1、不停车电子收费系统doc不停车电子收费系统随着经济的发展，汽车运输量大幅度提高，在路车辆也越来越多，从而使传统的人工收费和半自动收费方式越来越难以满足收费公路运营和管理的要求，在收费出入口处经常因收费效率低下而引起严重的交通阻塞和车辆延误，造成惊人的经济损失。为了解决这一问题，各发达国家正积极开发不停车电子收费系统，并已进入实用阶段。欧、美、日等国已在一些高速公路上安装了不停车电子收费系统，车辆通过收费站的最高时速可达200公里/小时，有效地缓解了由于停车收费而造成的交通堵塞状况。实践证明，采用不停车电子收费系统不仅能够从根本上解决因收费过程而造成的交通堵塞，而且能够减少收费成本，杜绝征费过程
2、中产生的营私舞弊现象，以及减少车辆油耗，减轻空气污染，从而产生显著的社会、经济效益。不停车电子收费系统ETC是利用当代各种先进技术实现不停车自动收费的系统。与传统手工收费方式不同，它省去了在收费站处的停车、收费环节，从而彻底取缔了车辆在收费口处的停车等待、交费的时间，摆脱了由于收费本身造成的交通堵塞现象。而且，使用电子收费系统，甚至不再需要用来实施收费的实际收费广场，可将ETC装置安装在顶置雷达天线上和/或路面上，就能够在车辆高速通过时完成收费业务。采用不停车收费系统还给顾客一个选择付费方式如现金、支票、信用卡的机会。对于使用信用卡的顾客，当其收费帐户上的余额低于预先规定的水平时，还可从信用卡
3、帐户上自动转帐，因此免去了顾客为收费帐户不断补充资金的烦琐事情。此外，顾客每月都能收到付费的详细清单，因此不必去索要收据。对于商业客户来说，他们雇佣的驾驶者不必在收费站直接支付现金或票据，从而避免了各种舞弊和误用现象。对于收费部门来说，采用不停车收费系统不仅可以在不建造额外收费设施（如更大的收费广场）的情况下提高车流量。而且，还可以减少收费人员的数量，从而减少收费成本。对于公众来说，由于不停车收费系统消除了汽车在收费站处的等待时间，因此在收费广场上怠速车辆大大减少，从而大大减少了排向大气的汽车尾气，使空气更加清洁。为了使ETC能够高效、可靠完成收费过程，达到最大的车辆通过率并且让顾客能够接受，
4、它必须包括三个关键的子系统：.自动车辆识别系统（Automatic Vehicle Identification）.自动车型分类系统（Automatic Vehicle Classification）.逃费抓拍系统（Video Enforcement Systems）自动车辆识别系统（AVI）使用装备在车上的射频装置向收费口处的收费装置传送识别信息，如ID号码，车型、车主等，以辨别车辆是否可以通过不停车收费车道。自动车型分类系统（AVC）利用装在车道内和车道周围的各种传感器装置来测定车辆的类型，以便按照车型构成实现正确收费。逃费抓拍系统（VES）用来抓拍使用不停车收费车道但未装备有效标识卡的汽
5、车牌照图象，用于确定逃费车主并通知其应交费用或处罚办法。所有这些子系统都与一个被称为“车道控制器（lane controller）”的装置相联结。车道控制器是一个计算机装置，接收来自AVI、AVC、VES装备的输入信息。通常，每个车道装备一个车道控制器，并与所有其他车道的装置配合使用，共同完成收费业务。车道控制器也是一个支持有效标识卡清单的设备，以辨别由AVI提供的信息的有效性。除了所有这些装备在车道内的装置之外，每个收费广场通常还设有一个主机，收集来自车道控制器的交易信息，并与采集所有收费广场数据的收费管理中心主机进行信息交换，同时将数据储存到管理中心主机储存地址中。收费广场主机还向每个车道
