（轻工技术与工程专业论文）高速公路组合式联网收费系统的研究.pdf

高速公路组合式联网收费系统的研究 摘要 本文首先介绍了国内外高速公路收费系统的发展情况，对各种收费制 式、收费方式、通行券及付款方式进行了分析，在此基础上，参考各国公路 收费技术，结合我国实际情况，提出了组合式联网收费模式。本文详细介绍 了组合式联网收费系统的技术方案，确定了组合式联网收费系统的网络结 构；分析了组合式联网收费环境下车道收费子系统的功能，设计了m t c 和 e t c 车道收费流程；对组合式联网收费系统通行费清算与拆分系统进行了分 析与探讨；并依据目前国内已有的收费系统的经验教训，提出适合陕西省的 组合式联网收费系统方案，以便对陕西省今后高速公路收费系统的建设有所 借鉴。 关键词：高速公路，联网收费，电子收费，半自动收费，组合式联网收费 as t u d yo nc o m 田l n e dn e t ，o r k t o l lc o l l e c t i o ns y s t e mo fe x p r e s s 硝- y a b s t r a c t t 址sp a p e ri n t r o d u c e st h eg e n e r a ld e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fe x p r e s s w a yt o l l s y s t e mi no u rc o u n t r ya n df o r e i g nc o u n t r y , a n a l y s e sa l lk i n d so f t o l ls t y l e s ，t o l l w a y s ，t o l lt i c k e t sa n dp a y m e n tw a y so ft o l ls y s t e m s o nt h eb a s i so ft h i s ， c o n s u l t i n ge v e r yn a t i o n a le x p r e s s w a yt e c h n o l o g ya n dc o m b i n i n go u rn a t i o n a l r e a l s i t u a t i o n , p u t sf o r w a r dt h ec o m b i n e dn e t w o r kt o l lc o l l e c t i o nm o d e 髓e p a p e rg i v e sd e t a i l sa b o u tt h en e t w o r k t o l ls y s t e m , d e t e r m i n a t e sn e t w o r ks 订u c t u r e o fc o m b i n e dn e t w o r kt o l lc o l l e c t i o ns y s t e m ；a n a l y s e st h ef u n c t i o na b o u tt h et o l l s u b s y s t e mo fl a n eu n d e rt h ec i r c u m s t a n c e so fn e t w o r kt o l l c o l l e c t i o ns y s t e m ； d e v i s e st h el a n et o l lf l o wo f m t ca n d e t c ；a n a l y s e sa n dd i s c u s s e st h el i q u i d a t e a n ds p l i to f n e t w o r kt o l ls y s t e m , p u t sf o r w a r dt h ep l a n so f c o m b i n e dn e t w o r kt o l l s y s t e mf o rs h a n x ip r o v i n c ea c c o r d i n gt ot h ep r e s e n tt o l ls y s t e me x p e r i e n c ei n o r d e rt oi n s t r u c tt h ee x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o ni nt h ef u t u r ef o rs h a n x ip r o v i n c e k e yw o r d s ：e x p r e s s w a y , n e t w o r k t o l l ，e l e c t r o n i c t o l l c o l l e c t i o n , s e m i a u t o m a t i ct o l l , c o m b i n e dn e t w o r kt o l l 第一章概述 1 1 研究背景 高速公路是二十世纪三十年代在西方发达国家开始出现的专门为汽车交通服务的基 础设旌。