一、技術名稱：高速公路電子不停車收費技術
二、技術所屬領域及適用范圍：交通行業(yè) 高速公路收費領域
三、與該技術相關的能耗及碳排放現(xiàn)狀
目前，高速公路主要的收費手段是人工收費。截止2011年底，全國高速公路通車總里程已經(jīng)超過8.6萬km，全國民用汽車保有量也達到了10，578萬輛，大中城市中汽車保有量達到100萬輛以上的城市數(shù)量達14個。到“十二五”期末，預計高速公路里程將接近11萬km，民用車輛保有量將超過1.5億輛。由于人工收費效率低下，隨著高速公路車流量不斷增加，收費站擁堵現(xiàn)象日益嚴重，不僅影響交通治安，降低社會生產(chǎn)效率，還導致了汽車油耗和尾氣排放大幅增加。應用該技術可實現(xiàn)節(jié)能量5萬tce/a，CO2減排約13萬t/a。
四、技術內(nèi)容
1.技術原理
公路交通運輸企業(yè)的能源成本主要來自于汽車油耗，汽車行駛過程的速度變化是汽車油耗增加的主要因素之一。高速公路電子不停車收費系統(tǒng)（ETC）主要通過收費站ETC車道上的微波天線與安裝在車輛擋風玻璃上的車載電子標簽之間的專用短程通信，在不需要司機停車和其他收費人員操作的情況下，通過微波實現(xiàn)車輛身份參數(shù)的快速自動識別和數(shù)據(jù)交換，獲取通過車輛的類型和所屬用戶等數(shù)據(jù)，并由計算機控制系統(tǒng)指揮車輛通行，其通行費可以通過計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)直接從儲值型IC卡中扣除或者通過記賬型IC卡信息從用戶在銀行開設的專用賬戶上扣除，從而實現(xiàn)車輛的不停車收費。
使用電子不停車收費系統(tǒng)（ETC），大大減輕了高速公路交通堵塞和擁擠，有效提高了高速公路通行速度，在汽車發(fā)動機、載重量、幾何外形和公路質(zhì)量等因素不變的情況下，過往車輛制動減速、怠速待車和踩油門加速的頻率得到了有效降低，即可以大幅度降低高速公路汽車能源消耗值和尾氣排放值。
2.關鍵技術
（1）DSRC設備研制
ETC專用短程通信設備由安裝在車輛上的微型化車載單元OBU和路側(cè)設備RSU構(gòu)成。其中，車載單元OBU是一種具有微波通信功能和信息存儲功能的移動設備識別裝置，它以5.8GHz微波為傳播介質(zhì)，采用5.8GHz微波天線，包含調(diào)制解調(diào)器和編碼、解碼電路，實現(xiàn)從DSRC物理層到DSRC數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)變換要求。車載單元OBU平時處在耗電低的休眠狀態(tài)，只有進入路側(cè)設備RSU的通信區(qū)域，被路側(cè)設備RSU發(fā)射的BST(Beacon Service Table)微波信號激活進入相應的工作狀態(tài)；接收路側(cè)設備RSU發(fā)出的控制信息和要求，轉(zhuǎn)發(fā)下行鏈路載波，其載波已由二次副載波調(diào)制，實現(xiàn)上、下行鏈路的通訊。由于將采用微封裝器件、SMD焊接工藝和ABS高溫改性ABS塑料外殼，使得整個車載單元OBU具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、安裝方便的特點。
RSU是OBU的讀寫控制器，由加密電路、編解碼器電路和收、發(fā)獨立的微波電路及核心單元---數(shù)字信號處理器等組成，以DSRC通訊標準的數(shù)據(jù)交換方式和微波無線傳遞手段，實現(xiàn)移動車載設備與路側(cè)設備之間安全可靠的信息交換目的。路側(cè)設備RSU電路采用模塊化設計，選用微封裝器件、SMD焊接工藝，外殼采用不銹鋼材料和全密封防水結(jié)構(gòu)，以期達到交通道路現(xiàn)場使用要求。
（2）密鑰系統(tǒng)及雙界面CPU技術
密鑰系統(tǒng)是整個ETC解決方案的安全保障，它有自身行業(yè)的一些特殊要求。與該技術的密鑰系統(tǒng)相關的關鍵技術及解決途徑包括：雙界面CPU卡開發(fā)技術、CPU卡、母卡等密鑰卡開發(fā)技術、密鑰導出、導入及分散技術和TAC碼認證技術。
（3）ETC車道邏輯
