李 扬 河南高速公路发展有限责任公司
杨 乐 河南高速公路发展有限责任公司郑州公司
随着世界各国对智能运输系统（IntelIigentTransport Systems即ITS）深入地研究开发，为解决车辆在经过收费站时停车缴费造成的通行速度缓慢，频繁制动引起的机械磨损，油耗，噪音和由此产生的大量有害尾气等问题，一种不以现金结算、更加准确可靠且能降低公路的运营成本的电子收费系统{ElectronIC TolI Col — lection system简称ETC}正方兴未艾。
作为国际上正在努力开发并推广普及的一种新型公路、大桥和隧道的电子自动收费系统ETC，其技术领域涉及到短距离通讯、软件加密、集成电路制造等高新技术。日本是世界上第23个引入ETC的国家，并成功地将该技术在全国范围内广泛运用。
ETC在日本的发展过程与规划
1993年8月日本政府制定的 “ 道路技术5年规划 ” 中明确指出大力支持开发ETC方针，次年11月原建设省和道路公团邀请国内10家公司和集团联合进行了历时5个月ETC的野外试验，同时进行了全国范围内的电磁场测试，为DSRC频率的选定提供了技术依据，并于1 999年3月制定出了ETC相关设备的技术规格标准。按照设计，ETC系统根据车辆类型和行驶里程收费，统一的ETC标准能够使系统的使用者将每一部车辆上的异频雷达收发器结合为一个整体，保证分属不同系统管理的收费道路执行统一的标准。
2000年4月日本开始正式实施其ETC计划，该计划的目标是截至2002年3月在全国建设800所电子收费站，到2003年3月达到900所。随之打造出了一个以ETC为架构的庞大产业市场，预计到2015年日本国内ETC产业贸易额将累计达数千亿日元，并能创造超过一百万的就业机会。
●电子标签 将专用的集成电路芯片镶嵌于塑料基片中封装而成的IC卡{Integrated Ci rcuit card即集成电路卡，按所嵌的芯片类型可分为：存储器卡，逻辑加密卡和CPU卡三种。CPU卡以其对数据的绝对保护性，安全性高，容量大的特点和其在应用中对计算机网络的实时性，敏感性要求低，有利于在网络质量不高的环境中应用的特性，被日本ETC系统定为电子标签的最终解决方案。
C P U卡内的集成电路包括中央处理器CPU、可编程只读数据存储器EEPROM，随机存储器RAM以及固化在只读存储器ROM中的卡内操作系统COS{Chip Operating System}。CPU卡中数据可分为外部读取和内部处理部分，可固化DES和RSA等密码算法，甚至可集成密码协处理器，在卡中就可对数据作加密／解密和数字签名／验证运算，以确保卡中数据的安全可靠。
CPU卡芯片出厂前，芯片中的数据被制造商密钥保护起来。只有掌握该密钥的IC卡制造商才能读出这些数据。在卡片中封装入保密逻辑芯片，验证IC卡的操作密钥，控制对卡中EEPROM的访问。当芯片被封装到塑料卡片中形成CPU卡后，IC卡生产厂商可以把预处理数据(如卡序列号、厂商代码等)写入卡中的EEPROM中。并把卡个人化密钥写入读保护存储区，每张卡有一个个人化密钥，用来保护该卡不被非法初始化为伪卡。CPU卡在发行到持卡人之前。需要将卡个人化，即在CPU卡中建立应用系统的结构(创建MF、DF和EF文件)，将持卡人的个人信息写入卡中的保护区里。在个人化过程中，可以设定文件的访问权限。每张卡中可以建立多个DF文件，每个DF文件中定义一套独立的应用，每个应用有不同的口令和不同的安全控制条件。对DF访问的控制条件存入MF中。个人化过程结束后，卡中还可以设置持卡人密码，以保护该卡的安全使用。 集成在日本ETC系统中的IC卡通过车载器与外场设备相互通讯。进行授权认可，加密数据记录。电子标签是可读写的，在采用“封闭式 ” 收费制式的高速公路上，进入高速公路时，路侧雷达向电子标签写入入口车站信息离开高速公路时，再读出入口信息以便系统计算通行费。由于在整个ETC的支付过程中，IC卡上的车辆型号，车牌号码、车主的相关资料等信息需要经过双向通讯才能完成交易，所以安全性至关重要。1999年9月，日本政府建立了道路系统高度化推进机构(the Organization forRoad System Enhancement即ORSE)。该组织掌握了ETC系统的全部数据关键技术。为ETC系统提供中心安全服务，制定了有效的数据安全和数据标识方面的标准。ORSE在ETC的安全系统中扮演着重要角色，其制定的安全标准保护着相关费用信息和个人信息的安全，避免信息被窃听、篡改和伪造。
ORSE还为第三方开发ETC卡的非ETC应用软件提供方便，这使得日本ETC系统发展相当快。注册用户除了能享受到标准化的益处之外，还可以得到一系列的ITS服务，例如，可以用在很多非ETC领域，包括卡车物流管理，在加油站，停车场和渡口等处的收费管理等，并计划2005年与金融系统的信用卡进行挂接。
●车载器
