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ETC国家行动计划——“国家高速公路联网不停车收费和服务系统”建设综述

技术突破  一路畅通
 
　　2007年5月，中国拥有自主知识产权的电子不停车收费系列国家标准正式实施：《电子收费 专用短程通信 第1部分：物理层》，《电子收费 专用短程通信 第2部分：数据链路层》《电子收费 专用短程通信 第3部分：应用层》《电子收费 专用短程通信 第4部分：设备应用》《电子收费 专用短程通信 第5部分：物理层主要参数测试方法》。
　　
跟踪国外先进成果，制定自主技术方案
　　
　　我国从上世纪90年代中期开始引入电子不停车收费系统，在国内陆续开展了许多小规模的试点应用。当时，国内大都是与国外设备生产商合作进行试验，如北京首都机场高速公路的美国AMTech系统、江苏沪宁高速公路的挪威Micro Design（Q-Free）系统等。另外，四川新元现代智能技术有限公司、深圳深港产学研数码科技有限公司等企业也开始从国外引进915MHz和2.45GHz的电子收费技术和生产设备。实质上，这些企业引入的基本是国外上世纪80年代中期到90年代初期的产品和技术。

　　在1998年至2003年期间，由交通部、科技部等政府部门安排，交通部公路科学研究所牵头承担的一系列相关科研课题促进了我国高速公路收费应用技术的发展。

　　1998年6月，交通部组织交通部公路科学研究所、西安公路科学研究所、广东省交通厅、北京市交通局、江苏省交通厅、四川省交通厅开展了“网络环境下不停车收费系统研究与应用推广”行业联合攻关项目研究。随后，该项目的科研成果纳入了交通部2000年发布的《高速公路联网收费暂行技术要求》。

　　1999年，交通部公路科学研究所ITS中心提出了具有创新意义的、适合国情的组合式公路电子收费的技术方案——“两片式电子标签＋双界面IC卡的组合式电子收费系统方案”。为了尽快向市场提供可用的设备和系统，交通部公路科学研究所联合国内外公司联合开展了组合式电子收费系统技术及产品的开发。

　　面对组合式电子收费设备急需产业化的状况，2000年6月，国家技术创新项目“高等级公路电子收费系统技术开发和产业化”启动，交通部公路科学研究所联合广东省产业界和高速公路营运管理单位以及其他地区的有关单位进行了产业技术开发和京珠高速公路广东韶关段试点工程。通过实体工程的检验，政府主管部门、高速公路营运单位和产业界均认为组合式电子收费方案技术上合理、经济上可行，为解决中心城市的环城公路网及区域经济圈内城间公路网收费站的交通瓶颈问题提供了一种有效手段。该项目还开发了5.8GHz频段的组合式ETC收费的核心产品、软件系统、检测装置等。设置灵活成本低，符合中国国情。
　　
　　基于国内高速公路收费模式和应用环境对ETC的要求，部公路科学研究院在充分吸收发达国家ETC技术、设备和应用经验的基础上，提出了半主动式组合式ETC技术，即“两片式电子标签＋双界面CPU卡”的技术方案，实现了人工半自动收费方式和电子不停车收费方式的有机结合和集成，通过双界面CPU卡作为非现金支付卡（包括储值卡和记账卡）实现电子支付，通过两片式电子标签实现不停车收费，从而实现ETC系统与人工半自动收费的兼容。系统实施中，在交通流量较大的收费站建设电子不停车收费车道，实现不停车收费；在交通流量相对较小的收费站，只需设置人工非现金支付车道，配备读卡器，车主借助双界面CPU卡即可实现电子收费。这一创新性方案使电子不停车收费系统的建设和实施更为灵活，不但减少了ETC系统实施时一次性资金投入，还大大提高了整个不停车收费系统的可靠性。
　　
节能又安全，适合大规模产业发展
　　
　　在“两片式电子标签＋双界面CPU卡”的技术方案中，OBU采用半主动工作方式，载波由OBU自身产生，便于通信速率的提高，也利于在某些应用场景下延长通信距离；同时OBU也采用休眠和唤醒机制，进入通信区域时，路侧天线发射的唤醒信号将车上OBU唤醒，进入正常工作状态，交易结束后回复到休眠状态，以最大程度节约功耗，保证在电池供电的方式下，OBU正常使用寿命可以达到3年以上。