高速公路在运输能力、速度和安全性方面具有突出优势，对实现国土均衡开发、 建立统一的市场经济体系、提高现代物流效率和公众生活质量等具有重要作用。目前全 世界已有8 0 多个国家和地区拥有高速公路，通车里程超过了2 3 万公里。从1 9 8 8 年上海 至嘉定高速公路建成通车至今1 8 年间，中国高速公路总体上实现了持续、快速和有序的 发展，特别是1 9 9 8 年以来，国家实施积极的财政政策，高速公路得到快速发展，年均通 车里程超过了4 0 0 0 公里，到2 0 0 4 年底，中国高速公路通车里程已超过3 4 万公里，继 续保持世界第二，比世界第三的加拿大多出近一倍。高速公路的发展，极大提高了中国 公路网的整体技术水平，优化了交通运输结构，对缓解交通运输的“瓶颈”制约发挥了 重要作用，有力地促进了中国经济发展和社会进步。 我国建设的高速公路基本上是使用国内外贷款建设的。“贷款修路，收费还贷”是 国家为加快公路建设发展做出的一项重要决策。谁出资修建了公路，谁就是这条路的法 人，在公路上设立收费站，向过往车辆收取通行费，用于日常管理开支、公路养护开支 和还贷。我国实行贷款道路收费制度已有十余年，这一制度的实施对我国公路尤其是高 等级公路建设的迅速发展起了极大的推动作用。 然而众多的高速公路建设与经营管理公司在缺少统一技术标准和监管机制的情况 下，对各自负责的高速公路路段实行独立收费，形成了“一路一公司、建管一体化”的 建设管理模式。从而造成许多问题：第一，路段之间存在的收费站过多，使得驶入车辆 需多次停车交费，这种现象不仅给使用者带来了诸多不便，而且给社会造成公路部门到 处设点收费的恶劣印象，与高速公路高速、快捷的形象极不相符；同时停车次数增多， 汽车尾气对环境的污染增加。第二，各路段收费方式、标准等方面的不统一，给用户交 费造成混乱。第三，重复建设收费广场和设施，造成投资浪费和运营成本增加。第四， 各路段的道路监控也相互独立，相邻路段发生的情况( 例如，交通事故) 不能及时互通， 因此不能及时采取有效手段控制和疏导：第五，由于通信网络的互相不连通，不能实现 信息资源共享，大大降低了整个系统的使用效率。随着高速公路网的形成，各路段独立 收费的现状，已经在很大程度上影响了高速公路的正常通车。要解决以上问题，首先要 实施高速公路的联网收费，以尽量减少主线收费站。同时，采用新的收费技术，提高收 费站的通行效率。 采取联网收费适应了高速公路发展的要求，它是提高道路通行能力有效的方法。采 用联网收费后，只需在高速公路的起迄点设收费站，车辆在联网路段行驶时，只需在入 口处领一张通行卡，就可在联网区域内任意行驶，而只需在出口处交一次费。这样就避 免了车辆在一条道路上行驶时，需多次在各路段主线收费站停车交费的现象，至于车辆 在各路段上行驶的通行费，则由联网结算中心根据原始通行数据进行拆分与清算。采用 这种收费方式，提高了道路通行能力，降低了公路运行成本，带动和促进通信及监控系 统发展，并可促使高速公路的管理方式发生变化，使其管理水平得到提高。这是保证高 速公路高效、快捷、畅通的一种有效措施，是交通运输快速增长和路网建设的需要，也 是高速公路发展的必然趋势。 要提高收费站的通行效率，大力发展不停车电子收费技术( e t c ) 是必由之路。交通 部于2 0 0 0 年1 0 月发布的交公路发 2 0 0 0 4 6 3 号高速公路联网收费暂行技术要求中 明确指出：“电子不停车收费是收费技术的发展方向，有条件的省( 自治区、直辖市) 可 逐步发展。 目前在某些省市已不同程度她开展了公路联网收费的系统规划、项耳论证、系统实 旌等工作，比较早的有广东、四川、山东、江苏、浙江等省。在此背景下，联网收费及 其相关技术的研究与发展便越来越为人们所重视，也成为我国路网建设与收费的重要课 题。 1 2 国内外高速公路收费系统的发展状况 1 2 1 国内高速公路收费系统的发展状况 目前，中国的高速公路收费系统有开放式、封闭式及均一式收费制式，在高速公路 发展初期，主要采取开放式，发展到现在转变为以封闭式为主。封闭式收费系统需要记 录车辆行驶里程，这就要用到通行券，通行券分一次性使用通行券和重复性使用通行券， 一次性使用通行券分纸质打印通行券、纸质磁性通行券和纸质条码通行券，目前，在我 国纸质条码通行券得到了广泛应用。重复性使用通行券分磁卡、接触式i c 卡和非接触式 i c 卡，非接触i c 式卡由于其安全性好、操作速度高、使用寿命长等优点而将成为我国高 速公路收费系统的一个发展趋势。我国高速公路收费系统在初期主要采用人工收费方式， 发展到现在以半自动收费方式为主，不停车收费方式在某些路段的一部分车道开始使用， 如北京机场高速公路。随着我国高速公路交通量的不断增长，不停车收费方式将成为一 种发展趋势。目前大部分高速公路都是单独修建、单独收费，致使行驶车辆在经过不同 路段的交接处时不得不停车缴费，形成车流不畅的局面。也有一部分省份开始发展联网 收费系统，1 9 9 9 年，重庆、山东率先提出全省( 市) 高速公路联网收费，伴随着众多主 线收费站的拆除，我国公路收费系统从各路段独立收费的状态步入了联网统一收费、通 行费多业主拆分的时代。到2 0 0 4 年底，联网收费初具规模的省市有山东、江苏、浙江、 四川、重庆、湖南、广东、黑龙江等。 