具有讀寫權(quán)限的操作人員可以進行權(quán)限范圍內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和更改。

所有操作人員都可以更改自己賬號的登錄密碼。

(4)日志管理

日志管理功能可對收費站系統(tǒng)的日志進行記錄和查詢。

日志記錄：收費站系統(tǒng)自動記錄操作人員操作日志，日志內(nèi)容包括操作人員的個人信息、操作時間、地點、所進行的合法操作、所進行的非法操作、操作中產(chǎn)生的異常。

日志查詢：操作人員可以對日志進行查詢。

3.1.4.5查詢統(tǒng)計子系統(tǒng)

以下的查詢統(tǒng)計都支持對結(jié)果的打印功能。

(1)查詢

? 灰/黑名單車輛查詢

查詢的內(nèi)容包括：CPU卡內(nèi)部編號、車牌號、卡片路網(wǎng)編號、灰/黑名單生成時間、類型（黑名單和灰名單兩種類型）、灰/黑名單生成原因。

? 費率表查詢

查詢的內(nèi)容包括：費率表版本號、入口收費站、出口收費站、車型、收費里程（km）、收費金額（元）。? 車型分類編號查詢

查詢車型分類編號和車型分類名稱。? 車種分類編號查詢

查詢車種分類編號和車種分類名稱。車種包括普通車、公務(wù)車、軍警車、緊急車、免費車、車隊。? 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查看

可以查看的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括：卡片類型、協(xié)約類型、合同版本表、服務(wù)提供商、路段編碼、收費站編碼。

入/出口車道交易記錄查詢

對于入口車道，“出口信息、交易金額”等信息都顯示“無”。

(2)統(tǒng)計報表

報表格式和交通部制定的《收費公路聯(lián)網(wǎng)收費技術(shù)要求》的附錄五中的附件A“均一制、開放式、混合式收費系統(tǒng)報表格式”一致。

報表的內(nèi)容包括： ? ? ? 收費情況統(tǒng)計：按車型、車種分類，按小時段、日、月、年分類； 車流量統(tǒng)計：按車型、車種分類，按小時、日、月、年分類； 特殊車輛統(tǒng)計：包含在“按車種分類的車流量統(tǒng)計”之中。

報表格式支持用戶自定義設(shè)計，既可以滿足標(biāo)準(zhǔn)，又可以滿足客戶的個性化需要。? 數(shù)據(jù)通信管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信管理子系統(tǒng)向上負(fù)責(zé)和路段收費分中心的數(shù)據(jù)同步通信，向下負(fù)責(zé)和車道系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步通信。

軟件通信接口支持各種通用的接口協(xié)議（如Socket、SOAP協(xié)議等等），很容易和其他的同構(gòu)/異構(gòu)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信。3.1.4.6與車道系統(tǒng)同步數(shù)據(jù)(1)向車道系統(tǒng)下發(fā)數(shù)據(jù)

如果車道系統(tǒng)設(shè)置的時間服務(wù)器是收費站服務(wù)器，則車道系統(tǒng)定期從收費站系統(tǒng)接收同步時鐘。

(2)從車道系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)

從車道接收的數(shù)據(jù)包括：入/出口車道收費交易記錄、車輛交易告警信息、設(shè)備告警信息、設(shè)備狀態(tài)信息、車輛交易處理過程信息、上下班登記表。

其中，入/出口車道收費交易記錄包括：車道ID、卡號、卡類型、入口收費站名稱、入口日期時間、出口收費站名出、出口（交易）日期時間、出口車道類型（封閉式/開放式）、交易金額、卡余額、車型、車牌、脫機交易序號、交易狀態(tài)（成功/失敗）、終端機編號、終端機交易序號、交易驗證碼。

3.1.4.7數(shù)據(jù)融合

數(shù)據(jù)融合是指收費站系統(tǒng)將ETC車道上傳的數(shù)據(jù)和MTC車道上傳的數(shù)據(jù)融合在一起，屏蔽掉車道收費類型的差異。收費站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信管理子系統(tǒng)將ETC車道系統(tǒng)上報的收費數(shù)據(jù)和MTC車道系統(tǒng)上報的收費數(shù)據(jù)的字段合并在一起，取其并集，從而達到數(shù)據(jù)融合的目的。

(1)與路段收費分中心同步數(shù)據(jù)

收費站從路段收費分中心接收的數(shù)據(jù)包括：灰/黑名單車輛表、費率表、車輛類別表、車輛用戶類別、服務(wù)提供商信息表、協(xié)議類型表、合同版本號表、卡片類型表、車道參數(shù)表、操作人員信息表、路段編碼、站編碼。

3.1.4

工作流程

收費站系統(tǒng)的工作流程大部分是軟件操作流程，這里僅對一些主要流程作簡要描述。

3.1.4.1 車道參數(shù)下發(fā)流程

收費站系統(tǒng)中的參數(shù)一般為自動下發(fā)到車道系統(tǒng)，但對于一些特殊情況，如重新安裝了車道系統(tǒng)等情況，需要從收費站手工將參數(shù)下發(fā)到車道。

手工下發(fā)參數(shù)流程：

1)選擇菜單“參數(shù)管理->車道參數(shù)下發(fā)”，彈出車道參數(shù)下發(fā)界面； 2)選擇要下發(fā)的參數(shù)、車道； 3)確認(rèn)關(guān)閉，返回成功信息。

3.1.4.2 查詢統(tǒng)計流程

1)選擇查詢/統(tǒng)計功能菜單； 2)輸入相應(yīng)查詢/統(tǒng)計條件； 3)返回查詢/統(tǒng)計結(jié)果； 4)查看結(jié)果或者打印結(jié)果； 5)確認(rèn)關(guān)閉。

3.1.4.3 收費稽核流程

收費稽核流程描述如下： 1)查詢稽核內(nèi)容； 2)進行稽核操作； 3)保存稽核結(jié)果。

3.1.4.4 監(jiān)控流程

收費站監(jiān)控服務(wù)器圖 3.4 監(jiān)控流程

車道計算機

1)車道計算機將交易信息、車道設(shè)備狀態(tài)上報給收費站監(jiān)控服務(wù)器；

2)收費站監(jiān)控服務(wù)器實時顯示車道計算機上報的信息，提供友好的用戶界面給收費站管理者，如果有異常情況，則收費站監(jiān)控客戶端會發(fā)出告警信息。3.2 收費車道子系統(tǒng)

3.2.1

車道子系統(tǒng)特點

1、支持ETC/MTC一鍵切換

本系統(tǒng)兼容ETC與MTC系統(tǒng)，輕松實現(xiàn)兩種收費方式間的一鍵切換，在識讀設(shè)備出現(xiàn)故障、MTC車道擁堵以致阻塞ETC車道或者客戶有其它需求的時候，可以實現(xiàn)ETC與MTC收費方式間的實時切換，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，最大限度地提高車道的利用率。

2、支持ETC/MTC組合式收費模式

本系統(tǒng)兼容ETC系統(tǒng)的雙界面卡，可以支持組合收費。支持ETC雙界面卡用戶的ETC入MTC出、MTC入ETC出、MTC入MTC出等通行方式，最大限度的滿足不同用戶的要求。電子標(biāo)簽采用雙片式（電子標(biāo)簽+雙界面卡）。將雙界面卡插入ETC電子標(biāo)簽中可以實現(xiàn)不停車通過ETC專用車道，使用雙界面卡采用普通刷卡方式可以通過人工收費車道。組合收費模式可以很好的適應(yīng)國內(nèi)路網(wǎng)復(fù)雜、多數(shù)入口和出口收費站車流量小、車道少的現(xiàn)狀。

3、可有效提高道路的通行效率，降低環(huán)境污染

在手工收費方式下，收費作業(yè)的完成比較耗時，而且效率低。收費車道通行速度慢。當(dāng)高速公路車流密集時會有通行車輛在收費車道排隊等候的情況發(fā)生。一方面造成高速公路通行能力大幅下降。另一方面，由于排隊等候車輛的鳴笛和頻繁啟動所引起的有害廢氣排放，會造成收費車道周圍環(huán)境的污染。

本系統(tǒng)可有效縮短收費時間，提高公路的通行能力，降低對收費車道周圍環(huán)境的污染。在MTC方式下，服務(wù)時間小于8s（入口）、20s（出口），在ETC方式下，服務(wù)時間小于3s。

4、支持非現(xiàn)金付費

本系統(tǒng)可以支持月/年卡、公務(wù)卡、預(yù)付卡、儲值卡、記帳卡等攜卡車輛通行，實現(xiàn)電子支付，提高車道通行能力。

5、具備完備的安全體系

安全體系包括交易安全和數(shù)據(jù)安全。ETC系統(tǒng)具備嚴(yán)密的密鑰體系，密鑰由上級管理部門分發(fā)，分多個等級，高一等級的密鑰只用于保護下一等級的密鑰，最低等級

的密鑰應(yīng)用在IC卡、ESAM卡和PSAM卡等終端應(yīng)用介質(zhì)中。采用3DES加密技術(shù)，密鑰驗證符合金融交易安全的要求，一般包括內(nèi)部認(rèn)證、外部認(rèn)證等認(rèn)證過程。數(shù)據(jù)安全包括數(shù)據(jù)存儲的安全和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，通過采用訪問控制、認(rèn)證、機密控制、數(shù)據(jù)完整性控制等措施來保證數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)陌踩?。MTC系統(tǒng)除了技術(shù)上的保障之外，還有嚴(yán)格的管理制度，有效的保障了系統(tǒng)的安全。

6、可有效解決跟車問題

當(dāng)有多個車輛同時進入RSU天線覆蓋區(qū)域時，將出現(xiàn)跟車問題。本系統(tǒng)很好的解決了跟車問題，保證在跟車的情況下，合法的車輛可以順利通過ETC車道，并完成收費，而非法的車輛將會被攔截。

7、可有效解決鄰道干擾問題

當(dāng)部署多條ETC車道或攜帶電子標(biāo)簽的車輛通行ETC車道鄰近的MTC車道時，由于天線的覆蓋區(qū)域重疊，射頻信號反射等因素，本車道的RSU可能會接收到鄰近車道車輛的信號，造成鄰道干擾問題。本系統(tǒng)通過精準(zhǔn)的頻率控制，使用信道隔離技術(shù)，可以有效解決鄰道干擾問題。

8、一體化設(shè)計，整體解決方案

提供車道子系統(tǒng)完整的軟硬件系統(tǒng)集成。

3.2.2

車道子系統(tǒng)組成

在各個設(shè)備中，電子標(biāo)簽讀寫天線（路側(cè)單元RSU）通過網(wǎng)線直接連接到位于收費亭的車道計算機上，讀寫天線與車載電子標(biāo)簽之間的信息交換由車道控制應(yīng)用程序直接控制；其它設(shè)備如自動欄桿、費額顯示器、車道通行燈、車輛檢測器等設(shè)備則通過車道控制器與車道計算機連接，由應(yīng)用程序控制，視頻信號通過字符疊加器疊加過車信息后傳至收費站的監(jiān)視器上。

3.2.3

系統(tǒng)功能

3.2.3.1車輛檢測功能

系統(tǒng)能夠通過地感線圈檢測到進入ETC車道的車輛，對經(jīng)過車輛進行數(shù)量統(tǒng)計。并根據(jù)RSU的識別結(jié)果判斷車輛是否具有電子標(biāo)簽（OBU）。3.2.3.2自動收費處理功能

