以射频技术为基础的高速公路ETC应用分析

　　一、目前高速公路收费现状

　　1、通行速度问题

　　随着中国人均汽车保有量的不断提高，在重点交通路段，特别是进出市区的高速公路收费段。收费速度的快慢极大的影响着进出市区车辆的通行速度。很多时候会发生，收费站一边是冗长的车辆等待交费通过，另一边是空荡的路面少有车辆通行的尴尬局面。提高收费站的工作效率成为人们日渐关心的问题。

　　2、通行道路的识别和交通费的拆分

　　中国高速公路逐渐成网，公路四通八达。不仅在给车辆提供更多通行选择，也分散了交通压力。但是随之产生的是采用何种标准对行驶于不同路段的车辆收费的问题。因为高速公路的投资是多方共同建设的结果，绝大多数道路的收费是归属于不同的利益主体。现行的收费制度对于这点的界定非常模糊，一面造成投资主体利益的流逝，另一面也造成车主的通行费用的增加，更加重了物流成本，影响地区的经济建设。因此，准确界定车辆行驶旅程及行驶路段，公正公平收费是车主、物流企业的共同呼声。

　　二、射频技术原理及特点

　　射频技术是一种自动识别技术，简单的射频技术是由射频卡与读写器组成的无线识别系统。射频卡与读写器并不接触，通过无线电或者微波进行数据传输，从而实现相互识别的。最明显的特点是可以从几厘米至十几米的距离进行信息交换，能够在高速运行过程中、恶劣环境下互相通信。由于应用环境不同，射频装置的构成不尽相同，但射频装置基本配置有以下几部分：

　　1、应答器

　　即射频卡，内有电子标签，主要包含物体的属性等信息。应答器是射频系统的数据载体。应答器一般由耦合元件和微电子芯片组成。应答器本身并不具备供电电源，但在阅读器的响应范围内，应答器才能利用电磁波作为能量。应答器工作时所利用的能量通过耦合单元传输至应答器。

　　2、阅读器

　　也叫扫描器，通过扫描应答器，得到电子标签中包含的数据信息。考虑到具体应用环境不同，采用的结构和技术不一，有读装置和写装置之分。典型阅读器有发送器和接受部、控制单元和与耦合元件。许多阅读器数据接口便于截获的数据传输至计算机或其他控制装置。

　　3、数据库软件

　　管理收集的数据，此部分没有特定的要求，只要保证能够识别、存储并输出数据即可，市面上的商业数据库或特定的库存数据库系统。

　　4、射频系统的流程

　　当射频卡进入阅读器工作区域时产生电流时，射频卡获得能量发射特定频率的射频信号；射频卡将已存储的属性等信号经内置天线发送出去；从射频卡从出的载波信号，经调节器传送至阅读器，而阅读器对接收来的载波信号解密，并送至后台系统进行处理；主系统依照逻辑运算确定射频卡的合法性，并依照不同的设定做相应的控制和处理，并发送指令，控制执行单元采取相应动作。

　　三、基于射频技术的不停车收费系统

　　1、不停车电子收费系统单元

　　不停车电子收费系统单元包括：数据采集单元、车道交通的管理、车道控制机及结算网络接口单元、业主管理单元、查询系统单元。

　　简单的讲，车辆驶进自动收费车道的感线圈，生产感应而形成脉冲信号，脉冲信号启动射频系统将进站的车辆的数据信息通过网络传送至收费分中心；收费分中心将数据信息判断收集来的信息是否合法，并将计算结果通过网络传送至收费管理中心；收费管理中心按照传送过来的数据，参考该数据的历史信息最初判断，并将处理结果逆传输至收费站；收费站依据判断结果作出相应动作。

　　2、不停车收费系统的几个关键性技术

　　（1）行进中车辆的识别：射频技术的车辆识别系统的能够识别的距离远、识别的速度快。车辆能够在短时间内被识别出来。又因为是无源设计，避免因电源问题造成的不能识别。车辆识别系统由车载射频卡和阅读设备组成。射频技术是非接触通信方式，读写器和射频卡通过无线通信收集数据，识别载体的属性特征。无源射频卡无需电池辅助为其提供能量，只需经电感耦合的方式将微波能量转化为工作所需能量。