到2 0 0 4 年1 2 月1 8 日，广东省的粤西、粤东、粤北、珠三角、广州和深圳6 个 区域正式实行高速公路联网收费，全省纳入联网收费的高速公路共3 8 条，占全省已开通 高速公路的9 1 。所有联网路段均可使用“粤通卡”非现金缴费，主线收费站和城市出入 口等交通量较大收费站均已实现电子不停车收费，目前已开通了7 8 条电子不停车收费车 道。并在全省各地级市建立了“粤通卡”客户服务中心，开通了9 6 5 3 3 服务热线电话， 建立覆盖全省的客户服务体系。从2 0 0 5 年开始，联网收费还将从高速公路推广到普通公 路，实现更大范围的联网收费。在未来的1 2 年内，完成设置两百条以上的电子不停车 收费车道，使用户在普通公路上也可以使用“粤通卡”“一卡通行”及不停车自动缴费， 实现全省性的联网收费“一卡通”，使市民的出行更为方便、快捷。 2 0 0 5 年6 月1 4 日江苏省高速公路联网收费电子支付系统正式开通，专用于高速 公路通行费缴纳的“苏通卡”同时启用。该系统是全国高速公路首次利用公网无线通信 电路传输收费数据，并作为收费通信的应急备份电路。江苏省高速公路联网收费里程现 已超过2 3 0 0 公里，居全国首位。江苏省1 5 条高速公路和2 座跨江大桥均开通了电子支 付系统。以电子支付为起点，在未来一年内，江苏省高速公路联网收费不停车收费系统 也将开发完成，全省高速公路网的整体通行效率将进一步提高。 山东高速公路2 0 0 1 年1 1 月1 8 日成功实现联网“一卡通”收费，山东高速公路 2 0 0 4 年已达3 0 3 3 公里，已经联网近3 0 0 0 公里。实现了高速公路收费、监控、通信的自 动化管理，还为办公自动化、物流系统、视频会议等应用提供了通道、接口和基础。 2 0 0 4 年3 月1 5 日，四川省初步形成了以成都为中心的全省高速公路联网收费。 包括成乐、成雅、成南、南广、广邻、达渝、遂回、成渝、成绵、绵广、广北段、成都 绕城东半环、西半环、成都城北出口等1 4 条高速公路。 1 2 2 国外高速公路收费系统的发展状况 世界各国尤其是西方国家十分重视高速公路的建设。各国高速公路建设情况有很大 差异，其收费情况也不尽相同。 美国，目前公路总里程约6 5 0 万公里，其中高速公路近9 万公里，基本上不收费。 全国只有大约8 0 0 0 公里是收费路段，而且收得很少。美国收费的高速公路基本上都是2 0 世纪5 0 年代第一批修建的“老一辈”公路。政府为了筹集养护、维修的资金，自上个世 纪8 0 年代开始，允许这样的一些公路收费，而且是专款专用。为了提高收费效率，降低 收费标准，许多州政府还采取了两项措施：一是采用公私合营的方式。政府和私营企业 签订合同，由私营企业对道路进行建设、维护、经营，但要求他们收费必须合理。将来 等合同期满了，政府再收回经营权。如果到时候，成本收回了，就不再收费。另一个办 法是采取电子收费，也就是所谓的e - p a s s 。司机们可以购买一张高速路充值卡，然后就 得到一个条码，贴在车的前挡风玻璃上。每次经过收费站，走专门的e - p a s s 通道，司机 不用停车，相应的设备会扫一下条码，把钱划走，频繁使用高速路的司机还可以得到折 扣。 日本，高速公路总里程已超过6 0 0 0 公里，已在全国联线成网。日本高速公路发展的 最大特征，是从最初阶段就采取了“通行收费制度”。由人工收费、磁卡收费，到不停 车自动交费。根据日本国土交通省的调查结果，2 0 0 5 年1 月2 8 日至2 月3 日，日本全国 所有高速公路收费的日交易量约为6 6 8 8 8 万笔，其中电子收费系统的日交易量约为 2 0 1 9 1 万笔。至此，电子收费系统的交易量首次突破3 嘛，已达到总交易量的3 0 1 9 9 6 。 日本高速公路电子收费系统的用户数量已突破6 0 0 万。电子收费系统在日本的实施已经 给日本带来了巨大的经济和环保效益。以日本东名高速东京主线收费站为例，该站2 0 0 4 年1 月2 日电子收费利用率约为1 5 ，到2 0 0 5 年1 月2 日电子收费利用率达到2 8 ， 而同期的交通量略有上升，但交通拥堵状况有着显著的改善。同时有助于改善大气质量， 研究表明，收费站附近的二氧化碳排放量可减少2 0 ，有助于防止地球变暖。 德国，有1 1 万公里高速公路，以往，高速公路对任何车辆都不收费，而法国、意 大利、奥地利、西班牙等欧溯国家早就对卡车甚至小汽车征收养路费。德国高速公路质 量高丽免费，直是欧洲各运输公司穿越欧洲的首选路段。东欧1 0 国加入欧盟后，德境 内卡车剧增。目前每个工作日平均有1 0 0 万辆卡车在高速公路上行驶。德政府认为，日 益增多的卡车对德公路造成很大损失。德国2 0 0 5 年元旦起对高速公路上1 2 吨以上大卡 车收费，费率根据其轴数和排气量分成6 个等级，每公里1 0 到1 7 欧分，污染环境大的 卡车多交费。德国对卡车收费不是在高速公路上设收费站，而是采用“电子收费”。这 一方法基于移动通讯和g p s 卫星定位系统，所有卡车要装入书本大小的接收器，它联接 卫星支持的监控系统，根据轴转数、排放量和行驶公里算出应交费用，数据传送到管理 中心，直接与承运公司结算。所有收费计算过程全部自动完成，卡车不需停车或减速。 意大利，高速公路总长度为6 1 9 3 公里，有3 0 多条干线，是封闭式的，基本上实现 联网。