系統(tǒng)提供自動收費處理功能，在沒有工作人員參與的情況下完成收費工作。

當(dāng)安裝有OBU設(shè)備的車輛經(jīng)過ETC車道入口時，系統(tǒng)會將入口信息寫入雙界面卡（或高頻卡，下同，本系統(tǒng)同時支持雙界面卡和高頻卡），入口信息包括：通過區(qū)域號、路段號、站點號、車道號、入口時間、入口狀態(tài)標(biāo)識、車型、車牌號碼。

當(dāng)安裝有OBU設(shè)備的車輛經(jīng)過標(biāo)識站時，系統(tǒng)會將標(biāo)識站信息寫入雙界面卡。當(dāng)安裝有OBU設(shè)備的車輛經(jīng)過ETC車道出口時，系統(tǒng)根據(jù)從雙界面卡讀取的入口信息，查詢系統(tǒng)中的費率表，計算出收費額度，將出口信息寫入雙界面卡并進行扣款操作（如果是儲值卡）。出口信息包括：通過網(wǎng)絡(luò)號、站點號、車道號、時間、出口狀態(tài)標(biāo)識、車型、車牌號碼。

完成自動收費以后，系統(tǒng)會產(chǎn)生收費記錄，記錄如下信息：車道序列號、卡編號、卡類型、入口名稱、入口日期時間、出口名稱、出口（交易）日期時間、出口車道類型、交易金額、雙界面卡余額、車型、車牌、脫機交易序號、終端機編號、終端交易序號、交易驗證碼。

3.2.3.3設(shè)備控制功能

系統(tǒng)能夠根據(jù)對車輛的收費處理情況正確控制車道設(shè)備的動作，包括：自動欄桿的升起下落、雨棚燈的切換、通行信號燈的切換、聲光報警器的開啟和關(guān)閉、費額顯示器的顯示等。

3.2.3.4圖像抓拍識別功能

系統(tǒng)對經(jīng)過ETC車道的當(dāng)前車輛進行圖像抓拍，并將該抓拍圖像和處理信息關(guān)聯(lián)后保存以供事后追查。

系統(tǒng)對過車抓拍圖像具有車牌識別功能，可以將車牌識別結(jié)果與抓拍圖像關(guān)聯(lián)后保存，以供事后稽查。

3.2.3.5異常車輛處理功能

系統(tǒng)提供異常車輛處理功能。對于經(jīng)過ETC車道的異常車輛（未成功進行入口信息寫入或出口收費處理的車輛），系統(tǒng)會使自動欄桿保持關(guān)閉狀態(tài)以攔截車輛，同時進行聲光報警，提醒工作人員進行處理。

3.2.3.6數(shù)據(jù)庫管理功能

系統(tǒng)提供強大的數(shù)據(jù)庫管理功能，包括數(shù)據(jù)庫的參數(shù)配置、備份、災(zāi)難恢復(fù)等。具體如下：

? ? 數(shù)據(jù)庫參數(shù)配置：系統(tǒng)支持對數(shù)據(jù)庫參數(shù)進行配置，如數(shù)據(jù)庫名稱、路徑等。數(shù)據(jù)庫備份：系統(tǒng)能按照設(shè)定的周期進行備份，并支持手動備份，包括備份周期、備份路徑的設(shè)定以及磁盤空間不足時的處理策略設(shè)置，并支持?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)。備份策略支持全備份和差分備份。? 數(shù)據(jù)庫災(zāi)難恢復(fù)：數(shù)據(jù)庫操作發(fā)生錯誤時，可將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某個時間點備份的數(shù)據(jù)庫

3.2.3.7數(shù)據(jù)同步功能

系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)同步功能，車道服務(wù)器可以獨立完成一次收費交易，但交易信息可及時同步到收費站系統(tǒng)。系統(tǒng)也可以及時接收收費站下發(fā)的運行參數(shù)信息。

系統(tǒng)上傳的信息包括：原始交易數(shù)據(jù)、入口車道的過車記錄、上下班登記表、設(shè)備狀態(tài)信息、車道處理過程信息等。

接收收費站的下傳信息包括：同步時鐘、費率表、黑名單、通行卡有效啟用日期、OBU有效啟用日期、收費站信息表、收費員信息表等。

3.2.3.8日志管理功能

系統(tǒng)具有日志管理功能，可對系統(tǒng)日志進行記錄和查詢。

? 日志記錄：本系統(tǒng)自動記錄管理人員操作日志和系統(tǒng)運行信息日志，包括操作人員的個人信息、操作時間、地點、所進行的合法操作、所進行的非法操作、操作中產(chǎn)生的異常、系統(tǒng)運行中發(fā)生的異常等。? 日志查詢：操作人員可以對日志進行查詢，便于系統(tǒng)的維護和事故的追查。3.2.3.9RSU配置功能

系統(tǒng)提供RSU配置功能，可通過專用配置管理工具配置RSU的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、射頻參數(shù)、業(yè)務(wù)參數(shù)等信息。

網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括RSU的IP地址、子網(wǎng)掩碼、車道計算機IP地址和端口、時間服務(wù)器IP等信息。

射頻參數(shù)包括天線功率、調(diào)制深度、通信頻點等信息。

業(yè)務(wù)參數(shù)包括協(xié)議物理層類型、握手命令重傳個數(shù)、握手命令等待響應(yīng)時間、ETC交易類型等信息。

3.2.3.10脫機工作功能

系統(tǒng)提供脫機工作功能，當(dāng)車道系統(tǒng)與收費站的通信出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)可降級運行和脫機操作，獨立完成對經(jīng)過車輛的收費處理操作，待網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)恢復(fù)正常后再將交易記錄等數(shù)據(jù)上傳給收費站。

3.2.5

ETC車道系統(tǒng)工作流程

開始（車道開啟）結(jié)束（車道關(guān)閉）車輛駛?cè)胲嚨老乱惠v車進入欄桿關(guān)閉，通行信號燈變紅RSU和OBE通信副線圈感應(yīng)到車輛離開驗證OBE合法性并交易成功車輛駛離車道主線圈檢測到車輛欄桿打開，通行信號燈變綠觸發(fā)攝相機拍照字符疊加，生成交易記錄 圖3.5 ETC車輛典型通關(guān)流程

ETC車道系統(tǒng)工作流程如下： ? 首先，車輛進入讀寫天線覆蓋范圍，讀寫天線與車輛上電子標(biāo)簽進行通訊，通過抓拍線圈時如果讀寫天線仍然沒有檢測到電子標(biāo)簽，證明車輛沒有電子標(biāo)簽，則報警并保持車道關(guān)閉； ? 如果車輛裝有電子標(biāo)簽，讀寫天線和電子標(biāo)簽進行通訊交互，同時判斷電子標(biāo)簽的合法性，包括是否含有CPU卡，卡內(nèi)余額是否充足等，如果標(biāo)簽有效則進行交易，如果標(biāo)簽無效則報警并保持車道關(guān)閉； ? 在車輛觸發(fā)抓拍線圈時，啟動攝像機進行拍照，將車輛拍照信息以及車輛電子標(biāo)簽信息同時保存到車道計算機，并可以進行信息比對，如果抓拍信息與電子標(biāo)簽信息不符則報警； ? ? ? 如果車輛電子標(biāo)簽與車輛拍照信息相符，則通行信號燈變綠，抬起欄桿放行； 車輛通過防砸車線圈后，欄桿自動回落，通行信號燈變紅；

系統(tǒng)保存交易記錄，并將其上傳至收費站服務(wù)器中，等待下一輛車進入。

TCP/IPRS232RS232RS232TCP/IPTCP/IP費額顯示器聲光報警器通行信號燈收費站服務(wù)器崗?fù)ぼ嚨罃z像機通信區(qū)域抓拍線圈RSU車道控制器防砸車線圈ETC車道崗?fù)?/p>

圖3.6 ETC車道系統(tǒng)工作流程 3.2.6

車道子系統(tǒng)軟件

ETC軟件系統(tǒng)包括車道系統(tǒng)和后臺管理系統(tǒng)兩大部分。

3.2.6.1車道軟件

車道系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：車輛檢測系統(tǒng)、車輛識別系統(tǒng)、計費系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)、圖像抓拍系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、設(shè)備診斷系統(tǒng)。

圖3.7 車道控制軟件界面

3.2.6.2后臺管理軟件

后臺管理系統(tǒng)則由站監(jiān)控系統(tǒng)、中心管理系統(tǒng)以及系統(tǒng)接口等部分組成。

圖3.8 后臺管理系統(tǒng)

3.2.6.3軟件特色

系統(tǒng)采用模塊化方法設(shè)計，結(jié)構(gòu)靈活。在基本配置下，可以靈活增加功能模塊，進行多種形式的靈活配置；可以根據(jù)路段車流特征、交通管理和不同運營方式的需要，通過軟件靈活進行車道類型選擇和運營參數(shù)配置。同時，為了保證交易數(shù)據(jù)的上傳以便業(yè)主及時對數(shù)據(jù)進行結(jié)帳，以及為了及時給車道下發(fā)新的運營參數(shù)，系統(tǒng)提供了收費站數(shù)據(jù)庫與車道計算機之間通過網(wǎng)外介質(zhì)上傳、下發(fā)數(shù)據(jù)的機制。

3.2.7

車道部署

ETC車道建設(shè)部署方式主要有兩種方式，一種采用車道中置的方式，對現(xiàn)有人工收費站改動較大，需要大量的土建施工；另一種建設(shè)部署方式只需要在現(xiàn)有車道上增加ETC系統(tǒng)中電子標(biāo)簽的讀寫天線（路側(cè)單元RSU）這樣的關(guān)鍵設(shè)備，對現(xiàn)有人工收費車道改動相對較小。ETC車道主要包括的設(shè)備有電子標(biāo)簽讀寫天線（路側(cè)單元RSU）、車道通行信號燈、費額顯示器、自動欄桿機、車輛檢測器、車道攝像機等設(shè)備。

3.4.1 ETC車道建設(shè)部署方式一

ETC車道建設(shè)部署方式一如下圖所示：

MTC車道高速公路入口聲光告警器通行信號燈攝像機費額顯示器L雨棚信號燈ETC車道高速道閘崗?fù)び昱镄盘枱鬍TC車道RSU地感線圈BMTC車道高速公路出口車道控制器聲光告警器通行信號燈攝像機通信區(qū)域地感線圈A

車道中置

為了使安裝有電子標(biāo)簽的車輛能夠方便快捷通過ETC車道，ETC車道一般采取中置設(shè)置原則，即將ETC車道設(shè)置在中央分隔帶兩側(cè)的車道。

WETC收費島加長，欄桿與MTC島頭平齊

ETC收費島比MTC收費島長，ETC車道系統(tǒng)自動欄桿機的水平位置與MTC收費島島頭頂端平齊。在該種布局下，當(dāng)車輛進入ETC車道出現(xiàn)交易異常后，可以不需要倒車即可順利駛到右邊的MTC收費車道，最大限度地保障了ETC車道的通暢，也避免了許多由于誤入車輛帶來的麻煩。

欄桿常閉

ETC車道采用欄桿常閉式設(shè)計，在目前，欄桿常閉式設(shè)計比較符合中國的國情，可有效防止非法車輛的逃費行為。

3.4.2 ETC車道建設(shè)部署方式二

ETC車道建設(shè)部署方式二如下圖所示：

崗?fù)TC車道崗?fù)SU/雨棚燈ETC車道車道控制器地感線圈通信區(qū)域聲光告警器車道攝像機費額顯示器通行信號燈崗?fù)ねㄐ行盘枱袈暪飧婢鲘復(fù)ぼ嚨罃z像機車道控制器費額顯示器ETC車道通信區(qū)域地感線圈RSU/雨棚燈崗?fù)TC車道崗?fù)?/p>

