ETC系统实施方案设计

ETC系统简介

1前言

高速大路电子不停车收费系统(ETC)是为了削减道路收费口处的交通拥挤，

加快车辆通过收费口的速度而建设的。不停车收费系统承受车载装置纪录代付款

协议等信息，插入IC卡后，当通过电子收费口时，利用收费口通信天线与车载

设备之间的通信，在计算机收费系统和IC卡双方均完成对通行费的纪录，从而

实现电子结算收费。高速大路不停车收费系统具有全路段封闭型、智能卡车载、

电子托收、联网分账等特点。通行效率比人工缴费显著提高。系统特点：24小

时无人监管不连续工作；车道过车和银行托收都是由系统自动实现；在收费站

不设效劳器，通过网络扫瞄器打印报表，降低本钱，提高系统的安全性；银行托

收一般在一分钟内完成：供给互联网效劳，电子标签用户可以在网上查询过车费用。

ETC系统是利用微波〔或红外或射频〕技术、电子技术、计算机技术、通信

和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高技术的设备和软件〔包括

治理〕所组成的先进系统，以实现车辆无需停车既可自动收取道路通行费用。目

前，大多数ETC系统均承受微波技术，所以本文主要针对此类系统进展综述。

不停车收费系统通过路边车道设备把握系统的信号放射与接收装置

〔称为路边读写设备，简称RSE〕，识别车辆上设备〔称为车载器，简称OBU〕内

特有编码，判别车型，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用帐户中扣除通行费。

对使用ETC车道的未安装车载器或车载器无效的车辆，则视作违章车辆，实施图

象抓拍和识别，会同交警部门事后处理。

与传统人工收费〔ManualTolICollection,简称MTC〕方式不同，ETC带

来的好处有：无需收费广场，节约收费站的占地面积；节约能源消耗，削减停车

时的废气排放和对城市环境的污染；降低车辆部件损耗；削减收费人员，降低收

费治理单位的治理本钱；实现计算机治理，提高收费治理单位的治理水平；对因

缺乏收费广场而无条件实施停车收费的场合，有实施收费的可能；无需排队停车，

可节约出行人的时间等；避开因停车收费而造成收费口堵塞，形成的瓶颈等。高

速大路电子不停车收费系统［EIectronicToIIcollection,简称为ETC〕

是以现代通信技术、电子技术、自动把握技术、计算机和网络技术等高技术为主

导，实现车辆不停车自动收费的智能交通电子系统。系统通过路侧天线与车载电子

标签之间的专用短程通信，在不需要司机停车和贪他收费人员操作的状况下，

自动完成收费处理过程。近年来，随着国民经济和交通运输业务的快速增长，料别是

大路交通拥堵和环境污染问题日益严峻，ETC电子不停车收费系统的应用已经受

到越来越多的国家和地区的相关部门的关注。ETC电子不停车收费方式，具有全

自动、快速便捷、非现金交易、大容量等特点，在当前高速大路收费站点车辆拥

堵问题日益突出、扩建收费车道涉及大量征地拆迂及繁琐的上报审批工作和建设资

金投入、收费运营治理本钱不断增加等状况下，逐步进展和实施ETC是解决这些

问题的较为有效的手段。

ETC电子不停车收费系统建成后，车主自行到公司指定的地点或代理

机构购置车载电子标签，交纳储值费用，由发行系统向电子标签输入车辆识别码

〔ID〕与密码，并在数据库中存入该车辆的全部有关信息：识别码、车主姓名、

联系、车牌号、车型、颜色、储值全额等。发行系统通过通信网络将上述车

主及车辆信息输入收费计算机系统。车主将电子标签贴在车内前窗玻璃上即可；

当车辆进入ETC收费车道即LI天线的放射区时，处于休眠的电子标签受到微波鼓

舞而糊涂，随即开头工作，电子标签以微波方式发出电子标签标示和车型代码，天线

接收确认电子标签有效后，以微波发出车道代码和时间信号，写入电子标签的存

储器内，进口车道栏杆翻开，车辆即可驶入高速大路；到达出口收费站时，当车

