ETC工作原理及技术.pdf

1、ETC技术发展

ETC技术在80年代开始兴起，90年代在世界各地使用，受到各国政府和企
业的广泛重视，世界许多著名公司，如Amtech、TI、Boash、Hitachi、Toyota
等均竞相研制。因此ETC技术发展很快，其主要经历以下3个发展阶段：

(1)磁卡收费。主要在ETC发展初期使用。但由于其投资大，存储容量小，
寿命短，保密性差，对环境要求苛刻，防潮、防污、防振、抗静电能力差，而没有
得到很好应用。

(2)接触式IC卡收费。IC卡因其存储容量大，保密性好，抗电磁干扰强，
投资和维护费用少，易实现智能功能而取代磁卡收费。但由于需要接触操作、易磨
损、易受污、安全可靠性欠佳，从而使使用受到限制，主要应用于公共交通收费等
半人工收费系统。

(3)非接触式ID卡收费。它是在IC卡基础上，利用现代射频识别技术而发
展起来的新一代收费系统。最大特点是免接触，使得保密、安全性进一步提高，而
且没有接触磨损，寿命长，抗恶劣环境性能好，适合于ETC系统的野外、全天候工
作。一般工作在微波波段，识别距离长，读写数据率高，适合于对高速运动的物体
进行识别，真正实现不停车收费，是ETC系统发展的方向。目前各大公司正致力于
微波非接触式ID卡收费系统的开发研制。

2、ETC系统组成及工作原理

ETC系统是通过安装于车辆上的车载装置和安装在收费站车道上的天线之
间进行无线通信和信息交换。主要由车辆自动识别系统、中心管理系统和其他辅助
设施等组成。其中，车辆自动识别系统有车载单元(Onboardunit，OBU)又称应答
器(Transponder)或电子标签(Tag)、路边单元(Roadsideunit，RSU)、环路感应器
等组成。OBU中存有车辆的识别信息，一般安装于车辆前面的挡风玻璃上，RSU安装
于收费站旁边，环路感应器安装于车道地面下。中心管理系统有大型的数据库，存
储大量注册车辆和用户的信息。当车辆通过收费站口时，环路感应器感知车辆，RSU
发出询问信号，OBU做出响应，并进行双向通信和数据交换；中心管理系统获取车
辆识别信息，如汽车ID号、车型等信息和数据库中相应信息进行比较判断，根据不
同情况来控制管理系统产生不同的动作，如计算机收费管理系统从该车的预付款项
账户中扣除此次应交的过路费，或送出指令给其它辅助设施工作。其它辅助设施如：
违章车辆摄像系统，自动控制栏杆或其它障碍，交通显示设备(红，黄，绿灯等设备)
指示车辆行驶。

(1)车辆自动识别技术

ETC系统中车辆自动识别技术是其中最重要的技术，它直接影响到系统的性
能和应用推广，也是区别不同的ETC系统的主要标志。目前，采用的识别技术主要
有：①红外线扫描识别技术；②CCD摄像识别技术；③激光扫描识别技术；④IC
卡识别技术等。但由于交通运输本身特点要求有一种能够在全天候、恶劣环境下应
用，远距离作用(10m左右)，安全可靠性高，高速，寿命长的系统。上述这些系统
由于本身缺陷都不能全面满足以上要求，而得不到有效的推广应用。微波非接触式
ID卡识别技术就是适应这一需要而发展起来的。由于微波透人性强，可以穿透浓雾、
雨滴、风沙等，工作距离远，适合于车辆全天候、恶劣环境条件下工作，它具有工
作距离远、体积小，既可以有源发射方式(寿命可达10年以上)也可以无源反射方式
(无寿命限制)工作，既可以主动式，也可以被动式工作，车辆以50—120km／h
的正常速度通过收费站等特点。工作波段主要有900MlHz、2.45GHz和5.8GHz频段。

微波非接触式ID卡(即OBU)接收RSU发出的询问信号，经数据解调送控制
单元进行处理，通过身份确认，密码验证后，控制单元对EEPROID进行数据读写操
作并经编码，加密后，再经调制，送天线发射出去。处理控制单元主要用于密码校
验，编程模式检查，数据加密解密，并控制对EEPROID的读写操作。EEPROID中存
有车辆的ID号、车牌号、车型、司机等相关信息。RSU根据接收到的ID号等信息，
而做出相应的操作，从而达到对车辆的识别。

(2)OBU与RSU间的通信

ETC系统中，OBU与RSU之间采用专用短程通信标准协议(DSRC)进行半双工
通信，由于900IDHz和2.45GHz波段靠近移动通信波段且背景噪声干扰较大，国际
上正趋于将5.8GHz的系统作为标准ETC系统使用。如美国采用900MHz或5.8GHz，
日本和欧洲均规定5.8GHz作为ETC的频段。中国ISO／TC204技术委员会已提出将
5.8GHz频段分配给ITS领域的短程通信，包括ETC系统，并批准在5.8GHz频段上
进行ETC系统的试验，通信距离为10m。采用5.8GHz微波波段与中国ISID工业用
波段一致，不受移动通信影响。目前国内使用的ETC系