組合式電子收費系統研究及實現-資料下載頁

　　

【正文】 的獨特優勢更加凸顯。中央政府將加快海峽西岸經濟區發展，列入國家“十一五”規劃綱要，成為中央決策和國家戰略的重要組成部分。海峽西岸經濟區高速公路網是海峽西岸經濟區公路網的主骨架，是綜合運輸體系的重要組成部分，主要連接重要城市、交通樞紐、重要旅游景點和軍事戰略要地；是經濟區對外聯系、區域內重要節點間、城市密集區城際間的快速通道，是重要沿海港口和機場的集疏運通道，為全社會生產和生活提供快速、高效、安全、舒適的運輸服務，并為應對戰爭、自然災害等突發性事件提供快速交通保障。截止到 2022 年底，福建省高速公路通車里程已達 1229 公里，覆蓋全省大部分地區，連接廣東、浙江的沿海大通道和福銀高速公路福建段已全線貫通，通過加強交通基礎設施的建設，使得福州、廈門、泉州三個區域性中心城市更加突出，其支撐和輻射帶動作用進一步增強，海西城市群的雛形即將初步形成，城市群的經濟總量、規模、承載能力、輻射和帶動能力已逐步提高。但是目前福建省高速公路網大中城市群之間收費站只能以現金方式，車輛排對等待繳費的現象時有發生，引發以下問題：一是現金交費效率低，車輛通行時間較長，造成因繳費引發交通堵塞，降低高速公路的通行能力和服務水準；二是收費站點的現金結算量較大，在高強度現金收付壓力下，現金清點、防偽等壓力也較大，收費人員9 / 86收付假鈔的現象不可避免；三是路段收費站、財務人員的現金清點、防偽和管理的壓力與成本較大，影響路費資金的歸集效率；四是少數不法人員作弊，使國家財政收入面臨損失的風險，影響了高速公路系統的整體社會形象；五是人工收費方式與電子化、自動化的收費系統相脫離，不利于收費過程的全程電子化和信息交互。所有這些問題已充分說明海西路網中大中城市之間收費站點的通行能力、服務水平、綜合效率低下，已制約海西城市群的核心和輻射作用，影響海西經濟區城市群向縱深發展。著手進行福建省高速公路電子不停車收費系統工程可行性研究就是基于福建省作為海西經濟區的主體，理應調查、分析、研究設計福建省電子不停車 ETC 聯網收費技術條件、技術措施、管理措施和實施方案，為福建省高速公路網實施電子不停車收費奠定基礎，通過電子不停車收費系統的實施，實現福建省高速公路網的綜合社會效益，實現交通增長方式向集約型方向的轉變。. 論文的主要內容本文介紹了高速公路組合式電子收費系統的發展過程和應用情況，并在此基礎上詳細論述了福建省高速公路電子收費系統的設計和開發過程。組合式電子收費系統主要采用雙片式電子標簽+雙界面 IC 卡,其應用模式是：在不停車車道，允許司機將雙界面 IC 卡插入雙片式電子標簽，不停車通過收費站；在人工收費車道，允許司機從雙片式電子標簽中撥出雙界面 IC 卡以非接觸操作的方式刷卡扣款，短暫停車后通過收費站；通行費通過后臺的客戶服務系統從銀行綁定賬戶中扣除，實現非現金支付。論文對組合式電子收費系統做了深入的研究，最后給出了系統的具體實現。. 論文的組織結構本文共分為六章。第一章：介紹了電子收費系統的興起及面臨的問題，電子收費系統的優點和工作原理，以及國內外電子收費的應用現狀。第二章：介紹電子收費的標準及發展趨勢，介紹組合式電子收費技術方案的關鍵技術及設備。第三章：組合式電子收費技術方案的提出及總體設計方案。研究了組合式電子收費技術系統框架、安全體系及方案實施辦法。第四章：主要介紹組合式電子收費車道系統的構成，包括車道設備組成情況及用途，還有設備的布設。第五章：結合福建省情況介紹組合式電子收費車道系統的設計及實現，包括項目背景、開發環境、主要代碼實現和主要界面展現。第六章：總結了福建省電子收費的項目情況，并介紹未來電子收費系統的發展。11 / 86第二章 組合式電子收費系統的關鍵技術電子收費標準的現狀及發展趨勢. ETC 標準的選擇無線通信頻率國際上在自動車輛識別（AVI）和專用短程通信（DSRC）領域內曾經研究和使用過的頻率主要有三種：915MHz、。從已經建設完成的應用系統來看，915MHz 系統主要應用在北美地區，尤其是集裝箱識別系統。并且，最近八年以來，國際上（包括美國在內）幾乎沒有新的 915Mhz 系統應用于道路收費系統中去。美國自身也在逐步地將應用于智能交通領域的自動車輛識別的頻率轉向 ～ [21] [24]。 專用短程通信系統主要應用于歐洲、亞洲、南美洲及大洋洲等地區。 