辆驶入出口收费车道天线放射范围，经过唤醒、相互认证有效性等过程，天线读

出车型代码以及LI代码和时间，传送给车道把握机，车道把握器存储原始数据并

编辑成数据文件，上传给收费站治理子系统并转送收费结算中心，经过脸证，出口

车道栏杆翻开，车辆驶出高速大路；同时，收费结笄中心从各个用户的账号中扣

除通行费和算出余额，核对账户剩余金额是否低于预定的临界阈值，如

果低于则准时通知用户补交费用，并将此名单〔灰名单〕下发给各收费站。如灰

名单用户不补交金额，连续通行高速大路，导致和余金额低于危急门限值，则将

其划归无效电子标签，编入黑名单，并通知收费站，拒绝无效电子标签车辆通行

ETC专用车道，由内保人员引导改走人工收费车道。

对于持无效标示卡或无卡的车辆，假设其在收费车道上高速冲

卡而过，天线在确认无效性的同时，将启动快速刍动栏杆，关闭收费车道，当场

将冲卡车辆拦截。以以下图为ETC车道布局示意图。

机B

0

B

S

行4为内

2概述

路侧单元（RSU）是兴的ETC产品。它由RSU天线和RSU把握器组成。其中,

RSU天线是一个微波收发模块，负责数据的调制和解调；RSU把握器把握数据

的接收和发送，生成并处理协议栈信息单元。RSU以DSRC无线通信的方式，和车

载电子标签（OBU）进展信息交换，采集和更标签中的收费数据，实时发送洽车

道收费机。因此，RSU是ETC车道系统的主要标志设备。

3ETC系统构成

ETC系统由前端系疣和后台数据库系统组成，其中前端系统包括ETC车道控

制系统、ETC路侧单元〔RSU〕、ETC车载单元〔OBU〕以及电子标签、用户IC卡

的发行系统。

>ETC车道把握系统：由检测线图、高速栏杆机、车辆抓拍摄像机和车道计算

机等组成，它负责对车道状态进展把握，并完成信息处理。

>ETC路侧单元〔RSU〕：由微波天线和天线把握器组成。内含PSAM消费安全访

问模块，对车载单元进展安全认证并完成信息采集。

>ETC车载单元〔OBU〕：车载单元OBU安装在用户车辆上，装载用户身份信息

和ESAM嵌入式安全模块，在交易时进展安全认证，对用户IC卡进展读写

并将信息发送至路侧设备［RSUL

>电子标签、用户IC卡的发行系统：完成ETC安全密钥的发放、用户个人信

息〔包括车辆物理信息和IC卡帐户信息〕6勺录入。

|ETC电/收々个道设备j

3.1RSU与ETC车道系统

ETC车道布局

由于ETC收费系统刚刚在国内实施，并且没有被大多数所熟知，所以在实

际使用中不行避开的会消灭非ETC车辆闯入ETC车道的状况，进而降低

了ETC车道的高通行效率。为了避开这种状况的消灭，治理部门在ETC收费系

统实施之时，要加大向用户的宣传力度、在车道前端设置相应提示标志，

以尽量避开这种状况的消灭。为了从根本上杜绝这种状况，需要依据自身

区域特点合理规划ETC车道布局。目前常用的车道布局有两种：

(1)前置式车道布局:

布局特点分析：

ETC车道无需人为干预，ETC车辆交易成功后，栏杆机招起，车辆直接从ETC

车道通过；

非ETC车辆或未正常交易ETC车辆可直接转向MTC车道进展人工收费处理，

可较好解决误入ETC车道的非ETC车辆问题，误入车辆不需倒车，直接转向

MTC车道即可;

前置ETC车道方式通讯区域为10米，高速栏杆机与通信区域距离较近，车

辆通行速度一般；

根底施工量较大，需做收费岛延长。

(2)后置式车道布局：

>'

布局特点分析:

>栏杆机置于通信区域后确定距离，ETC车辆交易成功后，栏杆机抬起，车辆

可快速通过ETC车道；

>当非ETC车辆误入ETC车道或未正常交易ETC车辆需人工干预处理，指导车

辆通行；

>增加ETC车道设备即可，根底施工简便。

在实际的工程施工中，需依据现场的实际工程条件进展以上两种方案的选

择。

3.2RSU的参考安装方法

3.2.1在收费站的入、出口，设置ETC专用车道。通常依据“专用、前置、低速”

