󰀉 综述

2007年第2期自动化与信息工程 1 高速公路电子不停车收费系统国内外发展现状研究

李坚 王秀媛

（华南理工大学计算机应用工程研究所）

摘要：在我国随着用户拥有车辆的增多，高速公路的交通拥堵情况也越来越严重，迫切需要寻找快捷的收费方式解决收费站收费效率低的现状。电子不停车收费系统已经成了目前世界上最先进的路桥收费方式，无需用户停车缴费，只需在车上安装电子标签，车辆就可以自由通行，因此研究高速公路电子不停车收费系统成了目前国内外交通行业的热点，文章就电子不停车收费的几个关键技术对国内外的发展现状做了分析和比较。 关键词：高速公路；电子不停车收费；系统

1 引言

电子不停车收费系统（ETC，Electronic Toll

Collection System）[1]是世界上所有工业发达国家解决

大交通量收费道路停车收费拥堵现象和提高服务水

平的手段之一，在我国ETC收费已经有了小部分的

实践，能否进一步实施对全国来说具有非常重要的意

义，因此有必要对国内外目前电子不停车收费的技术

加以比较，可以在利用别人的技术基础上提升目前系

统的功能和性能指标。

2 电子不停车收费系统介绍

电子不停车收费系统是通过安装在车辆挡风玻

璃上的车载电子标签（OBU，On-Board Unit）与在收

费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通

讯（DSRC，Dedicated Short Range Communication），

（过程示意见图

１）。利用计算机

联网技术与银行进

行后台结算处理，

从而达到车辆通过

路桥收费站不需停

车而能交纳路桥费

的目的。

目前主要有两种不停车收费系统，一种是采用车

道隔离措施下的单车道不停车收费系统；另一种是在

无车道隔离情况下的自由交通流下的自由流不停车收费系统。

3 国外电子不停车收费系统的发展

公路收费在世界上已有相当长的历史了，早在几

个世纪之前，欧洲一些国家就有收费桥梁和收费渡

口。到十九世纪初，英国就有3500公里收费公路，

日本在1956年就开始公路收费，到1984年收费道路

项目占日本全部道路预算的44%。不停车收费应用也

有近20年时间，主要应用在美国、日本、意大利、

法国及新加坡等国家，由于ETC技术已有较长的发

展历史，美国以及欧洲许多国家和地区的电子收费系

统已经局部联网，并逐步形成规模效益。

（1）欧洲国家

欧洲国家在80年代中期就开始实施电子收费系

统（Telepass），它仅能在同一高速公路集团公司的

路网中通用，这期间的电子收费系统一般采用第一代

只读车载电子标签，有电子收费系统总处理中心和采

用后付款方式。从1990年至1995年底欧洲国家主要

实施第二代电子收费系统，其特征是采用欧盟推荐的

5.8GHz DSRC频率和可读/可写电子标签。其它典型

的项目有葡萄牙的BRISA开放式电子收费系统和意

大利米兰-罗马高速公路封闭式电子收费系统。

意大利在30%的收费站使用不停车收费设备，该

收费方式每分钟可处理30辆车。意大利Autostrade

S.P.A公司的Telepass系统可以认为是目前世界上最

庞大的不停车收费网络，不停车收费交易次数达到每

日50万次。

图1 电子不停车收费车道

2 电子收费系统在欧洲国家很难被社会普遍接受，

主要是人们担心隐私问题和可能增加车辆所有者的

额外负担。

（2）日本和新加坡

日本从2000年开始，大坂、名古屋等多条高速

公路进行ETC建设，共计100多个收费站，400多条

ETC车道。日本采取的是接触式CPU卡加两片式电

子标签和双ETC天线方案，车道设双向打开的高速

栏杆，无人值守，具有很高的安全性和车道通行能力，

有完善的密钥扩散机制和电子标签发行流通体系，但

车道系统投资和电子标签的成本都很高。

新加坡使用的电子公路收费系统[2]，包含两道闸

门，闸门上装有阅卡器、天线、感应器和自动摄影机

等。要进入电子系统控制的收费地区或路段，车辆必

须安装阅卡器，阅卡器因收费标准不同有不同的设

计。车辆进入闸门前，驾车人要确保阅卡器附有现金

卡，现金卡也有足够的存储现金。当车辆进入收费的

第一道闸门时，电子系统的天线就会启动，“审阅”

