张北海 国家智能交通系统工程技术研究中心
摘 要 本文简要说明了联网条件下高速公路电子不停车收费(ETC)系统应用将会面临的几个问题。其中，重点分析了ETC车道设备兼容互换性问题。在分析介绍现有的ETC相关国际标准对ETC设备兼容性的规范与影响的基础上，对ETC车道设备完全兼容互换的技术选择给出了几点建议。同时，还对ETC联网收费系统中，ETC系统运营商之间后台业务系统的互联与通行费的清算等问题作了简要的分析与说明。
关键词 电子不停车收费；ETC系统；联网收费；兼容性；账务清算
1 背景
九五期间，大规模的基础设施建设促进了我国高速公路事业的飞速发展。随着各省、市高速公路网的逐渐形成，在一路一公司经营体制下，主线收费站过密导致的高速公路服务水平不断下降的问题Et趋突出，由各路公司独立收费过渡到路网环境下的联合收费的需求在经济发达地区日趋强烈。高速公路的联网收费也给中国ETC系统的实施带来新的机遇和挑战。
ETC用户在享受免停车交费服务的便利之外，还希望能够使用同一电子标签在不同的EI'C运营商所辖的收费路网中一卡通行；ETC系统运营商也希望自身的设备和系统具有与其他运营商的系统之间的互操作性，从而扩大其用户的范围，也可以有多个ETC设备供应商供其选择。而联网环境下ETC系统的实施，也必然要求分属不同运营商的ETC系统之间达到相互兼容、互联互用。
但由于ETC系统涉及的技术规范和标准较多，各ETC厂商设备之间的兼容性不强,联网环境下运行的ETC系统涉及到很多方面的技术问题和管理问题。我国ETC系统示范工程实施一再延期的事实，也充分地说明了联网条件下的ETC应用的确存在着较高的实施难度。本文将概要地阐述有关被动式、单片式ETC系统的联网收费应用中将会遇到的一些一般性的问题，并就如何在具体操作的技术层面上达到兼容，从而实现ETC联网收费提出一点建议。
图1是ETC联网收费系统的层次结构图。由图1可看出，实现ETC系统的联网收费应用需要满足两个层次上的要求。一是ETC前端设备(包括ETC车载单元 —— 电子标签、ETC路侧单元 —— 电子标签读写天线)层次上兼容互换的要求，二是ETC系统运营商后台业务系统之间互联与账务清算的要求。下面就从这两个方面详细说明。
2 ETC 前端设备的兼容性
ETC前端设备的兼容是实现ETC系统联网收费应用的必备基础。为了实现ETC前端设备的兼容互换，加入ETC联网收费系统的运营商之间需要遵循一个共同的，足以保证ETC设备之间兼容互换的技术规范。本部分将介绍这方面的内容。
联网收费对ETC前端设备的兼容性提出了以下2个要求：
(1)整个ETC联网收费系统使用遵照相同标准及技术规范细则生产的，能够完全兼容互换的ETC车道设备。
(2)整个ETC联网收费系统使用协商统一的电子标签数据格式TDS(Transponder Data Specification)规范和安全认证系统。
使用遵照相同标准及技术规范细则生产的，能够完全兼容互换的ETC车道设备是实现ETC联网收费的设备基础，也就是我们通常所说的ETC设备的兼容互换性。目前，欧洲标准化委员会第278技术委员会(CEN TC278)已经制定了一系列标准(见表1)，对所有类型的被动式DSRC应用(例如车队管理，电子收费和公共交通等)给出了基本的通信协议的定义，即通常所说的CEN系列标准。对于这一系列标准，任何人均可无偿使用。
针对电子收费应用，CEN又开发了一个电子收费应用(EFC)的接口协议，该接口协议后被国际标准化组织第204技术委员会(ISO TC204)采纳，进而成为国际标准，即ENV／ISO 14906。ENV／ISO 14906对电子收费的应用接口框架(EFC Application InterfaceArchitecture)、电子收费交易模型(EFC TransactionMode1)、电子收费应用服务原语(EFC Functions)、电子标签数据属性(EFC Attributes)等内容作了最基本的规范。就ETC来说，设备生产厂商是被强制性地要求其产品必须符合ENV ISO 14906之要求的。