ETC車道邏輯主要包括過車邏輯、異常處理邏輯、設備檢測與控制邏輯。
（4）ETC運營模式的優(yōu)化。
3.工藝流程
該技術系統(tǒng)流程見圖1、圖2。
圖1 電子不停車收費系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖2 電子不停車收費系統(tǒng)原理簡圖
五、主要技術指標
1.單車交易處理時間≤3s；
2.車道通行能力≥1200輛/車道·h；
3.過車速度最高可達40km/h；
4.可靠性：每10萬次交易不能有多于3次的錯誤；
5.車道信息保存：至少6萬車次過車記錄；
6.MTBF：大于1萬h。
六、技術鑒定、獲獎情況及應用現(xiàn)狀
該技術于2011年5月通過廣東省交通運輸廳組織的專家鑒定。2000年6月，國家智能交通系統(tǒng)工程技術研究中心在第四屆亞太區(qū)ITS年會上創(chuàng)造性地提出了組合式收費技術方案。2000年底，交通部公路科學研究所確定京珠高速公路粵境南段（曲江-翁城段）采用組合式收費技術進行收費，將該項目作為組合式收費技術向全國推
廣的示范工程。同時，在廣東省開始了ETC系統(tǒng)的推廣應用工作。隨著國家標準的
發(fā)布和交通部門的大力宣傳，ETC建設也得到了蓬勃發(fā)展，繼廣東之后，先后有福 建、湖北、甘肅、陜西、山西、湖南、重慶、四川、遼寧、云南、貴州、新疆等省
市相繼開始啟動電子不停車收費項目的建設實施，技術成熟可靠。
七、典型應用案例
典型用戶：廣深高速公路有限公司、深圳高速公路有限公司等
典型案例1
建設規(guī)模：高速公路37個收費站，共建設ETC車道70條。主要技改內(nèi)容：收
費站土建改造，機電設備（包括微波讀寫控制器RSU、車道計算機、電動欄桿、費
額顯示器、車牌識別器、車輛檢測器等）的鋪設和安裝，以及軟件系統(tǒng)的集成，軟件系統(tǒng)由站級子系統(tǒng)和車道級子系統(tǒng)構(gòu)成，其中車道級子系統(tǒng)包括：車道系統(tǒng)、車 道監(jiān)控系統(tǒng)、站管理系統(tǒng)和接口系統(tǒng)。主要設備包括微波讀寫控制器RSU、車道計 算機、電動欄桿、費額顯示器、車牌識別器、車輛檢測器等。節(jié)能技改投資額3500萬元，建設期5年。年節(jié)能量約為1064tce。節(jié)能經(jīng)濟效益771萬元，投資回收期約4.5年。
典型案例2
建設規(guī)模：26個收費站，共建設ETC車道52條。主要技改內(nèi)容：收費站土建改造，機電設備（包括微波讀寫控制器RSU、車道計算機、電動欄桿、費額顯示器、車牌識別器、車輛檢測器等）的鋪設和安裝，以及軟件系統(tǒng)的集成，軟件系統(tǒng)由站級子系統(tǒng)和車道級子系統(tǒng)構(gòu)成，其中車道級子系統(tǒng)包括：車道系統(tǒng)、車道監(jiān)控系統(tǒng)、站管理系統(tǒng)和接口系統(tǒng)，主要設備包括微波讀寫控制器RSU、車道計算機、電動欄桿、費額顯示器、車牌識別器、車輛檢測器等。節(jié)能技改投資額2600萬元，建設期5年。年節(jié)能量約為847 tce，節(jié)能經(jīng)濟效益為614萬元，投資回收期約為4.2年。
八、推廣前景及節(jié)能減排潛力
我國在上世紀90年代開始引入ETC系統(tǒng)，經(jīng)過多年研究建設，近幾年取得飛速發(fā)展。2009年全國使用OBU不停車收費用戶數(shù)共計52萬，開通車道條數(shù)約為1292條；2010年全國使用OBU不停車收費用戶數(shù)約為110萬，開通車道條數(shù)約為1927條；至2011年底，全國已有22個省市建設不停車收費系統(tǒng)，開通ETC車道約3172條，使用OBU不停車收費用戶達到約270萬。預計未來5年，全國高速公路ETC平均覆蓋率（設置ETC車道的收費站數(shù)量占比）將達到60%，ETC車道數(shù)達到6000條以上，ETC用戶量提升至500萬個，形成的年節(jié)能能力約為8萬tce，年減排能力21萬tCO2。
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