第14卷 第1期
2001年1月
中 国 公 路 学 报
China Journal of Highway and Transport
Vol, 14
Jan.
No. 1
2001
文f.号 1001-7372(2001)01-0081-04
基于DSRC的ITS电子收费系统研究
徐志扬，施鹏飞
(上海交通大学 图像处理与模式识别研究所，上海 200030)
摘 要:电子收费系统(ETC, Electronic Toll System)是智能交通系统(ITS, Intelligent
Transportation System)体系结构中一个重要的组成部分，在国外有肴广泛的应用，也是ITS体系
中发展较为成熟的技术。把联网ETC系统豆于ITS体系中加以研究，分析了电子收费系统的结构
组成、数据流动模型、资金在银行系统的流动模型和与ITS其它子系统的接口模型。通过ITS数据
通信协议(TCIP,Transportation Communication for ITS Protocol)，可以充分利用ETC信惠，实现
信息与ITS体系中其它子系统共享。同时实现各个ETC系统之间的协同工作，提出以专用短程通
信(DSRC,Dedicated Short Range Communication)技术为基础的实现策略。最后对系统实现的关
健技术加以说明。
关锐词:电子收费;ITS体系结构;专用短程通信系统;TCIP
中圈分类号:U491. 2 文献标识码;A
DSRC-Based research on electronic toll collection system
in the ITS architecture
XU Zhi-yang,SHI Peng-fei
(Institute of Image and Pattern Recognition, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China)
Abstract: ETC system is an important part in the ITS architecture, which is broadly used
overseas,and it is a comparatively mature application. This article is to research the ETC system
based on the ITS architecture, and to analyze its structure,the modal of data flow and the modal
of financing flow in the clearing bank system and between other ITS subsystems. The subsystems
can share the vehicle information with ETC system through the TCIP protocol. The article also
focuses on the DSRC technology in order to realize the interoperability of the respective ETC
systems. In the end, the article expatiates on some technologies of the implementation of ETC
system.
Key words; electronic toll collection; ITS architecture; dedicated short-range communication
system; TOP
电 子 收 费 系 统 (ETC, Electronic Toll
Collection)是集先进的电子、通信控制、计算机软硬
件、网络等技术于一体，用于路桥停车场的收费系
统。电子收费系统是智能交通系统((ITS , Intelligent
Transportation System)中一个重要的应用系统，是
道路交通收费发展的方向，它可以减少收费口阻塞，
降低能耗，减少在途时间，降低对环境的负面影
响D7
国内公路网已颇具规模，公路网特别是高速公
路网建设时电子收费系统已是主要应用系统之一，
交通部也提出“网络环境下电子收费((ETC)系统”的
发展方向。TTS结构中电子收费系统就是一个网络
欣稿日翻 2000-05-24
挂t项目:国家"973"1点签曲棍划研究项目(G1998030408)
作.简介:位志扬(1976-).男，安二 城人，工学博士研究生.
中 国 公 路 学 报 2001年
环境的收费系统，也是一个分布式巨型系统，涉及到
很多技术和标准。系统收费方式、逻辑结构、数据信