绝大部分采取收费通行制度，由政府统一规定收费标准，收费标准按车辆类型和 车辆轴数划分，特重型车辆另行计算收费标准。高速公路9 0 是封闭式收费方式，收费 站都设在匝道上，主线上几乎没有收费站。进入高速公路，最长可行使1 4 0 0 公里而不遇 到收费站。每个站设有不同方式或兼容方式收费车道，收费方式分为半自动磁卡收费、 自动化磁卡收费和不停车收费三种方式，实行计算机内部统一结算和划分票款，避免了 每个公司独立设置收费站。 法国，高速公路收费分为开放式和封闭式两种。收费方式经历了三个阶段，即人工 收费、半自动收费到全自动收费。使用的磁卡分为普通磁卡、月票磁卡和内部专用磁卡。 设有监控系统，对逃票车辆可照相、录像，可统计出当天改班通过的各种类型车辆数， 应交款数与收费员交款相互核对。从2 0 0 1 年1 月起，法国开始全面启动高速公路电子收 费系统，该系统使用全国统一的电子收费卡。 加拿大，4 0 7 高速公路自1 9 9 6 年后逐段开通，全线采用不停车电子收费系统，成为 北美乃至世界最早采用不停车电子收费技术的高速公路之一。 还有很多国家的收费道路采用了联网收费及不停车电子收费技术。 1 3 本文研究的主要内容 目前，随着我国高速公路建设的迅速发展，高速公路联网收费正成为发展趋势。联 网收费系统的设计应充分考虑我国的国情和路网特点，以及收费技术的发展。本文提出 了组合式联网收费系统方案，就以下几个问题进行了研究：( 1 ) 对国内外高速公路收费 状况分析，说明高速公路联网收费的必要性及电子不停车收费是未来高速公路收费的方 向；( 2 ) 对目前存在的几种收费制式、收费方式、通行券及付费方式进行了比较分析；( 3 ) 提出组合式联网收费系统方案；( 4 ) 设计了车道收费系统中m t e 车道和e t c 车道的业务 流程；( 5 ) 分析了通行费清分系统中通行费的计算依据、计算方法、通行费的拆分方法， 设计了清算系统结构；( 6 ) 依据目前国内已有的收费系统的经验教训，提出适合陕西省 的组合式联网收费系统方案，以便对陕西省今后高速公路的设计和旋工有所指导。 第二章联网收费系统的收费制式和收费方式 2 1 联网收费制式 目前，世界各国对高速公路收费制式的划分比较广泛的有开放式、封闭式、均一制 及混合式等形式，各种收费制式收费站在高速公路上的布设形式和位置如图2 一l 所示， 为简化起见互通立交均以菱形表示。高速公路收费制式的选择，关系到收费设备投入、 资金回收速度、运营费用开支及对交通控制与管理程度、驾驶员满意程度等多方面因素， 是影响高速公路能否充分发挥其社会效益和经济效益的重要方面。合理的收费制式，可 以最大限度的降低收费设备及其维护费用，减少收费机构及人员开支，加快道路投资的 回收。 “， 旺， ：= 审 ：_ 昀_ 白由u 柚旷- 工= o 图2 1 四种收费制式收费站布设图 f i g 2 一lt o l ls t a t i o nb u i l dc h a r to f f o r et o l ls t y l e s 2 1 1 均一制收费 均一制收费是指在主线两端入口处及各互通式立交入口匝道上设收费站，如图2 一l ( 1 ) 所示，驶入高速公路的车辆只在入口处停车交费，收费标准仅与车型有关，而与行 驶里程无关，且所有收费站收费标准统一。 均一制收费的优点：不漏收；交费停车仅一次，收费效率高( 平均服务时问8 s r 车) ， 同等高峰小时交通量情况下，较少的收费车道既能满足交通需求，相应的土建费用及收 费人员的配置均较少，运营费用低：能兼顾入口处交通管理，有效地阻止行人及非机动 车等不允许上路的车辆驶入；当交通需求大于道路容量，主线交通发生拥挤时，可以实 旌入口交通控制，有效地缓解下游道路的交通拥挤；收费设备简单、易维护，入口收费 站可进行车型分类统计及交通量统计。 均一制收费的缺点：收费标准与行驶里程无关，不合理。 均一制适合于车辆行驶里程相差不大的道路，如都市高速公路、环城高速公路和短 程城市闯高速公路。 2 1 2 开放式收费 开放式收费制式是指在高速公路( 或桥) 的某一个部位( 或在主线上分段) 设置收 费站，互通式立交匝道上不再设站，不管是从何处来的车，只要经过收费站，就要交费， 高速公路对外呈“开放”状态，如图2 - - l ( 2 ) 所示。收费标准一般只与车型有关，而与 其在何处上路、何处下路及行驶距离无关。 开放式收费的优点：车辆通过收费站时，收费手续简单、高效且同样可以方便的进 行车辆分类统计及流量统计；收费站设计及收费设备均较简单，用地及工程费用较节省， 收费人员配置较少；主线收费站的中间收费车道可建成往返双向变向车道，以适应不同 时刻双向交通需求相差较大的变化，并且可以共用一套收费车道设备。 开放式收费的缺点：对行驶于两站之间出入车道的车辆无法收费，造成收费收入的 减少；不能按实际里程收费，欠合理；不能兼顾入口处交通管理及实施入口匝道控制； 长途车通过每个收费站均需停车交费，耽误时间，驾驶员不满意。 开放式收费适合于独立的大桥、隧道或距离较短或者互通立交较少的道路。 2 1 3 封闭式收费 封闭式收费即指在高速公路的所有出入口均设置收费站，在所有互通式立交的出入 口匝道上也设置收费站，起点和终点一般将收费站设置在主线上，如图2 1 ( 3 ) 所示。 