專用短程通信系統應用相對比較少，沒有形成主流。國際標準化組織對微波頻點的選擇如圖 所示。圖 國際標準化組織對微波頻點的選擇我國信息產業部在“信部無[2022]277 號文” 《關于使用 頻段頻率事宜的通知》中也明確規定：“自發文之日起，5725 5850 MHz 頻段作為點對點或點對多點擴頻通信系統、高速無線局域網...車輛無線自動識別系統等無線電臺站的共用頻段。”其中所述“車輛無線自動識別系統”主要由交通部公路科學研究院代表交通部申請，分配 ITS 相關應用。因此，中國電子收費選擇 勿庸置疑。三個標準體系主要技術指標，如表 所示。表 ETC/DSRC 標準比較表。項目 歐洲（CEN DSRC） 日本（ARIBSTDT75） 美國（WAVE）通信方式 被動式 主動式 主動式占用帶寬 20MHz() 70MHz() 75MHz()通信模式 半雙工 全雙工／半雙工 全雙工／半雙工通信距離 10 米Class1：10 米Class2：30 米1000 米調制方式 ASK／BPSK ASK／QPSK OFDM 自適應調制編碼方式下行 FM0上行 NRZIASK：曼徹斯特QPSK：NRZ通信速率下行 500Kbps上行 250KbspASK：1MbpsQPSK：4Mbps6～54 MbpsRSU 的EIRP≤+33dBmClass1：≤+30dBmClass2：≤+通常≤33 dBm最大≤ dBmOBU 的EIRP≤–24 dBm（單邊帶） ≤+20dBm通常≤20dBm最大≤通道數 4 7 7. ETC 標準的選擇電子標簽(1) 單片式電子標簽CEN 標準的 ETC 電子不停車系統是基于單片式電子標簽技術的，其技術成熟，廠商之間的兼容性和互換性較好；電子標簽價格較低，可以控制在 300 元以內。單片式電子收費系統可與現有人工收費系統相對獨立，實施時對現有系統的運行影響較小。天線與電子標簽的交易時間約為 60ms，可以滿足 160Km/h 車速下的自由流電子收費的需要。若采用單片式 ETC 系統，需要在路網內所有收費站建設 ETC 車道，但是，我國由于主要采用封閉式收費，且路網規模大，收費站點眾多，交通流量分布不均，在全部收費站設置 ETC 系統投資巨大。大多數入口收費站和出口收費站的交通量比較小，車道數量少，單獨辟出一條專用 ETC 車道在土建上既困難，在利用率上又不經濟。另外，由于多數收費站缺乏備份的 ETC 車道，一旦已有的 ETC 車道出現問題，ETC 車輛將無法通行，整個電子收費系統的可靠性和健壯性將無法得到保障 [25] [26] [27]。13 / 86(2) 雙片式電子標簽采用雙片式電子標簽的收費系統允許司機將雙界面 IC 卡插入雙片式 ETC 電子標簽，免停車通過收費站；在一般收費站，僅設置 IC 卡收費車道，允許司機從雙片式 ETC 電子標簽中撥出雙界面 IC 卡以非接觸操作的方式刷卡扣款，短暫停車后通過收費站。目前，我國高速公路聯網收費中多選擇雙片式電子標簽 [28] [29]。. 我國電子收費（ETC）標準目前國內 ETC 解決方案中，認知度較高的是組合式收費模式，組合電子收費國家標準－電子收費設備等關鍵部分已于 2022 年 03 月發布，于 2022 年 05 月 31 日開始實施 [30] [31] [32] [33] 。(1) 電子不停車收費國家標準GB/T 《電子收費 專用短程通信 第 1 部分：物理層》GB/T 《電子收費 專用短程通信 第 2 部分：數據鏈路層》GB/T 《電子收費 專用短程通信 第 3 部分：應用層》GB/T 《電子收費 專用短程通信 第 4 部分：設備應用》(2) 《公路聯網收費技術要求（征求意見稿） 》已上報交通部并已在部網站（）公示，其中的“附錄六：電子收費設備技術要求”將推薦采用 MTC+ETC 組合式收費系統。其物理層的要求包括下、上行鏈路的要求，載波頻率、 和雜散發射的要求應符合工信部無[2022]277 號文《關于使用 頻段頻率事宜的通知》的規定。如表 、表 所示。表 下行鏈路參數序號 參數 限值信道1 1載波頻率 信道2 2 占用帶寬 ≤5MHz3 頻率容限 177。101064 ≤+33dBm5 鄰道泄漏功率比 30dB水平面 ＜38176。6天線半功率波瓣寬度 垂直面 ＜45176。