高速公路ETC系统设计方栋健 2010301500232计算机学院物联网班摘要：随着我国高速公路的快速发展，现有收费模式的弊端也逐渐被放大，为了改变这一现象，国家正大力发展结合了RFID，数据库设计与维护，信息安全，ETC车道设计等多种先进技术手段的ETC系统，以便能够缩短汽车的等候过程，节约大量宝贵的时间与资源，为国家经济社会的健康快速发展保驾护航。

关键词：ETC系统，物联网，不停车收费，FRID技术1.引言从1988年中国开通第一条高速公路，截止2009年上半年，我国建成了7.5万公里的高速公路。

各地规划中在建和待建的里程数接近10.5万公里。

在不久的将来，我国将超越美国，成为世界上高速公路里程数最多的国家。

然而，随着公路里程数的不断增多，许许多多高速公路管理系统中的弊端也逐渐被放大。

其中低效而又费时的收费系统令许多司机无可奈何，略显漫长的等待过程不仅侵占了人们的宝贵时间，也对环境产生了巨大污染，同时也消耗了大量宝贵的能源。

在这种大背景下，ETC高速公路收费系统的应用将有效解决目前高速公路收费的耗时过长这一症结，并将会提高高速公路利用效率，为经济社会的建设发挥更大的作用。

2.物联网与国家政策背景1.物联网背景“物联网”是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业浪潮。

2009年8月国家提出“感知中国”战略，2010年3月“物联网”被正式列为国家重点发展的五大战略性新兴产业之一。

而与国民经济密切相关的交通运输系统必然是物联网技术的应用大户，其中ETC系统从物联网角度看就是一个巨大的传感器网络。

而这种基于物联网技术的智能交通系统目前已经出现在我国诸多省份的高速公路上。

2.国家政策背景日前，交通运输部和国家发改委、财政部联合出台《关于促进高速公路应用联网电子不停车收费技术的若干意见》（简称《意见》），决定在基本具备条件的省（区、市）和区域加快推广应用高速公路联网电子不停车收费（ETC），逐步形成跨省区联网的收费格局，并加快形成规模化应用和产业链，充分发挥规模效益，在大幅提升服务水平的同时实现节能减排、节约土地和节省费用，为广大人民群众提供畅通、便捷、安全、高效、绿色的公路交通运输服务体系。

《意见》提出，力争到2011年年末，全国高速公路ETC平均覆盖率（设置ETC车道收费站数量占高速公路收费站点总数量的比例）达到30%，ETC车道数达到2500条，ETC用户量达到200万个，非现金支付使用率（非现金交易笔数与总交易笔数之比）达到10%。

力争到“十二五”期末，全国高速公路ETC平均达到60%，ETC车道数达到6000条，ETC用户量达到500万个，非现金支付使用率达到40%。

可以说目前的国家政策是非常支持ETC系统的建设的，我们要团结一切能团结的力量，紧紧抓住这一历史机遇，努力解决技术环节中的各种问题，使ETC更加成熟，更加实用。

3.系统设计的主要技术要求RFID技术，数据库设计与维护，信息安全，ETC车道系统4.系统设计1.现有模式我国现有的收费站基本上全部采用纯人工收费或组合式收费方式。

其中前者是指完全由人工进行现金交付的方式，而后者即ETC车道和MTC（半自动车道收费系统）收费车道相结合的方式。

对于采用刷卡付费或现金付费方式的车辆，由MTC车道通过。

刷卡付费有接触式刷卡和非接触式刷卡两种模式，当车辆进入MTC车道时，驾驶员停车刷卡或缴纳现金，交易完成后，启动栏杆放行；对于采用电子标签或两片式电子标签付费方式的车辆，则由ETC车道直接通过。

当车辆进入ETC车道时，电子不停车收费系统对安装在车上的电子标签进行付费操作，付费交易自动完成，实现车辆不停车付费。

2.设想模式a.RFID技术标准制定与电子标签分配鉴于目前我国的高速公路系统基本上只是向国内汽车用户开放，所以技术标准可以考虑由国家政府机关相互合作进行制定，如交通部，公路总段，“全国信息技术标准化技术委员会”等，并且负责标准的推广与应用。

而电子标签的发放需要严格遵守一车一签的规则，并且每个标签需要与一个专用的银行账户相关联，为了避免其它意外情况的发生，该账户建议与标签绑定，只负责用户的ETC系统付费。

为了达到一车一签的标准，建议由国内汽车生产商负责国产汽车标签的具体安装工作，由国内汽车经销商负责国外进口车的标签发放工作，二者需要由政府部门制定具体规范进行指导与管理。

b．电子标签的工作过程RFID技术的工作原理是：标签天线在进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，储存在标签中的无源芯片凭借感应电流所获得的能量，发出芯片中的信息，读写器读取信息并解码后，送到中央信息系统进行有关数据处理。

而在具体的ETC系统中，为了提高系统效率与增加系统效益，我们建议进行两次识别。

首次识别出现在进入高速公路入口时，这次识别的主要任务是判断汽车身份与种类，并且将数据上传到中央信息系统，进行数据的暂时性保存，等待末端系统的要求。

当汽车行驶到高速公路出口时，读写器进行二次识别，而此次识别的目的在于确定汽车的具体收费金额，并且向中央信息系统发出指令，结束该车所属标签的识别过程。

C．中央数据库的应用在这样的一次系统运行过程中，需要在前期将汽车的具体情况储存在中央数据库中，这个数据库的更新与维护需要一个具备一定技术能力与可信赖的机构进行维护与管理，并且要保证数据库内部信息的安全与用户隐私的保护。