车辆在入口处领取通行卡( 或票) ，上面记录着车型、入口编码等信息，在出口处验卡( 票) ， 根据车型、行驶距离等收费，高速公路对外呈“封闭”状态。 封闭式收费的优点：按车型及行驶距离收费，公平合理：避免了开放式收费的漏收 问题；无论行驶距离长短，只需在出入口停车，相对于需多次停车交费的开放式收费， 停车交费次数较少；能兼顾入口处交通管理及必要时实施入口匝道控制；借助通行卡上 的信息，可进行车辆分类统计及交通量统计。 封闭式收费的缺点：在出入口，特别是起终点需设置收费车道，占地多、工程造价 高；所需设置及收费人员配置较多，使收费机构庞大，造成运营费用的增加；所有车辆 均需停车两次，入口发卡( 票) 效率高，平均每辆车辆服务时间6 8 秒，但出口验卡收 费，手续较复杂，效率低，每辆车平均服务时间1 4 1 8 秒，使得每辆车总的服务时间较 长。对于实行i c 卡收费来说，还增加了卡的统计、运送以及丢卡、损卡处理等环节，工 作量加大。 封闭式收费适合路线较长、互通式立交多、车辆行驶里程差别较大的道路。 2 1 4 混合式收费 混合式收费系统是将中长距离的高速公路按5 0 k a 左右划分区段，每个区段可包含一 个或多个互通式立交，如图2 一l ( 4 ) 所示。与均- - n 收费形式一样，在所有互通式立交 入口匝道上设收费站，除此之外，又在主线相邻两个区段间建设开放式收费站，从而具 有开放式和均一制两种收费形式的优点，形成了一种新的收费系统。该收费形式按车型 及各收费站所控制的距离收费，车辆在入口收费站交费后，可在该所控制的区段内自由 行驶而不再交费，跨区段行驶的车辆在主线收费站交费后，可在下一区段内自由行驶。 混合式收费形式的优点；与均一制、封闭制一样，不漏收：并可兼顾入口处交通管 理及实旄入口匝道控制；能直接进行车型分类统计；与均一制、开放制一样，收费手续 简单、高效，对交通影响小，无通行卡处理问题；与封闭式收费相比，能省掉大量的出 口收费车道，从而使收费人员配置减少，使收费机构相对缩小，运营费用变低，收费管 理简单；收费设施及工程费用均较少。 混合式收费形式的缺点：不能精确按实际行驶里程收费，不甚合理；长途行驶车辆 需多次在主线收费站交费，驾驶员不满意；跨多个区段行驶的车辆由于在主线上多次交 费，将产生交通延误相对较长的问题。 混合式的交费系统适合于中长距离的高速公路。 2 2 收费方式 高速公路的收费方式一般有三种，即人工收费、半自动收费和全自动收费。各种收 费方式在工作效率、劳动强度、防舞弊程度、交通量及收费金额统计、便于管理方面， 存在着很大差异。收费方式选择主要与社会经济发展水平、科技发展水平有关，同时也 与交通发展需求和路网建设程度相关联。 2 2 1 人工收费 人工收费系统不需要或基本不使用电子和机械设备，收费过程由人工完成，即人工 判断车型、人工套用收费标准，人工收钱、找零、给发票。这是一种最原始也是最简单 的收费方式，延续时间也最长。 这种方式的优点是手续简单、基建投资少，但也随之带来很大问题。由于人为因素 很大，又没有任何监控及有效的检查手段，因此漏洞很大，通行费流失严重。另外，也 不利于交通量及收费情况的统计分析，且收费人员的工作强度大。除一些特殊情况外， 现在已基本上不用，或增加了电子监控等手段。 2 2 2 半自动收费方式 半自动收费方式( m t c ) 是指收费过程由电子机械设备和人工共同完成的收费方式， 它通过使用计算机、电子收费设备、交通控制和显示设备代替人工收费方式操作的一部 分工作的停车收费方式，可以概括为“人工收费、计算机管理、电视监控”方式。一般 是在入口发卡( 票) ，记录车辆进入高速公路的地点及车型、时间等，有的还可以记录车 牌号。在出口验卡( 票) ，确定车型、行驶距离、收费标准等，实施收费，计算机及视频 系统实施监控、统计等。 这种收费方式由于自动化程度提高，减少了人为因素的影响，直至完全自动收费， 使收费人员不直接与现金接触，最大程度的降低了各种舞弊现象的发生，减少了通行费 的流失。还加大了管理的力度，提高了管理水平。 半自动收费还存在着很多缺陷。首先是人为因素的影响，而且在很大程度上，还要 靠人为干预来处理很多问题，如电子机械判断车型，仍离不开人工监督，车型识别出现 误判时，仍要人工解决。另外，还存在停车领卡( 票) 、停车交费的问题，没有真正实现 畅通无阻。在管理上，增加了机构设置和人员配置，加大了运营费用。基建及设备投资 加大，维护费用增加。在某种意义上来说，舞弊现象和通行费流失并没有得到有效制止。 2 2 3 全自动收费方式 全自动收费方式，又称电子收费方式( e t c ) 或不停车收费系统，即指车辆在进入高 速公路，以及驶出路网时，由无线电及计算机系统自动完成收费全过程，车辆无需停车， 甚至车速在1 5 0 k m h 时仍能准确的进行收费。其具体工作方式是：在车辆的挡风玻璃上 安装一个电子标识卡( 或称应答器) ，其中储存了与车辆有关的大量信息，如预交金额、 车型、车主、车牌号等。当车辆经过收费站时，标识卡与安装在收费车道旁( 或上方) 的读写收发器，通过微波检测系统进行快速的数据交换( 不超过5 0 0 毫秒) ，并将信息直 传收费中心，在其账户中进行通行费的结算。在此过程中，车辆照常行驶，无需停车， 更没有人员干预，真正实现全自动收费。 