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    公路联网收费中的组合式ETC技术的研究与开发
    2013-10-17 14:08:19   来源:Tranbbs.com       评论:0 点击:

      编者按:

      本文简要分析了当前公路联网收费环境下,ETC系统应用将会面临的问题,介绍了国家技术创新项目成果——两片式电子标签+双界面IC卡的组合式电子收费方案。重点阐述了组合式电子收费系统方案的内容、接口技术、互换性的研究,以及方案的工程应用状况。最后对组合式电子收费系统的试验、检测平台及模拟检测线的建设与开发作了简要的说明。

      组合式电子收费技术方案介绍

      1、 方案产生的背景

      “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飞速发展。截至2001年年底我国高速公路通车总里程已经突破20000公里。

      表1-1: 2001年底我国高速公路通车里程前四位的省份

    地区

    2001年底通车里程(公里)

    2010年规划里程(公里)

    山东省

    2077

    3000

    河北省

    1565

    广东省

    1500

    3310

    江苏省

    1386

    4000

      随着各省、市高速公路网的逐渐形成,由各路公司独立收费过渡到区域路网环境下的联网收费已成为各省发展公路收费的必由之路。很多省份正在考虑采用IC卡或二维条码技术进行区域联网收费,这有利于削减主线收费站和严格管理收费工作。但是,这两项技术并不能有效提高收费车道的通行能力;因此,采用ETC电子收费技术实现个别点高通行能力的市场需求仍然存在。

      目前,国外(除日本)普遍采用的电子收费技术方案大都是单片式ETC统,这对于以开放式收费为主、ETC车辆的比率相对较高的应用环境是非常适合的。然而对于我国如此大规模的公路联网收费系统而言,这种人工收费系统和电子不停车收费系统完全分离的运营模式必然会面临以下几方面的问题:

      1. 系统规模庞大,一次性投资高,建设周期长,风险大;

      2. 大多数入口收费站和出口收费站的交通量小、车道数量少,单独辟出一条专用ETC车道既困难,又不经济;

      3. 由于缺乏足够的备份ETC车道,系统可靠性和健壮性无法得到保障。

      我们可以清楚地看到,国外现有的ETC技术方案及运营模式并不适合国内区域联网收费客观形势的要求。要在国内成功地推动ETC收费,必须在方案上予以突破。另外,采用高安全性的预付卡方式开展公路收费的电子支付业务是必然的发展趋势,因此有必要将IC卡技术和ETC技术进行有机的兼容,发挥二者互补作用。

      2、 国家技术创新项目的研究成果

      为了在ETC电子收费方式和IC卡半自动收费方式的相互结合上进行有益的探索,从2000年6月起,交通部公路科学研究所(国家智能交通系统工程技术研究中心)承担了国家经贸委的国家重点技术创新项目——“高等级公路电子收费系统技术开发与产业化”项目。在项目研究人员的不懈努力之下,项目目标得到了很好地完成,并取得了一系列重大科技成果,包括:

      图1:5.8GHz车道天线及双片式电子标签

      独创性地提出了“两片式电子标签+双界面IC卡”的组合式电子收费技术方案,申请了国家发明专利,并初审通过和获公开。

      研究开发了5.8GHz频段,符合ISO/CEN标准的ETC车道天线、双片式电子标签和ePass电子收费软件。

      在交通部公路交通综合试验场建立了电子不停车收费系统的野外检测试验平台,开发了自动化的电子不停车收费车道试验检测装置。

      京珠南广韶高速公路、上海虹桥机场高速公路电子收费系统示范工程实施。

      上述技术成果已经于2002年6月24日在广东省的示范工程现场通过了国家有关部门的鉴定验收。

      3、组合式电子收费技术方案的特色

      组合式电子收费技术的总体方案如下:

      符合ISO、CEN等国际标准的ETC路侧控制系统

      采用支持ISO7816、ISO14443协议的专用IC卡收费机具

      采用双界面IC卡和两片式ETC电子标签作联网收费系统的预付卡介质

      在封闭式路网内,根据交通量的大小,按需设置电子收费车道

      组合式电子收费技术方案充分考虑了ETC全自动电子收费方式和IC卡人工半自动收费方式的适用条件,将两项技术通过两片式电子标签加双界面CPU卡的模式有机地结合起来,在全路网内以最经济、最有效的手段实现准确收费、疏导交通、提高服务质量等综合目标。

