国内外高速公路收费系统应用现状及相关研究的报告Word格式.docx
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学号：
10
设计（论文）类型：
设计
专业：
机电一体化
班级：
机电0821
是否隶属科研项目：
否
1、设计（论文）的主要任务及目标
①了解国外高速公路收费系统概况
②了解国内高速公路收费方式
③掌握ETC收费系统
2、设计的基本要求
①ETC在中国发展状况
②完成项目报告
3、主要参考文献
目录
摘要4
关键词：
4
第一章国内外高速公路收费系统概况5
1.1国外高速公路收费系统5
1.2国内高速公路收费方式8
1.3国内高速公路收费系统基本情况10
1.4国内高速公路使用ETC收费系统研究报告13
第二章ETC技术介绍及其应用16
2.1ETC系统简介16
2.2ETC工作原理18
2.3ETC核心技术介绍19
参考文献23
致谢24
摘要
2007年2月，世界银行发布了最新研究报告《中国的高速公路：
连接公众与市场，实现公平发展》。
报告回顾了过去15年间中国在高速公路发展方面的突出成就，比较了与其他发达国家高速公路发展的历程，对中国优先发展交通基础设施以推动经济增长，实现公平发展的策略予以肯定，并详细分析了中国高速公路网快速发展的5个关键因素：
以五年计划为基础的清晰的长远发展规划；
中央政府投资力度不断加大，以及中国31个省（区、市）共同的努力；
通过自筹资金和国内外的贷款，集中了中央和省级政府的资源；
大部分高速公路建设都属新建工程，实施时对现有路网的影响不大；
大量来自原大型国企的有资质的建设公司和设计工程师，满足了空前的建设需求
本论文将分析国内外收费系统，其中将着重介绍目前为越来越多的国家和地区所重视的不停车收费系统又称电子收费系统，简称ETC系统。
它利用车辆自动识别（简称AVI）技术完成车辆与收费站之间的无线数据通讯，进行车辆自动识别和有关收费数据的交换，通过计算机网路对收费数据进行处理，实现不停车自动收费的全电子收费管理系统，可以极大地提高收费效率。
一些发达国家高速公路收费系统的发展趋势是使用ETC收费系统。
当然我国是发展中国家存在多种形式收费系统并存情况，但是未来高速公路收费系统是必将趋于智能化、不停车的形势。
高速公路；
收费系统；
ETC
第一章国内外高速公路收费系统概况
1.1国外高速公路收费系统
国外的科技及经济是相对较发达，所以大部分高速公路都采用ETC收费系统，发达国家对于ETC的研究相对早，技术相对而言比较成熟，尤其是美国、欧洲、日本、意大利、法国及新加坡等国家很早就针对不停车收费系统中的研发技术、工程实施、标准规范进行了深入研究，并向国际标准化组织提交了有关不停车收费标准的草案，欧洲和日本提出的标准较为成熟，获得了较广泛的厂商支持。
但各发达国家在ETC技术推进和联网收费方面都经历了较为漫长的过程。
下面介绍几个发达国家对于ETC高速公路收费系统的研究机应用。
（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5.8GHzDSRC频率和可读/可写电子标签。
其他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-罗马告诉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AutostradeS.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。
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）美国
在美国，电子不停车收费方式已经成为美国回收公路投资和养护费用的高效率手段，最著名的联网运行电子不停车收费系统是E-Zpass系统。
l997年7月，“E-Zpass”工程的最终运行方案开始付诸实施和运行。
从E-Zpass系统开通起，ETC的交易量持续增长，截止1998年12月，仅经过1年半的时间，共计23条专用ETC车道的电子不停车收费网络就承担了整个月平均交易量的43%，高峰时段甚至达到55%—60%。
网络化运行的电子不停车收费系统效益和吸引力充分体现出来。
E-ZPass系统采用了专用车道、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，以便于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。