6、控制器传送有效标识卡清单，以供自动车辆识别系统使用。最后，还通常设有一个顾客服务中心，对使用不停车收费系统的顾客进行登记，处理顾客的收费帐目，向顾客发行标识卡，处理违章车辆，处理顾客提出的问题等。顾客服务中心接收来自车道内/道路装置的有关收费业务信息，并将交易额正确地计入顾客帐户上。顾客服务中心也向收费广场主机传递有效标识卡清单，而后，再由主机传递给车道控制器，供AVI子系统确定通过车辆标识卡的有效性。将这些技术集成在一起是一项非常艰巨复杂的工作，因此，绝大多数部门都委托制造商将这些技术集成到他们现存的收费环境中，或研制包括ETC在内的全新收费系统。一、自动车辆识别系统 自动车辆识别系统是指借
7、助收费系统的各种硬件和处理程序来辨别通过车辆的识别信息以实现正确收费的系统。每个收费车道都装备一个通常装在车道上方中心位置的RF“天线”，每个天线都连接到控制车载标识卡和车道内天线间通讯的识读器（reader）上。识读器通过天线向标识卡发射信号激活标识卡开始进行通讯。标识卡反馈回与具体车辆对应的独一无二的ID号码，用于ETC收费系统对车辆（顾客）进行身份辨析。对于读/写标识卡、智能标识卡、带独立应答器的智能卡，还可以传递一些其他的信息（如帐户余额信息、过境地点等），识读器也将反馈回修改信息对标识/智能卡的相关信息进行修改。AVI技术可分为两大类：激光技术（Laser）和射频技术（RF）。激光系
8、统使用激光扫描仪对通过收费车道的车辆进行扫描，读取贴在车辆上的条形码标牌（一般贴在司机侧后窗上）。从本质上说，激光系统的操作与百货商店结帐扫描仪的工作过程相同。射频系统使用识读器/天线读取安装在汽车保险杠、挡风玻璃内侧或车顶上的脉冲应答器（标识卡）。激光技术有很多弊端限制了它在收费环境，尤其是开放公路系统中的使用。首先，条形码标牌易于伪造，而且易于受天气和道路灰尘的影响（在雾天或雨天时效果不理想）。此外，激光扫描仪和汽车间的有效距离也有很大限制。射频技术克服了激光系统的这些不足，因此，最近建成的ETC系统的AVI子系统大都采用射频技术。除了用于收费以外，RF标识卡的一些型号也可以用于路车通讯（
9、VRC）。这一技术允许装备读出器/显示器的标识卡向驾驶者通告有关交通信息。在今天的应用和试验中，主要包括三个RF技术：RF标识卡、RF智能标识卡、带RF发射应答器的智能卡。1、RF标识卡 RF标识卡是装在车内或车上的一种装置，用于和车道内RF天线/识读器的通信，验证车辆和车主的识别信息。一般来说，储存在RF标识卡内的信息是只读性的，不能修改，而且标识卡也没有任何数据处理能力，通常将这种标识卡称为Type I 型标识卡。不过，也有一些RF标识卡包含一个可更改（读/写）的区域，在此区域，天线/识读器可以写入信息（如过境地点、经过日期/时间等），通常将这种标识卡称为Type II 型标识卡。RF标识
10、卡在美国和其他一些发达国家的许多收费系统中投入使用已经几年了。RF标识卡采用半双向操作方式，即它们不能同时进行数据的发送和接收。RF标识卡与天线/识读器进行通讯的信号产生方式有两种途径：主动式，RF标识卡本身含有信号发射装置生成自己的RF信号；被动式，RF标识卡反射从天线/识读器接收到的信号（因此，这种标识卡没有信号产生装置）。目前，RF标识卡使用的频率带宽有三种：.900928MHz.2.45 GHz.5.8GHz其中，美国采用的频率范围为900928MHz，日本采用2.45 GHz，欧洲采用5.8GHz。RF标识卡最大的读/写距离不超过100英尺，在实际应用中，通信距离通常在2030英尺范
11、围内。RF标识卡存储器采用EPROOM或EEPROOM，存储容积通常为128512比特，也有一些RF标识卡的存储容积被扩大到16兆比特。RF标识卡内有一个用户不可更换电池，使用寿命为510年。RF标识卡的其他装置包括：.大电子显示器（LED）受识读器控制，向驾驶者指示有关通行信息。.液晶显示器（LCD）受识读器控制，向驾驶者显示有关业务消息。.蜂鸣器（或其他声音产生装置）向驾驶者发出警示。.滚动按钮使驾驶者能够翻动显示屏阅读接收到的信息。.通讯端口允许标识卡与其他车载装置进行通讯。带有这种特征的标识卡常被称作Type III型标识卡。2、RF智能标识卡RF智能标识卡是装在车内或车上的一种装置，