      组合式收费技术方案真正实现了人工收费(MTC)和电子收费(ETC)的兼容,在交通量较大,设有ETC车道的收费站,用户可以将双界面IC卡插入双片式电子标签,以免停车方式通过ETC专用车道;在交通量相对较小,仅设有人工收费车道的收费站,用户可以采用双界面IC卡以预付刷卡的方式通过普通人工收费车道。

      图2:组合式电子收费系统运行模式

      组合式电子收费技术方案具有如下优点:

      集中了IC卡收费和ETC收费的优点,在联网收费系统中实现了人工方式和ETC方式的有效结合

      为联网收费系统开展预付卡业务提供了方便、快捷、安全、可靠的解决途径

      按交通量等实际情况按需设置ETC车道数量,系统可靠性高、投资及规模富有弹性,易于试点和推广

      为解决中心城市的环城公路网及区域经济圈内城间公路网的交通瓶颈提供了有效手段

      符合中国金融卡规范及电子商务等国家鼓励发展方向

      4、 组合式电子收费技术方案接口技术及互换性研究

      “电子不停车收费设备的互换性问题”一直受到国际社会普遍关注,在有的国家,几乎建设了国际上所有标准体系的ETC系统。我国搞ETC联网收费,必须重视产品的兼容性和互换性问题,而标准又是产品及设备具有良好互换性的有力保障。

      保障电子不停车收费系统的兼容性,允许多家厂商的设备能进行互换,主要是通过规范其硬件、软件外部接口来实现。研究制定电子不停车收费系统接口规范的出发点即正是为了尽可能保障系统的兼容性,便于不同电子不停车收费系统间的集成,保障ETC用户的利益,促进ETC市场的健康发展。

      组合式电子收费技术采用了双界面IC卡作为两片式电子标签扩展数据存储器的思路,在结合应用过程中涉及到的标准和规范较多,主要包括ETC电子标签、双界面IC卡、电子标签读写器及IC卡读写器等。我们采纳了国际上一些主流的标准规范,并规定上述组合式电子收费设备必须首先满足这些最基本的标准要求:

      1. 双界面IC卡支持非接触通讯功能,应符合ISO14443 TypeB标准或者TypeA标准(兼容Mifare)及交通部公路收费IC卡应用技术条件。

      2. 双界面IC卡支持接触式通讯功能,需遵循ISO 7816系列标准及中国金融集成电路技术规范。

      3. ETC电子标签应符合国际主流标准,如ISO 14906 ETC应用接口技术规范等。

      4. 对于电子标签及电子标签读写器之间的无线通信协议应遵守CEN/TC278及ISO/TC204发布的标准规范:

      在进一步的“组合式电子收费应用互换性研究”中,我们发现各设备除了要满足上述几点基本要求之外,还有许多更具体、更细致、更关键的问题是国际标准所无法规范、定义的,为此我们从技术路线上制定出如下几点对策:

      1. 明确规定标准体系中允许多种取值的选项,将可选参数规定下来。

      2. 按照标准有关规定,明确定义国内收费业务所需要使用的电子标签数据属性,含义及取值范围,非接触IC的卡片文件结构。

      3. 选择并规定执行电子收费交易的服务原语及应用接口函数。

      4. 明确为保持数据完整性、安全性所采用的安全控制技术。如密码核对、双向认证等。

      5. 定义本地使用的初始化数据及预留可能用到的本地化数据有效空间。

      示范工程的应用状况

      1、示范工程概况

      在组合式电子不停车收费系统方案研究取得阶段性成果之后,交通部公路所作为高等级公路电子收费系统技术开发与产业化项目的承担单位,根据发达地区对电子不停车收费的迫切需求,及时地确定了广东省和上海市作为该项目示范工程实施点。

      广东省新粤交通投资有限公司负责的京珠高速公路粤境南段(曲江-翁城段)组合式电子不停车收费系统在2001年9月开通。

      图3:广韶高速组合式电子收费示范工程现场

      京珠南高速公路是京珠高速公路主干线上的一段,全长54公里,共有4个收费站,分别为:曲江临时主线站、曲江互通匝道站、沙溪互通匝道站、翁城互通匝道站,采用封闭式收费。示范工程在该路段上实施,主要内容包括:

      所有的人工收费车道实现对双界面CPU卡的操作,实现停车的预付卡收费。

      在曲江收费站建设两条(一进一出)电子不停车收费车道,实现电子不停车方式的预付卡收费。

      建设省一卡通中心,实现与收费中心的数据交换和预付卡的资金划转。

      在曲江建设一个服务网点,实现预付卡的发卡、充值和相关客户服务。

      工程完成后,该地区用户可以在曲江的服务网点申请预付IC卡和电子标签。用户在使用高速公路时,如从曲江收费站出入,则可享受方便快捷的电子不停车收费服务,如从其他收费站出入则可使用停车的预付卡收费服务。作为高速公路的业主——广韶高速公路公司应收的预付卡通行费以每天一次的方式通过省一卡通中心转账获得。