（3）葡萄牙
葡萄牙的ViaVarde电子收费系统可以算作欧洲具有代表意义的联网电子收费系统之一，由葡萄牙最大的公路运营商BRISA公司管理。
收费系统采用封闭式和开放式相结合的模式。
事实已证明，ViaVarde电子收费系统是既有利于道路使用者又有利于道路运营商的有效收费手段。
根据运营报表统计数据，人工收费车道（MIC）的平均通行能力为200辆/小时，电子收费车道的平均通行能力为1500辆/小时，l条ETC车道的通行能力是MIC车道通行能力的7倍。
该ETC车道的显著特点是没有自动栏杆，车辆能以不低于8Okm/h的速度通行。
如果没有ViaVarde系统，运营公司将不得不多修建2000多条人工收费车道以解决收费拥堵问题。
（4）新加坡
新加坡使用的电子公路收费系统，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，摄像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。
（5）日本
在日本，推进ITS被政府和企业提高到很高程度，其中就包括电子不停车收费。
由于技术上的难度和协调问题，时至1999年才开始真正实施全国性的ETC网络建设，首先建成的是东京附近的首都圈ETC工程。
在总结了有关经验后，从2000年开始大坂、名古屋等多条高速公路ETC建设，共计约100多个收费站，400多条ETC车道。
按计划应该于2001年初投入运行,但由于联网调试上的难度，到目前为止仍在进行之中。
日本采取的是接触式CPU卡加两片式电子标签和双ETC天线的方案，车道设双向打开的高速栏杆，无人职守，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成本都高，与我国的公众消费水平有较大差距，道路运营公司难以接受。
到2003年底，日本国土交通省已多次举行会议,探讨ETC收费系统的普及问题。
据介绍,国土交通省已经决定,对每台无线电装置的生产补助5000日元,以减轻消费者购买该装置时的经济负担。
此外,国土交通省还推出了一项优惠消费者的措施,即每购买5万日元的高速卡,赠送8000日元的使用费。
另外,使用ETC系统的消费者在费用方面也得到约20%的优惠。
比如,东京湾海底高速路的过路费为3000日元一次,但装有ETC系统的通道只收取2320日元。
目前,ETC收费系统在普及中存在一个问题,那就是车载器的费用问题,这使很多车主对ETC系统处于观望状态。
按照有关规定,购买一部车载器约需1万日元,再加上安装费等8000多元,ETC收费系统的初装费就需要近2万日元。
但一般首都高速的费用每次只为700日元,因此,很多车主认为,2万日元够跑近300次首都高速。
除非天天跑高速路,否则就不上算。
再者,3年多来,日本只有约一半以上的高速公路上装了ETC收费系统,所以即使装了ETC收费系统的车载器,在有的路段也不能用。
为了改变这一状况,日本政府决定明年在全国约1300个收费站全部安装ETC收费系统。
据日本国土交通省统计,截止2003年9月4日,日本已有194万辆汽车装上了不停车电子收费系统。
专家们指出,如果处理好收费站堵车问题,不仅能加快物资流通,有利于经济发展,而且车速的提高与节省燃料费等带来的年经济效益将达3000亿日元左右。
此外,缓解堵车现象后,二氧化碳的排放量也将减少约20%
1.2国内高速公路收费方式
我国是自动和全自动收费并存的，这取决于中国的经济水平和高速公路的复杂程度，
一、半自动收费
1、计算机管理通行券（条形码）收费
这种收费方式由计算机控制票据打印，对过往车辆进行人工识别，由人工操作向计算机输入车辆判别信息打印通行券，人工收取现金，计算机对进行统计。
条形码收费是指采用二维条形码存储车辆及收费信息，并用专用打印机打印通行券的收费方式。
对于封闭式收费，将在入口发票，出口验票、收费；
而开放式收费在入口一次性收取所要缴纳的费用。
这种收费方式减少了一定的人为性漏收，但由于增加了票据打印程序，故收费速度比纯人工收费要慢。
2、磁卡（IC卡）收费
这也是一种计算机管理的人工收费方式，其主要靠专用磁性卡片（磁券）或智能IC卡作为车辆信息的载体，较适用于封闭式公路收费。
在入口车道发卡或磁券，出口处验卡（磁券）结算费用。
对于一些长期用户（如长途客运）可以使用一种储值卡，在卡内赋值每次使用时扣减费额可多次使用，但仍需在经过收费站时停车读写卡。
收费站除其它必要设备外，主要设置专用读/写卡机（发卡机、收卡机）。