虽然CEN已经制定了关于专用短程通讯(DSRC)的上述标准，但是该系列标准是经过多次讨论，综合考虑多方意愿后最终形成的标准，其在某些章节很难对一些有分歧的地方进行准确、细致的阐述，在许多操作方式及参数的取值上还存在着相当大的选择性。电子收费应用接口标准(ENV／ISO 14906)更是如此。比如，选择什么样的ETC交易模型、交易过程中使用什么样的服务原语，ETC应用中要使用电子标签哪些EFC属性以及属性内容的含义是什么等等，对每个ETC厂商来说，都是可以自由决定的。由此可以看出，CEN／ISO系列标准并不能保证ETC车道设备间的完全兼容互换!事实也充分地证明了这一点。为了达到ETC车道设备间的兼容互换，必须要求ETC车道设备供应商在遵从相同标准的基础上还要共同遵循更详细的技术细则规范。对于这个问题，欧洲各国的ErIC设备制造商们有他们自己的解决方案。下面将对此作简要的说明。
市场对ETC系统的互换性的要求，使得对CEN系列标准进一步澄清、细化的需求应运而生。Cormbitech、KAPSCH和THALES等公司共同对CEN标准进行了进一步的细化，澄清了CEN标准中没有阐明的问题，消除了许多参数选择上的多重性，并给出了产品开发的详细技术要求。所有内容最终形成了一个正式的规范，称为((Global Specification for Short Range Communication))，简称GSS标准。如果厂商的产品符合GSS标准，则意味着其完全符合CEN标准，并且能与其他符合GSS标准的厂商的产品完全兼容互换。GSS标准自1997年5月发布1.0版以来，至今已经历四次修订。当前最新版本为2001年12月发布的3.0版。
在电子收费应用接口这一层次上，GSS成员共同开发了基于DSRC使用中央账户系统的ETC交易规范 —— 《GTS／A1》规范。该规范非常详细地规定了一种先进、高安全性、基于的DSRC的EFC应用模型，它和GSS标准一起，保证了ETC车道设备及收费交易在所有层面上的统一，进而保证不同厂商产品的之间的完全兼容性，并由所有GSS厂商共同使用与支持。
在有了具备互换性的ETC车道设备，实现不同ETC系统间电子标签互读的能力之后，还需要知道不同运营商发行的电子标签中存储信息的确切含义以及具备获取这些信息的权限。出于保障功能、简化系统、方便使用的目的，ETC联网收费系统中还需要使用协商统一的电子标签数据格式规范和安全认证系统。
完全统一的电子标签数据格式并非是必须的，但在同一个联网的ETC系统里面，各类电子标签用于联网收费交易的信息的交集(所有电子标签格式完全一致的部分)必须能够完全满足系统拆账的要求。因此，在一个兼容的系统里，所有的运营商应该协商制定出一个各方都认可且能满足联网拆账需要的一个共享数据格式集，但电子标签中的密钥和发行者的识别号(EFC Context Mark)为各运营商所私有。运营商可以在此共享数据格式集的基础上添加一些系统自身所特有的属性。
共享数据格式集由加入ETC联网收费系统的运营商共同使用。当一个新的运营商要加入此ETC联网收费系统时，在就共享电子标签用户的问题达成协议之后，他就可以从ETC联网收费系统运营商那里获取这个共享数据格式集，并且保证自己的系统也遵从这一规则。
电子标签密钥和口令提供了在车道进行收费交易时访问电子标签相关属性的能力。不同的运营商拥有自身私有的访问密钥和认证密钥。要在ETC联网收费系统中获得操作其他运营商发行的电子标签的能力，需要运营商之间就口令、密钥等安全管理问题达成密钥扩散协议。对于不同系统发行的标签，可以根据其特定的EFC Context Mark来选择交易时应当使用何种密钥。