作为沟通车路间通信的车载器是ETC系统中的重要设备。特别是其技术核心D S R C(DedICated Short Range CommunICation，专用短距离通讯)标准的制定更是ETC关键技术。目前。国际上已形成了以欧洲CEN／TC278。美国ASTM／IEEE和日本ISO／TC204为标准的DSRC体系。1 999年11月，日本ISO／TC204被ITU(InternationalTelecommunICation Union国际电信联盟)确认为国际标准。
由于长，中、短波等波段已基本被广播电视、民用通信等相应领域占用，且路车间通信距离不长(范围几十米)，通信区域相对固定，通信时间较短，因此选用5 8GHz作为载波频率，同时。ITS将ETC的DSRC工作频段定为58GHz也是为今后开发第四代移动通信作技术支持。
●车道控制系统
车道控制系统通常包括以下三个子系统
1.自动车辆识别系统(AutomatIC VehICle IdentifICation System，简称AVI系统)
AVI系统是构成ETC车道的最基本系统，由电子标签、路侧雷达、车载器和计算机系统组成。通过路侧雷达查询电子标签中存储的车辆信息，如IC卡的ID号码、车型、车主信息等，在车道控制计算机的控制下对电子标签进行读写操作并形成通行记录。
2、自动车型分类系统(AutomatIC VehICleClassifICation System，简称AVC系统)
日本ETC车道的AVC系统利用装在车道内和车道周围的各种自动检测装置对汽车进行轮廓扫描、检测车轴数及轴间距、测量车轮宽度和车牌自动识别，并在计算机网络中通过一系列的逻辑运算判定车辆类型后，与车载电子标签存储的车型数据进行核对，防止车辆问换卡等逃费方式，保障ETC系统按照正确的车型实施收费。
3、逃费抓拍系统(Video Enfo rcementSystem，简称VES系统)
该系统对非正常交易车辆(非ETC车辆行人ETC专用车道、ETC车辆问换卡、闯卡车辆等)进行高速抓拍，从而确定逃费车辆并通知车主交费。
●ETC计算机网络
ETC计算机网络较之普通的计算机收费网络更为迅捷、便利。首先，ETC使用者向ETC卡发行公司购买IC卡，当其开车经过收费站时，由站级收费系统读取其电子标签的信息并进行解密取得该车的有关资料并对桌自主谱控制器的数据进行分析，修改lc卡内的相关信息后把对应数据传至车道控制器，完成路车间对话，使车辆通过。然后，站级收费系统再把读取到的IC卡相关信息及路车间通信记录通过专用计算机网络传输到lC卡发行公司，由其中心计算机系统从道路使用者的账户中扣除通行费，并将通行费根据路车间通信记录拆分到有关道路公团或相应收费道路管理者的账目上，通过计算机网络实现从购买 —— 使用 —— 付费 —— 折账的自动收费全过程。
ETC技术的发展方向
随着科学技术的发展和突破，运用在ETC领域中的相关技术也在不断提高。由于ETC车道的初期建设成本投入较高和对DSRC、电子标签的保密性开发费用也过高，据日本相关调查机构统计，一条ETC专用车道的投资金额高达1，000万日元以上，并且使用者用于购买车载器方面的花费也在3、4万日元左右，因此导致ETC技术在运用上的瓶颈效应。 现在，一种称之为“电子牌照 ” 的技术正被推广。“电子牌照 ” 就是在普通汽车牌照上嵌入一枚可读的IC芯片从而提高汽车牌照的防伪性，更便于车辆管理。若全国所有的车辆都运用了“电子牌照 ” 技术，那么必将降低对ETC车道中AVC系统的投资。另一种称之为“篮牙 ” (Blue tooth)的短距离无线网络通信技术也将从根本上降低ETC系统的建设成本。 “ 蓝牙 ” 是一种在区域性环境内进行短距、点对多点的数据传送无线连接技术，其优点有：整个篮牙协议结构简单，具有很强的移植性，可应用于多种通信场合，功耗低，篮牙模块应用简单，成本低廉，容易实现，易于推广，已得到了许多电脑制造商及通信器材厂商的支持。众所周知，移动通讯的服务商有着目前最为完整、安全可靠的移动网络服务体系和账目拆分功能，若将具有“篮牙 ” 模块的手机与公路收费系统进行挂接，势必是事半功倍的好事。
结束语
日本的ETC工程技术人员经过不懈努力，终于使本国的DSRC 5 8GHz通信标准成为ISO国际标准，这将为其业务向世界扩展开辟更广阔的道路。日本有关方面在发展ETC系统时，达成保证道路管理者之间、ITS相关行业间的良好沟通，制定统一标准，使系统能在全国范围内形成一个整体，为适应未来功能扩充的需要，系统要包含车载设备及IC卡具有多种扩展功能的共识，值得我们深思与学习。
随着我国政府对基础设施投资的加大，国内高速公路逐渐形成公路网，一些交通量大、要求迅速提高服务水平的地区已经或即将引进国外的ETC设备，自行迅速扩展的势头明显，另外，ETC系统是一项新兴的综合性技术，是以网络化服务为目的。因此开展国内全行业的网络不停车收费系统规范势在必行。