的原则布置RSU等ETC车道外场设备。

3.2.2在ETC车道中，RSU读写天线、车牌识别摄像机、电动栏杆、通行信号灯、

黄色闪光报警器等安装在车道前部，并依次排列触发线圈、抓拍线圈和落杆线图。

费额显示器可适当置后，以保证司乘人员在确定行驶速度下可顺当观看。

3.2.3RSU读写天线通常承受悬臂杆安装，固定在车道中心上方5.5m高处，通

过安装支架中的万向调整装置调成天线角度，使RSU的通信区域设定在前方

6.5-7.5m的范围内°

3.2.4考虑到ETC交易的安全性，车辆在ETC车道的通行速度应小于40km/ho

3.2.5RSU读写天线与RSU把握器之间承受专用线缆传输，支持传输距离100m。

3.3ETC设备安装留意事项

当装有0BU车辆由于种种缘由驶入MTC车道〔其相邻车道设置了ETC设备〕

进展缴费时，则该车辆有可能会被相邻车道的ETC设备扣费，进而可能造成该车辆

的重复缴费或加大收费工作量；车辆行驶在两条或者多条并行的ETC车道中的某

条车道上时，假设相邻车道存在邻道干扰问题，则该车辆有可能会被相邻车道的

ETC设备扣费，进而造成该车辆的重复缴费，这即为邻道干扰现象；在同一ETC

车道内前后相跟的两辆车中的后车提前交易，同时对未交易的前车进展放行

现象称之为车道内跟车。ETC车道上消灭的邻道干扰和跟车现象是由于RSU天线

工程安装不标准、RSU天线设计不合理和OBU设计不合、全都性不好理造成的。

所以，在ETC收费系统工程实施时，要严格依据施工标准进展施工，优化完善

RSU天线辐射器的设计与生产，严控OBU的生产和检测，避开个体OBU接收灵敏

度、放射功率特别，完善OBU应用程序，以避开以上问题的消灭，打造高效的

ETC车道，隹正提高收费系统的收费效率。

3.4ETC车道典型操作流程

>ETC工作流程

1）车辆驶入通讯区域，安装在车辆上的OBU与RSU成功交易后，栏杆机自动招

杆，车辆通过ETC车道。

2）当RSU未能与OBU成功交易或识别出车辆为安装OBU,系统制止车辆直行，

并诱导至相邻的MTC车道，取出OBU中的双界面IC卡刷卡通行或按MTC操作后

通行。

>ETC车道交易流程：

整个过程分为5个步骤:

1.得到VST信息;

