福建高速ETC系统选型及车道布设方案分析

伍俊龙

（福建省高速公路有限责任公司 龙岩管理分公司，福建 龙岩364000）

0 引言

ETC 全称为Electronic Toll Collection，译为电子不停车收费，是国际上正在努力开发并推广普及的一种用于公路、大桥和隧道的电子不停车收费系统。 它通过路侧设备（Road Side Unit，简称RSU）与车载电子标签（On Board Unit，简称OBU）之间的专用短程通讯协议，以达到对车辆的自动识别，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，自动完成收费处理全过程，从而实现电子自动收费。

电子不停车收费技术，以其具有免除现金交易、无需停车快速通过、有效提高通行能力、大大提升服务水平、简化收费管理、降低环境污染等等明显特点和优势。自20 世纪90 年代初面世以来，广受青睐，得到了广泛应用，被实践证明是一种必将逐步取代传统人工半自动收费的先进的非现金支付方式的电子收费技术手段。

1 高速公路ETC 系统的选型

ETC 系统从形式上分为架空式和路边式两种。架空式系统是在收费站设置龙门架，在龙门架上安装RSU，允许车辆高速通过，且可变车道，适合ETC 普及率高的地区。 路侧式系统是在路侧安装RSU，只处理一个车道，适合于MTC 与ETC 共存的地区。 由于福建高速公路收费站不可能在短期内取消MTC 车道，所以架空式系统目前并不适合，选择路边式ETC 系统更切合福建省的实际情况。

2 ETC 专用车道的设备构成

ETC 车道（入口车道、出口车道）系统主要由路侧读写控制器（含车道读写天线）、电子标签、车道控制器、雨棚信号灯、车道信号灯、自动栏杆、费额显示器(含语音报读设备)、车辆检测器、环形线圈、车道摄像机、车牌识别系统、及视频分配器等组成。

3 ETC 车道系统布设原则

在一般情况下，福建省将ETC 车道设置在收费广场的内侧，从双向收费岛两侧的车道开始依次设置。 优点是ETC 车辆在收费广场行驶的路径最短， 可以快速通过， 而且不影响MTC 车道的车辆通行能力。

4 ETC 车道系统布设方案对比分析

ETC 车道系统布设有四种方案（下文简称为方案一、方案二、方案三、方案四），我们将对不同的方案进行分析，不同的方案都有不同的优缺点，以便在高速公路ETC 系统建设有一个明晰的方向。

（一）方案一（见图1）

图1 方案一车道布局图

方案描述：RSU 覆盖区域为12m， 栏杆紧靠在RSU 通信区域后面，安装在车辆上的OBU 与RSU 成功交易后，栏杆自动打开，车辆从ETC 车道正常通行；安装在车辆上的OBU 未能与RSU 成功交易或者车辆未装OBU，则车辆转入从相邻MTC 车道，进入人工收费处理，从人工车道通行。

该方案具有以下特点：ETC 车道无需人工干预，车辆上的OBU 正常交易后，自动从ETC 车道通行，车辆上OBU 未能正常交易或者车辆未安装OBU，则转入相邻MTC 车道进入人工收费处理；车辆通行速度适中；通信区域只有12m，而且栏杆离通信区域很近（紧靠通信区域），车辆通行速度不够快；12m 的通信区域足以容纳两辆车，容易产生跟车干扰（跟车干扰是指前面车辆未装OBU 而后面车辆安装OBU，RSU 与后面车辆的OBU 交易完成而导致放走前面的车辆）。

（二）方案二（见图2）

图2 方案二车道布局图

方案描述：RSU 覆盖区域为8m，栏杆紧靠在RSU 通信区域后面，安装在车辆上的OBU 与RSU 成功交易后， 栏杆自动打开， 车辆从ETC 车道正常通行；安装在车辆上的OBU 未能与RSU 成功交易或者车辆未装OBU，则车辆转入从相邻MTC 车道，进入人工收费处理，从人工车道通行。