ETC車道建設(shè)部署方式二

ETC車道建設(shè)部署方式二對MTC車道做盡量少的改造，使之應(yīng)用于ETC收費，車輛進入ETC車道如果自動收費不成功，則人工干預(yù)抬桿放行或車輛退出ETC車道進入MTC收費。3.3 發(fā)卡子系統(tǒng)

3.3.1 系統(tǒng)組成

發(fā)卡子系統(tǒng)布置于各服務(wù)網(wǎng)點，包括工控機、OBU發(fā)卡器(OBU)、雙界面卡發(fā)卡器(雙界面卡)，在單業(yè)主系統(tǒng)中，通過網(wǎng)絡(luò)連接到路段收費分中心；在聯(lián)網(wǎng)收費的系統(tǒng)中，發(fā)卡子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接到省域或區(qū)域收費管理中心（可參考6.6.2架構(gòu)）。實現(xiàn)的主要功能如下：

? 提供OBU和雙界面卡的發(fā)放以及掛失、解掛、注銷和雙界面卡的充值等服務(wù) 采用C/S結(jié)構(gòu)，連接到中心數(shù)據(jù)庫，不受地域的限制，完全可以在需要的地方設(shè)置服務(wù)網(wǎng)點。其中OBU和雙界面卡的服務(wù)又是可以獨立的，可以只提供OBU或雙界面卡的服務(wù)，也可以同時提供兩種服務(wù)。

第4章 ETC不停車收費系統(tǒng)關(guān)鍵產(chǎn)品說明

在ETC建設(shè)過程中，從目前情況來看，一般招標(biāo)過程采用由集成商來進行投標(biāo)的形式，一般其利潤來源于車道控制器。每個省市一般都有本省市做MTC的軟件公司進行ETC車道軟件及收費站軟件的軟件供應(yīng)商，一般來說，我們只能以設(shè)備供應(yīng)商來參與投標(biāo)。在少數(shù)的幾個省市，可能會有我們的車道軟件的市場。在這種情況下，在與各地的合作過程中要有正確度市場定位。

4.1 路側(cè)設(shè)備RSU

RSU(ZXRIS 8900)通訊可以適用于無防護的一款室外型路側(cè)控制單元。其特點如下： ? 通過了國家智能交通系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心對產(chǎn)品的物理層測試、協(xié)議和互操作測試，完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)；

? 基于ISO和CEN規(guī)定的5.8GHz微波專用短程通訊（DSRC）技術(shù)，符合DSRC國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的互換性和兼容性；

? 內(nèi)置PSAM模塊，在線密鑰計算與認(rèn)證，確保數(shù)據(jù)安全，基于多重DES或RSA加密技術(shù)，防止鏈路竊聽與數(shù)據(jù)破解；

? 支持高安全性電子錢包交易方式，符合PBOC2.0規(guī)范； ? 先進的防碰撞技術(shù)，支持多OBU交易；

? 可存儲交易信息大于8000條，支持程序遠(yuǎn)程更新，支持交易數(shù)據(jù)下載； ? 軍工級的天線設(shè)計水平，保證了更窄的波瓣角和更高的增益； ? 天線與控制單元一體化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，業(yè)內(nèi)體積最小，安裝便捷； ? 兼容單片/兩片式電子標(biāo)簽；

? 安裝方式靈活，水平/垂直方向可旋轉(zhuǎn)，多自由度可調(diào)，支持頂掛、側(cè)掛和壁掛，可調(diào)角度范圍為0～90°，便于現(xiàn)場調(diào)測；

? 可配置天線工作方式，發(fā)射功率動態(tài)可調(diào)，可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境實現(xiàn)自動定標(biāo)，便于規(guī)劃調(diào)整和覆蓋優(yōu)化；

? 良好的熱設(shè)計及智能溫度控制系統(tǒng)，可保證產(chǎn)品在超低溫啟動及運行、高溫運行等方面特性良好；

? 可遠(yuǎn)程配置工作頻點，使用頻道隔離技術(shù)，頻點精準(zhǔn)；

? 水平半功率波瓣角度小，鄰道泄漏功率比高于標(biāo)準(zhǔn)要求，有利于克服鄰道干擾； ? 內(nèi)置電源適配器，支持交流直接輸入，動態(tài)范圍85~300VAC； ? 高可靠性，在室外無需任何防雨、防塵設(shè)施，防護等級達到IP65； ? 全室外設(shè)備，全天候工作，高強度防雷設(shè)計，可以承受強雷電襲擊；

? RSU與車道軟件之間的通信接口支持最新國家標(biāo)準(zhǔn)，與其它廠家的車道軟件通信時可靈活定制通信接口，并可提供整套軟件開發(fā)包。

技術(shù)參數(shù)如下： 1.機械特性

1)尺寸：296×199×57mm（一體機）

2)重量：2.5kg

3)外殼材料：底殼：鑄鋁

表殼：ABS+PC 4)安裝位置：龍門架、懸臂、立柱 5)安裝方式：頂掛、側(cè)掛、壁掛 2.微波鏈路特性

1)調(diào)制方式：ASK 2)編碼方式：FM0 3)工作頻率：上行5.790/5.800GHz

下行5.830/5.840GHz 4)通訊速率：上行512kbps

下行256kbps

5)通訊距離：0~30m（可調(diào)）6)發(fā)射功率：≤33dBm 7)天線極化：右旋圓極化 8)接收靈敏度：≤-80dBm 9)接收帶寬：﹤5MHz 10)天線半功率角：水平半功率波瓣寬度小于20°

垂直半功率波瓣寬度小于38°

3.電氣及應(yīng)用特性

1)電源：額定220VAC/110VAC

動態(tài)85~300VAC 2)PSAM卡：規(guī)格：ISO 7816

通訊速率：56kbps 3)外部接口：10/100M FE

RS485/RS232 4)典型交易時間：＜230ms

5)電氣接口：7路干節(jié)點，輸入/輸出可配 4.環(huán)境參數(shù)

1)工作溫度：-40～+75℃ 2)存儲溫度：-40～+85℃ 3)相對濕度：4％～95％ 4)防護等級：IP65 5)可靠性：MTBF>100,000小時 6)靜電：

接觸放電：6KV 空氣放電：8KV 性能判據(jù)：Class B 7)工作壽命：>15年 4.2 車載設(shè)備OBU

? 完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)

? 通過國家智能交通系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心對產(chǎn)品的物理層測試、協(xié)議和互操作測試 ? 人性化設(shè)計

? 外觀小巧時尚 ? 輕觸式余額查詢按鈕

? 中文LCD、蜂鳴及LED同時提供，以便于交易提示及電池低壓告警 ? 多種外殼顏色可選，以滿足使用者的個性化需求

? 支持實時顯示電子錢包余額、交易結(jié)果、讀寫工作狀態(tài)等指示信息 ? 識別穩(wěn)定可靠

? OBU接收靈敏度高，設(shè)計時充分考慮了防爆膜的影響，保證識別穩(wěn)定可靠 ? 大范圍的方向適應(yīng)性，適合于不同安裝角度和位置 ? 低功耗設(shè)計

? 免維護時間可達5年 ? 高抗振性

? 充分考慮擋風(fēng)玻璃弧度，可適用于各類車型 ? 超強3M雙面膠固定，安裝方便且牢固 ? 高數(shù)據(jù)可靠性

? 機械防拆設(shè)計，保護用戶數(shù)據(jù)，非法拆卸時，OBU即時失效并具有報警指示信息

? 支持全系統(tǒng)密鑰控制及加解密處理

? OBU可大量存儲必要的信息，可采用DSRC方式讀出 ? 良好的兼容性

? 完全按照國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，可兼容任何符合國家標(biāo)準(zhǔn)的RSU ? 支持各種類型的邏輯加密卡

? 支持接觸式/非接觸式兩種方式讀寫雙界面CPU卡

? CPU卡支持記賬卡和電子錢包功能，電子錢包交易符合中國人民銀行頒布的《中國金融集成電路（IC）卡規(guī)范》

? 良好的易用性

? 獨有的數(shù)據(jù)導(dǎo)入/導(dǎo)出功能，支持ICC數(shù)據(jù)導(dǎo)入/導(dǎo)出 ? 支持程序在線更新 ? 支持交易數(shù)據(jù)下載 技術(shù)參數(shù)如下： 1.機械特性

1)尺寸：85×65×20mm 2)重量：100g 3)外殼材料：ABS+PC 4)安裝位置：汽車擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)

5)安裝方式：超強3M雙面膠固定，防拆卸開關(guān) 2.微波鏈路特性

1)調(diào)制方式：ASK 2)編碼方式：FM0 3)工作頻率：上行5.790/5.800GHz

下行5.830/5.840GHz 4)喚醒時間：≤1ms 5)喚醒靈敏度：≤-40dBm 6)接收靈敏度：≤-50dBm 7)通訊速率：上行512kbps

下行256kbps 8)天線極化：線極化 3.電氣及應(yīng)用特性

1)功耗：≤5μA（靜態(tài)電流）

≤25mA（工作電流）

2)通訊接口：DSRC（空口）

UART（mini USB接口）

3)典型交易時間：＜230ms 4)存儲容量：用戶存儲區(qū)>4kB 5)MMI應(yīng)用界面：LCD顯示

蜂鳴器提示

LED狀態(tài)提示

6)電池壽命：3.6V/1300mAh鋰電

工作壽命大于5年

4.環(huán)境參數(shù)

1)工作溫度：-25～+70℃ 2)存儲溫度：-40～+85℃ 3)相對濕度：5％～95％ 4)可靠性：MTBF>100,000小時 5)靜電：

接觸放電：6KV 空氣放電：8KV 性能判據(jù)：Class B 6)免維護時間：>5年

4.3 車道控制器

智能化車道控制器產(chǎn)品可以實現(xiàn)簡單便捷的車道系統(tǒng)集成。該產(chǎn)品具有以下特點： ? 具有中央處理單元；

? 具有LCD觸摸屏，可實現(xiàn)人機界面操作，可獨立控制外設(shè)，可觀察外設(shè)工作狀態(tài)；

? 具有豐富的通訊接口，包括1路網(wǎng)口，可實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)；3路RS232接口，控制RS232串口設(shè)備；

? 具有豐富的外設(shè)控制接口，包括6路光電隔離輸入、6路繼電器強電輸出、4路繼電器開關(guān)量輸出。可以獨立控制雨棚燈、通行信號燈、霧燈、電動欄桿機等；

? 內(nèi)部集成高分辨率視頻采集功能模塊，具有視頻輸入、輸出接口，可實現(xiàn)視頻采集功能。在分辨率為768×576以上、32位真彩色模式下捕獲的時速為100公里/小時的動態(tài)車輛圖像，可清晰辨認(rèn)出車牌；

? 內(nèi)部集成字符疊加功能模塊，具有視頻疊加圖像功能，并可通過網(wǎng)口和視頻口輸出疊加圖像；

? 內(nèi)部集成車輛檢測功能模塊，可實現(xiàn)6通道車輛檢測功能；

? 檢測器計數(shù)誤差小于1×10-4 ? 檢測車速可達100公里/小時 ? 車道寬度：3.0～4.0米； ? 檢測器可以通過觸摸屏復(fù)位； ? 檢測頻率：觸摸屏操作，4級可調(diào) ? 檢測靈敏度：觸摸屏操作，8級可調(diào)

? 內(nèi)部集成符合ISO14443協(xié)議的高頻讀卡器模塊，可實現(xiàn)人員鑒權(quán)功能； ? 具有配電模塊，可實現(xiàn)RSU、電動欄桿機、費額顯示器、攝像機等的供電保護和控制功能。? 防護等級：IP53； ? 工作溫度：-15℃~50℃； ? 儲存溫度：-30℃~60℃；