2.得到OBU信息；

3.得到IC卡信息；

4.入口仅写过站信息，出口写过站信息和消费信息：

5.等待应答结果。抬竿放行车辆，保存交易流水。

4ETC系统工程实施

4.1MTC车道改造ETC

在我国现行收费模式中，在现有MTC〔人工收费〕车道中扩建ETC车道符合

实际状况，能够最大限度上保护原有资源，原有收费系统的绝大部本设备都可以

利用，ETC前端系统只需改造一条MTC车道，增加ETC车道硬件设备，并在MTC

车道中增加IC卡读写矶和PSAM模块。实施的具沐工程：

>增参与口ETC收费车道和出口ETC收费车道，改造出口ETC收费车道收费岛，

增加通行标志、标线等交通标识。

>购置ETC收费车道相关的硬件设备。

>改造原有MTC车道收费机、使其能够读写ETC电子标签的用户支付卡功能，

收费流程如原MTC收费流程。

>增加收费站ETC车道监控设备、开发ETC收费车道监控软件和数据效劳软件。

>ETC收费治理中心，购置电子标签OBU发行设备、充值机、结算效劳器等设

备。开发电子标签和支付卡发行系统、充值系统、结算系统、治理系统。

工程具体实施

ETC车道•在原MTC车道增加或改造ETC车道，增加路侧单元RSU,在出口龙■原有MTC

车道收费岛、交通标志进展改造。

•购置ETC相关的硬件设备。

MIC车道・更换IC卡读卡器，使其能够读写tic电子标签的用户支付卡功能和原有通

行卡。

监控系统•增加或改造原监控系统，供给ETC车道监控功能。

数据传输•开发ETC收费数据效劳软件、MTC车道收费软件对ETC支付卡读写处理功能。

治理中心•电子标签发行，购置电子标签发行设备、开发相关发行治理软件C

•支付卡充值，购置支付卡充值设备、开发充值治理软件。

・费用结算，开发支付卡费用结算软件系统。

4.2建ETC车道

由于ETC车道的明显优势，建高速大多都设计了ETC车道，收费岛都是依据

ETC车道的要求进展。

全部的设备都是以ETC车道的要求配置，实施的具体工程：

>购置ETC收费车道相关的硬件设备。

>购置收费站ETC车道监控设备、开发ETC收费车道监控软件和数据效劳软件。

>ETC收费治理中心，购置电子标签OBU发行设备、充值机、结算效劳器等设

备。开发电子标签和支付卡发行系统、充值系统、结算系统、治理系统。

5工程施工组织

5.1优化设计

签订合同入场后要进展工艺优化设计，依据招标文件及合同针对土建、厂家

设备性能、省收费治理中心及收费软件的要求对设备的配置、施工图纸及工艺进

展细化及优化，确保系统实施的可行性及牢靠性。

5.2施工组织

5.2.1施工打算编制

收费系统的施工进度和房建及路面等单位的施工进度亲热相关，施工进度编

制前要落实房建施工单位对收费岛的施工进度安排以及路面施工单位对收费车

道的施工进度安排，依据以上两家的安排，合理安排收费设备及立柱的进场及施

工时间，及检测线图及设备安装等人员、机械的进场施工时间，确保不窝工。

5.2.2施工方案

IZTC收费系统设备安装同MTC一样出入口设备配置有所不同，但是又都包括厅

内设备和车道设备。

厅内设备安装包括车道把握器、监控摄像机等设备的安装，要求设备布局合

理，安装稳定，布线横平竖直，接线牢靠。

厅外设备安装主要包括以下几项：

1〕.ETC天线安装：

〔1〕.立柱安装：根底牢靠，立柱高度符合要求；

〔2〕.RSU天浅安装：固定角度符合要求，接线牢靠；

〔3〕.RSU把握器安装：安装固定牢靠，接线牢靠；

2〕.线圈切割：

〔1〕.线圈切割严格依据图纸切割；

〔2〕.承受高压水枪冲出切缝内灰土，并用风机吹干；

〔3〕.承受镀银高温线压实敷设，用环氧树脂灌缝；

〔4〕.线圈区域要求路面无伸缩缝；

〔5〕.线圈区域要求路面下无钢筋及钢管等金属物品。

6ETC系统常见问题解决方案

6.1ETC车道邻道干扰问题

分析：

RSU承受5.8G微波信号与OBU进展通讯，假设RSU通信区域把握不好，即其通

信区域过宽或副瓣过大，造成ETC车道实际应用中会存在邻道干扰问题。

邻道干扰问题造成的后果如下：

>OBU在入口车道进展信息交换后，接着与出口车道RSU交易，造成U转扣费；

>OBU到达下一个出口时无人口信息；

>RSU与邻道OBU发生交易或接收到其数据，造成车道误报警或误抬杆等现象，

