ETC技术难点分析.doc

ETC系统技术难点要点分析电子不停车收费系统（ETC），是车辆通过收费站时，通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签OBU与安装在收费站ETC车道上的微波天线RSU之间的微波专用短程通讯搜集缴费车辆信息，利用计算机联网技术与银行进行数据传输和后台结算处理，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收费系统。该系统涉及到微波通信技术、电子技术、自动化控制技术、计算机技术、通信和网络技术、传感技术、图像识别技术等高新技术的相关设备和软件。其应用必须使用非现金付费方式（信用卡或储值卡），与配套的管理体系、运营方式、银行网关的接口、推广与公众接受程度有很大关系，软件系统只是整个系统中的一个组成部分，仅仅是软件技术人员是无法独立完成此项工作的。简单地说，ETC系统是由ETC结算服务系统和ETC车道系统两大部分组成。一、结算服务系统结算服务系统主要负责非现金交易数据的拆分结算，以及非现金支付卡/电子标签的运营服务、客户服务。该系统与现金结算系统主要有如下几个不同之处：1、结算的对象为非现金支付数据，中心凭该数据向客户收取通行费；而不同于现金收费，资金已经在车道收取到，收费流水只涉及到业主收益而不再涉及到用户支出。2、ETC结算服务系统强调对用户提供服务功能，这是现金结算系统所没有的。3、ETC系统使用非现金支付卡，其安全性要求等同于银行卡，卡片的发行、服务体系均有相当高的要求，而且要求运营商要具备与银行合作的经验。这是现金支付通行卡所不能比拟的。从比较的功能可以看出，ETC结算服务系统比现金结算系统规模要大很多，据统计要有上万个功能点，且不少部分需采用细分行业专用技术才能实现。按照软件工程规律，开发如此多的功能点，即使具有一定的专门技术能力，在ETC运营经验不足的情况下，按照需求、设计、实现、系统测试、联合测试、试运行，直至系统稳定，至少也需要十个月以上的时间。ETC结算服务系统不仅在功能上与现金结算系统有较大差异，在技术上也有一些现金结算系统处理所没有遇到的技术要点、难点。1、密钥发行系统。密钥系统包括交通部的密钥发行系统以及各省自己可以有的增值应用密钥系统等，也可以各省自己建立完整一套密钥系统，由于资金量大，各省的密钥系统必须达到银行的安全级别，密钥系统的构建与实现是需要很强专业技术能力的。人工收费系统的密钥体系比较简单，安全级别较低，甚至于早期的密钥系统是由卡的生产商掌握的，开发单位只是买现成的，根本不掌握技术。目前国家主推交通部ITS中心的密钥系统，该密钥系统是从运营管理部门、运营商，到天线、电子标签等专用设备生产厂商以及终端用户的严密的管理体系。该中心在发放正式密钥前，要对执行和应用的软件、硬件环境进行评审和验收，并随时掌握该密钥系统的应用情况。2、非现金支付卡及电子标签的发行技术。从密钥卡到用户卡涉及到卡和电子标签的发行，在这里，需要兼容行业内主流的各种卡片及电子标签。发行的过程是安全控制的过程，需要经过多重认证，应用各种繁杂的指令序列，这也是需要系统开发人员对密钥系统、CPU卡和电子标签指令有很充分的了解，具备很强的专业技术能力的。人工收费系统的开发商往往只了解逻辑加密卡的数据格式和发行指令，对CPU卡的指令结构和应用方法了解不深入。3、非现金数据的安全保障与安全验证技术。非现金数据安全保证包括车道非现金交易数据、用户充值过程等等。根据银行的安全级别要求，ETC结算服务系统必须对车道交易数据的有效性、合法性、非篡改性进行认证，对充值过程的安全进行认证，所有这些认证要求使用加密机联机实时完成。人工收费系统开发商可能连加密机都没摸过，更不用说了解其工作机制。而与银行系统的连接，是需要银联管理机构对需要连接的系统进行安全评审和验证的，这个验证周期最少一个月时间。4、非现金交易数据的争议处理逻辑。鉴于非现金交易数据的重要性、严肃性，ETC结算服务系统必须对非现金数据进行慎重处理，其中包括可能出现的争议数据的处理。争议数据的处理与用户投诉数、业主收益、中心处理效率等直接相关。以上这些，如果没有实际应用过，凭空想象来开发必然导致龙通卡运营的混乱。5、客户服务系统业务逻辑。面对客户需求的多样性，客户服务必须适应这种变化，这要求客户服务系统要有很好的业务逻辑和处理逻辑。此外，ETC结算服务不仅体现在收费结算，更重要的是体现在运营与客户服务部分，这是现金结算中心所没有的。这里面更重要的是体现运营模式、客户服务的理念，从各省的经验看，这部分才是决定ETC用户量的关键。