? 相對濕度:0~95%、無冷凝水的情況下能夠正常工作； ? MTBF大于20000小時； ? MTTR小于0.5小時。

第5章 ETC不停車收費系統(tǒng)優(yōu)勢及特色

5.1 通訊集成優(yōu)勢

通訊可以提供全套的解決方案，從硬件設(shè)備（路側(cè)單元RSU、車載單元OBU、車道控制器）到車道控制軟件、收費站系統(tǒng)軟件以及遠(yuǎn)程操作維護平臺全套解決方案，實現(xiàn)了軟硬件的無縫連接，真正實現(xiàn)了收費系統(tǒng)的集成，避免了不同廠家之間產(chǎn)品繁瑣的對接問題，同時系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定，控制更加準(zhǔn)確合理，實現(xiàn)真正無人職守。

通訊致力于有效整合各類公司資源，實現(xiàn)ETC系統(tǒng)和公司的傳輸、數(shù)據(jù)、監(jiān)控以及接入產(chǎn)品的集成，提供高速公路信息化的整體解決方案，提供端到端的集成方案和完善的一站式服務(wù)，一攬子的工程實施方案，為客戶帶來放心滿意的服務(wù)質(zhì)量。

5.2 通訊系統(tǒng)優(yōu)勢

5.3.1 ETC/MTC一鍵切換

由于通訊能夠很好的解決鄰道干擾問題，其專有技術(shù)可以保證ETC/MTC快速一鍵切換，靈活配置車道的收費模式，加快了響應(yīng)速度。另外，當(dāng)所有車道都安裝了ETC系統(tǒng)之后，業(yè)主可以自由選擇車道的工作方式，即哪個車道采用ETC收費，哪個車道采用MTC收費，增加了配置的靈活性。

ETC/MTC的區(qū)別僅僅局限于交易層次，對于ETC/MTC收費站能夠完全統(tǒng)一，ETC/MTC系統(tǒng)采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫上傳數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)不丟失。通訊作為無線通訊的專家，可以將收費站員工的管理納入其中，包括：系統(tǒng)權(quán)限管理、考勤、門禁等管理，功能更加強大，管理更加便捷。

5.3.2 跟車干擾的解決

跟車是目前遇到的棘手問題，很多廠家由于產(chǎn)品質(zhì)量和性能問題，不能有效解決。個別廠家宣稱通過“雙天線”方式可以解決跟車干擾問題，其實不然，所謂的“雙天線”方案不過是在系統(tǒng)實際應(yīng)用中，由于設(shè)備性能問題，經(jīng)常導(dǎo)致OBU與RSU交易時間過長，在單天線覆蓋區(qū)域內(nèi)無法正常完成整個交易流程，結(jié)果出現(xiàn)車輛速度稍快的情況下交易失敗，車輛無法正常通過收費站的問題。基于以上情況，只能通過增加天線，以此增加覆蓋來保證交易區(qū)域的擴大，保證交易流程的完成。

解決跟車干擾的問題，其根本在于解決路側(cè)設(shè)備RSU的覆蓋區(qū)域的連續(xù)與穩(wěn)定，同時解決車載單元OBU的一致性，克服了這樣兩個問題，基本可以保證先進入交易區(qū)域的車輛首先進行交易，后進入交易區(qū)域的車輛后進行交易，從而解決跟車干擾問題。

通訊路側(cè)設(shè)備RSU通訊區(qū)域可以精確控制在5~8米的范圍內(nèi)，同時車載單元OBU一致性很高，可以達到±1db，喚醒時間小于1ms，從根本上降低了跟車干擾發(fā)生的幾率。

5.3.3 鄰道干擾的解決

鄰道干擾問題是目前常見的問題，由于某些廠家的技術(shù)能力限制，設(shè)計的天線方向性不好，水平波瓣角大，有的甚至大于35°，加之OBU溫漂嚴(yán)重，且系統(tǒng)寬帶接收，因此造成鄰道干擾嚴(yán)重。通訊路側(cè)設(shè)備RSU達到軍工級的天線設(shè)計水平，水平波瓣角小于19°，鄰道泄漏功率比高，OBU的車載單元溫漂小，能夠準(zhǔn)確接收該車道頻段的信號。

5.3 通訊產(chǎn)品優(yōu)勢

5.4.1 良好高低溫性能

通訊通過專有技術(shù)保證了設(shè)備具有良好的高低溫性能，OBU可穩(wěn)定工作在-35°到70°的環(huán)境，路側(cè)設(shè)備RSU保證在-40°低溫下能夠正常工作，另外，工業(yè)級的器件保證了其在70°的高溫下也能正常的工作，無論嚴(yán)寒酷暑，設(shè)備都可以安全可靠的應(yīng)用于大江南北。

5.4.2 OBU低溫漂設(shè)計

專有技術(shù)保證OBU溫漂在工作溫度內(nèi)（-35°到70°）低于20ppm，避免由于頻偏引起的通訊不可靠，并且大大降低了鄰道干擾問題的產(chǎn)生。

5.4.3 OBU獨特的喚醒方式

OBU的喚醒方式業(yè)內(nèi)大部分廠家采用的是全部斷電的方式，導(dǎo)致喚醒時間高達50~80ms，而通訊采用了半休眠的喚醒方式，即OBU休眠期間保存了部分器件的工作狀態(tài)，類似于筆記本的休眠狀態(tài)，使得OBU喚醒時間小于1ms，有效降低了整體交易時間以及發(fā)生跟車干擾的39

幾率。

5.4.4 OBU 高一致性

強大的研發(fā)能力、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)流程保證了設(shè)備的質(zhì)量和可靠性，保證了產(chǎn)品的高一致性，OBU的高一致性，即控制在±1db，相當(dāng)于通訊距離最多相差1米，同時OBU的通訊交易靈敏度遠(yuǎn)高于喚醒靈敏度，使得OBU一旦被路側(cè)設(shè)備喚醒必然能夠進行準(zhǔn)確的交易通訊，大大降低了跟車干擾發(fā)生的幾率。

5.4.5 OBU誤喚醒概率低

在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，個別廠家的設(shè)備由于接收帶寬比較寬，濾波不好或根本沒有濾波，受到無線信號的影響嚴(yán)重，在手機通訊基站下經(jīng)常會被誤喚醒導(dǎo)致電池消耗嚴(yán)重。我司采用專有技術(shù)，保證了OBU接收帶寬處于一個很窄的范圍，對其它頻段具有很好的抑制作用，像手機、基站信號等不會影響OBU被誤喚醒，更加節(jié)電。加之我司的天線水平波瓣角小，鄰道泄漏功率比高，防止了鄰道信號對OBU的誤喚醒。

5.4.6 RSU一體化設(shè)計

RSU采用獨特的一體化設(shè)計，其整體體積大小僅相當(dāng)于同類產(chǎn)品的三分之一，重量更是同類產(chǎn)品的五分之一，成為業(yè)界體積最小，質(zhì)量最輕的一款路側(cè)設(shè)備，安裝維護更加方便。由于其數(shù)字部分、射頻部分、天線一體化，外部只需要提供電源和通訊線即可，方便使用。一體化的另外一大好處是：使得前向、反向差損最小，有效的提高了靈敏度及可靠性。

5.4.7 軍工級的天線設(shè)計水平

我公司采用的天線堪稱業(yè)界“最小”，軍工級的設(shè)計水平保證了更窄的的波瓣角以及更高的增益，天線的一致性好，降低了工程安裝時，覆蓋范圍調(diào)節(jié)的難度。

精心設(shè)計的小于19度的RSU天線水平波瓣角，保證掛高5.5米的情況下，通訊區(qū)域可以精確控制在5—8米的范圍內(nèi)，并且通訊區(qū)域?qū)挾刃∮?.3米。鄰道泄漏功率比高于標(biāo)準(zhǔn)要求，有效的克服了鄰道干擾。

增益為16.2dBi，半功率波束寬度為19度，前后比約29dB，副瓣增益3dBi，副瓣波束寬度為33度。第一零陷增益為-10dBi，零陷波束寬度為22度。

當(dāng)相鄰車道RSU發(fā)射頻率分別為5.83GHz，5.84GHz，RSU水平間距3.5米，掛高5.5米，下傾角度52度，OBU垂直高度1.5米，上仰角度60度時，本車道與相鄰車道信號比較圖。

OBU接收到本車到與相鄰車道信號比較圖

5.4.8 支持網(wǎng)口等多種通訊方式

路側(cè)設(shè)備RSU提供多種接口方式，包括網(wǎng)口、RS232/485接口，開關(guān)量接口，使用更加

方便，兼容性更強，擴展性更好。相對于業(yè)內(nèi)部分廠家，增加的網(wǎng)口通訊方式更加快速高效，降低了交易時間，同時有利于RSU與其他設(shè)備的集成組網(wǎng)以及遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控。

5.4.9 設(shè)備防護

RSU采用密閉設(shè)計，防護等級達到IP65，即：可以完全防止外物及灰塵的侵入，防止來自各方向由噴射出的水進入,可以無防護的應(yīng)用于室外 ；同時，設(shè)備本身具有防雷板，接口采用光耦隔離技術(shù)，可以有效的抗非直擊雷，可安全可靠的工作在高速公路收費島附近環(huán)境灰塵密布，氣候惡劣的室外環(huán)境。

5.4.10 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

我司設(shè)備通過了互聯(lián)互通測試，完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的兼容性和互操作性；RSU與車道軟件之間的通信接口支持最新國家標(biāo)準(zhǔn)，與其它廠家的車道軟件通信時可靈活定制通信接口，并可提供整套軟件開發(fā)包。電信級網(wǎng)管系統(tǒng)、產(chǎn)品的靈活架構(gòu)，保證了國家標(biāo)準(zhǔn)改變時，實現(xiàn)在線升級，鄭重承諾我們的產(chǎn)品完全符合最新的國家標(biāo)準(zhǔn)。

5.4.11 高性能車道控制器

自主研發(fā)車道控制設(shè)備，具有LCD顯示屏及觸摸屏，方便操作；內(nèi)置字符疊加器，對相關(guān)信息進行疊加；具有配電模塊，為車道控制器及外設(shè)供電，1個兩極空開作為車道控制器的總開關(guān)、5個單極空開對車道外設(shè)提供220VAC供電，對外提供2路DC12V/1A電源，可提供給亭內(nèi)攝像機或其它集成車道外部擴展設(shè)備；對外提供6路光電隔離型輸入接口，10路繼電器輸出接口，6路地感線圈輸入接口；具有車輛檢測功能；具有高頻讀頭，能夠進行操作前刷卡認(rèn)證，增加系統(tǒng)安全性；設(shè)備可靠性高。

第三篇：高速公路不停車收費管理系統(tǒng)解決方案

高速公路不停車收費系統(tǒng)一：應(yīng)用背景

不停車收費系統(tǒng)又稱電子收費系統(tǒng)（Electronic Toll Collection System），簡 稱ETC系統(tǒng)。自動識別不停車收費系統(tǒng)是目前世界上最先進的路橋收費方式。通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的電子標(biāo)簽與在收費站ETC車道上的微波天線之間的專用短程通訊，利用計算機聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進行后臺結(jié)算處理，從而達到車輛通過路橋收費站不需停車就能交納費用的目的。