息流、资金流模型、银行清算模型、通信标准选择等
问题，ETC系统与其它子系统数据传翰的协议标准
化间题，也就是ETC系统本身结构标准化和外部接
口标准化是ETC的技术重点[Cz7
1 电子收费系统的数据流动模型
路网收费系统采用收费站、收费分中心、收费中
心三级管理体制，根据实际物理布局和逻辑结构，收
费方式有点式、线式和面式三类。
设车辆通行次数为N,，车型类别为T，行驶里
程Li,收费金额S =S (T?L,, Ni)，则:点式收费方
式:S=S(Ti,NULL,N:)，一般Ni取1，也可以累
计，不计行车里程几;线式收费方式:S=S(T?I,?,
1);面式收费方式:S=S(T，么,1),
面式和线式收费系统收费公式形式相同，只是
涉及多业主，清算原则更复杂。
数据流动模型
电子收费系统中一般使用DSRC技术完成收
费卡和路边收费卡读写器之间的通信，从收费卡中
可以读取诸如车辆人、出公路网的信息(如人口收费
站信息:收费站站址代码、人车道代码、收费员代码、
车型代码、日期、时间;出口收费站信息:车型代码、
出口收费站站址代码、出口车道代码、收费员代码和
交纳款额等)。ETC系统的关键就要实现收费卡信
息的有序流动，准确计算收费金额，清算中心汇总信
息，得出自动清算比例，传递清算要求给清算银行。
收费网络系统内通过有线方式传翰数据(专网或租
用公网)口
收费计算机还要存储路网的结构信息，便于收
费时确定车辆行驶里程。发卡中心生成的收费卡信
息(收费卡种类信息、储值卡的面值等)也要及时传
送到收费清算中心。收费系统需要传送车流等交通
信息给其它ITS子系统，例如车辆监控系统、商用
车辆运营管理系统、车辆跟踪、动态信息收集等，实
现信息共享。
由图1可以看出联网ETC系统的信息流动方
式，主要分为三部分，①是收费计算机网络内部信息
流动;②是收费网络与清算银行系统的信息交互;③
是收费系统与ITS系统的信息交互。
L2资金清算策略
不论收费是现金、信用卡、储值卡或代用券，对
清算银行都视为资金数据。下面以三个路段来说明
图1 ETC系统信息流动模型
清算原则。
设有三个路段A,B,C，其中So,S-S分别为在
清算时段内A,B,C段的收费总收人〔包括现金、储
值卡、银行信用卡等)，则有[DI
一习及(界,L)一习，。(兀‘，几)十SB;几,L.)+
:EBi :EBi
凡(几,L)〕
一习S?(Tai ,La)+另Ss, (TB: , LB,) +艺S}: (T?,l.,)
;EB; :"? ,E代
=S?,+5,‘十Sa
式中:庆为i的指针集;几、扬、几分别为车辆i在A,
B,C段的行驶里程;S.‘为在A段收费应归A段业主
的总额;S,B为在A段收费应归B段业主的总领;S}
为在A段收费应归C段业主的总额。同理，对B段
有:Sa=Sta+SLd+S,, ;对C段有:S二凡‘斗S,十Srco
当清算银行在针 戈
对A,B路段进行清算
时，计算 Dab=Sa。一
Sam,，当Dab>O时，A段
业主帐号向B段业主
帐号划拨 Dab;反之
Aab<O, B段业主向A 图2 清算挽列
段业主划拨】Dab)(实际清算，可能要扣除管理部门
的相关费用等)。同理。在AX 和B,C之间也是如
此。当业主增加到N个时，需要N(N-1)l2次清
算。
银行清算策略还有很多细节规则，如清算时段
的确定，现金人帐的延时性解决方案，储值卡金额划
拔等清分细则。当在收费卡丢失无法判断车辆行驶
里程时，一般按最长路径收费，按各业主事先约定的
比例拆帐。
银行系统资金流动模型
ETC系统与银行系统的连接是实现收费资金
的自动转帐，自动清分。收费站的收费车道设置
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第 1期 徐志扬，等 基于DSRC的ITS电子收费系统研究
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POs机，读取银行信用卡，POS机通过专线与银行
系统的POS前置机相连。对于储值卡付费，可以在
清算银行系统中设置专门的帐号，因为储值卡在发
行的时候，就相当于在银行设置了一个专用的帐号，
结算中心根据用户用储值卡支付的信息，决定在清
算时清算银行可以动用的金额。在收费站收缴的现
金，上缴至清算银行系统当地的支行或分理处。这
样，所有在清算时段内的收费资金均进人银行系统，
如图3所示，清算中心银行系统汇总所有资金信息，
并接受收费清算中心给出的清算规则、资金分配比
例即可实现资金拆帐和人帐。
图3 银行清算系统汰程
2 DSRC技术的应用
专用短程通信(DSRC)技术是智能交通系统的
通信体系结构和信息平台重要的通信方式tnj，主要
用于车辆与路边系统、车辆与车辆之间的通信，路边
系统再通过有线通信与中心系统之间交换数据，可
以实现车辆与整个ITS系统的信息交互。DSRC可
以把通信服务提供者(路面设备，例如收费卡读写