阅卡器的现金卡；车在进入收费的第二道闸门时，感

应器就从阅卡器中扣除规定的收费；如果没有阅卡

器，或阅卡器的现金卡储存值不足，摄影机就会自动

摄下车辆的牌号，并自动将照片等信息传到行动中

心，执法人员就可以追查出违章的车主。目前，不停

车电子收费已经在新加坡全国推行，成为了居民生活

不可分割的部分。

（3）美国

美国是当今世界上高速公路最多、设备最完善、

路网最发达的国家，也是不停车收费使用最早的国

家，最著名的联网运行电子收费系统是E-Zpass系统[3]。E-Zpass系统采用专用车道、混合车道两种模式，

都有收费员值班，E-Zpass专用车道规定了时速不超

过5英里的限制，并有相应的标志牌提示，以便给收

费人员和道路使用者确保一个安全的收费环境。另

外，美国基本上是采用开放式收费制式构成的网络。

4国内电子不停车收费系统的发展

我国的电子不停车收费系统的研究和实施取得了一定进展，部分项目已进入运行阶段[3]。

2000年6月，在国家经贸委和交通部的主持下，

“高等级公路电子收费系统技术开发和产业化” 项

目启动。该项目提出了适合国情的组合式公路电子收

费的技术方案——“两片式电子标签＋双界面IC卡

的组合式电子收费系统方案”。通过在京珠高速广东

韶关段试点工程的实践，普遍认为方案技术上合理，

经济上可行，为解决中心城市的环城公路网及区域经

济圈内城间公路网收费站的交通瓶颈提供了一种有

效手段。该项目还开发了5.8GHz频段的组合式ETC

收费的核心产品、软件系统、检测装置等。

2004年12月18日，广东省宣布全省基本实现了

高速公路联网收费，当时已开通了78条ETC车道，

迄今已有100多条，数量为全国之最。未来两年内，

还将完成全省普通公路的收费设施改造，设置200条

以上的ETC车道，使不停车收费成为主流收费方式。

目前，全国范围内已经有十几个省市相继开通了

两百多条ETC车道。国内比较成功的ETC车道系统

普遍采用频率为5.8GHz的两片式电子标签+双界面

CPU卡的模式[4]，实行兼容ETC与MTC的组合式收

费方案，达到以最经济、最有效的手段实现准确收费、

疏导交通、提供服务等综合目标。 4.1国内现存与电子不停车收费技术有关的标准和专利

我国现行的公路收费方面的标准见表1。《高速

公路联网收费技术要求》将于今年底颁布，成为高速

公路联网收费系统的正式技术规范，其中对电子收费

（ETC）系统增加了安全方面的内容。

表1 中国部分公路收费方面标准列表 标准名称 标准号 公路收费制式 GB／T 18277-2000 公路收费方式 GB／T 18367-2001 高速公路联网收费暂行技术要求 交公路发[2000]463号收费公路车辆通行费车型分类 JT/T 489-2003 公路收费非接触式IC卡 第1部分：物理特性 JT/T 452.1-2001

我国从1994年开始已有不停车收费系统的专利

报告，见表2。 李坚 王秀媛：高速公路电子不停车收费系统国内外发展现状研究

2007年第2期自动化与信息工程 3 表2 中国部分专利列表 名 称 公开号 公开日 公路不停车计费系统 CN1087737 1994.06.08不停车电子收费自动交费装置 CN2256121 1997.06.11 一种不停车收费系统 CN1310431 2001.08.29公路不停车收费及车辆管理系统CN1257259 2000.06.21不停车收费方法和系统 CN1380630 2002.11.20公路不停车收费方法和系统 CN1416104 2003.05.07一种基于移动通讯系统的道路 不停车收费方法 CN1414519 2003.04.30

不停车收费装置 CN2492892 2002.05.22不停车收费系统通用控制板 (PI/O板) CN2548204 2003.04.30

两片式电子标签加双界面CPU卡电子不停车收费装置 CN2549541 2003.05.07

4.2国内ETC系统的特点

我国ETC系统有两大特点。

一是系统成本高。目前，ETC车道系统的设备投

入比较大，一台支持两片式OBU的5.8GHz天线要

20多万元，一台0.6s的Magnatic高速自动栏杆要3

万元，整套车道系统建设费用约需50万元，远远高

于传统MTC收费车道的投资。

二是设置常闭式自动栏杆。在国外，ETC技术主

要应用于自由流收费，其国家法规、个人信用以及司

机的驾驶习惯与我国不同。国内的情况要复杂得多，

最典型的例子是非法车辆闯关的问题。在国外自由流

收费环境下，非法进入专用车道的车辆，在被现场拍

照后，依据照片可索回通行费并将依法给予处罚，而

在国内目前尚无配套法规来治理逃费现象，人工收费

车道都难对逃费车辆进行处罚，像这样的电子收费方

式就更无法进行追费与处罚了。

因此，典型的中国式的ETC做法是：在ETC车

道的车道检测器之后十几米左右，安装常闭式自动栏

杆。如果将栏杆设置为常开式，仅当非法车辆闯入时

才将栏杆放下的话，那么由于ETC车道通行车辆的

速度快，故非常容易发生交通事故，而且一旦客户增

加、交通量增大时，会造成正常收费通行秩序的混乱。 4.3国内ETC系统分类

我国的ETC系统按天线通信覆盖区域[5]的大小，

可分为长通信区ETC系统和短通信区ETC系统两

种。长通信区域ETC系统天线响应早，能保证车辆通行速度较快，但是当有两部车同时停在通信区域内

时，会引起车道逻辑错误，车道交易发生混乱。而短

通信区域ETC系统通信区范围小，几乎只能容纳一

辆车，因此车道逻辑比较清晰，不易引起交易混乱。

两种系统天线覆盖区域的比较如图2所示。

图2 长、短通信区域的ETC车道对比图

5国内电子不停车收费系统的缺陷

现有的电子不停车收费系统还仍然存在一些未

解决的问题，这些问题的存在影响了电子不停车收费

在大范围内的广泛应用，因此还需要今后很长一段时

间的研究。

目前国内ETC系统仍然存在的问题主要有：

（1）长通信区ETC系统跟车干扰严重：对于长

通信区的电子不停车收费系统的通信区约为自动栏

杆前2～10米之间，由于通信区域范围大，经常有多

辆车同时处于天线通信区内的现象，当前面的车辆不

能正常交易而后车可进行交易时，就会出现前车被放

行而后车被拦截的错误，即跟车干扰问题。

（2）短通信区ETC系统车辆通行速度低：对于

短通信区的电子不停车收费系统的通信区约为自动

栏杆前1米～6.5米之间，进行交易时，车辆离自动

栏杆较近，因此只能慢速通过，从而降低了ETC车

道的通行效率。

（3）自动栏杆附近存在通信盲区：现有的车道