扰乱车道正常规律；

解决措施：

1、完善RSU性能

天线阵列：依据（GB/T20851.1-2023电子收费专用短程通信》中的规定，

天线频带上行5.790-5.800GHz,下行5.830-5.840GHz,半功率波瓣宽度在水平

面<38°,垂直面<45°。放射右旋圆极化信号，圆极化天线的穿插极化鉴别率

XPD在最大增益方向RSU不小于15dB〔对应轴比3.13dB],

-3dB区域RSU不小于10dB〔对应轴比5.69dB〕。天线的尺寸把握在190mm*100mmo

另外，增益应不低于10dBi以保证系统其他局部的良好运行。

单元贴片的仿真结果显示，其3dB圆极化带宽为3%,在5.8GHz轴比为0.2dB0

经中国泰尔试脸室检测，我公司RSU天线通信区城掩盖特性好，区域稳定.，旁

瓣电平低，完全满足ETC应用要求。

利用RSU设备的应用软件调整RSU大线的放射功率〔放射功率可多级准确调

整、每级调整信号的实际放射功率经过专业仪器的定量校准〕，同时通过调整RSU

的安装支架来调成天线安装角度〔与水平方向夹角35°〜60°范围内可调〕，可

灵敏调整通信区域，把握在车道通行范围内，通信区域宽度可以有效把握在3m

之内。区域外OBU无法交易。

2、承受信道分别技术

通过承受PLL〔锁相环〕结合高稳定度温度补偿晶体参考源等技术手段，可

以很好的实现RSU天发放射信号的准确定频和信道分别。在实际使用中，通过应用

软件对RSU天线的工作信道可进展设置，使相邻车道的RSU天线工作在不同信道,

可有效降低相互的信号干扰，从而避开邻道干扰。

6.2车道内跟车的解决方案

6.2.1车道内跟车问题

在ETC系统的实际使用过程中，不行避开的会遇到车道内跟车的问题。车道

内跟车问题将会造成在同一ETC车道内前后相跟的两辆车中的后车提前交易，同

时对未交易的前车进展放行，进而扰乱整个车道的工作规律。

6.2.2车道内跟车问题解决方案

车道内跟车问题的解决单靠ETC设备是不能解决的，这是一个需要车道收费

系统各个设备亲热协作，同时承受合理的规律把握才能解决的问题。

在实际的ETC系统应用中，利用RSU设备的应用软件调整RSU天线的放射功率

〔放射功率可多级准确调整、每级调整信号的实际放射功率经过专业仪器的定量

校准〕，同时通过调整RSU的安装支架来调成天线安装角度〔与水平方向夹甭

35°〜60°范围内可调〕，实现RSU有效通信区域长度的准确把握〔把握在10m以

内〕，这样就保证了在RSU有效通信区域长度内最多有两辆车同时存在。同时依据

RSU有效通信区域的首末端设置的检测线圈检测到的车辆通过信号：在RSU有效通

信区域首端设置的检测线图用于激活RSU设备，同时使缴费车辆形成缴费队列，

引导RSU设备进展缴费操作；而设置在RSU有通信效区域末端的检测线图则是关心

收费系统进展工作，如当缴费队列中的先行车辆在后行车辆进入RSU通信区域后

仍未完成交易，则不会对先行车辆进展放行等。

6.3RSU对各厂商0BU兼容问题解决方案

在各厂商均通过国家交通部ITS中心ETC系统物理层专业测试认证和国家交

通部ITS中心ETC系统互换性测试专业测试认证的根底上，各厂商OBU与RSU

的兼容问题得到了统一框架下的解决方式，但由于协议及物理层细节的区分仍会

造成交易不稳定问题。

解决措施：

1、在产品协议层设计中将严格遵守国家标准及陕西省相关标准，并准确把握RSU

天线的载波频率、位速率、调制系数（限制在0.7-0.8,提高RSU天线对不同

调制系数的微波信号的兼容性）等物理层特性指标。

2、在严格遵循国家标准及陕西省相关标准的根底上，严格把握RSU天线发送数

据的波形，以有助于多厂商0BU的数据接收；同时提高RSU数据接收力气，

提高对多厂商OBU所发送数据的兼容力气。我公司车载电子标签（OBU）在北

京、湖南、湖北、江苏、山东、云南、武汉等省市ETC测试中，对各厂商0BU

具有很强的兼容性。

6.4软件兼容性问题解决方案

分析：提高软件协议层兼容性及接口稳定性，是保证牢靠交易的必要条件。

解决方案：

1、RSU软件引入“模块化”和“分层”的设计理念，把业务规律和底层效劳彻底

分开，从而使软件具有良好的可扩大性，软件整体遵循“稳定、牢靠、灵敏、