12、用于和RF天线/识读器进行通讯联系，验证车辆、车主以及帐户余额的识别信息。RF智能标识卡的信息包括不可更改部分（如车辆和顾客数据）和可更改的部分（如帐户余额信息）。智能标识卡内有一个微信息处理机，用于维护帐户余额信息并根据使用情况随时进行修改。无论是在美国还是其他国家，RF智能标识卡都没有被广泛应用。RF智能标识卡采用双向操作方式，即它能同时发送和接收数据。它能够产生通讯信号并通过发送器与天线/识读器进行通讯。RF智能标识卡使用的频率带宽包括：.900928MHz.2.45 GHz.5.8GHz其中，美国采用的频率范围为900928MHz，日本采用2.45 GHz，欧洲采用5.8GHz。由于R
13、F智能标识卡能独立产生通讯信号，因此，它的最大读/写距离比RF标识卡大，但在实际应用中，它与天线的通信距离通常也在2030英尺范围内。RF智能标识卡存储器采用EPROM、EEPROM、ROM或RAM，存储容积为1664千比特。RF智能标识卡内有一个用户可更换电池，使用寿命为12年。RF智能标识卡的其他装置包括：.大电子显示器受识读器控制，向驾驶者指示有关通行信息。.液晶显示器受识读器控制，向驾驶者显示业务消息。.蜂鸣器（或其他声音产生装置）向驾驶者发出警示。.滚动按钮使驾驶者能够翻动显示屏阅读接收到的信息。.通讯端口允许智能卡与其他车载装置进行通讯。目前，RF智能卡使用专用的通讯标准。3、带独
14、立RF应答器的智能卡 带独立RF应答器的智能卡是智能卡本身和RF应答器（标识卡）两个硬件分开的装置。智能卡是一个包含微信息处理机和存储器的集成电路（IC）装置，用于存储帐户余额信息。RF应答器是一个与智能卡接口的车载RF装置，允许智能卡与车道内天线/识读器进行通讯。一般来说，这种RF应答器实际上就是Type III型RF标识卡。此外，RF应答器还包含有车辆信息，该信息与智能卡信息一起被传送给天线/识读器。目前在欧洲，带RF应答器的智能卡正处于广泛试验阶段。和智能卡一起使用的标识卡采用主动或被动传送的双向或半双向通讯方式。其使用的频率范围、通讯距离以及其他装置与RF标识卡相同。现在，有各种各样的
15、带RF应答器的智能卡技术试验正在进行，其中，最有名的是车辆运输自动记帐和电子付费系统（ADEPTAutomatic Debiting and Electronic Payment for Transport）。 ADEPT已经完成了设计工作，并且也完成了车辆运输自动记帐技术的野外试验。该技术应用先进的车载发射应答器，在路侧收费系统和车载智能卡间方便地进行高车速、多车道收费事务处理。如同在欧洲的六个地方进行多车道电子收费系统的演示一样，它还在城市划价和停车收费上进行了演示。目前，在欧盟的19941998年研究、技术开发的第4框架内（4th Framework Programe），ADEPT II
16、将从与发射应答器和智能卡付费系统相关的技术问题转到自动收费业务交割ATT的研制、论证所需的所有关键领域，以达到无现金多模式付费和综合需求管理的开放系统两个目标。二、自动车型分类系统 为了对不同车型，如轿车、卡车、公共汽车等按照正确的费率实施收费，必须对车辆的构型进行分类。自动车型分类系统就是利用收费系统的硬件和处理程序来确定车辆的构型以便按正确的收费费率实施收费的系统。它由测量车辆物理特征的各种车道传感器和利用这些装置输出的信息把车辆分成确定类型的AVC处理机组成。车道传感器记录车辆的物理特征，处理机汇集各种传感器装置的输入信息并根据这些信息对车辆进行分类。确定了车型的车辆信息发送到车辆事务处
