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1．ETC技术产生的背景

中国高速公路从上世纪９０年代开始进入快速发展时期。2004年底，中国高速公路已达3.4万公里，国务院通过的《国家高速公路网规划》中，高速公路将达８.５万公里。高速公路的快速发展，仍不能解决一些问题，反而使这些问题更加突出，如高速公路的通行能力、环境污染、以及现金交易带来的一些弊病等一系列问题。据资料统计，仅广州地区1996年停车等待交费损失的车是数就达数百万小时，由此导致的汽油浪费达亿元之多。

为解决上述问题，RF射频识别技术将是最终的发展趋势。有关经验表明，一条具有读写功能的RFID设备组成的ETC车道的处理速度是人工收费速度的4~5倍, 可以极大地改善交通条件, 提高道路的通行能力和服务水平,有效地减轻收费人员的劳动强度,改善工作环境。

2．ETC 技术简介

1.1ETC系统概述

不停车电子收费（ETC，Electronic Toll Collection）是国际上正在努力开发并推广普及的一种用于公路�p大桥和隧道的电子自动收费系统。它的最大特点是不停车收费, 即车辆可以以一定的速度通过收费口, 无须在收费站前停车交费。它通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通讯，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，自动完成收费处理的全过程。

1.2ETC系统用到的主要技术

1.2.1车辆自动识别技术AVI（Automatic Vehicle Identification Systems）

ETC系统的利用车辆自动识别AVI技术,以IC卡作为数据载体,通过无线数据交换方式实现收费计算机与IC卡的远程数据存取功能。可以读取IC卡中存放的有关车辆的固有信息（如车辆类别、车主、车牌号等）、道路运行信息、征费状态信息。

AVI子系统主要采用RFID技术。RFID是一种非接触的射频通信方式，通过读写器与标签的无线通信可以进行信息的采集功能，从而识别标签载体的身份等特征。

从信息采集的标签和读写器的功能分类，ETC系统可分为只读系统和读写系统。只读系统是读写器只读取射频标签的信息，对其进行身份验证，不对其内部信息进行改写；读写系统是读写器和标签设计成读写形式，读写器可以读取标签数据信息，同时改写部分数据信息；从标签有无电源分类，ETC系统分为有源和无源系统。有源系统是标签有辅助电池为标签提供工作的能量；无源系统是指标签的工作的能量来源不是由辅助电池供电，而是通过标签内设计的电感耦合方式将部分射频能量转换为标签所需工作的能量，这样就使得无源系统有效通信距离大大降低。

过去有一种概念，认为只有在“开放式收费”的环境下，才可以用“只读”的RFID系统才能完成电子收费功能。对于早期不具备联网状态下工作的ETC收费方式和不具备有效的费用分摊机制而言，以上结论无疑是正确的。然而，近年来收费站处通信网设备得到长足的发展，以及有成熟的GSM、CDMA等相关网络作为技术支撑和中国移动、联通、银行等费用管理机制可以作为借鉴。因而利用只有读出功能的射频标签的RFID系统是能够基于联网通信进行封闭式ETC收费的。

有源标签通信距离可设计为在5~25米范围内可调，便于现场调试，对于不同的路段情况可以进行相应的调整，信息传输速率高以及双向通信的可靠性等优点，所以国际上的ETC系统多采用有源RFID技术。

相对有源标签来说，无源标签有以下优点：通信距离远、信息采集时间、信息可靠度高、设备成本低、标签使用寿命长。

1.2.2车辆自动车型分类技术AVC（Automatic Vehicle Classification Systems）

车辆自动车型分类技术AVC对车辆进行分类，按照既定的收费标准，从IC 卡中扣除本次道路使用通行费。

1.2.3视频稽查技术VES（Video Enforcement Systems）

视频稽查技术VES用于抓拍恶意逃费的汽车，记录汽车的车牌号等信息，以便进行追讨和处罚。

1.3ETC系统的组成

ETC射频自动识别不停车收费系统,按其功能可分为自动识别控制子系统、车型自动判断子系统、数据采集子系统、车辆检测子系统、闭路电视子系统和信号控制子系统等。

1.3.1 自动识别控制子系统

自动识别控制子系统主要由ZN0520系列射频自动识别读写器、UHF射频自动识别卡，ZN-900-12-H65天线、车道道闸控制机、收费员计算机终端等组成，它是整个不停车收费系统的核心，负责控制不停车收费车道所有设备的运行、收费业务操作的管理以及与收费站计算机的通信和数据交换。

