北京市高速公路中组合式联网电子收费系统解决方案

　　背景及系统的总体建设情况

　　近年来北京市高速公路建设发展迅速，截止到2009年底共建成通车高速公路915km。预计到2010年底，北京市高速公路通车总里程将超过1000km。随着交通流量的迅猛增长，北京市几条重要高速公路部分道路与收费站区拥堵情况日趋严重。以八达岭高速公路为例，设计交通流量为日均8万辆，而目前实际交通流量为日均16万辆；清河主收费站设计通行能力为4700辆 / 小时，而实际高峰小时通行流量为6700辆，每天早晚高峰小时数也由2001年的4小时增加到2007年的6.5小时。如何缓解收费站区拥堵，提高通行效率，为公众提供高水平的服务，是北京市交通行业面临的重要课题。

　　电子不停车收费(ETC，Electronic Toll Collection)系统通过安装在车辆挡风玻璃上的车载单元与收费站ETC专用车道上的微波天线之间的无线通信，利用计算机联网技术进行后台结算处理，实现不停车条件下通行费的电子支付，从而大幅度提高收费站的通过能力和服务水平。

　　北京市高速公路电子收费系统于2007年5月开始建设，2008年4月进入测试运行阶段，2008年12月20日进入试运行阶段，2009年5月1日进入正式运行阶段。截至2010年9月底，全市共建成1100余条人工刷卡车道，365条ETC专用车道，ETC专用车道覆盖了高速公路所有收费站点。共开通各类客服网点42个，以及银行ATM自助充值终端和加油站快速充值终端3000多个。

　　截至2010年9月底，北京市高速公路电子收费系统共有电子收费用户近30万，电子收费流量约占收费总流量的13%，一些主要收费站(如机场路天竺收费站)电子收费流量已占到总流量的近30%。随着与银行合作发行业务的开通，电子收费用户量和电子收费交易量进入了快速增长的阶段。

　　工程总体技术方案

　　技术方案的比选

　　目前国外电子不停车收费系统较多采用单片式电子标签，而组合式(两片式电子标签+双界面CPU卡)电子收费技术是我国独创的新技术，应用较少。二者比较如下：

　　● 单片式电子标签以“一车一标签”的方式固定在车辆挡风玻璃或仪表台上，车辆通过ETC车道时与安装在车道上的ETC天线进行短程通信，从而实现不停车通行并通过后台账户实现电子支付。由于入口信息全部自动记录在电子标签内，单片式电子标签只能通行ETC车道，不能与人工收费系统(MTC)有机结合，所以要求整个路网的每一个收费站均要安装ETC天线构成一个完全封闭的ETC收费网络。

　　● 组合式(两片式电子标签+双界面CPU卡)电子收费技术支持可插拔的作为扩展存储器使用的IC卡，电子标签主要作为车辆识别装置和通信中继器使用。电子标签中只记录车牌号、车型或车辆的物理参数，为车道系统提供车辆识别信息，而账号、金额方面的信息储存在IC卡内。ETC车道天线读写设备可借助车载电子标签远距离快速读取IC卡中的数据信息，实现免停车通过收费站并完成收费交易。

　　2006年，北京市即着手开始电子收费系统的开发建设工作。在前期工作中，重点进行了技术方案的比选，在2007年10月交通部出台《收费公路联网收费技术要求》之前，北京市就基本确定了采用组合式电子收费技术方案。随后，北京市确定了电子收费总体技术方案，即基于两片式电子标签+双界面CPU卡的电子不停车收费技术(ETC)和停车非现金支付技术的组合式电子收费技术方案。同时，制定了一系列应用技术规范。

　　ETC车道布设方案的比较

　　车道布设的核心问题是车道自动栏杆选择前置还是后置，车道布设方案的比较如表1所示。

表1 ETC车道布局模式比较

　　从表中可以看出，栏杆后置的通行速度和通行率较高，对用户有利，但相应增加了开发难度和管理难度。为了最大限度地方便用户，对车道布设采用自动栏杆岛尾设置模式，见图1。

图1 ETC车道布设示意图

　　北京市电子收费系统的组成

　　北京市高速公路电子收费系统由北京市联网电子收费清分结算中心、客户服务系统、一卡通结算管理中心(包括客户服务系统)、路段收费中心、车道系统(包括ETC车道、MTC车道)组成。系统构成如图2所示。