简便”的设计思路。

2、同时软件基于嵌入式可裁剪的实时内核实现，充分利用了嵌入式处理器的强

大处理力气，极大提高ETC设备的响应速度。

3、考虑到系统升级、功能扩展等不同需求，可以通过串口和网络进展程序的在

线升级。

6.5ETC收费方式与MTC收费方式混合使用解决方案

分析：在ETC收费系统推广初期，安装车载也子标签的车辆较少，ETC专用

车道的使用率较低，在车流量顶峰期时，ETC专用车道不但不能起到便利快捷的

效果，而且还占用车道资源。这就要求车道应具有ETC收费方式与MTC收费方式

便利切换的功能。

解决方案：

1、鉴于ETC车道布局承受前置式布局方式，ETC收费方式与MTC收费方式相对

独立，因此为解决ETC收费方式与MTC收费方式混合使用，需车道机软件增

加当ETC收费方式与MTC收费方式相互切换功能；

2、在原有的MTC系统中添加能够读取CPU卡的读卡机。实现在收费方式切换后

配置有车载电子标筌的车辆仍可便利通行，实现无现金支付，便利ETC用户。

6.6缩短交易时间解决方案

ETC系统的便利快捷表达在车辆以不停车状态快速通行，影响车辆通行速度

的因素较多，其中ETC交易时间是影响车辆通行速度的重要因素。提高交易时间

是提高系统整体性能的关键。实现车辆在较高速度下通过车道，有利于解决跟车

等多种问题。

解决措施：

我公司通过技术创及不断升级改善，在遵循国家相关标准的根底上，RSU天

线的典型交易时间已可到达小于200mso

1、程序流程的优化设计

车道机、RSU和0BU要进展屡次数据交互，才能完成一次交易。0BU一般设

计为被动方式，即交易流程由RSU或者车道机来把握，目前应用比较多是RSU

主控方式，因此RSU诙计人员面临着符合ETC交易标准的交易流程设计问题，该

交易流程的性能直接影响到ETC交易时间。RSU的程序流程在符合ETC交易标准

的前提下，有很多细节可以进展优化。

2、RSU与车道机交互通信的优化

在ETC交易流程中，RSU天线、RSU把握器以及车道机之间的通信占用了很可

观的一局部时间。从当前各厂家的实现方案来看，RSU与车道机之间的交互根本

上承受RS232串行通信方式，而RSU天线与RSU把握器之间多承受RS422串行通信

方式。因此，在满足通信距离及牢靠性要求的状况下，尽量提高RS422总线的通信

速率，能大幅度缩减交易时间。另外，RSU把握器与车道机之间承受以太网通

信也可在确定程度上缩短交易时间，在一样的交易流程下，承受以太网通信较

RS232串口通信要快30—50ms,因此在确保具有牢靠的网络连接的前提下，

RSU把握器与车道机之间的交互可尝试承受以太网通信方式。3、

卡片操作速度的提高

提高卡片的操作速度首先要最大限度地提高卡片工作时钟。其次，通过PPS

指令提高卡片的通信波特率来提高卡片的操作速度。

4、DSRC协议层的优化

我公司通过合理划分状态，优化RAM的使用和治理，加快通信数据的编解码

速度，承受数据帧拼接等方式缩短交易时间。

5、DSRC数据桢的拼接

在ETC的交易过程中，专用短程通讯的链路建立时间在整个空中的数据传输中

占据了相当一局部的时间，因此削减空中的交互次数，能削减确定的交易时间，通过

APDU的拼接可有效削减数据的空中交互次数。

6.7提高通行速度解决方案

为充分发挥ETC车道系统特点，应保证车辆在较快速度下牢靠通行，提高车

道车辆通行效率。

解决措施：

我公司RSU在承受前置式安装方式〔拦杆机与RSU均在岛前布置〕仍可保证

车辆在0-40公里牢靠通行。

1、通过缩短RSU典型交易时间，现已可实现小于200mso即在车辆在

40km/h(11.11m/s)的速度下通过时，在通讯区域的前3m即可完成交易，从而也

为进一步提高车辆的通行速度供给了可能。

2、通过合理安装RSU天线，并通过调整安装角度，使通讯区域掩盖范围功率点

连续，无连续点，提高交易成功率，削减RSU天线指令的重发次数，进而提高车

辆的通行速度。

6.8提高交易成功率解决方案

在ETC车道实际运行中，ETC交易的成功率直接影响到整个ETC车道的通

行效率。

解决措施：

1、通过承受PLL(锁相环〕结合高稳定度温度补偿晶体参考源等技术手段，

使RSU天线在高、低温恶劣环境下可稳定工作。良好