在实际的运用过程中，当电子标签通过收费车道时，路侧系统可以通过读取电子标签当中的EFC Context Mark，比较它是否与联网收费系统内的任一运营商提供的EFC Context Mar相符来判断该电子标签是否为本ETC系统所接受。如果该标签为本系统所支持，则可以根据EFC Context Mark选择相应的密钥，从而能对电子标签内的相关数据进行读写。通过EFC Context Mark还能验证哪些黑名单在需要查验的范围之内，从而将需要查验的数据量缩减到最小。甚至还可以通过特定的EFC Context Mark来确定对应ETC运营商的特定的收费交易过程。其操作流程如图2所示。
从上述内容可以看出，在一个较大的范围内实施ETC联网收费之前，必须就ETC前端设备的完全兼容互换制定出一个详细的技术规范，并要求在此ETC联网收费系统范围之内的所有设备生产厂商及系统运营商共同遵守。这样才能够保证整个互联系统的顺利实施。在全日本范围内实施的ETC系统，正是采用了这样的技术路线，才保证其能够在短短的两年内全线开通。
中国ETC的应用有着其自身的特殊性。一是ETC系统的前端设备主要来自国外厂商，各种设备标准不一，功能各异，兼容性差；二是我国道路收费系统的投资主体繁多，且大都各自为政，缺乏统一的协调与管理；再者就是，我国目前尚未制定有关DSRC以及ETC应用的国家标准。所有这些因素都给大规模的ETC联网应用造成了一定的障碍。在ETC应用的需求日渐突显，联网收费已成大势所趋的今天，尽快制定适合中国国情的ETC标准规范是ETC应用发展的首要任务。
对于ETC的被动式、单片式应用，国际上已经有了类似CEN系列标准、GSS标准以及GTS／AI标准等相对比较成熟的标准规范可以借鉴、采用。在ETC系统应用需求日趋强烈的今天，中国已经没有时间，也没有必要重新制定一套全新的ETC标准。吸收采纳现有的、成熟的国际标准将是最为可行的方式。但对于基于双片式电子标签+双界面Ic卡的组合式ETC应用，就需要我们针对其特殊的部分，自主地提出中国的应用标准和规范。
3 运营商业务系统间的互联与账务清算
ETC前端设备的兼容互换为实现ETC系统的联网应用提供了必要基础，但这对于建立一个完整的联网ETC系统而言还是远远不够的。在ETC前端设备完全兼容的条件下，让同一个电子标签在由不同的ETC系统运营商管理的收费系统中畅通无阻，主要是运营商之间相互协调、合作的问题，也就是本文前面所提及的运营商业务系统之间的互联与账务清算问题。
我们可以有几种不同的方式来达到这一目标。具体选择哪一种运作方式，取决于所牵涉到的运营商的情况。下面简单介绍两种比较通用的运作方式：中央清算方式和分散式操作管理方式。
3.1中央清算方式
中央清算方式概括地说就是，在各ETC系统运营商之上建立一个中立的ETC中央清算系统，以负责电子标签的发行流通管理，维护ETC用户的消费账户，清算拆分发生在多个ETC系统运营商之间的道路通行费等事务的方式。
ETC联网收费中央清算系统可以直接处理，或间接地通过一个金融机构(如银行等)来处理上述事务。一种比较可取的方式是直接在各省的人工联网收费中心建立内ETC中央清算系统，以统一负责该省的ETC收费清算等业务。
由于电子标签的发行流通管理，ETC用户的消费账户的维护，账单、信息查询等客户服务等业务统一由ETC清算中心代理，各ETC收费系统运营公司免去自己建立客户服务网点的繁琐。
各ETC系统运营商和中央清算系统之间需要就保障ETC前端设备完全兼容互换的详细技术规范，电子标签的数据格式，各运营商的EFC Context Mark、电子标签访问密钥、认证密钥，统一的车型分类标准，各路段的收费标准，原始过车记录的格式，黑、灰名单的产生、下发以及处理的办法，收费、拆账信息的交换方式等一系列问题达成一致的意见。图3显示了以中央清算方式为基础的ETC系统的操作。
在ETC通行费清算拆分的方式上，主要有备付金方式和直接清算方式两种。