17、理系统，将被确定的车型和车辆收费事务联系起来。AVC的处理逻辑必须与车辆事务处理系统紧密联系在一起，以确保按车型实施正确收费。在手工收费系统中，AVC系统用于对收费人员确定的车辆构型进行检验。在电子收费系统中，AVC系统用于计算费款总额或对预先在车载标识卡上设置的车型进行检验。1、车型分类要素 车辆的类型可根据车辆的物理特征、乘员数、车辆的用途或这三个要素的联合进行判断。举一个例子，具有双轴且在第二轴上装备单组轮胎的汽车可归类为轿车，而具有双轴且在第二轴上装备并装双胎的汽车可归类为卡车。对于人类来说，区分这种区别是简单的，但对于自动车型分类系统来说却相当复杂。另外，影响车辆类型判断的因素还包括
18、车辆的高度和总重等因素。因此，自动车型分类系统必须测定车辆高度、轴数、是否装备并装双胎以及车重等来对车辆进行辨别并正确归类。而且自动车型分类系统还必须有确定的、可供比较的分类标准（即建立与具体车型一一对应的分类标准）。但当车辆的分类依赖于车上的乘员数时，目前还无法通过自动车型分类的方法对车辆进行正确的分类。同样，也无法通过自动方法确定车辆的用途（如无法将出租小汽车从私人轿车中分离出来）。车辆分类的决定因素包括：.车辆的轴和/或轮胎数；.车辆的尺寸（如高度、长度、轴距、第一轴上面的车体高度）；.车重；.车中乘员数（如用于与最小乘员数相关联的通勤车的特殊分类）；.车辆的用途（如用于出租小汽车的特殊
19、分类）。2、前分类系统和后分类系统 在车辆到达收费站以前就完成车型分类的AVC系统称作前分类系统（Pre-Classification），而在车辆通过收费站后才能完成车型分类的称作后分类系统（Post- Classification）。前分类系统能够使收费系统计算通过车辆的正确费率，并通告给手工收费人员。后分类系统用于核实所通过车辆是否按照车型实施了正确收费（对于人工收费），或为ETC交易实际计算正确的费率。前车型分类系统有一个缺点，即收费站的前面必须有足够的空间安装AVC装置，以便使系统能够辨别所通过的最大车辆，但是，一般收费设施通常不具备这一空间。3、用于车型分类的装备 用于车型判断的装备
20、主要包括：电感环线圈采用置于路表面沟槽的金属线感应线圈，通过自动检测车辆的金属体检测车辆的抵达。轨道接触器（Treadles）采用置于安装在道路表面框架内的压力敏感装置判断车辆轴数、车轮数和车辆穿过轨道接触器的方向。车辆的移动方向是通过一套平行传感器装置的触发顺序来检测的。根据将车轮压力转换成轨道接触器逻辑单元可识别的电信号的物理原理，可将轨道接触器分为以下几类：.机电式轨道接触器这是简单的机电装置，广泛应用于低车速应用情况。其缺点是当车速超过88公里/小时时运行不准确，而且它的维护费用也高。.电阻橡胶片轨道接触器该装置与机电式轨道接触器相似，不同之处是它采用电阻橡胶片而不是金属来用于触点闭合
21、，在3129公里/小时的车速范围内，它能够精确运行，维护费用也比机电式轨道接触器低。.光学轨道接触器该装置采用电子管内红外光束，当车辆通过时，红外光束被隔断，产生一个电信号。在很高的车速下，该装置也能精确运行，且具有长的使用寿命和低的维护成本。.压电式轨道接触器该装置采用电子管内的特殊材料，该材料能够在车轴通过轨道接触器产生压力时产生电流。在车速超过8公里/小时时，该装置运行准确，而且，最近的研究进展使它们即使在08公里/小时的速度范围内也能准确运行。动态称重装置采用通常安装在道路表面框架内的压力敏感装置来测量车辆的轴重。许多应用于动态称重装置的传感器与轨道接触器的传感器相同，它们的区别在于轨
