一、技术名称：高速公路电子不停车收费技术
二、技术所属领域及适用范围：交通行业 高速公路收费领域
三、与该技术相关的能耗及碳排放现状
目前，高速公路主要的收费手段是人工收费。截止2011年底，全国高速公路通车总里程已经超过8.6万km，全国民用汽车保有量也达到了10，578万辆，大中城市中汽车保有量达到100万辆以上的城市数量达14个。到“十二五”期末，预计高速公路里程将接近11万km，民用车辆保有量将超过1.5亿辆。由于人工收费效率低下，随着高速公路车流量不断增加，收费站拥堵现象日益严重，不仅影响交通治安，降低社会生产效率，还导致了汽车油耗和尾气排放大幅增加。应用该技术可实现节能量5万tce/a，CO2减排约13万t/a。
四、技术内容
1.技术原理
公路交通运输企业的能源成本主要来自于汽车油耗，汽车行驶过程的速度变化是汽车油耗增加的主要因素之一。高速公路电子不停车收费系统（ETC）主要通过收费站ETC车道上的微波天线与安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签之间的专用短程通信，在不需要司机停车和其他收费人员操作的情况下，通过微波实现车辆身份参数的快速自动识别和数据交换，获取通过车辆的类型和所属用户等数据，并由计算机控制系统指挥车辆通行，其通行费可以通过计算机网络系统直接从储值型IC卡中扣除或者通过记账型IC卡信息从用户在银行开设的专用账户上扣除，从而实现车辆的不停车收费。
使用电子不停车收费系统（ETC），大大减轻了高速公路交通堵塞和拥挤，有效提高了高速公路通行速度，在汽车发动机、载重量、几何外形和公路质量等因素不变的情况下，过往车辆制动减速、怠速待车和踩油门加速的频率得到了有效降低，即可以大幅度降低高速公路汽车能源消耗值和尾气排放值。
2.关键技术
（1）DSRC设备研制
ETC专用短程通信设备由安装在车辆上的微型化车载单元OBU和路侧设备RSU构成。其中，车载单元OBU是一种具有微波通信功能和信息存储功能的移动设备识别装置，它以5.8GHz微波为传播介质，采用5.8GHz微波天线，包含调制解调器和编码、解码电路，实现从DSRC物理层到DSRC数据链路层数据变换要求。车载单元OBU平时处在耗电低的休眠状态，只有进入路侧设备RSU的通信区域，被路侧设备RSU发射的BST(Beacon Service Table)微波信号激活进入相应的工作状态；接收路侧设备RSU发出的控制信息和要求，转发下行链路载波，其载波已由二次副载波调制，实现上、下行链路的通讯。由于将采用微封装器件、SMD焊接工艺和ABS高温改性ABS塑料外壳，使得整个车载单元OBU具有结构紧凑、体积小、安装方便的特点。
RSU是OBU的读写控制器，由加密电路、编解码器电路和收、发独立的微波电路及核心单元---数字信号处理器等组成，以DSRC通讯标准的数据交换方式和微波无线传递手段，实现移动车载设备与路侧设备之间安全可靠的信息交换目的。路侧设备RSU电路采用模块化设计，选用微封装器件、SMD焊接工艺，外壳采用不锈钢材料和全密封防水结构，以期达到交通道路现场使用要求。
（2）密钥系统及双界面CPU技术
密钥系统是整个ETC解决方案的安全保障，它有自身行业的一些特殊要求。与该技术的密钥系统相关的关键技术及解决途径包括：双界面CPU卡开发技术、CPU卡、母卡等密钥卡开发技术、密钥导出、导入及分散技术和TAC码认证技术。
（3）ETC车道逻辑
ETC车道逻辑主要包括过车逻辑、异常处理逻辑、设备检测与控制逻辑。
（4）ETC运营模式的优化。
3.工艺流程
该技术系统流程见图1、图2。
图1 电子不停车收费系统结构图
图2 电子不停车收费系统原理简图
五、主要技术指标
1.单车交易处理时间≤3s；
2.车道通行能力≥1200辆/车道·h；
3.过车速度最高可达40km/h；
4.可靠性：每10万次交易不能有多于3次的错误；
5.车道信息保存：至少6万车次过车记录；
6.MTBF：大于1万h。
六、技术鉴定、获奖情况及应用现状
该技术于2011年5月通过广东省交通运输厅组织的专家鉴定。2000年6月，国家智能交通系统工程技术研究中心在第四届亚太区ITS年会上创造性地提出了组合式收费技术方案。2000年底，交通部公路科学研究所确定京珠高速公路粤境南段（曲江-翁城段）采用组合式收费技术进行收费，将该项目作为组合式收费技术向全国推
广的示范工程。同时，在广东省开始了ETC系统的推广应用工作。随着国家标准的
发布和交通部门的大力宣传，ETC建设也得到了蓬勃发展，继广东之后，先后有福 建、湖北、甘肃、陕西、山西、湖南、重庆、四川、辽宁、云南、贵州、新疆等省
市相继开始启动电子不停车收费项目的建设实施，技术成熟可靠。
七、典型应用案例
典型用户：广深高速公路有限公司、深圳高速公路有限公司等
典型案例1
建设规模：高速公路37个收费站，共建设ETC车道70条。主要技改内容：收
费站土建改造，机电设备（包括微波读写控制器RSU、车道计算机、电动栏杆、费
额显示器、车牌识别器、车辆检测器等）的铺设和安装，以及软件系统的集成，软件系统由站级子系统和车道级子系统构成，其中车道级子系统包括：车道系统、车 道监控系统、站管理系统和接口系统。主要设备包括微波读写控制器RSU、车道计 算机、电动栏杆、费额显示器、车牌识别器、车辆检测器等。节能技改投资额3500万元，建设期5年。年节能量约为1064tce。节能经济效益771万元，投资回收期约4.5年。
典型案例2
建设规模：26个收费站，共建设ETC车道52条。主要技改内容：收费站土建改造，机电设备（包括微波读写控制器RSU、车道计算机、电动栏杆、费额显示器、车牌识别器、车辆检测器等）的铺设和安装，以及软件系统的集成，软件系统由站级子系统和车道级子系统构成，其中车道级子系统包括：车道系统、车道监控系统、站管理系统和接口系统，主要设备包括微波读写控制器RSU、车道计算机、电动栏杆、费额显示器、车牌识别器、车辆检测器等。节能技改投资额2600万元，建设期5年。年节能量约为847 tce，节能经济效益为614万元，投资回收期约为4.2年。
八、推广前景及节能减排潜力
我国在上世纪90年代开始引入ETC系统，经过多年研究建设，近几年取得飞速发展。2009年全国使用OBU不停车收费用户数共计52万，开通车道条数约为1292条；2010年全国使用OBU不停车收费用户数约为110万，开通车道条数约为1927条；至2011年底，全国已有22个省市建设不停车收费系统，开通ETC车道约3172条，使用OBU不停车收费用户达到约270万。预计未来5年，全国高速公路ETC平均覆盖率（设置ETC车道的收费站数量占比）将达到60%，ETC车道数达到6000条以上，ETC用户量提升至500万个，形成的年节能能力约为8万tce，年减排能力21万tCO2。
|