采用不停车收费系统，可以使车道收费过程完全自动化，并大大提高公路的通行能 力和服务水平，有效地减轻收费站工作人员的劳动强度和改善工作环境。车辆不停车通 过收费口不仅使道路的通行能力得以充分发挥，而且有利于提高车辆的营运效益。并且， 不停车收费使公路收费走向无纸化，无现金化管理，可以从根本上堵塞收费票款流失的 漏洞，解决公路收费中的财务管理混乱问题。另外，实旖不停车收费系统，从长远来讲， 还可以节约基建费用和管理费用。 电予不停车收费( e t c ) 技术在国外已有6 年以上成功应用的历史。美国、欧洲等许 多国家和地区的电子收费系统已经联网并形成规模效益，明显的社会经济效益具有强烈 吸引力。无论从交通工程的角度还是从智能运输系统的角度来看，电子收费技术的应用 对于提高我国公路收费管理效率和公路通行服务水平具有很大的潜力。据国家关于信息 技术推进传统产业技术进步的总思路，电子收费技术必然会在中国得到逐步的应用和采 纳。 2 3 通行券 通行券是连接用户与业主的桥梁，是依法对过往车辆收取通行费的凭证。通过多年 的收费实践，对收费介质的选择越来越注重以下几方面的性能和技术要求：自动化程度、 读写方式、数据安全性、存储容量、介质成本、标准化与通用化、设备的可靠性与寿命、 管理成本以及对计算机网络的依赖性。 目前国内高速公路收费系统正在使用的通行券主要有两大类，即一次性使用通行券 和重复性使用通行券。 2 3 1 一次性通行券 一次性通行券，其最大的好处是可携带两种形式的信息：一种为供自动识别的磁记 录或条码信息，另一种为明文打印信息。在自动识别不成功时可以通过人工识读明文信 息完成收费。这种方案对系统、网络的依赖性很小：同时可适应分段建设时已建有收费 系统和未建收费系统路段的混合收费要求：另外，由于通行券一次使用之后即作废，所 以没有重复性使用通行卡的跟踪管理问题，系统比较简单，对软硬件要求较低。一次性 使用通行券包括纸质打印券、纸质磁性通行券、一维条形码和二维条形码通行券。 ( 1 ) 纸质打印通行券。入口自动打印，出口人工识读，人工将入口信息输入计算机。 此通行券技术简单，投资省。但防伪功能较差，出口检票速度慢，人工干预较多，班后 校核工作量较大，一般用在临时过渡性系统。 ( 2 ) 磁票卡通行券。磁票用于通行券时，在入口读写设备与打印设备相结合在磁条 上写入车辆通行信息，并在磁票上打印车辆通行的可视信息；在出口读写器读出记录在 磁条上的信息。使用磁票的优点是磁票成本低，一次性投资低，不需回收，信息读写容 易、准确，操作简单，使用方便，不易伪造，有利于防止人为作弊，人工介入少，大部 分操作为设备和计算机处理，管理效率高。但是由于接触式读写操作使得磁头、切刀等 使用中有磨损，需定期维护、更换，系统维护费用大，因此运营成本较高。 ( 3 ) 纸质条形码通行券。条形码通行券可实现条形和明文字符自动打印，条码非接 触自动识读。在入口由条形码打印机打印车辆通行信息，制成条形码通行券；出口由条 形码阅读器将条形码通行券上的信息读入计算机，自动计算出通行费。由于条形码可以 记录数据，并能方便实现数据的自动输入，减少了数据录入时间，提高了工作效率。通 行券只用普通纸张，成本很低。九十年代新发展起来的二维条码存储容量大( 可达l 删) ， 可实现信息冗余存储，错误监测与纠正，以及加密功能，使其信息安全性( 防伪、防破 坏) 得到很好的保证。条码打印机和扫描器均为通用工业级产品，设备可靠性很高，系 统集成和技术支持有充分的保证。 2 3 2 重复性使用通行卡 重复性通行卡最大优势是平均使用成本较低，固有的问题是卡上只有供自动识读的 信息，没有明文打印信息。当无法自动识读卡上信息时，需要依赖网络系统进行跟踪查 询，系统比较复杂，对软硬件的要求较高；分段建设时较难适应( 如广东佛开路系统已 安装好，但需等广佛工程完工才能一起开始试运行，路线继续延伸时还会遇到类似问题) ： 另外卡的搬运、跟踪管理量较大。重复性使用的通行券包括磁卡、接触式i c 卡和非接触 式i c 卡。 ( 1 ) 重复性使用磁卡。磁卡用做通行券，由于其塑质磁卡的质地结实，相对来说不 易伪造，记录信息准确，磁条可读可写数千次，故可多次使用，运行成本相对较低，管 理效率高。但它一次性投资成本高，且需要跟踪卡的流动情况，增加了管理工作量。同 时由于公路收费系统所处环境的恶劣程度都远远超过磁卡机原设计的条件，因此这类系 统往往故障率较高，设备寿命也较短。 ( 2 ) 接触式i c 卡。i c 卡是把具有存储、加密或数据处理能力的芯片封装于一个塑料 基片之中的集成电路卡。接触式i c 卡的优点是存储容最大，体积小、质量小，抗干扰能 力强，便于携带，易于使用；安全性高；对网络要求不高，i c 卡的安全可靠性使其在应 用中对计算机网络的实时性、敏感性要求降低，十分符合当前国情，有利于在网络质量 不高的环境中使用。但接触式i c 卡因芯片电路暴露在卡片表面，流通中因污染而导致接 触不良，影响正常读写；由于i c 卡为接触式读写，当粗暴插卡、非卡之物插入和尘染严 重时，易使读写器损坏或发生读写错误，长期使用时，识读机器的维修量较大。 ( 3 ) 非接触式i c 卡。非接触式i c 卡将射频识别技术和i c 卡技术结合起来，实现 了i c 卡可无源和非接触读写。 非接触式i c 卡与磁卡及接触式i c 卡相比较，具有以下优点： 可靠性高，维护成本低。