22、道接触器采用的是一系列平行的传感器以达到检测车轴移动方向的目的。.弯曲应变片该装置使用弯曲应变片来测定车辆的轴重，当车轴通过使应变片遭受压力时，该装置产生一个与压力大小相对应的电流，利用该电流可计算车辆的轴重。.电容片根据车轴通过电容片产生压力的程度产生对应的电压，来计算车辆的轴重。.压电传感器该装置使用电子管内的特殊材料，该材料能够根据通过传感器的车轴重量产生与其成比例的变化电流。光束检测装置该装置由收发单束红外光束的装置组成，当车辆通过光束时，光束被阻断，用于判断车辆的抵达和车高。光束装置功能度的局限性在于它不能准确辨别拖车挂接装置，也无法提供车辆的外形轮廓。光束的另一个缺点是它能够毫无阻
23、碍地穿过汽车车窗，当光束仅仅穿过车窗而没有遇到其他车体阻碍时，它无法判定是否有车存在。光幕检测装置该装置发射垂直并联的水平光束来检测车辆的抵达和车辆外形。发射架向车道对面的接收架发射多束平行光束，当车辆通过阻断光束时，能产生车辆的二维轮廓图形。它能检测到拖车挂接装置。扫描装置该装置以各种频率产生射线来检测车辆的抵达和轮廓。在AVC系统中应用的扫描装置主要有以下几种：.超声波扫描器这类装置发射超声波并反射回发射装置，从而检测车辆的抵达并画出两维图形。超声波装置易受空气波动、气温改变以及空气湿度的影响而失真。尽管如此，在日本，用超声波技术来进行车型分类仍得到广泛应用。.红外线扫描器该技术应用垂直或
24、水平红外线扫描摄像机来分辨车辆并绘出车辆轮廓。装置输出的信息经过处理产生两维图象，将该图象与标准样板进行比较，来判断车辆的类别。.激光扫描器能够在高车速、高车流量的情况下利用扫描激光束对车辆进行探测和分类。装置输出的信息经过处理产生三维图象，将该图象与存储的各种车辆外形轮廓的标准样板进行比较，来判断车辆的类别。视频图象处理装置该装置使用视频摄像机对通行车辆进行扫描，利用内部软件，根据扫描到的车辆图形判别车辆轮廓信息，如车辆长度、宽度等。4、全AVC系统 通常，系统集成制造商必须联合使用上面所述的各种传感器装置并将它们集成到收费系统中。不过，也有一些AVC制造商设计了全AVC系统（Full AV
25、C System），应用单板计算机与各种传感器接口，利用传感器的输入信息判断通过车辆的车型。然后，将这些分型信息传送给收费系统，以减轻收费系统车辆分型的负担。三、逃费抓拍系统 收费公路要求顾客支付适当的通行费用以实现公路建设费用的回收和再投入。在非ETC业务中，都采用收费人员在顾客到达收费车道前收费或采用收费关卡收费。车道中收费人员和关卡的存在为避免逃费提供了最大的威慑作用。但由于采用ETC的目标是通过允许使用ETC的顾客在完全不停车的状态下通过车道来提高通过收费广场的车流量，因此，大多数部门都力求减少ETC车道的关卡。如果顾客认为ETC车道未装备逃费抓拍系统，那么他们将趁机利用这种情况实施逃
26、费，使逃费率增加。因此，征费部门需要装备逃费抓拍系统来记录车辆的图象信息，用于事后追踪逃费者，追回漏征费用并实施罚款，以减少漏征费用损失并起到威慑作用。逃费抓拍系统是指利用收费系统的各种硬件和处理程序对未付或未按正确费率付费的通过车辆抓拍车辆信息的系统。它用于抓拍没有装备有效ETC标识卡但使用了ETC车道的通过车辆的车牌照图象。这些图象用于事后查阅该车车牌照号码、车型、隶属省、市、地区及单位，以便对注册车主进行搜寻和处理。大多数部门征收的逃费车辆补收费用要比正常费用高得多以示惩罚和用于补偿处理逃费事件的费用，同时也对阻止逃费现象的发生起威慑作用。对于拒绝付费的车主，收费部门将将其转交给当地司法