ETC特別適于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境下采用。實施不停車收費，一方面，可以允許車輛高速通過（幾十公里），與傳統(tǒng)的人工收費８秒出票相比較，不停車收費大大加快了高速公路收費道口的通行能力，據(jù)測算，較人工收費車道，ETC車道通行能力將提高４～６倍，可減少車輛在收費口因交費、找零等動作而引起的排隊等候。另一方面，也使公路收費走向電子化，可降低收費管理的成本，有利于提高車輛的營運效益，同時也大幅降低收費口的噪聲水平和廢氣排放，并可以杜絕少數(shù)不法的收費員貪污路費、減少國家損失，與原來的人工收費和人工電腦收費方式相比，實行不停車收費后具有明顯優(yōu)勢，不僅極大地改善了路上密集車輛所造成的環(huán)境污染，減少

車輛阻塞現(xiàn)象，行車更加安全，更為主要的是將大大提高路橋收費效率。

一般來說對于公路收費系統(tǒng)、車輛的大小和形狀不同、需要大約4米的讀寫距離和很快的讀寫速度、也就要求系統(tǒng)的頻率應(yīng)該在900M Hz和2400MHz。射頻卡一般在車的擋風(fēng)玻璃后面?，F(xiàn)在最現(xiàn)實的方案是將多車道的收費口，分為兩個部分：自動收費口、人工收費口。天線架設(shè)在道路的上方。在距收費口約50-100米處，當(dāng)車輛經(jīng)過天線時，車上的射頻卡被頭頂上的天線接收到，判別車輛是否帶有有效的射頻卡。讀寫器指示燈指示車輛進人不同車道，人工收費口仍維持現(xiàn)有的操作方式，進入自動收費口的車輛，養(yǎng)路費款被自動從用戶帳戶上扣除，且用指示燈及蜂鳴器告訴司機收費是否完成，不用停車就可通過，擋車器將攔下惡意闖入的車輛。

二：無源射頻卡的優(yōu)勢

(1)非接觸性。射頻卡與讀寫設(shè)備之間沒有機械接觸，無機械損傷。與讀寫設(shè)備也沒有插口(全密封)，能適應(yīng)多塵、潮濕等惡劣環(huán)境，可靠性高，使用壽命長。

(2)響應(yīng)速度快。普通磁卡的信息交換只有1～2kb／s，而射

頻識別卡信息交換速度為毫秒級，支持在高速移動中讀卡。

(3)安全保密性好。普通磁卡受到強磁場干擾會丟失信息，信息易被竊取、篡改或偽造。射頻識別卡利用存儲器記錄信息，不受磁場的干擾，卡內(nèi)有專用的電路模塊，可作密碼運算和雙向密碼鑒別，數(shù)據(jù)安全性和保密性能好。

(4)可離線操作。感應(yīng)式IC卡安全保密性好，既可聯(lián)網(wǎng)線使用，亦可脫離計算機網(wǎng)絡(luò)離線操作，免除網(wǎng)絡(luò)開銷。

(5)體積小，方便各種封裝形式。

三：系統(tǒng)構(gòu)成

射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)按其功能可分為自動識別控制子系統(tǒng)、自動判斷型子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、車輛檢測子系統(tǒng)、閉路電視子系統(tǒng)和信號控制子系統(tǒng)等幾個.(1)自動識別控制子系統(tǒng)主要由系列射頻自動識別讀寫器、系列射頻自動識別卡、車道道閘控制機、收費員計算機終端等組成，它是整個不停車收費系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制不停車收費車道所有設(shè)備的

運行、收費業(yè)務(wù)操作的管理以及與收費站計算機的通信和數(shù)據(jù)交換。

(2)自動判斷型子系統(tǒng)主要由光柵、高度檢測器、軸數(shù)檢測器等組成，它通過采集車輛的高度和軸數(shù)等參數(shù)，經(jīng)綜合分析比較來判別車輛的車型；該子系統(tǒng)至少可以判別三種以上車型。自動判斷型子系統(tǒng)在有些場合可以由用戶選擇使用。

(3)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要由系列射頻自動識別讀寫器和系列射頻電子標(biāo)簽卡構(gòu)成。射頻電子標(biāo)簽被安裝在汽車擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)的上方，在電子標(biāo)簽上寫有標(biāo)簽編號、車號、車主、車型、應(yīng)繳金額、剩余金額和有效期等信息；系列射頻自動識別讀寫器被安裝在收費島的前端，它通過微波技術(shù)從系列射頻電子標(biāo)簽卡上讀取有關(guān)信息，并同步傳送給車道控制主機。

(4)閉路電視子系統(tǒng)主要由車道攝像機和收費站的監(jiān)視器等組成。車道攝像機被安裝在收費島的前端，主要用于拍攝非法通過的違章車輛。

(5)信號控制子系統(tǒng)主要由通行信號燈、偏叉信號燈和自動欄桿等組成，用于提醒駕駛員正確使用不停車收費車道。

(6)車輛檢測子系統(tǒng)主要由三組環(huán)形線圈組成。第一組環(huán)形線

圈被安裝在收費島的入口處，用于激活天線讀取電子標(biāo)簽的信息；第二組環(huán)形圈被安裝在收費島的中間出口處，用于控制通行信號燈和偏叉信號燈的狀態(tài)；第三組環(huán)形線圈被安裝在收費島的出口端，用于統(tǒng)計車流量，并控制自動欄桿、通行信號燈和偏叉信號燈的工作狀態(tài)。

四：工作原理和流程

1、射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)不需要專門的收費員進行操作，它利用微波自動識別技術(shù)，完全通過設(shè)備本身來完成對通行車輛的收費工作。

2、存儲有車型、車號、金額、有效期等信息的射頻電子標(biāo)簽卡被安裝在汽車前方擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)的左下角。當(dāng)持卡車輛進入不停車收費車道時，車輛感應(yīng)器的線圈產(chǎn)生來車信號，激發(fā)系列射頻自動識別讀寫器讀取該車系列射頻電子標(biāo)簽卡上的信息(車型、車號、剩余金額和有效期等)，同時光柵、高度檢測器和軸數(shù)檢測器等車型差別設(shè)備，自動檢測來車的實際車型。

3、從車載系列射頻電子標(biāo)簽卡讀取的信息，以及車型判別設(shè)備所采集到的數(shù)據(jù)均被送到車道控制計算機內(nèi)進行分析比較，如電子卡中所記錄的車型與設(shè)備所判別的車型一致、卡中車號不在黑名單

內(nèi)、應(yīng)繳金額小于等于剩余金額、車輛通過時間在卡的有效期范圍內(nèi)，則該卡被認(rèn)為是有效卡；如前述四項比較中，有一項不符合，則該卡被認(rèn)為是無效卡。

4、如來車所持系列射頻電子標(biāo)簽卡為有效卡，則通行信號燈由紅色變?yōu)榫G色，偏叉信號燈呈綠色直行標(biāo)志，自動欄桿抬起；當(dāng)來車駛離檢測范圍后，通行信號燈由綠色變?yōu)榧t色，偏叉信號燈熄滅，自動欄桿關(guān)閉。駛離檢測范圍后，通行信號燈由綠色變?yōu)榧t色，偏叉信號燈熄滅，自動欄桿關(guān)閉。

5、如來車所持系列射頻電子標(biāo)簽卡為無效卡，則通行信號燈呈紅色，偏叉信號燈呈黃色左轉(zhuǎn)通行標(biāo)志，自動欄桿關(guān)閉；當(dāng)來車左行駛離無卡車輛轉(zhuǎn)向人工收費車道的車輛感應(yīng)器的線圈的檢測范圍后，偏叉信號燈熄滅；如來車沒有轉(zhuǎn)向人工收費道（有些場合不設(shè)此轉(zhuǎn)向旁道），而依然向前行駛，當(dāng)其抵達車輛感應(yīng)器線圈的檢測范圍時，警鈴報警，將有收費員前來人工收費處理后，人工放行。

6、系列射頻電子標(biāo)簽卡的銷售和費用結(jié)算均在收費中心(即購卡中心)進行。為適應(yīng)不同用戶的需要，一般發(fā)行兩種電子卡，一種是預(yù)付費電子標(biāo)簽卡，一種是信用式電子標(biāo)簽卡。

7、預(yù)付費電子標(biāo)簽卡，顧名思義是必須先付費后通行的電子

卡，該卡的發(fā)行面向整個社會。用戶僅需直接到購卡中心購買存有一定金額的電子卡，即可使用不停車收費車道。在每次使用時，系統(tǒng)將自動從電子卡中扣除該車的應(yīng)繳金額。該電子卡可以重復(fù)使用，當(dāng)卡中剩余金額很少或沒有時，用戶可以到購卡中心重新存入一定的金額到電子卡中，以保證其繼續(xù)有效。

8、信用式電子標(biāo)簽卡，是一種允許用戶先通行后付款的電子卡，該卡的發(fā)行對象主要是一些由銀行信用卡為結(jié)算手段的用戶，或企業(yè)形象很好的國家機關(guān)和企事業(yè)單位，費用結(jié)算采用銀行托收的方式。

第四篇：基于RFID技術(shù)的不停車收費系統(tǒng)設(shè)計2010412318 （精選）

目錄

摘要............................................................................................................................................................2 關(guān)鍵詞:RFID，不停車收費，智能系統(tǒng)..................................................................................................2 ABSTRACT...............................................................................................................................................2 KEYWORDS: RFID, ETC, THE INTELLIGENT SYSTEM..............................................................2 第一章 緒論............................................................................................................................................2 1.1研究背景及意義.............................................................................................................................2 1.2不停車收費系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.......................................................................................3 1.3文章內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排......................................................................................................................4 第二章 基于RFID不停車收費系統(tǒng)的論述............................................................................................4 2.1不停車收費系統(tǒng)的概述..................................................................................................................4 2.2不停車收費系統(tǒng)設(shè)計的基本功能...................................................................................................5 2.3不停車收費系統(tǒng)的硬軟件系統(tǒng)構(gòu)成...............................................................................................6 2.4不停車收費系統(tǒng)的工作流程..........................................................................................................7 2.5小結(jié)..................................................................................................................................................8 第三章 射頻識別系統(tǒng)硬件設(shè)計..............................................................................................................8 3.1射頻識別技術(shù)原理..........................................................................................................................8

參考文獻.....................................................................................................................................................9 基于RFID技術(shù)的不停車收費系統(tǒng)設(shè)計

電子信息工程 沈思

指導(dǎo)教師 胡敏

摘要：本文首先針對目前所采用的人工收費方式的缺點，研究了基于RFID技術(shù)的不停車收費系統(tǒng)，并從功能、組成、應(yīng)用等方面闡述了系統(tǒng)的架構(gòu)。

其次，研究了射頻識別技術(shù)的原理，在此基礎(chǔ)上，給出了一種基于NRF401射頻芯片的射頻系統(tǒng)，并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計。然后，對不停車收費系統(tǒng)軟件進行了開發(fā)設(shè)計,完成了系統(tǒng)軟件總體框架的設(shè)計和分析。最后，對全文的工作進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：RFID，不停車收費，智能系統(tǒng)

The design of no stop electronic toll collection system based on

RFID technology

Student majoring in Electronic shen si

Tutor hu min

Abstract Firstly, aiming at the disadvantages of artificial charging methods currently employed.Then have a study of the system which is used in the Electronic Toll Collection and design the framework of the system from the function, composition, application and so on.Secondly, introduce the principle of Radio Frequency Identification technology, on the basis of this, presents a system of radio frequency based on RF chip NRF401, and describes the system hardware design.Then, for the development and design of the software of no stop electronic toll collection system, completed the design and analysis of the overall framework of system software.Finally, the paper summarizes the work.Keywords:RFID, ETC, The Intelligent system