器)和通信服务使用者(车辆上设备，例如收费卡)进
行分离，使服务使用者不依赖于特定的服务提供
者[]
图4是DSRC技术在智能交通系统中的应用，
ETC系统作为智能交通系统的一部分，其DSRC技
术应用遵守统一的标准[[8]
DSRC标准分为物理层、数据链路层和应用层
三层来实现 物理层主要是通信信道标准，如信号传
输电平、发送器和接收器的物理结构等。数据链路层
是负责信息的可靠传输，有差错控制和流量控制等。
应用层制定标准的用户功能程序，定义各种应用之
间通信消息的格式，同时预留开发新应用的消息接
口。物理层主要解决采用被动反射还是主动式通信
(被动反射式的无线标签没有电源，主动式标签有电
图4 专用短程通信在智能交通系统中的应用
源);数据链路层有同步传输和异步传输不兼容的两
种方式，需选择一种;在应用层上有IEEE-P 1455
标准，各设备生产商基本取得一致。国外把DSRC
技术作为一项重要的标准，是解决ITS体系中协同
性和兼容性的关键技术标准。
DSRC标准制定主要集中在通信频段的选择、
信道的分配。目前美国ETC收费的射频(RF, Radio
Frequency)收费卡的使用频率主要是900-928
MHz，有些采用5. 85 GHz频段，频率不统一系统很
难兼容，为了整个ITS体系的标准化，有统一采用
GH:的趋势，因为 GHz在抗干扰和数据
传输信息量等技术指标上具有优势。日本采用
GHz，欧洲采用 GHz,
目前国内的电子收费系统的应用属于起步阶
段，但公路网建设的迅猛发展，相应的电子收费系统
也会逐步增多，要保证电子收费系统在最大范围内
的兼容性，真正实现一卡通。随着DSRC及电子收
费系统相关标准的制定，各收费子网的互通可以实
现。
3 ETC系统数据传输标准
智能交通系统(ITS)实现了人、车、路三者有机
结合，它包括了交通运输系统的各个方面，是道路交
通的发展方向，实施中国智能交通系统已被列人国
家“十五”规划。ETC系统作为ITS体系结构的一部
分，在建设中是要充分考虑与ITS系统的接口，实
现信息共享(s7
实现ETC与其他子系统交互的关键就是要使
系统数据传输格式的标准化，智能交通系统数据通
信协议TCIP (Transportation Communication for
ITS Protocol)就是为实现数据传翰的标准化。TCIP
制定的是智能交通系统各个子系统设备数据传翰标
中 国 公 路 学 报 2001年
准，实现数据信息的标准化，就可以实现协同。这个
标准涉及很多问题，另有论文介绍。
4 电子收费系统的实现
ETC系统的收费车道包括车辆的白动确认
(AVI,Automatic Vehicle Indetffication)、车辆自动
分类(AVC,Automatic Vehicle Classification)或半
自动 分 类 和 视 频 监 控 系 统 (VES, Vedio
Enforcement System). AVI系统主要是利用DSRC
技术，车辆携带收费卡，收费车道安装读写卡设备。
收费口一般是一个天线(有的设备是读卡器和天线
集成在一起)负责一个收费车道，这样要解决相邻车
道之间的干扰问题。可以采用信号同步、能量控制、
多路技术等，也可以相邻车道设备使用两个信道，减
少干扰〔，j。
AVC是根据车辆特征来区分车辆，决定车辆的
收费计算中T参数。根据安装传感器采集车辆特征
数据，传感器目前有多种类型。使用系统一般是两种
或两种以上设备的综合。国内在建设ETC可根据实
际规模和投资力度选用半自动分类或人工分类的方
式。车辆的视频监控完成对违章车辆的车牌图像抓
拍、记录，可以作为辅助分类，同时防止收费员的舞
弊行为。
收费中心和收费分中心本质上是一个计算机网
络系统，实现ETC信息的有序流动。为此，安全可靠
的数据通信网络是必需的，根据系统规模可采用建
设专网和租用专线的形式来实现。整个系统实施时，
要从系统安全性和业务安全两方面来实现安全，主
要措施有建立健全的安全管理制度，系统灾难恢复，
网络系统的访问控制，基于密码技术的加密、身份认
证以及存储信息的安全保障，系统权限管理及授权
体系等方面。
5 结 语
笔者在ITS体系框架中研究ETC系统，给出
了系统信息流和资金流模型，收费系统基本的清算
策略和银行系统处理过程。实现ETC系统互操作性
和开放性的关键之一是应用符合ITS系统标准要
求的DSRC技术，着重研究分析了DSRC技术在
ETC系统中的应用，对DSRC标准进行了初步讨
论，提出系统的数据传物格式应遵守丁℃IP标准，建
议加快DSRC和TCIP标准的研究制定，为电子收
费系统的实施提供统一的标准。
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「幻
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