采用磁卡（磁券）收费的缺点是，磁卡（磁券）消耗量大，对外部环境要求高，机器故障常发生卡死，误读或因磁卡磨损而信息丢失现象。
采用接触式IC式收费，虽然可以回收，但也存在上述问题。
若采用非接触IC卡则减少了卡的磨损，且不存在因灰尘或油污而导致接触不良的问题，这是目前较为理想的一种收费方式。
3、投币式收费
这是一种在入口发卡，出口插卡投币的半自动非人工收费方式。
这种收费方式在国外经常见到，但由于所需硬币及车型判别方面的技术问题，在我国并不实用。
4、动态称重收费
这种方式多用于保护道路桥梁，防止车辆超载。
用于收费是通过测取车辆的轴重、轴距、轴数等数据，进行车辆综合判别，作为确定收费标准的主要参数。
动态称重技术必须和车辆识别及计算机管理系统相结合，才能构成车辆收费系统。
它属于专用收费，并不经常用到。
5、红外线收费
严格来讲这种收费方式是利用红外线技术进行车型自动判别，作为上述三种收费方式的辅助手段，通过红外车型分类与人工分类相结合，用以监督人工操作。
由于进行判别车辆类型的数据为一维（车长度）参数，困而误差较大。
同样的车在通过收费口时，由于行驶角度不同会出现不同的判别结果。
因此，这种方式仅适用于车型简单的地区，并且由于该设备可靠性低，安装难度高，通常很少采用。
二、全自动收费
它又叫做不停车电子收费。
它利用电子通信和计算机技术实现收费功能，在整个过程中操作者不直接介入收费环节，只需对设备进行管理监督以及处理特别事件。
每辆车都有其唯一的标识卡，安装在汽车前挡风玻璃上。
车型判别是在车辆静态下预先审定并与汽车牌照号一一对应地记入其标识卡，这种标识卡内的数据可以被数米远以外的微波设备读取，也可以被修改。
在收费的全过程都是由电子通信和计算机进行处理，不必人工介入，也不用停车交款，其费用是用户提前预缴赋值在卡上，或存在银行的专门账户内。
本节不做具体的分析，第二章将做详细介绍。
1.3国内高速公路收费系统基本情况
山西省高速公路收费年内实现“一卡通”
去年山西省高速公路管理在全国率先启用了非接触ic卡，建立了以车辆牌照自动识别，入口自动发卡和车辆自动分类为主要性能的新型自动计费收费模式，收费额突破７亿元大关；
该省高速公路管理局还设立了投诉专线电话，与电信局114台、山西交通广播电台建立了路况信息发布联网系统，多渠道、多角度地为社会发布路况信息。
随着高速公路通车里程的不断增加，山西省将很快形成以国道主干线和国家重点公路构成的高速公路网络与便捷高效的现代化高速公路综合运输网络。
有关部门计划在年内完成全省高速公路组合式联网收费改造工作，实现全省联网收费"
一卡通"
，尽早启用ic卡、储值卡，推广不停车收费系统；
完成全省高速公路通信系统改造工作，建立省级通信监控中心，大大提高车辆快速放行能力和高速公路通过能力以及高速公路的服务水平。
今后高速公路收费将全面联网
所谓“联网收费”，形象地说就是“上路领取一张卡，下路交卡缴费”。
据介绍，在重庆目前已通车的400公里高速公路中，已有5条路共340余公里实行了联网收费。
估计在今年7月左右，剩下的那段近60公里的高速公路，也即渝合高速公路，也将纳入这一联网收费系统。
而今年底通车的长达181公里的长万高速公路，将同样纳入该联网收费系统。
有关人士表示，今后新修的高速公路都将实现联网收费。
汉王眼在高速公路收费系统中的应用
高速公路收费系统是高速公路的重要组成部分，是高速公路业主收回投资的渠道。
目前的封闭式高速公路收费系统一般基于通行卡或通行票的形式，利用通行卡或通行票来标识车辆，在高速公路出口根据在通行卡（票）中记录的车辆进入高速公路的入口和时间等信息进行收费。
由于目前的通行卡（票）对车牌号码信息无记录，因此不同车辆之间可以通过交换通行卡（票）来逃避应缴的通行费，并且很难被察觉。
此外由于收费员对收费过程具有很大的自主性，因此也具有实施舞弊行为的可能。
事实上，目前高速公路通行车辆的逃费和收费员的舞弊行为频频发生，严重损害了业主利益。
这种现象在没有车牌辨识系统的收费系统中很难发现和加以限制。
当汉王眼车牌辨识系统用于高速公路收费时，高速公路入口收费系统可以在通行卡（票）上保存汉王眼识别出的车牌号码及车牌图片的相关信息，在高速公路出口利用汉王眼对车牌号码或车牌图片进行匹配，判断通行卡（票）代表的入口车辆是否为出口车辆，可以有效地发现和避免换卡行为。
同时汉王眼所定位出的车牌图片和识别出的车牌号码成为管理、查询通行车辆的重要途径，可以有效地加强收费管理，限制和发现收费员的舞弊行为。