第一章 緒論

1引言

1.1研究背景及意義

智能交通系統(tǒng)(ITS，即Intelligent Transportation System)是21世紀(jì)現(xiàn)代交通運輸體系的發(fā)展方向，是國家“十五”重點攻關(guān)項目。隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展，我國綜合國力不斷增強，交通基礎(chǔ)建設(shè)大為改善，尤其以高速公路為主骨架的覆蓋全國范圍的高等級公路網(wǎng)絡(luò)正在逐步形成，高速公路為交通事業(yè)跨越式發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，在某種程度上緩解了交通在經(jīng)濟建設(shè)中的瓶頸制約作用。但是，隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，路網(wǎng)通過能力日益滿足不了交通量增長的需要，交通擁擠，阻塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，尤其以高速收費站車輛擁擠堵塞現(xiàn)象更為突出。如何實現(xiàn)各類車輛的有效指揮、協(xié)調(diào)控制和管理已經(jīng)成為交通運輸和安全管理部門面臨的一個重要問題。

高速公路堵車現(xiàn)象時有發(fā)生，高速公路管理手段雖然越來越先進，但大部分已通車高速公路收費管理卻仍停留在比較低效的人工收費階段，這就給高速公路使用帶來諸多不便：

（1）車輛停車排隊交費等候通關(guān)的時間較長，在車流量增加時很容易造成擁堵；

（2）因停車等候交費的時間較長，降低了大橋或高速通道的通行能力和服務(wù)水準(zhǔn)；

（3）各收費站點的現(xiàn)金結(jié)算工作量巨大，所需工作人員較多，增加了人力使用成本；

（4）人工收費存在人員交接班的現(xiàn)金復(fù)核、稽查和統(tǒng)計工作量，同時還存在現(xiàn)金移交的資金安全問題；

（5）存在收費漏、交錢不給票或給假票的情況時有發(fā)生，甚至出現(xiàn)假鈔假幣方面損失；

（6）不便于路況和車流信息及時交流；

（7）由不同投資主體修建的公路收入分配問題日益嚴(yán)重；

（8）經(jīng)過收費站時停車?yán)U費造成的通行速度緩慢、頻繁制動引起的機械磨損、油耗、噪音和由此產(chǎn)生的大量有害尾氣等問題嚴(yán)重。

我國高速公路普遍采用封閉式收費制式，各省市在聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)中，普遍采用了基于IC卡作為通行券的人工現(xiàn)金收費（MTC）方式，而國外發(fā)達國家經(jīng)過長期和廣泛的研究，已從主要依靠修建更多的公路，擴大路網(wǎng)規(guī)模來解決不斷增長的交通需求，轉(zhuǎn)移到用高科技技術(shù)來改造現(xiàn)有公路運輸系統(tǒng)及管理體系，從而達到大幅度提高路網(wǎng)通行能力和服務(wù)質(zhì) 量的目的。ETC電子不停車收費系統(tǒng)應(yīng)運而生，ETC特別適于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境下采用。ETC系統(tǒng)不僅極大的改善了路上密集車輛所造成的環(huán)境污染，減少車輛阻塞現(xiàn)象，行車更加安全，而且大大提高過路橋收費的通行效率。

基于此，本課題主要對射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)在高速公路不停車收費系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了設(shè)計。1.2不停車收費系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1.2.1不停車收費系統(tǒng)在國外的發(fā)展情況

第一個不停車收費的應(yīng)用實驗是20世紀(jì)70年代末在紐約和新澤西試行的，借助于自動車輛識別的不停車收費系統(tǒng)，交費者既可向收費公司預(yù)付款，也可采用信用卡付賬方式。1988年美國首次將不停車收費用于Lincoln Tunnel，緊接著，于1989年在新奧爾良州Crescent city大橋上實現(xiàn)了完整的車輛識別與計算。同時，其他各國也紛紛推出了自己的不停車收費系統(tǒng)，挪威研制出了Q-free0自動不停車收費系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將一張塑料磁卡粘貼在車輛的前窗玻璃上，當(dāng)車輛到達自動收費口時，無線掃描設(shè)備通過“詢問”，接受來自過往車輛上磁卡發(fā)出的電子回答，系統(tǒng)的主計算機存儲所有磁卡編號和通過次數(shù)，并自動記錄通過收費口的車輛，然后和負(fù)責(zé)賬款的系統(tǒng)通信聯(lián)系，確定收費金額，計算機圖像抓拍系統(tǒng)將非法通過的車輛拍攝下來，警察和銀行部門根據(jù)相應(yīng)賬單進行處罰。廈門市路橋管理有限公司于1998年8月從挪威引進了該套自動化收費系統(tǒng)，并于2000年應(yīng)用于廈門海滄大橋。此外，法國、英國、意大利等國家還推出了基于視頻、環(huán)形線圈、紅外和微波技術(shù)的不停車收費系統(tǒng)。

1.2.2不停車收費系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展情況

近年來，我國各個地區(qū)均先后提出了實施不停車收費的規(guī)劃。RFID可以通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象，無需可見光源，具有穿透性，可以透過外部材料直接讀取數(shù)據(jù)，讀取距離遠(yuǎn)，無需與目標(biāo)接觸就可以獲取數(shù)據(jù)。這些優(yōu)點使它可以應(yīng)用在智能交通領(lǐng)域，從而大大簡化過程，提高效率。在射頻識別技術(shù)的基礎(chǔ)上建立起來不停車收費系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛實時監(jiān)控，高效、準(zhǔn)確的管理，車輛進出可以不停車，免伸手。目前，不停車收費系統(tǒng)在我國也有了較為成熟的開發(fā)和應(yīng)用。1994年底，廣東佛山大橋管理站在國內(nèi)首次開發(fā)成功了1套基于微波檢測技術(shù)的不停車收費系統(tǒng)，該系統(tǒng)于1995年1月1日試開通，1997年廣州市開始實施全市路橋“一卡通”不停車收費推廣工程，系統(tǒng)于1999年1月1日投入運行。此外深圳機荷、梅觀高速公路也實施了不停車電子收費系統(tǒng)。在北京、上海等地的機場高速公路也先后實施了電子不停車收費系統(tǒng)，其中北京機場高速公路收費站采用的是美國AMTECH公司的產(chǎn)品，而上海機場高速路則是使用日本豐田的路邊設(shè)備和單、雙片式車載機及世界上最先進的雙界面卡。2007年底，包括京通快速路在內(nèi)的全市n條高速路全部聯(lián)網(wǎng)收費，除在主要收費站開通不停車收費系統(tǒng)外，所有的收費口還同步開通IC卡收費功能，普通公交一卡通也能輕松刷卡。1.3文章內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排

第1章首先分析了本文的研究背景及研究意義，其次，介紹了國內(nèi)外不停車收費系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。

第2章提出了不停車收費系統(tǒng)的架構(gòu)，并分析了其工作流程。

第3章首先介紹了射頻識別系統(tǒng)的原理，然后介紹了基于NRF401的射頻系統(tǒng)硬件設(shè)計。

第4章對課題研究進行了總結(jié)。

第二章 基于RFID不停車收費系統(tǒng)的論述

2.1不停車收費系統(tǒng)的概述

ETC電子不停車收費系統(tǒng)是基于RFID技術(shù)通過遠(yuǎn)距離、非接觸采集射頻卡的信息，實現(xiàn)車輛在快速移動狀態(tài)下的自動識別，從而實現(xiàn)目標(biāo)的自動化管理。該系統(tǒng)產(chǎn)品集計算機軟硬件、無線通信、信息采集處理、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動控制和智能卡制作等技術(shù)綜合應(yīng)用為一體，屬于先進的智能交通信息采集設(shè)備和高安全性的智能身份識別系統(tǒng)，是一種能有效對車輛進行自動識別和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管的重要技術(shù)手段。

該系統(tǒng)通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上或者車身其他部位的車載電子標(biāo)簽（OBU）與在收費站ETC車道上的車道設(shè)備控制系統(tǒng)信號發(fā)射與接收裝置（稱為路邊讀寫設(shè)備，簡稱RSE）以專用短程通信（Dedicated Short-Range Communication，簡稱DSRC）方式交換信息，利用計算機聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進行后臺結(jié)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。不停車收費系統(tǒng)主要利用車輛自動識別技術(shù)（AVI），通過路側(cè)車道控制系統(tǒng)的信號發(fā)射與接收裝置識別通過車輛的編號，自動從該用戶的專用賬戶中扣除通行費。對使用ETC車道未安裝車載器 4 或車載器無效車輛，則視作違章車輛，實施圖象抓拍和識別，會同交警部門事后處理。

2.2不停車收費系統(tǒng)設(shè)計的基本功能

高速公路不停車收費系統(tǒng)在開發(fā)設(shè)計中，必須體現(xiàn)下述功能: ETC電子不停車收費系統(tǒng)功能包括車輛檢測功能、自動收費處理功能、設(shè)備控制功能、圖像抓拍識別功能、異常車輛處理功能、數(shù)據(jù)庫管理功能、數(shù)據(jù)同步功能、日志管理功能、RSU配置功能和脫機工作功能等。2.2.1.車輛檢測功能

系統(tǒng)能夠通過地感線圈檢測到進入ETC車道的車輛，對經(jīng)過車輛進行數(shù)量統(tǒng)計。并根據(jù)RSU的識別結(jié)果判斷車輛是否具有電子標(biāo)簽（OBU）。2.2.2.自動收費處理功能

系統(tǒng)提供自動收費處理功能，在沒有工作人員參與的情況下完成收費工作。當(dāng)安裝有OBU設(shè)備的車輛經(jīng)過ETC車道入口時，系統(tǒng)會將入口信息寫入雙界面卡中，入口信息包括：通過區(qū)域號、路段號、站點號、車道號、入口時間、入口狀態(tài)標(biāo)識、車型、車牌號碼。當(dāng)安裝有OBU設(shè)備的車輛經(jīng)過標(biāo)識站時，系統(tǒng)會將標(biāo)識站信息寫入雙界面卡。當(dāng)安裝有OBU設(shè)備的車輛經(jīng)過ETC車道出口時，系統(tǒng)根據(jù)從雙界面卡讀取的入口信息，查詢系統(tǒng)中的費率表，計算出收費額度，將出口信息寫入雙界面卡并進行扣款操作（如果是儲值卡）。出口信息包括：通過網(wǎng)絡(luò)號、站點號、車道號、時間、出口狀態(tài)標(biāo)識、車型、車牌號碼。完成自動收費以后，系統(tǒng)會產(chǎn)生收費記錄，記錄如下信息：車道序列號、卡編號、卡類型、入口名稱、入口日期時間、出口名稱、出口（交易）日期時間、出口車道類型、交易金額、雙界面卡余額、車型、車牌、脫機交易序號、終端機編號、終端交易序號、交易驗證碼等。2.2.3.設(shè)備控制功能

系統(tǒng)能夠根據(jù)對車輛的收費處理情況正確控制車道設(shè)備的動作，包括：自動欄桿的升起下落、雨棚燈的切換、通行信號燈的切換、聲光報警器的開啟和關(guān)閉、費額顯示器的顯示等。

2.2.4.圖像抓拍識別功能

系統(tǒng)對經(jīng)過ETC車道的當(dāng)前車輛進行圖像抓拍，并將該抓拍圖像和處理信息關(guān)聯(lián)后保存以供事后追查。系統(tǒng)對車輛抓拍圖像具有車牌識別功能，可以將車牌識別結(jié)果與抓拍圖像關(guān)聯(lián)后保存，以供事后稽查。

2.2.5.異常車輛處理功能對于經(jīng)過ETC車道的異常車輛（未成功進行入口信息寫入或出口收費處理的車輛），系統(tǒng)會使自動欄桿保持關(guān)閉狀態(tài)以攔截車輛，同時進行聲光報警，提醒工作人員進行處理。2.2.6.數(shù)據(jù)庫管理功能