附：ZN0521射频读写器主要参数：

项目	性能
可读写标签	符合 ISO-18000-6B标准的电子标签
工作频率	902-928MHz(随国家或地区不同可能略有差别)
工作方式	以广谱跳频 (FHSS)或定频发射方式工作
输出功率	27-32dBm(在27-32dBm之间可调，出厂设置为：32dBm
读写距离	读取距离 ≥8m ,写入距离 ≥ 3m
读卡速度	平均每单字 (32bits)读取时间6ms
写卡速度	平均每单字 (32bits)写入时间50ms
安全机制	能够对电子标签进行合法性检验
一次读卡数	具有防碰撞检测功能，一次可成批读取 30张电子标签
读卡方式	每隔一定时间自动读卡，也可由输入触发信号或命令控制读卡
供电	配有 220V交流输入+5V/4A直流电输出的电源变换器
功耗	平均功率 ≤ 12W
外形尺寸	225mm×166mm×39mm
重量	铝合金/不锈钢外壳，整机重量约 2Kg
工作温度	-20℃～+70℃

1.3.2 车型自动判断子系统

车型自动判断子系统主要由光栅、高度检测器、轴数检测器等组成，它通过采集车辆的高度和轴数等参数，经综合分析比较来判别车辆的车型。该子系统至少可以判别三种以上车型。自动判断型子系统在有些场合可以由用户选择使用。

1.3.3 数据采集子系统

数据采集子系统主要由ZN-900-12-H65系列射频天线和射频电子标签卡构成。射频电子标签被安装在汽车挡风玻璃内侧的上方，在电子标签上写有标签编号、车号、车主、车型、应缴金额、剩余金额和有效期等信息；ZN-900-12-H65系列天线被安装在收费岛的前端，它通过微波技术从JX0520系列射频电子标签卡上读取有关信息，并同步传送给车道控制主机。

1.3.4 闭路电视子系统

闭路电视子系统主要由车道摄像机和收费站的监视器等组成。车道摄像机被安装在收费岛的前端，主要用于拍摄非法通过的违章车辆。

1.3.5 信号控制子系统

信号控制子系统主要由通行信号灯、偏叉信号灯和自动栏杆等组成，用于提醒驾驶员正确使用不停车收费车道。

1.3.6 车辆检测子系统

车辆检测子系统主要由三组环形线圈组成。第一组环形线圈（ENTER LOOP）被安装在收费岛的入口处，用于激活天线读取电子标签的信息；第二组环形圈（ESC LOOP）被安装在收费岛的中间出口处，用于控制通行信号灯和偏叉信号灯的状态；第三组环形线圈（EXIT LOOP）被安装在收费岛的出口端，用于统计车流量，并控制自动栏杆、通行信号灯和偏叉信号灯的工作状态。

1.4ETC系统的工作流程

ETC射频自动识别不停车收费系统不需要专门的收费员进行操作。它利用微波自动识别技术，完全通过设备本身来完成对通行车辆的收费工作。

存储有车型、车号、金额、有效期等信息的射频电子标签卡被安装在汽车前方挡风玻璃内侧的左下角。当持卡车辆进入不停车收费车道时，车辆感应器的ENTER LOOP线圈产生来车信号，激发ZN0520系列射频自动识别读写器读取该车SENSE-9520系列射频电子标签卡上的信息（车型、车号、剩余金额和有效期等），同时光栅、高度检测器和轴数检测器等车型差别设备，自动检测来车的实际车型。

从车载射频电子标签卡读取的信息，以及车型判别设备所采集到的数据均被送到车道控制计算机内进行分析比较，如电子卡中所记录的车型与设备所判别的车型一致，卡中车号不在黑名单内，应缴金额小于等于剩余金额，且车辆通过时间在卡的有效期范围内，则该卡被认为是有效卡；如前述四项比较中，有一项不符合，则该卡被认为是无效卡。

如来车所持射频电子标签卡为有效卡，则通行信号灯由红色变为绿色，偏叉信号灯呈绿色直行标志，自动栏杆抬起；当来车驶离EXIT LOOP的检测范围后，通行信号灯由绿色变为红色，偏叉信号灯熄灭，自动栏杆关闭。驶离EXIT LOOP的检测范围后，通行信号灯由绿色变为红色，偏叉信号灯熄灭，自动栏杆关闭。

如来车所持射频电子标签卡为无效卡，则通行信号灯呈红色，偏叉信号灯呈黄色左转通行标志，自动栏杆关闭；当来车左行驶离无卡车辆转向人工收费车道的车辆感应器的ESC LOOP线圈的检测范围后，偏叉信号灯熄灭；如来车没有转向人工收费道（有些场合不设此转向旁道），而依然向前行驶，当其抵达车辆感应器线圈ENTER LOOP的检测范围时，警铃报警，将有收费员前来人工收费处理后，人工放行。

射频电子标签卡的销售和费用结算均在收费中心（即购卡中心）进行。为适应不同用户的需要，一般发行两种电子卡，一种是预付费电子标签卡，一种是信用式电子标签卡。

预付费电子标签卡，顾名思义是必须先付费后通行的电子卡，该卡的发行面向整个社会。用户仅需直接到购卡中心购买存有一定金额的电子卡，即可使用不停车收费车道。在每次使用时，系统将自动从电子卡中扣除该车的应缴金额。该电子卡可以重复使用，当卡中剩余金额很少或没有时，用户可以到购卡中心重新存入一定的金额到电子卡中，以保证其继续有效。