非接触式i c 卡与读写器之间无机械接触，这样避免了由 于接触读写而产生的各种故障，例如：由于粗暴插入、非卡物接触、灰尘或污染导 致接触不良等原因造成的故障，大大的减少了磁卡或接触式i c 卡因机械磨损或接触 不良而带来的维修和部件更新费用，并减少了因故障给用户造成的不便和经济损失。 此外，非接触式i c 卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏 等。 全天候工作。可在2 0 度到9 0 度( 相对湿度9 0 ) 正常工作。 操作方便、快捷。由于非接触式通信，不必插拔卡，读写器在l o 厘米范围内就可 以对卡片操作，用户使用非常方便。同时，非接触式i c 卡使用时没有方向性，卡可 以任意方向掠过读写器表面，即可完成操作，这大大提高了每次操作的速度，一次 典型的交易时间小于0 5 秒。 防冲突。非接触式i c 卡中有防冲突机制，能防止卡片之问出现数据干扰，因此读 写器可以“同时”处理多张非接触式i c 卡。在高速公路收费系统中的正常情况下， 不允许同时使用多张l c 卡，但它为车队通过提供了快速处理的可能。 实用、耐用。非接触式i c 卡的储存结构特点使它便于一卡多用，在高速公路应用 中既可做通行卡使用，又可作含金卡支付通行费使用，用户可以根据不同的应用设 定不同的密码和访问条件。每张卡写入次数大于l o 万次，只读次数无限制，卡的使 用寿命很长。 加密性能好。非接触式i c 卡的序列号是全球唯一的，制造厂家在产品出厂前已将 序列号固化，不可再更改。非接触式i c 卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写 器验证i c 卡的合法性，同时i c 卡也验证读写器的合法性。非接触式i c 卡在处理前 要与读写器进行三次相互认证，而且在通信过程中所有的数据都加密。此外，卡中 各个扇区都有自己的操作密码和访问条件，可单独脱机使用。 但非接触式i c 卡在高速公路收费系统中用于通行券时，必须有一套完善的管理系统， 控制、发放、回收及跟踪各种i c 卡流动情况。 ( 4 ) 电子标签。电子标签是一种安装在车辆上的无线通信设备，它允许车辆在高速 行驶状态下与路旁的读写设备进行单向或双向通信，它的结构、工作原理和功能与非接 触式i c 卡颇为相似，主要差别在于通信距离。它装有微处理器芯片和接收，发天线，在 高速行驶中( 可达2 5 0 k m h ) 与相距8 - 1 5 m 远的读写器进行微波或红外线通信，比非接 触i c 卡的工作频率、通信速率高出很多。它以读写方式验证电子标签的有效性，可写 入或读出电子标签中的数据，可同时处理多张电子标签。由于通信距离较远，电子标签 一般为有源器件，在功率上只凭借读卡机发射的微波或红外功率转换为电子标签的能源 难以满足通信距离和通信速率的要求，一般需配备电池或接装车载电源。 电子标签具有身份验证、通行券或兼用替代现金付账等功能，其体积小，质量小， 如同一张标签贴在汽车前挡风玻璃上，多用于开放式或封闭式不停车收费。当用户在设 有不停车收费系统的公路上行驶时，可不停车高速通过收费站，收费系统设备自动完成 通行费征收，极大的提高了收费站的通行能力，减少了污染，节约了能源，避免了收费 舞弊等问题。 2 4 付款方式 支付通行费的方式是影响收费车道通过能力的一种重要因素，同时也是决定收费系 统结构和功能的一种重要影响因素。支付通行费的付款方式有：现金支付、预付款、银 行卡等多种方式。目前高速公路收缴通行费的付款方式以现金为主，随着交通量的增加， 以及金融系统的金卡工程逐渐普及，将预付卡作为通行券和付款手段是一种趋势( 不停 车收费是预付方式的一种) ，从而形成以现金和预付卡并行的通行费付款方式。 2 4 1 现金支付 现金支付通行费是最常用的一种付款手段。当车辆经过收费站时需要将车停在收费 亭前，将现金交给收费员，收费员收费、找零和发放收据或发票。收费员下班后需进行 当班结算，由财务人员核查现金与收费过程记录数据是否一致。收费道路营运部门( 或银 行派押款车) 每天需将现款解押至银行结账，整个资金流动均为现金。 现金支付方式的优点是操作简单，收费车道配备的设备少，对临时使用的用户，如 长途运输的外省车辆缴费方便。从实际情况来看，将来即便是高度自动化收费系统普遍 使用后，现金支付仍会占有一定比例。 现金支付的最大缺点是需各收费亭( 开放式) 或出1 3 收费亭( 封闭式) 备足大量零钱，收 费找零延长了服务时间，降低了车道通行能力，它是引起收费站车辆排队、交通拥挤的 主要因素。现金交易容易造成费额人为流失，给资金管理带来困难。大量的小数额现金 使清点、核查工作繁杂，需要大量的人员完成。 2 4 2 预付款 预付款方式是用户在收费道路管理部门预先支付一定数量的金额( 无利息) ，购买使用 收费道路一段时间内的权力或一定次数的次数票，例如月票、季票或年票，也可是使用 多少次的次数票。该票证一般印有使用收费道路的名称、使用的期限、使用车型、车牌 号等一些必要信息，这样车辆经过收费站时不必缴现金，只需验证月票、季票或年票的 有效性，或收缴次数票。这样就免去了收费过程现金交易所带来的麻烦，减少了收费服 务时间，提高了收费车道的通过率。 