系統(tǒng)提供強大的數(shù)據(jù)庫管理功能，包括數(shù)據(jù)庫的參數(shù)配置、備份以及數(shù)據(jù)庫災(zāi)難恢復(fù)等。

2.2.7.數(shù)據(jù)同步功能

系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)同步功能，車道服務(wù)器可以獨立完成一次收費交易，交易信息可及時同步到收費站系統(tǒng)。系統(tǒng)也可以及時接收收費站下發(fā)的運行參數(shù)信息。2.2.8.日志管理功能

系統(tǒng)具有日志管理功能，可自動記錄管理人員操作日志和系統(tǒng)運行信息日志，包括操作人員的個人信息、操作時間、地點、所進行的合法操作、所進行的非法操作、操作中產(chǎn)生的異常、系統(tǒng)運行中發(fā)生的異常等，也可以對日志進行查詢，便于系統(tǒng)的維護和事故的追查。2.2.9.RSU配置功能

系統(tǒng)提供RSU配置功能，可通過專用配置管理工具配置RSU的通信口參數(shù)、射頻參數(shù)、業(yè)務(wù)參數(shù)等信息。2.2.10.脫機工作功能

系統(tǒng)提供脫機工作功能，當(dāng)車道系統(tǒng)與收費站的通信出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)可降級運行和脫機操作，獨立完成對經(jīng)過車輛的收費處理操作，待網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)恢復(fù)正常后再將交易記錄等數(shù)據(jù)上傳給收費站。

2.3不停車收費系統(tǒng)的硬軟件系統(tǒng)構(gòu)成 2.3.1.硬件系統(tǒng)構(gòu)成

ETC電子不停車收費系統(tǒng)硬件包括收費站數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控管理部分三部分組成。2.3.1.1.收費站數(shù)據(jù)采集部分

收費站數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要是遠(yuǎn)距離、非接觸采集車輛通過的時間、地點信息，收費站數(shù)據(jù)采集設(shè)備由若干個收費站組成局域網(wǎng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)不停車快速讀取通行車輛卡號，并上傳至收費管理中心，判斷通過車輛所持卡號的合法性，控制紅綠燈動作。對持有效卡的車輛綠燈放行，持無效卡的車輛紅燈禁行，對無卡車輛向控制中心發(fā)出警報信號或抓拍車輛圖像。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是系統(tǒng)中的基本管理單元，采集系統(tǒng)將車輛通行的相關(guān)資料通過計算機網(wǎng)絡(luò)實時傳輸至控制中心。圖像捕捉設(shè)備將自動捕捉、存儲車輛的圖像，以供核查。2.3.1.2.收費站數(shù)據(jù)傳輸部分

數(shù)據(jù)傳輸主要是完成收費站與監(jiān)控室或收費管理中心之間的網(wǎng)絡(luò)連接。它由若干個收費站數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過IP協(xié)議組成廣（局）域網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸配置網(wǎng)絡(luò)通信接口設(shè)備、數(shù)字交換機、光收發(fā)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。2.3.1.3.監(jiān)控管理部分

監(jiān)控管理部分實時采集、存儲各監(jiān)控點處理計算機的通行數(shù)據(jù)，并進行邏輯判斷和處理；完成各種信息的存儲、備份以便稽核人員核查。自動生成各類數(shù)據(jù)、交通流量的統(tǒng)計報表供查詢和打印, 并實時監(jiān)控車輛通行狀態(tài)，將數(shù)據(jù)存機備查；負(fù)責(zé)發(fā)放射頻卡、建立用戶檔案、修改卡片檔案庫資料，設(shè)定用戶查詢密碼等工作，保障發(fā)卡操作的合法性及安全性；設(shè)立卡片掛失、補卡、清卡、退卡、用戶服務(wù)查詢 6 系統(tǒng)； 當(dāng)車輛非法進入或不按規(guī)定通道通行時，系統(tǒng)報警。監(jiān)控管理配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、管理計算機、不間斷電源、系統(tǒng)軟件。2.3.2.軟件系統(tǒng)構(gòu)成

ETC電子不停車收費管理系統(tǒng)是由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫管理計算機、車道計算機通過混合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成的具備實時數(shù)據(jù)監(jiān)視及采集、圖像監(jiān)視及采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、信息檢索等多項功能的計算機綜合管理系統(tǒng)。其中包括由采用星型結(jié)構(gòu)連接在一起的車道計算機為主，遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)設(shè)備、信號燈、顯示牌和紅外車輛檢測器等為輔而構(gòu)成的車道收費系統(tǒng)；由通過集線器連接的服務(wù)器、管理計算機、報表打印機組成的上端管理系統(tǒng)；由通過數(shù)據(jù)通道與圖像信息通道與網(wǎng)絡(luò)連接在一起的以計算機為主，視頻采集設(shè)備為輔的多媒體采集系統(tǒng)。其各組成部分功能如下： 車道計算機：主要是完成車型的自動錄入，射頻卡的讀寫、網(wǎng)絡(luò)檢測、數(shù)據(jù)上傳、信號燈控制、紅外控制以及對各個收費車道特殊車輛（包括：無卡車、卡無效車、違章車等）的圖像信息進行捕獲并分類存入計算機以備隨時檢索使用等功能。管理計算機：對原始數(shù)據(jù)進行交通流量、征費金額的統(tǒng)計并輸出各種文字和文字報表；通過各種條件對收費原始數(shù)據(jù)及圖像進行多條件復(fù)合查詢并匯總；進行射頻卡的發(fā)行、回收、掛失、恢復(fù)和充值操作；對系統(tǒng)進行各種初始設(shè)置等功能。服務(wù)器：完成整個收費系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)的管理及作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行原始數(shù)據(jù)及圖像的存儲、備份工作。

2.4不停車收費系統(tǒng)的工作流程 系統(tǒng)的工作流程如下：

(1)車主辦理ETC通行以及網(wǎng)上銀行業(yè)務(wù)。車主到高速公路管理部門購置RFID電子標(biāo)簽。由發(fā)行系統(tǒng)向RFID電子標(biāo)簽輸入車輛識別碼，并在數(shù)據(jù)庫中存入該車輛的全部有關(guān)信息，并在銀行系統(tǒng)開通網(wǎng)上銀行業(yè)務(wù)，使銀行賬戶與車主信息綁定。

(2)車輛信息入庫。發(fā)行系統(tǒng)將上述車主、車輛信息輸入收費計算機系統(tǒng)。RFID電子標(biāo)簽貼在車上相應(yīng)的部位，可以立即使用。

(3)收費站ETC通道入口寫信息。當(dāng)車輛通過高速公路ETC通道入口時，該站的收費系統(tǒng)的RFID閱讀器發(fā)出射頻信號，由RFID電子標(biāo)簽的天線接收射頻信號，激活RFID電子標(biāo)簽后，該RFID讀寫器同時還向RFID電子標(biāo)簽寫入入口信息。寫入信息也由電子標(biāo)簽的天線接收，寫入RFID電子標(biāo)簽芯片中。

(4)收費站ETC通道出口讀信息。當(dāng)車輛通過高速公路ETC通道出口時，該站的收費系統(tǒng)的RFID閱讀器發(fā)出射頻信號，由RFID電子標(biāo)簽的天線接收射頻信號，激活RFID電子標(biāo)簽后，RFID讀寫器讀寫出RFID電子標(biāo)簽中存儲的入口信息。(5)車輛處理。收費計算機系統(tǒng)向執(zhí)行機構(gòu)輸出執(zhí)行信號。當(dāng)網(wǎng)上銀行的儲值，即結(jié)余金額足夠支付過站的費用時，出站口綠燈亮，給予放行;若結(jié)余金額已不多，處于警告值以下，則黃燈亮，提示車主應(yīng)再購買儲值，但仍予以放行;若結(jié) 7 余金額不足或已無余款，則紅燈亮，不予放行。對于闖紅燈的車輛，將由站內(nèi)攝像機自動攝下站牌號，并由計算機系統(tǒng)記錄沖紅燈的時間，以便追究其責(zé)任。(6)收費完成。上述過程，均于瞬間完成，ETC系統(tǒng)可保證車輛高速通過收費站，收費計算機系統(tǒng)將通過該站的車輛識別碼及其新儲值等信息，經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)，送至有關(guān)中心與其他收費系統(tǒng)中。

2.5小結(jié)

本章先闡述了不停車收費系統(tǒng)的概念和設(shè)計原則，然后對不停車系統(tǒng)進行了功能分析，最后，詳細(xì)闡述了不停車收費系統(tǒng)的工作流程。為下面的進一步工作做好準(zhǔn)備。

第三章 射頻識別系統(tǒng)硬件設(shè)計

不停車收費系統(tǒng)采用RFID技術(shù)，通過路側(cè)天線與車載射頻標(biāo)簽之間的無線通信，在不需要司機停車和其他收費人員采取任何操作的情況下，自動完成收費處理全過程。因此，射頻識別技術(shù)是實現(xiàn)不停車收費系統(tǒng)的非常重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。3.1射頻識別技術(shù)原理

射頻識別技術(shù)(RFID)利用電磁感應(yīng)、無線電波進行非接觸雙向通信，以達到識別目標(biāo)并交換數(shù)據(jù)。應(yīng)注意RF有很多工作頻段，工作原理也不盡相同，有的工作于近場，可用電磁感應(yīng)描述，有的必須用電磁波發(fā)射來解釋遠(yuǎn)場狀態(tài)。國際上最流行的EC/ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡與讀寫器之間通過電感藕合方式來完成讀寫通信。當(dāng)讀寫器對卡進行讀寫操作時，讀寫器發(fā)出的信號由兩部分疊加組成:一部分是電源信號，該信號由卡接收后，由卡的UC回路產(chǎn)生一個瞬時能量來供給芯片工作。另一部分是指令和數(shù)據(jù)信號，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、修改、存儲等，并返回信號給讀寫器。讀寫器一般由單片機、專用智能模塊組成，并配有與PC的通信接口等，以應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。圖3一1為RFID的基本模型示意圖。

圖3一1 RFID的基本模型示意圖

[11]

3.2射頻識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計 1.器件的選擇

(1).無線射頻芯片選型

無線射頻芯片是整個射頻系統(tǒng)的核心部件，基于高速公路應(yīng)用的需求，考慮方案成本低，體積小，功耗低，通信距離遠(yuǎn)，集成度高，外圍元件少，加工容易，數(shù)據(jù) 8 傳輸率高，傳輸時間短，接口簡單，開發(fā)方便等因素，本文選擇了nRF401射頻芯片，其依據(jù)是：

a.發(fā)射功率:在同等條件下，為了保證有效和可靠的通信，應(yīng)選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。nRF401的發(fā)送功率達到10dBm，在同類產(chǎn)品中的性價比較高。b.通信距離:nRF401的最高數(shù)據(jù)傳輸率可以達到20kbit/s，接收靈敏度高達-105dBm，在開闊的使用距離最遠(yuǎn)可達1000m[5]。

c.功耗:作為高速公路收費中使用的車載標(biāo)簽，一般貼放于汽車的擋風(fēng)玻璃上，要滿足形狀小巧、輕便等要求。因此應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產(chǎn)品，nRF401的工作電流在同等發(fā)射功率下是較小的。

d.數(shù)據(jù)傳輸速度:現(xiàn)有的無線射頻芯片，數(shù)據(jù)的傳輸大多采用曼徹斯特編碼，雖然滿足數(shù)據(jù)可靠性傳輸?shù)囊?，但在編程上會需要較高的技巧和經(jīng)驗，需要更多的內(nèi)存和程序容量，最重要的是曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩话銉H能達到標(biāo)稱速率的三分之一，無法適應(yīng)高速數(shù)據(jù)通信的需要。nRF401是采用與單片機串口相連傳輸數(shù)據(jù)的芯片，應(yīng)用及編程非常簡單，傳送的效率很高，而且采用有線方式的串口傳輸，數(shù)據(jù)的誤碼率也非常低。