图2 北京市高速公路联网电子收费系统构成图

　　北京市高速公路联网电子收费清分结算系统和路段收费中心是在现有的人工(现金)联网收费系统内扩充，通信链路借用现有的人工收费网络系统的链路。

　　客户服务系统负责为用户提供安全、高效、准确、可靠的电子支付服务以及提供电子标签和国标IC卡的销售/充值/挂失等服务。客户服务系统由服务工作站、编程器、票据打印机等组成。

　　ETC车道控制系统由以下主要设备组成：车道控制器、条码扫描仪、票据打印机、车辆检测器(双线圈)、自动栏杆、自动车牌识别设备、声光报警器、费额显示器、车道通行信号灯、车道摄像机、天棚指示灯、电子标签读写天线、非接触式IC卡读写器等。

　　MTC车道系统由以下主要设备组成：车道控制器、条码扫描仪、票据打印机、车辆检测器、自动栏杆、车道通行信号灯、声光报警器、费额显示器车道摄像机、车牌识别系统、天棚指示灯、非接触式IC卡读写器等。

　　主要科技创新成果

　　北京市高速公路联网电子收费系统建设结合工程实践，进行了一系列的相关的研究、开发，形成了一系列高速公路电子收费部颁规范和应用模式，取得了多项重要科技成果。

　　● 系统首次应用电子收费专用短程通信的国家标准，在历经两年的研究及工程应用实践中，对国家标准进行了补充和完善，形成了完整的工程应用规范体系。其中的核心规范被转化为交通部高速公路联网电子收费示范工程规范。

　　● 通过技术规范层面及工程产品层面的综合改进，使ETC车道理论通行速度从40km/h提升至70～100km/h，大大提高了车道服务水平。

　　● 研究制定了电子收费核心设备工程化、规模化应用关键技术指标的检测方法和规程，开发完成了相配套的检测、测试设备及软件工具，初步建立了一个电子收费核心设备及系统的检测试验平台。在项目研究、设计和工程应用过程中，极大促进了基于国家标准的电子收费产品和系统的成熟度和可用性。

　　● 从技术方案和标准规范，以及设备实现的层面，实现了国标IC卡与北京市政交通一卡通卡(包括非接触逻辑加密码以及CPU卡)的兼容。

　　● 建立了完善的ETC车道标识系统：指路标志、振动标线、增加黄色标线比例、ETC发光指示标志等，实现ETC用户的科学指示和引导。

　　● 为了方便用户充值续费，扩展系统服务能力，建成国内唯一可通过银行ATM终端及加油站快速充值终端进行电子收费充值服务的系统，开通终端3000多台，系统服务能力提高到百万用户数量级。

　　北京市高速公路联网电子收费系统经过两年多的试验、用户测试以及试运行，实施效果良好。无论在系统的有效性、稳定性方面，还是在系统实施后的经济效益和社会效益等方面，均取得了显著成效：一，组合式联网电子收费模式实现了人工收费(MTC)车道和ETC车道的兼容，真正实现了“一卡通行”，系统运行相对稳定，进入试运行阶段后系统的不停车通过成功率达到98%以上，为有效发挥系统功能和效益奠定了基础;二，以最经济、最有效的手段实现安全、快捷的通行服务和高效、便利的电子支付，有效解决了高速公路收费站区的交通瓶颈，车辆可以以40km/h左右的车速高速通过收费站，节省了车辆在收费站口停车、交费、找零、排队等候的时间，与传统的人工收费相比较，不停车收费将高速公路收费道口的通行能力提高了4~6倍，实现疏导交通、缓解收费站拥堵、提高服务质量等综合目标;三，有利于提高营运效益，避免了现金收费中错收、漏收、找零、贪污等现象;四，大幅降低收费站区的噪声水平和废气排放，在环境保护和节能减排方面发挥了巨大效益。该项目对于我国区域高速公路联网电子收费的推广应用具有重要示范意义。

　　电子收费系统能够大大提高站区的通行能力、简化交费手续、降低站区拥堵，同时未来能够实现跨区域乃至全国联网电子收费，是今后一个时期高速公路收费的发展方向，应加快开发和应用。