　　从安全性上来讲，国内的ETC技术采用CPU卡作为支付介质，并且要求CPU卡符合中国人民银行颁布的JR/T 0025-2005《中国金融集成电路（IC）卡规范》，也就是说，在ETC系统中使用的用户卡具有与银行卡同样的安全级别。除保证支付介质的安全以外，对于OBU内数据的存储也需要较高的安全性，因为OBU内的一些关键信息，比如车型等会直接影响到通行费收取的具体金额。为确保OBU数据存储的安全性，国内的ETC应用要求采用安全访问模块（ESAM）作为OBU的数据存储介质。ESAM的安全级别与CPU用户卡完全相同，区别只是封装方式上略有不同。

　　此外，中国的ETC技术完全基于国内现有的研发和生产水平，在技术路线讨论和制订过程中，紧密联系相关研发、生产企业，充分考虑了可实现性和关键设备的研发、生产成本。也正因为如此，到目前为止，已经有10余家企业按照国内的ETC技术路线生产出了路侧天线、车载电子标签等关键设备，这为日后市场的规范发展以及设备成本的控制都奠定了良好的基础。
　　
　

链接1： 国外技术模式不适合我国国情

　　很多发达国家开发了电子不停车收费系统，并先于中国进入了实用阶段，欧、美、日等发达国家和地区都确立了自己的电子不停车收费技术体系，这也给中国不停车收费技术的研究提供了很好的参考。

　　然而，经过多年的研究、探讨和试点后发现，其他国家现有的技术体系和应用模式都很难适用于中国的应用环境。

　　欧洲的单片式技术应用相对广泛，在欧洲境内多个国家被推广，其特点是车载电子标签既作为车辆标识也作为支付介质，整个系统中不使用IC卡，同时也就要求所有高速公路出入口都配备电子标签读写天线，这在中国联网收费的大环境下，会导致ETC系统的投资难以控制，也大大提高了ETC系统建设的门槛；另一方面，从安全性上讲，欧洲的ETC应用将OBU作为支付介质，其安全机制由OBU内部实现，并没有使用安全访问模块或者其他具有类似安全等级的芯片，这使得针对OBU的造价、作弊等行为相对容易实现。当应用系统规模逐渐扩大时，这将给整个应用系统的安全性带来很大威胁。

　　双片式ETC技术是日本在吸收了欧美经验基础上，按照自己的需求开发的，在日本获得了成功。日本的ETC系统采用双片式电子标签，其中的IC卡是支付介质，采用了CPU卡，具有较高的安全级别。日本ETC系统中的OBU采用了主动式技术，通信速率更高，通信距离也更远，最远可以达到1000米。相对于欧洲，日本的ETC技术更为完善，安全性也更好，双片式电子标签更有利于控制ETC系统投资的规模。但也正是由于日本采用了主动式电子标签，其功耗较高，日本的OBU均为车载取电，其成本较高，难以在中国推广。

　　
链接2：把好电子不停车收费系统的质量关——已有10家企业产品通过检测和认证

　　通信带宽是多少，会不会产生频点间的相互干扰？天线通信区域是多大，精确覆盖范围是多少？不同型号的设备能否正确识别、互相兼容，信号传输是否通畅？车载标签在休眠时能否被准确、及时地唤醒？不停车收费系统的这些问题，使用者可能搞不懂，但却关系到自己的切身利益。

　　为此，在国家有关部门的支持下，部公路院在国家标准和行业规范的基础上制定了《电子收费关键设备和产品检测的规定及送检要求》、《电子收费专用短程通信物理层主要参数测试方法》、《电子收费专用短程通信协议一致性测试方法》等一系列测试要求及测试方法。