为了使系统运行更为流畅，我们需要将全国各高速公路进出口进行联网，将入口与出口间的距离、不同类型车辆的不同收费标准储存到中央数据库，在出口处进行快速计算，以得出汽车应缴费用。

在汽车重量感应问题上，我们可以在高速公路入口处设置一传感器感应装置，感应汽车重量，并采用与标签信息同样的处理方式进行数据利用。

d.读写器与电子标签的选择由于我国地域广阔，气候类型多样，天气变化复杂，所以在系统中使用的读写器与电子标签需要能够适应不同环境的要求，能够在极端恶劣的环境下进行正常工作，如，暴雨、大风、高温以及其它各类复杂的天气环境。

高速公路上的汽车行驶速度一般较快，所以，电子标签与读写器同样需要适应高速环境。

一般，我们建议将汽车的限速控制在60公里/小时以内。

而为了加快发展我国RFID事业的发展，我们建议采用多厂家竞标供应的方式，来选择标签供应商。

政府只是制定相应的技术标准，只要供应商的产品符合这一标准，质量过关，就应当有资格去竞标，而具体的供应商应当由省、直辖市、自治区这一级政府进行选择，以此来避免垄断行为的产生，是我国的标签事业健康发展。

e.标签防伪标签的大范围应用既方便了人们的出行，也提高了管理效率。

但少数不法分子会通过一些不法手段来不交或少交高速公路过路费，如不安装电子标签，这样汽车就可以浑水摸鱼，非法使用高速公路，或与他人换用标签，将如小车型的标签用到大车型上以少交路费。

这样的行为不仅是对其他用户权益的侵害，同样是对国家法律的践踏，我们必须全力杜绝这种现象的发生。

在这一过程中，我们可以将标签设置成为一次性使用，用户不能随意进行卸载与安装。

一旦标签被卸载，其就失效。

而每个标签可以设制一个密码，每次使用需要由标签主人通过手机短信或其它手段进行验证，如果密码验证未通过，则该车可被视为可疑车辆，禁止其驶出出口。

而严格法律的可以对种现象起到警示作用，减少这种违法行为的发生。

f.ETC车道的设计在该模式下，ETC车道的入口与出口处需要设置起信息采集作用的微波读写控制器，其由天线和读写控制器组成，一定的设备保护装置，以及提示装置与拦截装置。

5.系统应用目前在我国二十多个省份都有了ETC车道与收费系统有些工程已经较为成熟的实际应用。

如沪宁高速公路。

在该告诉公路上每一收费站安装一条入口和一条出口不停车专用车道(ETC收费车道)，主线收费站(南京、花桥)为二进二出，全线构成封闭式ETC收费系统。

ETC 收费车道适用于所有装备应答器的车辆(分为6种车型)，应答器将固定在车辆的前挡风玻璃上或其它正确的位置。

应答器中记录的车型和该车辆的分类一致，当从固定位置上取下应答器时，该应答器将随之失效，需到宁沪高速公路股份有限公司设置的专门机构(POS点)重新将应答器固定在车辆正确的位置上，并使其重新有效。

在正常交通条件下，ETC收费车道是独立运行的。

当有车辆(无应答器或无效应答器)误入入口ETC收费车道时，入口ETC收费车道系统将显示警告信息，但允许该车辆通过。

当有车辆(有应答器或无效应答器)误入出口ETC 收费车道，出口ETC收费车道系统将发出警告信息，同时，该车道的MTC收费车道系统将对该车进行收费。

ETC收费系统采用预付和记账相结合的方式。

当司机购买应答器并预付定金后，将在系统中给他设立一账户。

该车辆每次通过沪宁高速公路时，将随之从其账户和应答器上减去每次的通行费，直至预付款扣完。

司机需在高速公路沿线设置的POS点交纳预付款，否则该应答器及其账户将列为黑名单，下传给各ETC收费车道，该车辆按无效应答器处理。

沪宁高速公路的成熟应用可以作为我们进一步完善与推广ETC系统的成功案例与学习对象。

6.系统优点由于ETC工作的三大特点：不停车、不需人、无现金，所以它的应用具有很多优点。

A.对用户的益处：①更高的收费站通行能力；②更好的服务水平。

B.对业主的益处：①更少的基建投入；②更低的运营成本。

7.物联网前景展望ETC高速公路收费系统只是物联网技术的一项基本应用，物联网的应用领域覆盖到各个角落、各个领域，可以用“无所不包、无所不在”来形容。

随着互联网与RFID及其它物联网相关技术的成熟与发展，物联网还会有更加广泛与深刻的应用，通过物联网技术，可以把人类社会与物理世界更好地连接起来，提升人们认知世界和处理复杂问题的能力，提高整个社会的信息化、智能化水平。

虽然目前还存在着许多亟待解决的问题，但是我们可以欣喜地的看到国家和地方政府对这一事业的支持，我们相信在广大技术人员与政府部门的支持下，物联网的明天会更加美好！【参考文献】[1].郑海初.《正在爆发的物联网革命》.[M].北京：中华工商联合出版社.2010年[2].曾强，欧阳宇，王潼.《无线射频识别与电子标签——全球RFID中国峰会》.[M].北京：中国经济出版社.2005年。