      由于广韶高速公路组合式电子收费系统示范工程实施取得了良好的效果,广东省已经确定采用本项目提出的“组合式电子收费方案”实现全省的组合式电子收费联网。

      2、 道路管理者及用户对系统的评估

      示范工程的成功实施标志着国内公路收费技术迈上了一个新的台阶。通过试点项目内部测试、项目开通试运行等工作的全面检验,京珠南高速公路管理公司对组合式电子收费系统的评价如下:

      1. 组合式电子收费设备达到了较高性能指标,满足示范工程应用,满足国内电子不停车收费应用的实际需求。

      2. 系统具有较高的可靠性和安全性,满足道路业主对收费的技术要求。

      3. 经过长时间的试用,系统经受了全天候应用环境的考验,符合工程应用的要求。

      组合式电子收费系统效益及应用潜力分析

      电子不停车收费(ETC)技术在国外已有6年以上成功应用的历史。美国、欧洲等许多国家和地区的电子收费系统已经联网并形成规模效益,其明显的社会经济效益具有强烈的吸引力。无论从交通工程的角度还是从智能运输系统的角度来看,电子收费技术的应用对于提高我国公路收费管理效率和公路通行服务水平具有很大的潜力。根据国家关于信息技术推进传统产业技术进步的总思路,电子收费技术必然会在中国得到逐步的应用和采纳。

      组合式电子收费系统方案的创新思路,充分考虑了电子不停车收费方式和IC卡人工半自动收费方式的适用条件,并将两者有机地结合起来,真正地做到了ETC车道系统的按需设置,大大地之降低了联网环境下电子收费系统建设的投资,有力地保护了道路运营者和用户的利益。

      以广东省为例,1999年广东省计划以国外常用的单片式电子收费技术方案实现省内“五路两桥”的ETC联网,工可预算为2.4亿元。由于投资过大、风险很高,具体承担项目实施的广东路桥电子收费有限公司迟迟难以进行实际操作。2001年底,采用组合式ETC技术方案的“广韶公路、虎门大桥ETC示范工程”取得良好实验效果之后,广东省在省经贸委的统一部署下,开始建设全省的“联网收费、一卡通行”,初步估算全省ETC工程预算将大大下降,从而使项目进入真正的可操作阶段,也使广东公路收费方式率先进入现代化。

      与此同时,我国正在大力推行金卡工程,这使得IC卡技术在城市交通领域内也能得到非常广泛地应用。以上海市为例,其公共交通卡项目连续两年(1999年和2000年)成为上海市政府的“为市民办实事”项目,覆盖城市所有公共交通工具。至2001年底累计发卡近200万张,应用于5000多单一票价的公交车和部分多级票价车、38000辆出租车、地铁1号2号线、地铁明珠线和市内所有轮渡线。2002年,上海市公共交通卡项目将扩展到上海的高速公路收费、新建轨道交通延伸段、地铁3号4号线、磁悬浮列车、所有公交多级票价车(手持机收费)、市政收费、便利店和社区消费、与周边城市交通卡的互联互通,最终实现上海市民出行人手一张卡。

      组合式电子收费系统方案通过“两片式电子标签+双界面IC卡技术”将电子不停车收费系统与IC卡的非现金交易有机地结合到了一起,这样就可以很方便地在现有的IC开应用系统上发展道路的电子不停车收费系统。

      从更长期的角度看,ETC技术除了服务于公路电子收费应用外,很有潜力扩展到加油、停车、门禁、出入控制等领域。在国际社会未来的发展中,区域范围内的互换性、多车道自由流技术、带智能卡的双片式电子标签必将成为ITS领域研究和发展的热点。


    责任编辑:吕圣霞

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    [专栏文章:9 篇]人物简介
      张北海,男,1977年5月出生,现任北京速通科技有限公司技术总监,全国智能交通系统标准化委员会通讯委员。1999年-2007年,任职于国家智能交通系统工程技术研究中心(交通部公路科学研究院ITS中心);2007年至今,任职于北京速通科技有限公司,主要从事专用短程通信(DSRC)技术、高速通路联网电子收费系统、高速公路信息化等领域的研究、开发、设计及标准化工作,是基于“两片式电子标签+双界面CUP卡”的组合式电子收费系统技术的主要提出人之一。