该方案具有如下特点：ETC 车道无需人工干预，车辆上的OBU 正常交易后，自动从ETC 车道通行，车辆上OBU 未能正常交易或者车辆未安装OBU，则转入MTC 车道进入人工收费处理；通信区域只有8m，而且栏杆离通信区域很近（紧靠通信区域），车辆通行速度很慢；8m 的通信区域，发生跟车干扰的概率非常低。

（三）方案三（见图3）

图3 方案三车道布局图

方案描述：RSU 覆盖区域为8m， 栏杆在RSU 通信区域后面15m左右，安装在车辆上的OBU 与RSU 成功交易后，栏杆自动打开，车辆从ETC 车道正常通行；安装在车辆上的OBU 未能与RSU 成功交易或者车辆未装OBU，则车辆继续往前行驶，进入人工收费处理，依然从ETC 车道通行。

该方案具有如下特点：ETC 车道需要人工干预，车辆上OBU 未能正常交易或者车辆未安装OBU，则需人工收费处理，在ETC 车道必须配备人工收费处理， 影响正常的ETC 车辆的通行； 车辆通行速度较快；8m 的通信区域，发生跟车干扰的概率非常低。

（四）方案四（见图4）

图4 方案四车道布局图

方案描述：RSU 覆盖区域分为两个区域，即：远区通信区域和近区通信区域。 远区通信范围为12m，近区通信范围为8m，远区近区有重叠区域，为3m。 安装OBU 的车辆进入通信区域后，首先OBU 在远区通信区域与RSU 进行通信交易，交易成功，则栏杆自动打开，车辆正常通行，如果在远区交易未完，则OBU 在近区通信区域与RSU 进行通信交易，交易成功，则车辆正常通行，如果交易未完失败，则车辆转入相邻MTC 车道进入人工收费处理，从MTC 车道通行。 在远区通信区域和近区通信区域中，同时只能存在一个通信区域，当车辆驶入远区通信区域的位置时，地感触发，RSU 自动打开远区通信区域，同时关闭近区通信区域；当车辆驶入近区通信区域的位置时，地感触发，RSU自动打开近区通信区域，同时关闭远区通信区域。

该方案具有如下特点：ETC 车道无需人工干预，车辆上的OBU 正常交易后，自动从ETC 车道通行，车辆上OBU 未能正常交易或者车辆未安装OBU，则转入相邻MTC 车道进入人工收费处理；车辆通行速度较快；由于采用双通信区域，可以有效的防止跟车干扰。

在实际的运营中，采用单通信区域方式的ETC 车道，由于通信交易区域较大（一般8m 以上），容易发生跟车干扰，而且通信交易区域与通车速度成正比关系，因此在ETC 车道建设中，在保证通信交易区域的前提下，如何提高通车速度而又能够有效的控制跟车干扰是一个必须解决的问题。 通过与设备厂商技术人员的交流和测试，发现采用双通信交易区域的方式，可以有效的防止跟车干扰，同时又保证了交易区域，并且由于采用双天线通讯，可有效提高系统的备份能力和系统可靠性。 因此，从上述4 个方案的比较来看，方案四是最佳的方案。

5 结论

ETC 车道的布设与多种多样的因素相关， 因此需要结合ETC 车道的大量实测数据进行统计分析，本文针对目前福建省高速公路ETC的实际情况， 在满足降低投入成本和资源有效利用的前提下对ETC车道的系统选型及车道布设进行了研究。随着我省一些主要道口车流量增大, 精确率和通车效率问题已经成为整个ETC 系统的瓶颈和软肋,未来ETC 车道的布设方案也将伴随新技术的研究进一步得到完善和发展。

［1］中国标准出版社编.电子收费短程通信标准[S].

［2］GB/T20851 系列[S].中国标准出版社,2007.

［3］交通部(交公路发[2000]463 号).高速公路联网收费暂行技术要求[S].北京人民交通出版社,2000.

［4］迟峰，黑龙江省高速公路ETC 车道布设的研究[J].办公自动化杂志，2011（02）:10-11.