7 天線極化 右旋圓極化最大增益方向 RSUt≥15dB8 XPD3dB區域 RSUt≥10dB9 調制方式 ASK10 調制系數 調制系數：～11 編碼方式 FM012 位速率 256kbps13 位時鐘精度 177。10010614 OBU喚醒方式 15～17個周期14kHz方波 b15 OBU喚醒時間 ＜5ms16 OBU喚醒靈敏度 ≤40dBm17 OBU接收靈敏度 ≤50dBm18 OBU接收帶寬 ～19 BER 10106以內20 前導碼 16位“0”a 。b RSU強制要求發送該波形；OBU可選擇被該波形喚醒或者被正常通信幀信號喚醒。15 / 86表 上行鏈路參數序號 參數 限值信道1 載波頻率 信道2 2 占用帶寬 ≤5MHz3 頻率容限 177。2001064 ≤+10dBm30MHz～1000MHz ≤36dBm／100kHz2400MHz～Hz≤40dBm／1MHz3400MHz～3530MHz ≤40dBm／1MHz5725MHz～5850MHz ≤33dBm／100kHz5雜散發射其它1GHz～20 GHz ≤30dBm／1MHz6 鄰道泄漏功率比 30dB7 天線半功率波瓣寬度 ＜70176。8 天線極化 線極化或右旋圓極化最大增益方向 RSUr≥15dB9XPD3dB區域 RSUr≥10dB10 調制方式 ASK11 調制系數 調制系數：～12 編碼方式 FM013 位速率 512kbps14 位時鐘精度 177。10010615 RSU接收靈敏度 ≤70dBm16 BER 10106以內17 前導碼 16位“0”a 。組合式收費系統的基本思路是：ETC 收費專用車道同時設置 ETC 車道天線控制器和車道 IC 卡專用收費讀寫機具，實現對正常 ETC 車輛、誤入普通車輛通行費收取；在交通量大、易產生交通流瓶頸的收費站，按需設置 1 條以上的 ETC 收費專用車道，允許司機將雙界面 IC 卡插入雙片式 ETC 電子標簽，免停車通過收費站；在一般收費站，僅設置 IC 卡收費車道，允許司機從雙片式 ETC 電子標簽中撥出雙界面 IC 卡以非接觸操作的方式刷卡扣款，短暫停車后通過收費站。 組合式收費系統已經在廣東省實施，經使用驗證，整個系統基本滿足預期效果。此方案具備如下優點：(1) 該方案集中了 MTC 收費系統和 ETC 收費系統的優點，兩者互為補充，提高道路使用效率，具有支付手段豐富、交費快捷、通行能力強等特點。(2) 該方案為解決中心城市的環城公路網、及區域經濟圈內城間公路網的交通瓶頸提供了有效手段；ETC 車道可以視實際需求進行逐步擴展，資金投入及系統規模富有彈性、易于試點和推廣，運營風險大大降低。(3)IC 卡系統作為 ETC 系統的備份支付系統，使得系統可靠性大大提高。 (4) 由于采用高安全性的 CPU 卡作為存儲介質并采用規范的雙向認證技術，保證為聯網收費系統開展預付卡業務提供了安全、可靠的解決途徑。 (5) 該方案符合國家標準《電子收費 專用短程通信》 、 《中國金融集成電路(IC)卡規范》 、符合電子商務等國家鼓勵的發展領域及方向，為將來在公路服務領域擴展支付奠定基礎。 非接觸式邏輯加密卡又叫存儲卡，卡內的集成電路具有加密邏輯和 EEPROM（電可擦除可編程只讀存儲器） 。邏輯加密卡具有防止對卡中信息隨意改寫功能的存儲 IC 卡，當對加密卡進行操作時必須首先核對卡中密碼，只有核對正確，卡中送出一串正確的應答信號時，才能對卡進行正確的操作。目前國內高速公路上所使用的非接觸式邏輯加密卡大部分為 Mifare I 標準，大部分讀寫機具均能支持。由于非接觸式邏輯加密卡存儲容量較大、讀寫速度快、操作簡單，因而國內大部分高速公路聯網收費系統均采用該種卡片作為通行卡。17 / 86 CPU 卡雙界面 CPU 卡是 CPU 卡的一種。CPU 卡又叫智能卡，卡內具有中央處理器（CPU） 、隨機存儲器（RAM） 、程序存儲器（ROM） 、數據存儲器（EEPROM）以及片內操作系統（COS） 。由于當前各國經濟正在向國際化方向發展，全球化的金融服務系統紛紛建立起來，這就帶來了一個 CPU 卡的互操作問題。為了解決同一張卡，在不同的國家、不同的環境下都要能夠使用。國際標準化組織專門制定了一系列國際標準，使 CPU 卡及其接口設備制造商按照統一的標準，制造統一接口規格的產品，以保證不同國家、不同行業都采用統一的 CPU 卡軟硬件技術規范開發應用系統，從而實現不