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深度 | 高速公路ETC自由流收费技术

2019-06-10

来源 : 赛文交通网

作者 : 汤成

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ETC(Electronic Toll Collection)电子不停车收费系统,是目前国际上较为先进的路桥电子收费技术,在欧美国家发展较为成熟,很多已采取主线自由流化的ETC收费。在我国,ETC技术随着高速公路建设不断发展,2015年全国联网后更是成为各省高速公路重要的缴费方式,目前ETC缴费占比超35%(广东43%)。

ETC技术以其自动化程度高、免停车快速通行等特点逐渐被高速公路营运方、车辆用户所接受,但我国ETC技术主要布局于收费站车道,还没有探索ETC自由流化收费的大规模应用实践。

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 ETC发展存在的问题 

(1)技术发展方面

ETC技术应用于收费公路,在欧美国家有二十多年的历史,主要采取单片式电子标签(OBU)技术,简单方便,成本低,但要求ETC车道覆盖率非常高,否则,起步阶段用户使用体验很差。

我国收费公路ETC技术借鉴于邻国日本,日本在21世纪初开始采用两片式组合ETC收费技术,即电子标签(OBU)+IC卡模式,该技术更安全、灵活,起步阶段在ETC车道覆盖率低的情况下,可取出IC卡作为通行介质。

广东最早于2002年引入基于5.8GHz DSRC的两片式组合ETC收费技术,并将其纳入广东省联网收费地方标准,2007年上升为交通运输部标准;2015年9月底全国ETC联网完成。目前,全国建成了超过2万条ETC车道,发展两片式组合ETC用户近6500万个。

我国收费公路ETC技术十多年没有大的变革。

两片式组合收费模式在发展初期适应我国高速公路建设国情,在ETC车道覆盖率极低的情况下可满足ETC用户通行需求,但目前全国ETC车道覆盖率超过95%(广东98.2%),主线和省界站已达到99%(广东100%),大部分用户在绝大部分通行时不再需要取出IC,两片式组合ETC收费技术的灵活性特质在我国现阶段表现不再突出,相反,因交易时与车载单元(OBU)和IC卡安全认证带来的多次通信握手、IC卡自身读写异常所带来的通行问题越来越突出。

据统计,ETC车道异常超60%与IC卡相关。

国标ETC核心交易时间是270ms,各省因交易复杂程度不一,ETC核心交易时间普遍超过300ms,核心交易时间长、交易异常率高导致ETC通行速度慢(国标为20公里/小时),用户通行体验一般。

(2)车道建设方面

我国ETC车道建设规模不够超前,日本高速公路绝大部分为ETC收费,每个收费站仅保留一条人工自助收费车道,而我国ETC车道级覆盖率(ETC车道占总车道比例)不足三成(广东25.2%),绝大部分收费站仅有1入1出两条ETC车道。

随着车流量不断增长,单条ETC车道通行能力饱和,广东珠江三角洲地区多条ETC车道日均通行量超过1万车次,很多城市重要出入口收费站ETC日均通行量超过5000车次,部分时段出现ETC车道排队情况。

而ETC车流量占收费站总车流量普遍不超50%,人工收费仍是主流,在车道资源有限的情况下,ETC车道超前建设需求与MTC仍是主流车道之间的矛盾越发凸显。ETC车道不可能无限制建设下去,特别是经济发达地区重要城市出入口(如广东珠江三角洲区域)受收费站规模、物理车道条数等因素限制,必须依靠ETC技术自身突破。

(3)新技术挑战方面

随着手机移动支付技术的发展,各行各业无现金支付比例越来越高,而高速公路收费长期以来只有现金和ETC支付两种模式,车辆用户要求高速公路行业兼容手机移动支付的呼声不断提高。

近年来,采用后台绑定移动支付账户、前端借助高清图像识别+地图信息技术(GIS)实现不停车收费的创新实践在很多省份如火如荼开展,特别是在大型互联网公司推动下,如支付宝在河南等地推出的无感支付,微信在山东推出的ITC支付等,对ETC技术发展提出了不小的挑战。

而公安部电子车牌技术(基于RFID技术)已在多地开展试验,相关标准已出台,同为车辆身份的微波识别技术,如果在全国机动车推行实施并与支付打通,可能直接取代现有ETC收费技术。

同时,国家大力推行北斗高精度导航技术应用,交通运输部也要求高速公路行业研究该技术在收费、道路拯救、养护等方面的应用,这也将对ETC技术产生威胁。

总而言之,如果ETC技术不能适应新技术、新业态发展,将很有可能被其他新型收费技术跨界取代。 

 ETC创新发展思路  

ETC技术应该充分发挥自身技术特点,即电子标签识别率高(99%以上,日本达到99.99%,远高于高清图像识别)、交易安全可靠性高、可实现无收费站的自由流收费(欧美国家已普遍采用)。

因此,ETC技术发展创新,一是要彻底改变目前国标ETC交易模式,改两片式组合ETC收费为“电子标签识别+后台账户扣费”模式,大幅降低国标ETC核心交易时间,减少IC卡片交易耗时并大幅降低异常率,提高ETC整体通行效率。