汉王眼应用于高速公路收费系统的目的是对出入口的车牌进行匹配，判断是否为同一车牌，以发现通行车辆的换卡行为。
汉王眼可以采用车牌号码匹配和车牌图片匹配两种方法对出入口的车牌进行匹配辨识。
安装在出口的汉王眼首先根据通行卡（票）中的车牌号码识别结果进行车牌号码匹配，判断出入口是否为同一车辆。
当车牌污损严重而无法识别时，出口汉王眼将根据出入口的车牌图像来进行图片匹配，判断出入口是否为同一车辆。
郑义公路收费站“自动识别+网络监控”
杭金公路郑义段征费管理所，经浙江省公路局批准，日前新安装了“牌照自动识别系统”和“网上监控、指挥网络系统”。
新安装的“牌照自动识别系统”，对有牌号输入需拦截的车辆，能在车辆进入征费车道时发出警报并进行自动拦截。
新安装的“网上监控、指挥网络系统”，可通过网络上网，相关人员只要有一台家用电脑或手提笔记本电脑，无论是在远隔万里之遥的异国他乡，还是在家休息或外出开会，都可上网随时随地对作业现场进行监控和指挥，声、像齐全，可视、可听、可指挥。
evoc工控在高速公路收费系统的应用
整个收费系统主要由收费中心管理系统、收费站管理系统、车道收费系统三部分构成，三者是一个有机的整体。
收费中心对整个收费系统进行控制；
收费站汇总收费道数据并在收费中心和收费车道之间实现数据传递；
收费车道按照收费中心的要求对过往车辆实施正确的收费，并上传收费数据和交通量数据。
考虑到华北地区恶劣复杂的环境因素，整个收费系统选用"
evoc"
ipc-6806、ipc--6808工控机作为图像处理计算机、收费管理计算机和车道收费机；
选用ipc-810工控机作为数据处理计算机、ic卡管理计算机；
选用fsc-1621vd、ipc-68ⅱvdf（b）cpu卡，pcl-725八通道继电器输出和光隔离数字输入卡、ark系列模块等工控产品组成整个控制系统。
采用整套研祥公司的工控设备组成的系统，不仅很好的解决了兼容性的问题，而且自投入运营两年多以来保持了相当好的可靠性和稳定性，深得用户好评，去年在全国的高速公路收费工程评比中获得了优秀工程奖。
今年，我们又将研祥的产品用在了又一条高速公路的收费和监控系统中，表现是同样的出色。
封闭式高速公路收费系统
采用电脑监管及完善的管理软件的配合，基本杜绝收费员作弊的可能性。
对于各种异常情况如各种硬件故障、收费员操作失误和司机错误等的处理办法都在车道软件中周详考虑。
有齐全、准确的统计和管理报表，包括所有收费数据，各时段的车流量，车型和车流向的分布，每个收费员的工作量、营业额、差错率等，可提高营运公司的管理水平。
整个系统安全、稳定、可靠、数据准确，是久经考验的先进收费系统。
可用于有多个收费站的封闭式高速公路，每个收费站可有多个车道。
收费系统结构如图1所示。
若有多条高速公路联网，则可设置分帐中心。
1.4国内高速公路使用ETC收费系统研究报告
随着国家标准GB/T20851《电子收费专用短程通信》在2007年3月17日的正式发布和交通部门的大力宣贯的推广。
中国ETC发展的标准之争终于告一段落。
在这之前的欧洲标准，日本标准和国标之争，915M产品，2.4G产品和5.8G产品之争终于尘埃落地。
中国选择了自己的国标，选择了5.8G。
标准既已确立，国内的ETC产业和应用也蓬勃发展。
ETC产品的生产厂家已经有十多家。
其中不乏能提供整体解决方案的厂家。
到目前为止，交通部组织开展的京津冀和长三角区域高速公路联网不停车收费示范工程进展顺利，已经在北京、上海、江苏、江西等地开通运营，截止2009年1月，开通ETC车道的数在240条左右。
比较国外的发展，我们可以容易的判断我们处于的ETC的发展阶段。
目前日本的OBU用户已经达到2300万户，ETC的使用率接近80%，日本处于ETC产品的成熟发展阶段。
日本自1995年6月开始在全国各地进行ETC系统的现场试验以来，由于技术上的难度和协调问题，时至1999年才开始真正实施全国性的ETC网络建设，首先建成的是东京附近的首都圈ETC工程。
在总结了有关经验后，从2000年开始大坂、名古屋等多条高速公路ETC建设，共计约100多个收费站，400多条ETC车道，至2001年3月才开始真正实施全国性大规模的ETC网络建设。
中国的发展处于开始实施大规模的ETC网络建设阶段。
广东，北京发展较快，接近日本2003年的情况。
目前国内提供ETC产品的厂家有10多家，各厂家千差万别。
ETC的产品处于成熟期。
产品和技术原因还远远没有解决。
厂家的专业性，产品的一致性和稳定性还需要认真解决。