參考文獻

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[5] 白浩，高速公路不停車收費系統(tǒng)的研制[D]，鄭州，鄭州大學(xué)，2006.11

第五篇：杰訊高速公路不停車收費系統(tǒng)解決方案

杰訊高速公路不停車收費系統(tǒng)解決方案

一、應(yīng)用背景：

射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)（ETC）是目前世界上最先進的路橋收費方式，歐美等發(fā)達國家已經(jīng)開始大規(guī)模推廣應(yīng)用——通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的電子標(biāo)簽與在收費站ＥＴＣ車道上的微波天線之間的專用短程通訊，利用計算機聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進行后臺結(jié)算處理，從而達到車輛通過路橋收費站不需停車就能交納費用的目的。

ＥＴＣ特別適于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境下采用。實施不停車收費，一方面，可以允許車輛高速通過（幾十公里以至１００多公里），與傳統(tǒng)的人工收費８秒出票相比較，不停車收費大大加快了高速公路收費道口的通行能力，據(jù)測算，較人工收費車道，ＥＴＣ車道通行能力將提高４～６倍，可減少車輛在收費口因交費、找零等動作而引起的排隊等候。另一方面，也使公路收費走向電子化，可降低收費管理的成本，有利于提高車輛的營運效益，同時也大幅降低收費口的噪聲水平和廢氣排放，并可以杜絕少數(shù)不法的收費員貪污路費、減少國家損失，與原來的人工收費和人工電腦收費方式相比，實行不停車收費后具有明顯優(yōu)勢，不僅極大地改善了路上密集車輛所造成的環(huán)境污染，減少車輛阻塞現(xiàn)象，行車更加安全，更為主要的是將大大提高過橋收費效率。

一般來說對于公路收費系統(tǒng)、車輛的大小和形狀不同、需要大約4米的讀寫距離和很快的讀寫速度，也就要求系統(tǒng)的頻率應(yīng)該在UHF波段，即902—928MHZ。射頻卡一般在車的擋風(fēng)玻璃后面?，F(xiàn)在最現(xiàn)實的方案是將多車道的收費口，分為兩個部分：自動收費口、入工收費口。天線架設(shè)在道路的上方。在距收費口約50-100米處，當(dāng)車輛經(jīng)過天線時，車上的射頻卡被頭頂上的天線接收到，判別車輛是否帶有有效的射頻卡。讀寫器指示燈指示車輛進人不同車道，人工收費口仍維持現(xiàn)有的操作方式，進入自動收費口的車輛，養(yǎng)路費款被自動從用戶帳戶上扣除，且用指示燈及蜂鳴器告訴司機收費是否完成，不用停車就可通過，擋車器將攔下惡意闖入的車輛。

二、無源射頻卡（電子標(biāo)簽）的優(yōu)勢

(1)非接觸性。無源射頻卡與讀寫設(shè)備之間沒有機械接觸，無機

械損傷。與讀寫設(shè)備也沒有插口(全密封)，能適應(yīng)多塵、潮濕等惡劣環(huán)境，可靠性高，使用壽命長。

(2)響應(yīng)速度快。普通磁卡的信息交換只有1～2kb／s，而射頻識別卡信息交換速度為毫秒級，支持在高速移動中讀卡。(3)安全保密性好。普通磁卡受到強磁場干擾會丟失信息，信息易被竊取、篡改或偽造。射頻識別卡利用存儲器記錄信息，不受磁場的干擾，卡內(nèi)有專用的電路模塊，可作密碼運算和雙向密碼鑒別，數(shù)據(jù)安全性和保密性能好。(4)體積小，方便各種封裝形式，價格比有源卡便宜許多。

三、系統(tǒng)構(gòu)成：

射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)按其功能可分為自動識別控制子系統(tǒng)、自動判斷型子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、車輛檢測子系統(tǒng)、閉路電視子系統(tǒng)和信號控制子系統(tǒng)等幾個

(1)自動識別控制子系統(tǒng)主要由JX0520系列射頻自動識別讀寫器、UHF射頻自動識別卡，JX-900-12-H65天線、車道道閘控制機、收費員計算機終端等組成，它是整個不停車收費系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制不停車收費車道所有設(shè)備的運行、收費業(yè)務(wù)操作的管理以及與收費站計算機的通信和數(shù)據(jù)交換。

附：JX0521射頻讀寫器主要參數(shù)：

可讀寫標(biāo)簽

符合 ISO-18000-6B標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽

工作頻率

902—928MHz(隨國家或地區(qū)不同可能略有差別)

工作方式

以廣譜跳頻(FHSS)或定頻發(fā)射方式工作

輸出功率

27—32dBm(在27—32dBm之間可調(diào)，出廠設(shè)置為：

讀寫距離

讀取距離 ≥8m ,寫入距離 ≥ 3m

讀卡速度

平均每32bits讀取時間6ms

寫卡速度

平均每32bits寫入時間50ms

32dBm

安全機制

能夠?qū)﹄娮訕?biāo)簽進行合法性檢驗

一次讀卡數(shù)

具有防碰撞檢測功能，一次可成批讀取 30張電子標(biāo)簽

讀卡方式

每隔一定時間自動讀卡，也可由輸入觸發(fā)信號或命令控制讀卡

供電

配有 220V交流輸入+5V/4A直流電輸出的電源變換器

功耗

平均功率 ≤ 12W

外形尺寸

225mm×166mm×39mm

重量

鋁合金/不銹鋼外殼，整機重量約 2Kg

工作溫度-20℃～+70℃

(2)自動判斷型子系統(tǒng)主要由光柵、高度檢測器、軸數(shù)檢測器等組成，它通過采集車輛的高度和軸數(shù)等參數(shù)，經(jīng)綜合分析比較來判別車輛的車型；該子系統(tǒng)至少可以判別三種以上車型。自動判斷型子系統(tǒng)在有些場合可以由用戶選擇使用。

(3)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要由JX-900-12-H65系列射頻天線和射頻電子標(biāo)簽卡構(gòu)成。射頻電子標(biāo)簽被安裝在汽車擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)的上方，在電子標(biāo)簽上寫有標(biāo)簽編號、車號、車主、車型、應(yīng)繳金額、剩余金額和有效期等信息；JX-900-12-H65系列天線被安裝在收費島的前端，它通過微波技術(shù)從JX0520系列射頻電子標(biāo)簽卡上讀取有關(guān)信息，并同步傳送給車道控制主機。

(4)閉路電視子系統(tǒng)主要由車道攝像機和收費站的監(jiān)視器等組成。車道攝像機被安裝在收費島的前端，主要用于拍攝非法通過的違章車輛。

(5)信號控制子系統(tǒng)主要由通行信號燈、偏叉信號燈和自動欄桿等組成，用于提醒駕駛員正確使用不停車收費車道。

(6)車輛檢測子系統(tǒng)主要由三組環(huán)形線圈組成。第一組環(huán)形線圈(ENTER LOOP)被安裝在收費島的入口處，用于激活天線讀取電子標(biāo)簽的信息；第二組環(huán)形圈(ESC LOOP)被安裝在收費島的中間出口處，用于控制通行信號燈和偏叉信號燈的狀態(tài)；第三組環(huán)形線圈(EXIT LOOP)被安裝在收費島的出口端，用于統(tǒng)計車流量，并控制自動欄桿、通行信號燈和偏叉信號燈的工作狀態(tài)。

工作原理和流程

1、射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)不需要專門的收費員進行操作，它利用微波自動識別技術(shù)，完全通過設(shè)備本身來完成對通行車輛的收費工作。

2、存儲有車型、車號、金額、有效期等信息的射頻電子標(biāo)簽卡被安裝在汽車前方擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)的左下角。當(dāng)持卡車輛進入不停車收費車道時，車輛感應(yīng)器的“ENTER LOOP”線圈產(chǎn)生來車信號，激發(fā)JX0520系列射頻自動識別讀寫器讀取該車SENSE-9520系列射頻電子標(biāo)簽卡上的信息(車型、車號、剩余金額和有效期等)，同時光柵、高度檢測器和軸數(shù)檢測器等車型差別設(shè)備，自動檢測來車的實際車型。

3、從車載射頻電子標(biāo)簽卡讀取的信息，以及車型判別設(shè)備所采集到的數(shù)據(jù)均被送到車道控制計算機內(nèi)進行分析比較，如電子卡中所記錄的車型與設(shè)備所判別的車型一致、卡中車號不在黑名單內(nèi)、應(yīng)繳金額小于等于剩余金額、車輛通過時間在卡的有效期范圍內(nèi)，則該卡被認(rèn)為是有效卡；如前述四項比較中，有一項不符合，則該卡被認(rèn)為是無效卡。

4、如來車所持射頻電子標(biāo)簽卡為有效卡，則通行信號燈由紅色變?yōu)榫G色，偏叉信號燈呈綠色直行標(biāo)志，自動欄桿抬起；當(dāng)來車駛離EXIT LOOP的檢測范圍后，通行信號燈由綠色變?yōu)榧t色，偏叉信號燈熄滅，自動欄桿關(guān)閉。駛離EXIT LOOP的檢測范圍后，通行信號燈由

綠色變?yōu)榧t色，偏叉信號燈熄滅，自動欄桿關(guān)閉。

5、如來車所持射頻電子標(biāo)簽卡為無效卡，則通行信號燈呈紅色，偏叉信號燈呈黃色左轉(zhuǎn)通行標(biāo)志，自動欄桿關(guān)閉；當(dāng)來車左行駛離無卡車輛轉(zhuǎn)向人工收費車道的車輛感應(yīng)器的“ESC LOOP” 線圈的檢測范圍后，偏叉信號燈熄滅；如來車沒有轉(zhuǎn)向人工收費道（有些場合不設(shè)此轉(zhuǎn)向旁道），而依然向前行駛，當(dāng)其抵達車輛感應(yīng)器線圈“ENTER LOOP的”檢測范圍時，警鈴報警，將有收費員前來人工收費處理后，人工放行。

6、射頻電子標(biāo)簽卡的銷售和費用結(jié)算均在收費中心(即購卡中心)進行。為適應(yīng)不同用戶的需要，一般發(fā)行兩種電子卡，一種是預(yù)付費電子標(biāo)簽卡，一種是信用式電子標(biāo)簽卡。

7、預(yù)付費電子標(biāo)簽卡，顧名思義是必須先付費后通行的電子卡，該卡的發(fā)行面向整個社會。用戶僅需直接到購卡中心購買存有一定金額的電子卡，即可使用不停車收費車道。在每次使用時，系統(tǒng)將自動從電子卡中扣除該車的應(yīng)繳金額。該電子卡可以重復(fù)使用，當(dāng)卡中剩余金額很少或沒有時，用戶可以到購卡中心重新存入一定的金額到電子卡中，以保證其繼續(xù)有效。

8、信用式電子標(biāo)簽卡，是一種允許用戶先通行后付款的電子卡，該卡的發(fā)行對象主要是一些由銀行信用卡為結(jié)算手段的用戶，或企業(yè)形象很好的國家機關(guān)和企事業(yè)單位，費用結(jié)算采用銀行托收的方式。

隨著我國公路事業(yè)的發(fā)展和不停車收費系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，也會隨著增長的交通需求，我們相信不停車收費系統(tǒng)一定會被國家、被企業(yè)、被消費者廣泛關(guān)注和接受。不停車收費系統(tǒng)在我國的市場一定會有著廣闊的光明前景