　　目前，随着我国电子不停车收费系统工程建设的全面展开，承担ETC设备和系统测试的国家质量监督检验中心（交通部交通工程监理检测中心）在国家智能交通系统工程技术研究中心工作人员的配合下，正在抓紧时间进行相关设备的测试工作。目前，已有10家厂商的产品通过了检测和认证，服务于我国电子不停车收费系统的建设。　

　　与ETC前端应用有关的测试包括ETC设备测试、智能卡测试、ETC应用和工程测试等。产品测试的目的是对产品质量进行全面考核，即对产品标准中规定的技术要求进行检验，鉴定和评定产品质量是否全面达到标准和设计要求。另外，设备只是应用系统的一部分，很多具体的应用功能，包括交易流程控制、车道逻辑控制等都是由车道来实现的，电子收费设备在实际应用环境下也需要调整部分参数和状态，如安装高度、角度、发射功率等，所以单纯的产品测试并不能保证应用系统的性能和兼容性，而工程环境条件下的测试就是出于这样的目的。

　　由于ETC的设备涉及到不同的生产厂家，检测过程中最关键的一环就是不同产品之间的互操作测试，实现不同厂家生产的不同产品间的互相兼容。由于不同厂商技术人员对标准理解和产品设计思路的不同以及设备详细技术指标的差异，互操作测试就显得更为重要。而智能运输系统行业重点实验室的成套实验设备和建在交通运输部公路交通试验场的模拟收费站，为检测方案的完备性和实际应用效果提供了支持，为检测产品提供了手段。

　　经过国家质量监督检验单位的严格测试和认证，完全可以实现对送检型号产品的性能保证。同时，为了防止厂家在今后的产品推广上作假，检测单位对每一个送检产品都留样保存。 

　　部公路科学研究院负责人表示，希望有更多企业的产品进入市场，通过市场竞争，降低设备的采购价格，最终让百姓受益。但是，前提条件是必须通过检测，这是该院的责任。

链接3：密钥：锁紧电子收费安全

　　谁来保障公路电子收费的信息安全？谁来保证ETC用户CPU卡的资金安全？谁来保障车载单元记录的车型等信息不被修改？这一切，都离不开“十一五”国家科技支撑计划“国家高速公路联网不停车收费和服务系统”课题建立的、在幕后保障公路电子收费安全的密钥管理与安全认证系统。

　　在公路系统的电子收费领域，密钥管理与安全认证同样十分重要。
　

  　2007年9月19日，在交通部公路交通试验场，部科教司、公路司的4位领导在部公路科学研究院工作人员配合下，依次生成了密钥管理与安全认证中心根密钥和根据根密钥分散出二级密钥中心的密钥卡。就此，服务于当前联网电子不停车收费系统的公路电子收费密钥管理及安全认证系统开通运行。

 
　　在此之前，按照交通部统一部署，部公路院前期完成了公路电子收费密钥管理及安全认证系统的工程可行性论证和设计。考虑到北京市奥运会期间不停车收费系统的需求和上海世博会的需求，在国家科技支撑计划课题的支持下，公路院于2006年联合有关单位先期研究并实施了“公路电子收费密钥管理及安全认证系统（一期）”及其环境和制度的建设，为建设服务于全国的公路收费密钥管理及安全认证服务中心打下了坚实的基础。有了密钥系统，当驾驶员把CPU卡插入车载单元时，当装有车载单元的车辆通过收费站时，CPU卡、车载单元和路侧单元进行数据通信时，密钥通过计算，实现系统间的互相认证，保证信息安全。同时，密钥也有效保证了信息不被非法更改。

　　目前，密钥系统已经服务于北京和长三角四省一市等地的不停车收费项目。随着我国跨省市电子不停车收费系统建设的深入展开，该系统将为更多地区提供密钥管理及安全认证服务。

责任编辑：志文