据广东省交通厅提供的资料，到2002年底，全省公路总里程达10.6万公里。
其中高速公路1850公里。
公路密度达59.6公里／百平方公里，广东省公路高等级路面、一级公路、水泥公路、桥梁拥有量以及公路密度等多项指标均居全国前列。
2002年，省经贸委会同省有关部门研究制定了《广东省高速公路联网收费实施方案》，粤府87号及粤经贸交通555号文批准了该方案的实施。
广东省公路联网收费将按照“分步实施、逐步完善”的原则，先在高速公路实施，再推广到其他收费公路。
高速公路联网收费按照“分区联网、逐步合并”的方针，分粤东、粤西、粤北、珠三角、广州和深圳6个区域实现联网，取消区域内的主线收费站，逐步发展到跨区域的全省联网收费。
同时全省高速公路推行兼容电子不停车收费和人工收费的组合式收费技术，实现“粤通卡”全省一卡通行。
广东全省联网收费后，全省将建成1个联网收费结算中心和3个区域收费中心，负责收费结算和分账，全省高速公路撤并14个主线收费站，有效地解决目前广东省高速公路收费站过多过密的问题，带来明显的社会效益。
广东每ETC车道机电系统的投标价在50～60万元之间。
在全省6个片区18条高速公路上，仅需设置88条ETC车道，3个区域中心投资8823万元，MTC系统改造、ETC系统实施及全省联网投资为1.67亿元，省结算中心投资7500万元。
全省总投资费用为3.3亿元人民币。
广东联网收费是指在全省收费公路采用兼容电子不停车收费和人工半自动收费的组合式收费技术，在用户中推行“粤通卡”以非现金方式缴付通行费，并在全省高速公路实行“统一收费、系统分帐”的收费治理方式。
用户使用一张“粤通卡”配合两片式电子标签即可从自动收费车道不停车通过收费站。
实行联网收费后，收费公路经营单位统一委托省联合收费公司进行联网收费结算和分账，这使高速公路收费业务得到有效的资源整合，提高了各收费公路经营单位的治理水平，有利于统一规范收费行为。
省联合收费公司是经省政府批准，由省经贸委牵头，省交通集团与广州、深圳、佛山、东莞等市主要公路项目经营公司共同出资筹建、成立的一家不以盈利为目的的专营性股份公司。
该公司收取收费公路经营单位支付的结算服务费和记账卡用户支付的治理费，以维持公司正常运作。
收费标准由省人民政府价格主管部门原则上按维持省联合收费公司正常经营，不以营利目的进行核准。
据广东省联合收费公司有关负责人称，储值卡和电子标签除成本费外，不再收取其他任何费用，不会增加广大用户的经济负担。
省物价局将会根据专营公司的运营状况，定期核定调整收费标准。
总的收费标准趋势，应该是逐渐下降的。
省联合收费公司委托专业公司进行过市场调查，认为在全省ETC系统建立完毕2年内，用户可以发展到10万个，在5年内发展到50万个。
第二章ETC技术介绍及其应用
2.1ETC系统简介
ETC系统是利用微波（或红外或射频）技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高新技术设备和软件（包括管理）所组成先进系统,以实现车辆无需停车既可自动收取道路通行费用。
目前,大多数ETC系统均采用微波技术,本文主要针对此类系统进行综述。
在车辆自动识别技术的发展过程中，试验和实施了多种不同的自动识别技术，如感应线圈识别技术、声表面波识别技术、条码识别技术、红外通信识别技术和射频识别技术等，但最终主流归结到采用射频识别技术作为不停车收费系统的车辆自动识别技术。
不停车收费系统又称电子收费系统（ElectronicTollCollectionSystem），简称ETC系统。
它利用车辆自动识别（AutomaticVehicleIdentification简称AVI）技术完成车辆与收费站之间的无线数据通讯，进行车辆自动识别和有关收费数据的交换，通过计算机网路对收费数据进行处理，实现不停车自动收费的全电子收费管理系统。
该系统通过安装在车辆挡风玻璃上或者车身其他部位的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，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。
不停车收费系统主要利用车辆自动识别技术，通过路侧车道控制系统的信号发射与接收装置识别通过车辆的编号，自动从该用户的专用账户中扣除通行费。
射频识别系统是利用安装在车内的射频卡（无线电收发器）存贮车辆编号及相关信息，安装在车道的射频天线
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