双片式ETC技术在高速公路联网收费中的应用[上]

一、高速公路联网收费发展现状及技术选择

自1998年国家提出加快基础设施建设的重大战略决策以来，高速公路建设进入了一个新的时期。高速公路收费系统也有了很大的发展，正是由于发展的原因，各路段所采用的收费技术千差万别，收费系统所使用的通行券介质种类也较多。

收费系统所使用的收费介质最能反映收费系统的技术特点。目前国内高速公路收费系统在用的通行券主要有两大类。一次性使用通行券和重复性使用通行券。一次性使用通行券包括纸质打印通行券、纸质磁性通行券，一维条码通行券、二维条码通行券。重复性使用通行券包括磁卡、接触式IC卡、非接触式IC卡。在用的预付卡有非接触式IC卡、ETC电子标签以及纸介质的月票。经过多年的收费实践，收费系统对收费介质的选择越来越注重以下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、明文打印、介质成本、标准化与通用化（互换性）、设备可靠性及寿命、管理成本、对分段建设及混合收费路段的适应性、对计算机网络的依赖性。

综合考虑以上因素，新建联网收费系统宜作如下技术选择：

1、对于封闭式的区域性联网收费系统，收费方式宜采用人工半自动收费，即“人工收费、计算机管理、闭路电视监视”模式；电子不停车收费是收费技术的发展方向，有条件的省市可采用以人工半自动收费为主、电子不停车收费为辅的收费方式；

2、 人工半自动收费的付款方式以现金为主，积极推行预付卡（储值卡和记帐卡）一卡通和一卡多用，以减少现金收费比例，方便用户付费；

3、 一次性使用的通行券宜选择纸质磁性券和纸质二维条形码，重复使用的通行券宜选择非接触IC卡；电子标签宜采用可读写的“单片式”或“两片式”， “两片式”电子不停车收费系统应能与人工半自动收费系统的预付卡兼容。

上述技术选择思路在交通部即将发布的 “关于高速公路联网收费的暂行规定”中得到体现。

二、双片式ETC技术特点及应用方案简述

目前在建的省级联网收费系统大多数倾向采用逻辑加密非接触IC卡（Mifare 1卡）做通行券介质。有的收费系统所采用的读写器较为先进，能支持对多种类型卡片的读写操作，尤其是安全性能更高的非接触CPU卡（Mifare Pro卡），或者是读写器支持动态模块加载，具有平稳升级的能力。尽管个别系统开通了采用Mifare I的预付卡业务，但大多数收费系统设计者和业主单位已经意识到Mifare 1卡的安全性能不足以支持符合中国金融卡规范的预付卡收费业务，再加之受限于目前Mifare Pro卡价格较高，所以当前在公路收费业务中并没有开展大规模的非现金支付业务。

对于城市的公交一卡通系统，选择Mifare Pro卡做电子钱包已获得普遍认可。另外，采用Mifare Pro卡的预付卡业务的管理成本要大大低于采用Mifare I卡做通行券的现金收费业务。因此，有理由相信，未来在采用Mifare 1卡做通行券的高速公路收费系统中采用Mifare Pro卡做预付卡支持非现金交易是必然的趋势，问题只在于推进的时间快慢而已。这也是采用IC卡的收费系统业务扩展潜力高于采用其它纸、磁介质的收费系统的具体表现之一。

对于沿海经济发达地区，交通需求非常旺盛，采用IC卡形式的预付卡并不能满足部分群体的需要，尤其是对于中心城市的环城公路网、区域经济圈内的城间公路网，交通瓶颈很容易产生，高效、便捷的电子不停车收费（ETC）完全有必要作为辅助的收费方式进入整个区域联网收费系统。

目前在进行试点的ETC收费系统，大多采用单片式的电子标签作预付卡介质。这有经济性、可获得性及成熟度方面的考虑，是ETC系统建设初期较稳妥的选择。但由于采用单片式的电子标签时，整个ETC系统必须构成一个完整的封闭式系统，也就是说在路网内的所有入口和出口，必须有至少一条专用ETC车道（非ETC专用车道将给现场管理带来较大麻烦，不提倡采用）。这在客观上面临以下不利问题：

1、系统规模庞大，一次性投资高，建设周期长，风险大；
2、大多数入口收费站和出口收费站的交通量小，车道数量少，单独劈出一条专用ETC车道既困难，又不经济；
3、由于缺乏足够的备份ETC车道，系统可靠性和健壮性将无法得到保障。

基于以上原因，有必要考虑ETC收费系统与已建的非接触IC卡收费系统进行必要的结合。也就是说，ETC电子标签最好能采用非接触IC卡做数据存储介质，双片式电子标签正好具备这方面的潜力。

通常的双片式电子标签具有支持接触式IC卡和非接触IC卡读写的能力。但由于进行非接触IC卡读写时，电子标签要消耗大量电能产生电磁波以激活非接触IC卡的天线进行短距离通信。由于大多数用户希望电子标签作为自带电池的免维护长寿命产品使用，所以在电子标签采用车内取电的方式不可取的前提及现有的技术水平下，电子标签要实现对非接触IC卡的长寿命操作是很困难的。而比较现实的情况是电子标签能对接触式IC卡实现长寿命操作，但接触式IC卡不被非接触IC卡收费系统所接受。总的说来，电子标签必须采用接触式读写方式，人工半自动收费系统必须采用非接触读写方式。

IC卡产业界已经推出了同时支持接触式读写方式和非接触读写方式的双界面卡。当电子标签采用双界面IC卡做数据存储介质时，就可以很好地解决非接触IC卡半自动收费系统与ETC收费系统的结合问题，使两者的优势充分得以发挥。

具体的方案设计如下：

1、采用支持ISO 7816、ISO 14443协议，可读写Mifare 1、Mifare Pro、及双界面IC卡的专用收费机具设计IC卡车道收费系统；
2、采用双界面IC卡作双片式ETC电子标签的扩展数据存储介质。双片式ETC电子标签和双界面IC卡同时存储包括车主、车型、车辆物理参数等固定信息，
3、双界面IC卡存储帐号、余额、交易记录、入出口编号等信息，双界面IC卡内存储的信息能以接触式和非接触式两种方式进行读写访问；
4、ETC收费专用车道同时设置ETC 车道天线控制器和车道IC卡专用收费机具，由一台车道工控机进行控制，实现对正常ETC车辆、误入普通车辆通行费收取，以及灰、黑名单核查、原始交易记录生成、车道交通控制等功能；
5、在交通量大易产生交通流瓶颈的收费站按需设置1条以上的ETC收费专用车道，允许司机将双界面IC卡插入双片式ETC电子标签，免停车通过收费站，通行费被自动扣取，并大幅度提高收费口通行能力；
6、在一般收费站，仅设置IC卡收费车道，允许司机从双片式ETC电子标签中拨出双界面IC卡以非接触操作的方式刷卡扣款，短暂停车后通过收费站。