一般来说，对于长期用户，购买月票或次数票无论是从使用它所带来的方便性，所 节约的时间，还是从资金节约方面来看，这种付款方式是有吸引力的。但是，这种方式 也有一定的缺陷，例如有些拥有月票的用户使用收费道路少一些，有一些可能用得很多， 这样就出现了用户之间付费的不公平性：收费公路管理部门无法控制拥有月票用户的使 用次数和行驶里程，影响了收费道路公司的收入。次数票付款方式虽然合理一些，但次 数票回收管理工作量大。同时，月票和次数票容易伪造，收费人员容易利用月票或次数 票作弊，需要一套较完善的监督机制。 2 4 3 预付卡 这种卡在使用之前，用户需在高速公路营运公司支付一定数量的金额，公司管理部 门发给用户一张含有该值的预付卡( 一般卡为非接触i c 卡或电子标签) 。持有者的车辆经 过收费站不必缴现金，只需从预付卡中扣除路费，非常类似i c 电话卡。该付款方式的优 点是营运公司在卡卖出时就能得到通行费资金：其二是大大缩短了付款时问，提高了收 费车道的通过能力；更为突出的优点是完全可以省去现金交易，可减少人为贪污作弊的 可能性，免除了假钞的麻烦；大额现金交易放在后台，免除了汇总、结账、押钞以及零 散资金的积压，提高了管理效率。预付卡付费可以脱线进行，不必为核算占用的通信线 路付款，惟一需要检验的是卡是否有效和是否有足够的金额进行交易，而这两个检验过 程都可由读卡机本身完成，减少了交易时间。 从用户角度来看，预付款或预付卡方式能方便用户付费，节约了付款时问，免除带 现金的麻烦，提高了资金使用的安全性，但需预交资金( 占用资金) ，需花时间去办理有关 手续，因而他们必然会权衡得失。所以采用预付款或预付卡方式的营运公司，用户必须 能快速方便交纳预付金、办理有关手续以及查账，应能优惠这些用户的通行费，尽量减 少或避免他们在收费站的延误。 2 4 4 后付款 高速公路营运公司对长期或定期用户可采用一种先记账后付款的优惠方式，如对长 途汽车公司、公共汽车公司和其他一些信誉良好的长期用户，这样对吸引交通量，增加 收费有一定的促进作用。 用户持记账卡，在收费站将记账卡交收费员验证或收费设备直接自动验证，由收费 设备或人工将车辆行驶信息记录在记账卡上和收费站计算机内，用户定期到营运公司按 记账卡记录的信息，或根据收费管理中心数据库结算总通行费。 后付款方式的优点是：非直接货币交易，减少了收费服务时问，提高了收费车道通 过率，也缩短了用户的行车时间。在经营上，后付款也是一种优惠办法，方便了用户资 金周转。采用此方式时，在收费系统设计中要考虑收费设备对此方式的操作功能和数据 统计功能，在管理上也要采取针对性措施，要尽量防止赖账情况的出现。记账卡主要起 身份证明的作用，也应具有数据记忆功能，一般采用i c 卡或电子标签。 2 4 5 银行转账 用户在指定银行建立专用账号，购买专用电子标签，车辆通过收费区域，收费系统 自动读取车辆信息，经确认后通行费直接从银行专用账号扣除，统一转账至高速公路营 运公司账号下。收费无人工界面，避免了现金多次交易的繁琐过程。高速公路营运公司 可将征收的路费纳入公共事业服务网，通过银行实行一个账号多种服务，扩大用户范围。 银行还可允许少量善意透支，方便用户资金周转。这种支付方式适用于半自动、全自动 收费系统。它要求系统具有较强的( 实时) 监督功能和人工审计界面，对用户、银行、收费 公路营运管理部门三方面都要有较强的透明度。 2 4 6 电子钱包、信用卡、现金卡 电子钱包、信用卡、现金卡都是由银行发行的，具有存款、提款、转账和消费功能。 这种付款系统，不管是否是金融机构参与的场所，对于商品买卖和服务交易都为其真正 提供了一个非常有效的服务。因为这种付款系统，受用户的信用度和( 或) 受其在银行的存 款额的制约，需要在提供服务之前进行用户信誉鉴别，一种所谓的在线鉴别。目前这种 付费方式在收费系统中使用较少，但随着银行网上业务的不断完善，未来将有广阔的发 展前景。 2 4 7 免费 免费可视为一种不缴费的特殊付款方式。高速公路营运公司对国家及地方法律性文 件规定的免费车辆，发放免费证件。免费车经过收费站时，驾驶员应交验免费证件并按 收费操作处理。在免费车辆处理中有两种形式：无卡免费和有卡免费。无卡的免费车辆， 如军车、警车等必须停车验明国家颁发的有关证件。只有对执行紧急任务并配有特殊装 置的医疗救护、消防、救援等车辆，以及特别车队可以使用快速车道。无卡免费车辆的 放行必须经过收费站监控人员的确认，并记录在案( 录像或抓拍) ，以备核查。 第三章高速公路组合式联网收费系统方案 3 1 组合式联网收费系统方案的提出 随着经济的发展，人民生活水平提高，汽车运输普及，农村发展城镇化，经济结构 调整，未来对公路发展将产生更大的需求，而我国道路网的发展速度远远落后于交通需求 增长的速度，单纯靠造桥修路等扩大路网的方式是比较有限的，因此必须选择一种新的 收费方式，以充分利用现有的公路设施，经过适当的调整，来提高道路的通行能力。 目前，高速公路联网收费系统多采用的是“人工收费、计算机管理、电视监控”的 半自动收费方式，以非接触式i c 卡作为通行券，实行“入口领卡、持卡通行、出口交卡、 凭卡缴费”的封闭式联网l c 卡收费管理。在这一系统中，典型做法是将计费过程和收费 过程隔离开来，司机在入口领取通行卡，在出口用现金交费。在出口车道，操作人员要 收取通