作为一个运营系统，是需要在运营过程中积累的，如果能在体系构建时采用一种已被应用表明为比较有效的运营模式，则能大大减少不必要的弯路，为顺利开展运营提供较好的支撑，这是ETC用户是否能有效增长，ETC系统能否实现其社会效益和经济效益的关键。总之，短时间内开发出具有较高应用价值的ETC结算服务系统是不现实的，其中不仅仅有技术问题，更多的是运营业务经验问题。二、ETC车道系统不停车收费是一个系统化的工程，是多种技术完美结合的体现。应用的关键技术包括5.8G微波通讯技术、计算机信息处理技术、计算机辅助控制技术、图像处理技术和计算机通讯技术。自动收费只是ETC系统最基本的功能，在保证自动收费的基础上提高车辆的通行速度、防止跟车干扰、提高单位时间内的过车能力、提高过车的顺畅性是系统设计是否优秀的关键指标。ETC自动收费系统是一个整体的解决方案，需要较长研发时间。ETC自动收费系统由车道控制系统、数据接口系统、实时监控程序以及辅助交易系统等组成，是多个子系统协调运行的结果。从软件工程角度分析，要完成基本的开发，至少需要经历2个月的需求分析和专用短距离微波通讯DSRC技术标准学习，1个月的代码编写，1个月的实验室测试和3个月的外场测试。特别是，对ETC车道系统，由于涉及过车逻辑的自动化处理，而这些处理逻辑是长期运营经验的总结，需要长时间的积累，在短时间内开发出完善的车道系统是不现实的。从技术上看，ETC车道系统建设的有如下主要难点:1、时效性目前国家标准要求车道的实际交易时间不能高于270毫秒，为了确保通行效率，我们一般要求230毫秒内要完成所有交易，实现抬杆过车。而RSU与OBU之间的交易时间为200毫秒，这样就要求在车道计算机内，须在30毫秒内完成合法性验证、费率表计算、黑名单核对等一系列的复杂流程。这是必须在对整个控制系统软件进行全面分析和设计的基础上才能实现的。有些开发商简单地认为，只要在原有人工收费软件的基础上将RSU集成进来，再将功能叠加就能实现。实际上如果这样做只能实现一般的功能，时效性很难保证。因为人工收费车道软件在设计的时候一般只考虑功能，完成一笔交易耗时多少没有任何不良影响，而ETC系统则每1个毫秒都意味着停车与不停车。2、控制逻辑的合理性车道逻辑设计的合理性直接决定了车道系统的过车效果。人工收费系统采用的是岛内控制的方案，车辆行为比较有序，不会出现倒车、抢道等不确定行为，并且每一个控制流程基本上是顺序执行的，不会出现数据交叉的情况。而ETC系统采用的是无人值守方案，系统交易区域非常开放，不明的车辆随时可以进，随时可以出，因此，逻辑判断处理出现的非正常流程非常多。例如：对地感线圈信号的逻辑处理，4地感车道系统，静态信号组合就有16种，一次性动态信号组合240种，系统需根据动态信号组合还原出从一组信号变成另一组信号时车辆的实际情况，是单车还是多车，是前进、后退还是抢道等。在这么复杂的情况下，逻辑设计严重依赖于设计人员的行业经验，开发人员需要经过长时间的现场观察和过车测试才有可能总结出合理逻辑。3、数据处理的复杂性ETC系统的交易是基于RSU和OBU的数据交换进行的。RSU采用的是5.8G的微波通信技术，具有一定的不稳定性和不可控制性。在理想状态下，一次一台车过车道，而且车内OBU工作正常，并且天线和电子标签的通信完全可靠情况下，天线数据的处理逻辑非常简单。但现实中RSU与OBU的通信存在异常的机会非常大，RSU与计算机之间有3次获取数据和一次下发数据的过程，而RSU和OBU之间则有6次数据交换的过程。在这中间，每一个环节都可能出现数据丢失，也随时可能收到丢失过的数据。而系统的控制指令不但与数据交易的完成与否有关，还与车辆的位置（地感信号）有关系。并且，一个通讯区域内还可能出现多个OBU，这样一来，非正常的逻辑控制处理组合就呈几何级增长。这要求开发人员不仅仅是把RSU的驱动程序搞清楚，还要求开发人员对DSRC的交易细节有非常细致的了解。所以车道软件必须抛开原有的人工收费软件思路，从基础的架构开始完全地重新设计，而人工收费软件完全可以叠加到本系统上。4、控制系统的可靠性ETC的设计思路是无人值守的自动系统，其可靠性比人工收费系统要高很多，人工收费系统偶尔出现死机的情况是可以容忍的，因为有人在操作，收费人员可以重启计算机进行恢复，对收费影响不大。而ETC系统平时为无人值守，系统是否工作正常收费工作人员是很难及时发现的。事情往往是问题出现的时候，已经造成了不良的影响。一个好的ETC系统不但要求速度快、逻辑处理要合理还要有足够的可靠性，至少应该保证6个月不死机，不需要人工进行干预。要达到这样的状态，则实验室开发完成之后至少要有3个月的测试时间才能具备试运行的条件。目前国内的ETC系统建设已经不仅满足于简单的自动收费过车，已经提出了更高的