二是改变目前单ETC车道交易的技术模式,将ETC前置于收费匝道或主线,通过与收费站所有车道的组合联动,在不突破现有国标ETC技术的前提下,实现以距离换速度、以冗余交易换成功率的目的,同时大幅降低收费站ETC建设成本,缓解ETC车道与MTC建设平衡的矛盾,提高收费站整体通行效率。主要有两种技术表现形态: 

(1)匝道ETC自由流+匝道收费站联动 

技术实现思路:在收费站匝道以龙门架方式部署ETC设备,将ETC收费提前到匝道进行,相当于预设一条自由流化ETC交易车道。对低速(≤80公里/小时)经过匝道的ETC车辆提前交易,而收费广场的ETC和MTC车道只需要进行交易车辆名单核对和补充二次冗余交易(一次交易未成功前提下),即可快速完成车辆收费。

该技术通过“匝道交易、车道验证”模式,极大地提升了收费站ETC车道通行能力,通过与MTC车道联动,进而实现收费广场ETC化的目标,达到提升收费广场整体车辆通行能力的目的,如图1所示。

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(图1:匝道ETC自由流车道布局示意图) 

(2)主线ETC自由流+主线收费站联动

技术思路:在匝道ETC自由流技术基础上,进一步提高ETC车辆在高速行驶(≥100公里/小时)条件下的一次交易成功率;同时,革新ETC天线技术,探索单个ETC天线管理多条车道(2条或以上)的可靠性,降低主线ETC自由流建设成本。主线ETC自由流车道布局如图2所示。

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(图2:主线ETC自由流车道布局示意图) 

 技术验证  

广东省在2017年开展匝道ETC自由流技术研究,并在2017年底至2018年初先后开通东新南浦站、广珠西石洲站和广清新华站三套匝道ETC自由流收费系统,整体试点达到预期效果,单条ETC车道通行速度理论值提升3倍以上,整个收费站广场通行效率提升30%。部分试点收费站实拍图片如图3所示。

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(图3:试点收费站匝道ETC自由流实拍图片) 

核心指标验证一:匝道一次交易成功率。

即匝道ETC交易成功次数占整个收费站ETC通行次数的比例,通过测试,匝道一次交易成功率超过98%。

核心指标验证二:ETC车道核心交易时间。

即在匝道完成ETC交易后,在收费站ETC车道验证时的核心交易时间,由原来的约300ms大幅下降至目前的15~30ms。

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(图4:ETC车道核心交易时间比对图)

核心指标验证三:MTC车道通行能力。

即没有采用匝道ETC自由流完成预交易前的ETC用户进入MTC车道完成交易的时间,与采用匝道ETC自由流技术后已完成匝道预交易的ETC车辆进入联动的MTC车道的交易时间对比,MTC车道通过车牌识别验证预交易名单库,可实现MTC车道准快速通行。

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(图5:MTC车道交易时间对比图)

广东匝道ETC自由流技术于2018年5月7日通过中国公路协会组织的技术评价,专家一致认为该技术是对现有ETC技术的有益创新,项目研究成果在国内达到领先水平。 

 ETC技术发展趋势展望  

(一)完全ETC自由收费形态,不与任何收费站组合,主线自由流方式下以高速、高可靠的一次交易成功率完成不停车收费。在ETC用户成为绝对主流、高速公路去现金化收费基本实现、信用体系更加完善等前提下,完全ETC自由流将成为高速公路收费主要技术形态。

(二)ETC技术主动拥抱各类新技术,如移动支付技术、电子车牌技术、高清视频识别+地图信息技术、北斗高精度定位技术等,做好融合发展,使ETC识别准确率更高、交易速度更快、线上化发展思路更清晰,进一步焕发出ETC技术新的生命力。

(三)跟进智能电子标签特别是具备移动通信(4G,未来5G)能力的智能电子标签的发展,在满足ETC自由流收费的同时,丰富路与车之间的信息交互内容,为将来过渡到车路协同(V2X)技术,提前构建起完整的“智能电子标签+智能路侧设备+云端信息服务平台”的基础框架(注:目前基于5.8GHz DSRC的ETC收费技术与基于5.8GHz DSRC的车路协同技术并不等同,这里更强调在现有ETC技术下建立起未来车路协同服务体系架构,不受限于未来采取何种通信技术)。 

 结束语 

2018年5月16日,李克强总理在国务院常务会议上提出“推动取消高速公路省界收费站”。消息一出,如巨石投水,给高速公路行业带来不小的震动。

作为高速公路从业者,应冷静分析该政策出台的动因,社会更多地呼唤高速公路在收费后能提供更加高效、快捷的通行服务。我们应顺应时代发展潮流,以新时代交通发展满足人民群众便捷出行的美好需求为目的,大力推动诸如主线ETC自由流收费等新兴技术应用。

随着国家法制和信用体系的不断完善,也许在不远的将来,物理的省界、匝道、端头收费站等都将不复存在,真正让广大车主在高速公路上实现“无感通行”的极致体验。

本文摘选自广东省智能交通协会和广东省交通运输档案信息管理中心联合编制的《2017年广东省智慧交通发展报告》。作者:汤成,广东联合电子服务股份有限公司。

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