备付金方式是指参与ETC收费清算的各个ETC运营商和ETC清算中心都在同一银行开设备付金账户和清算账户。每次清算处理后，清算中心分别按照应收、应付的资金额从各运行商的备付金账户中转人或转出资金。如果备付金账户余额超过限额，则将超出部分划回各运营商；反之，则通知补足。
直接清算方式是指ETC清算中心每日定时对前一工作日的通行费进行拆分和清算。清算中心首先要完成对有关收费数据和资金收缴数据的一系列核对、检查，然后对每一笔通行费收人数据进行拆分。针对ETC运营商，清算中心产生并下达收人数据结果；针对结算银行，清算中心产生资金划拨指令，结算银行在完成收费资金划拨后，将划拨结果返回给清算中心。
在备付金清算方式下，各ETC运营商必须在银行的备付金账户里保留相当数量的资金，造成资金的占用；而且运营商只能控制资金的划付，无法控制资金的收缴，无法对资金进行有效的管理；特别是结算中心要对备付金账户的余额进行监视，并适时地调整，工作难度较大。直接清算方式的特点是没有资金的占用，能有效地实施资金管理，及时准确地进行结算处理。因此，在ETC联网收费应用中，建议采用直接清算方式，这样可以避免资金占用，可以提高资金的有效利用率。采用中央清算解决方案的前提条件是，在相对健全、周密的安全管理机制和制度的基础上，各ETC收费系统运营商与由所有运营商支持的中央清算中心的主要股东之间要有一个稳固的关系。这种中央清算的ETC联网运营方式，系统结构清晰，各方分工明确，可操作性强，同时，ETC联网收费中央清算系统可以方便地建立在各省的联网收费中心的基础之上。因此，这种运营方式在以中央账户为基础的ETC联网收费应用中不失为一个理想之选。
3.2分散式操作管理方式
分散式操作管理方式概括地说就是，各ETC系统运营商在保证ETC前端设备完全兼容互换的基础上，通过ETC运营商之间的原始收费记录、账务数据以及其他必要信息的交换完成跨路段通行费的拆分与清算的ETC联网收费运营方式。这种清算方式类似于不同电信运营商之间的话费结算。
与中央清算方式一样，各ETC系统运营商之间需要就保障ETC前端设备完全兼容互换的详细技术规范，电子标签的数据格式，各运营商的EFC ContextMark、电子标签访问密钥、认证密钥，统一的车型分类标准，各路段的收费标准，原始过车记录的格式，黑、灰名单的产生、下发以及处理的办法等一系列问题达成一致的意见。
此外，各ETC系统运营商还需要就怎样在他们之间通过一个安全、可控的方式来交换真实的原始收费信息，以及如何利用这些原始收费信息在各运营商之间进行账务拆分，以及特殊车辆的通行费处理等问题协商一致。
在这种操作管理方式下，通行费的清算任务被分散到各个运营商那里，由各运营商自己的处理程序来完成，并且大多数的功能都可以在车道软件这一层实现，即所谓的现场折账。这种折账功能的实现，在现有的以通行券为基础的人工联网收费系统的车道控制软件中是非常普遍的。
这种分散式操作管理的ETC联网运营方式，通行费清算的任务被分散，故不需要花费巨额投资在建立统一的中央清算系统上，这也是此中运营方式的优势所在。图4显示了以分散式操作管理方式为基础的ETC系统的操作。
4 结论
综上分析可以看出，要实现ETC系统的联网收费应用，需满足两个层次上的要求，ETC前端设备层次上兼容互换的要求，二是后台业务系统的互联与账务清算的要求。
要达到ETC前端设备的兼容互换，需要制定出一个能够在ETC应用所有层面上保证兼容互换的详细技术规范，并要求在此联网收费系统范围之内的所有ETC设备生产厂商及ETC系统运营商共同遵守。对于运营商业务系统之间的兼容互联的问题，我们可以通过中央清算方式或者分散式操作管理方式来解决。除此之外，ETC系统的联网收费应用实施过程中，还应当考虑其他诸如收费标准明确、收费站及车道编号统一、时钟统一等等人工联网收费当中应当考虑的问题，本文在此不再赘述。