27、系统来解决。1、逃费抓拍系统的相关技术拍照技术 最早的逃费抓拍系统采用摄像机拍下逃费车辆的照片。这种方法由于需要人工从照片中提取车牌照信息所带来的巨大劳动强度而很快被淘汰。该方法的另一些问题，如照相机的触发、图象与车道的伴随关系、日期和时间以及图象的储存等使这种方法难于被人接受。视频磁带摄像技术 视频磁带摄像装置（VCR）是随后采用的对通过车辆实施抓拍的装置。拍摄的录象带可在以后的时间重放，以对图象进行再考察并摘录出车牌照信息。由于单独使用录像带重放装置对图象进行审查是浪费时间的，因此使用这一技术的一些在用装置在录像带上增加了车道号码、日期/时间信息。由于记录了图象编号和录像带位置信息间的对应
28、关系，使图象检索和定位都变得易于实现。另外，在摄像过程中采用倍速录像带进行录制以提高图象储存量和更有效地图象后处理。不过，这种方法仍需要对录像带进行手工操作，其劳动强度也很大。这种方法目前还有应用。数字摄像技术 最近建成的逃费抓拍系统大多是采用数字图象抓拍储存技术的视频系统。数字系统的特点是能够将图象数字化，用电子学方法储存以及传送给远程存储单元。此外，数字系统与车牌识别技术（License Plate Recognition-LPR）联用能够提高其使用价值。LPR使VES能够自动确定图象中车牌的位置，读出车牌号码并将其储存起来。这样就避免了逃费处理过程中人工干预的需要，大大减少了劳动强度和不
29、停车电子收费系统的运行费用。但是，LPR的某些限制因素限制了它在逃费抓拍系统中的使用，当前大多数在用和正在研制的系统中还未使用LPR技术。车牌识别技术 逃费抓拍系统的最主要目标是抓拍到高质量的图象，用于摘录车牌照数据，包括车牌照号码、车型、隶属省、市、地区及单位等。利用这些信息，就可以通过车辆隶属省区的车牌号数据库找到逃费车主。该技术存在的挑战是如何在可行的成本下准确地摘录车牌信息。目前，大多数系统依赖人工查阅图象的办法获得车牌号码和隶属省区。人工方法的劳动强度大，而且在读取图象或提取关键信息时有出错的可能。现在，光字符识别（Optical Character Recognition-OCR）
30、技术已经达到了一定的水平，一些制造商正提出并已实施建造了自动车牌照识别技术和光字符识别技术相联合的系统，以从图象中摘录下车牌号码和隶属省区。自动车牌识别技术存在的主要问题是它的准确度。这不单是技术本身的问题，而是各种因素如车牌照的设计、印制、使用等综合造成的。这些因素包括：.缺乏统一的车牌照标准；.车牌照脏、损以及遮挡车牌照的障碍物的存在；.车牌照安装位置不正确或是临时安装的以及车牌照遗失；.灯光增强系统并非对所有的车牌照（如塑料蒙皮车牌照）都有效；.车辆设计的不同和车牌照位置的不同；.易混淆或相似的字母/数字难以正确判断（如字母O和数字0）。这些因素造成的结果是，LPR系统常常需要人工介入来
31、读取图象和进一步确认LPR的结果。为了改进LPR的整体效果，一些制造商提供了在几个摄像设备上运行的带LPR的多图象抓拍技术，即同时在不同角度、不同时间拍下多个图象。如果LPR在这些图象上检测到的车牌照信息相同，则说明该检测结果是可信的，因此也就不再需要人工进行审查了。对于一些不符合的多图象车牌照信息，可由人工进行查阅或作为漏征收费事务处理。LPR的经济性 LPR和ETC的制造商意识到逃费抓拍系统和与图象查阅相关的成本的关系与问题。新的技术，如机器视觉、神经网络和高速处理系统的不断发展正在不断提高LPR的准确度，但是，如果LPR的准确度不能达到99，它的应用就存在着明显的问题。一般来说，在人工查阅系统中，包括将车牌信息输入到与图象相关的数据区中，每个图象查阅员大约每小时能处理100个图象。采用LPR，图象查阅员只需要核对和修改LPR的结果，则这一速度可上升到每小时150个。因此，采用LPR可节省4个月的雇员开支。2、逃费抓拍系统的工作过程 （1）触发车道内传感器（通常与自动车型分类系统组件使用相同的传感器）检测到有车到达抓拍位置并向抓拍装置发出信号启动抓拍装置。（2）图象获得摄像机抓拍一个车辆的模拟图象并将图象传给数字转换