　　（2）数据信息的传输：保证传输数据安全是系统长期工作的关键。由于射频技术的数据传输只需要几分之一秒的时间，能够被利用的时间段。并且由于是微波辐射，频率低，被窃取的几率低。这就保证了在数据采集阶段的安全性。在数据传送至处理中心的过程中，采用的是专线传输方式，也能够保证数据传输的安全性。为保障数据传输的可靠性，不停车收费系统为保证传输数据的安全、可靠，设计以光纤网为基础，无线网为补充的传输方式。（3）数据库的管理：系统库管理是系统功能的中心，主要分两部分：不停车收费系统的数据管理单元与银行数据的管理单元。不停车收费系统的数据管理承担车辆相关数据收集、费用的运算、系统安全的管理、车辆通行费用的拆分、相关报表管理等工作；银行数据的管理承担同车载射频卡联名卡办理、扣缴通行费等服务。不停车收费系统采用预付费方式，用户在射频卡联名储蓄卡中存储费用，在高速公路行驶的过程中从账户扣缴通行费。若银行卡存储的金额小于规定金额，会提醒所有者充值。当然也可以使用信用卡付费，通过与车载射频卡绑定的信用卡，所有人在高速公路行驶中产生费用时，该系统会记载所产生的费用，定期同银行对账，实现了高速公路的先消费后还款。

　　3、不停车收费系统的优势

　　（1）减少电磁的空间辐射：由于射频技术采用微波辐射的方式运行，因此，电磁波间的干扰是不得不考虑的问题之一。由于射频系统是依据收费站的发出的射频信号作为能量供给，其工作需要的能量信号要远低于一般设备发出的辐射能量。极大的减少了电磁波对与空间的辐射，能够有效的减少对附近设备的电磁波干扰。

　　（2）信息可靠性高：因为射频卡采用的是微波辐射，信号频率低，且通讯时间近几分之一秒的时间，保证了在数据通信过程中不被其他设备窃取。同时，因通讯时间短，可以在车辆通过的几秒钟内，多次进行数据的读取和写入，数据中心能够对射频卡进行多次的校验，保障射频信号的准确。

　　（3）设备使用寿命长：由于射频卡主要采用电磁波感应供源，无需存储电池。能够保证在两到五年内的使用时长。而收费站内的阅读器采用无接触的运行方式，也避免了外力损坏的可能。因此，该系统一经采用，能够保证近十年的运营时间。同时考虑到我国一般公路收费时间通常为建成通车后的十至二十年的时间，因此，若运行得当，能够保证设备在整个收费期内的正常运转，减少了运营成本。

　　（4）降低企业的运营成本低：如前文所述，简单的收费系统只需简单的射频卡、阅读器、感应圈、数据库等简单的系统单元既能组合成一个简单的不停车收费系统。不论是硬件还是软件的采购成本大大的降低。特别是该系统对于数据库系统无特别的要求，这就保证了新系统对原有信息管理系统的有效兼容。对于采购企业来说，极大的降低了设备升级换代的成本。

　　4、不停车收费系统的问题

　　因为我国幅员辽阔，高速公路路网络规模庞大，如要采取不停车收费系统，所需要建设的规模也十分庞大，将造成前期投资金额高，且系统建设的周期很长，投资风险加大；很多收费站的交通量很小，且车道少，如果在每个车道上建设不停车收费系统，不能保证利用率，也在资金投入上有很大的困难。如果不能保证整个网络的全面覆盖，不停车收费系统将的可靠性和实效性将不能保证。

　　四、结论

　　不管从交通运输还是物流成本的角度，基于射频技术为基础的高速公路不停车收费系统对于我国高速公路管理效率及交通服务的水平的提高都有很大的提升。根据国家关于信息技术推进传统产业技术进步的总体思路，电子收费等技术必将在我国逐步得到运用，为高速公路的收费问题的解决提供积极的探索。（作者单位：河北省高速公路石黄管理处信息中心）

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