交通部署案例集/2018/电子收费系统

电子收费系统简单描述

技术特点

电子收费系统（ETC）是一种在HOV车道和不同高速公路上收费的技术，无需车辆停车。ETC专用车道仅供车辆安装有车载设备的驾驶员使用。这些设备也称为应答器设施。一般来说，驾驶员需要创建一个账户，将钱存入账户，每次经过ETC车道时，ETC车道上的传感器会检测到安装有应答器的车辆，并通过减少驾驶员账户中的余额来收费。应答器设施位于汽车挡风玻璃上，可以产生无线电波，传感器可以识别这些无线电波。接收到的无线电波可以转换为互联网上的信息，相关网站与银行合作扣除相应的金额。

优势和主要市场

与其他收费系统相比，ETC系统有许多优势。首先，ETC专用车道不需要电动收费亭，这意味着可以避免闸门开闭时产生的噪音和电力消耗。其次，使用ETC系统，政府不需要人员管理收费，可以降低人力成本。第三，最重要的是ETC系统使驾驶员能够通过车载设备在互联网上支付费用，无需停车。这提高了效率，减少了客户工作时的等待时间，并省去了找零的麻烦。因此，ETC专用车道可以用来解决交通拥堵问题。所以ETC系统可以避免交通拥堵路段的车辆排队。这项技术广泛应用于繁忙的高速公路、收费公路、HOV车道、隧道和桥梁环境，为人们节省时间。

ETC系统出现之前的场景

现金车道

在电动收费技术出现之前，政府更倾向于使用现金车道收费。政府在一些地方设置了电动收费亭，并配有闸门，以拦停车辆。驾驶员经过收费亭时，需要停车，找零并交给收费员。收费员确认后，闸门打开，驾驶员即可通行。

开放式收费车道

这种车道在某些方面与ETC专用车道相似。这种类型的收费车道也可以进行免现金收费。但经过的车輛必须减速，以确保车上的设备能够被读取，这在某些情况下也可能导致交通拥堵。

发展过程

由于ETC专用车道的通行能力是普通收费车道的四倍。此外，由于没有收费亭的建设，ETC车道可以帮助节省交通部门的投资，实际上可以节省40%的建设费用。在运营成本方面，ETC专用车道的维护和管理成本远低于普通车道。因此，政府更倾向于使用ETC系统来节省资金。驾驶员也更喜欢这项技术。随着ETC系统的普及，驾驶员只需要注册一个账户并存入资金，无需担心收费时的现金问题和交通拥堵。ETC系统被驾驶员和政府所采用，并逐渐取代了传统的收费方式。

ETC系统的发明

组件

ETC系统有两个基本组件：RSU和OBU。RSU是路侧单元，例如ETC车道上的传感器。该单元直接悬挂在ETC车道入口处，距地面5.5米。OBU是车载单元，位于挡风玻璃内侧，例如车载设备和应答器，可以发送无线电波并连接到互联网（驾驶员的账户）。

基本技术

ETC 系统的发明需要许多复杂的技术。其中最重要的三项技术是

1. Automatic Vehicle Identification: This technology is to distinguish cars and other items. 
2.  Automatic Vehicle Classification : This part is to tell the different and recognize different kinds of cars. The tolling fee of truck is definitely higher than that of cars. And with this technology, the system will toll different amount based on different types of cars.
3. Video Enforcement Systems : This system is also very important as well. This system is to find the cars that break the traffic rules. The camera connected with the system will take photo of the illegal cars and record them. 

技术设施

1. the microwave antenna: The vehicle mounted devices will create the radio wave and the microwave antenna will transfer to the RSU over the ETC lanes. 
2. the electronic tag: this helps to read the microwave from the devices. 

市场发展和政策在诞生阶段

面临的最大问题是如何推广 ETC 系统。这个系统是最新技术，公众尚不了解和接受。因此，如何使 ETC 系统普及和推广是一个问题。

# the government increase the promotion of the ETC system, like introduce it by the internet, magazines and even make ads for it. And the government made many regulations about the ETC lane and provide good service on it. 
# the government increase the number of ETC lanes, constructing many ETC lanes, making ETC system be a common sense. 
# the governments announced many policies to reduce the toll for the ETC users，making the ETC lane be a better way to save money and time.

ETC 系统的成长阶段

Now the ETC system has come into the developing and growing phase in many countries all over the world. 

美国

在美国，最重要的 ETC 系统是 E-Zpass 系统。该系统包括 23 个电子收费网络，但这些网络占每月平均流量的 43%。

日本

在日本，政府已将 ETC 系统应用于全国所有高速公路。目前，电子收费点超过 2000 个，ETC 系统用户已超过 4000 万。

中国

截至 2011 年 6 月，已有 22 个省份使用 ETC 系统，用户数量为 150.5 万。2013 年 1 月 5 日，政府决定将 ETC 系统应用于所有军用车辆。根据 2017 年的统计数据，已有 28 个省份使用 ETC 系统，开通 ETC 账户的用户数量已达到 5000 万。

ETC 的一些问题和再造部分

一些问题

隐私是一个问题。由于路边单元和 ETC 系统的传感器可以记录车辆的位置，一些不法分子可能会利用 ETC 系统获取特定人员的位置信息，并预测其去向，这非常危险，对公众隐私构成威胁。

解决方案和再造部分

因此，重新设计 ETC 系统的安全部分以防止信息被盗至关重要。此外，可以编写一个无需读取驾驶员信息的收费系统。使用该系统，ETC 系统会更加安全。

量化部分

用户数量随时间的变化

年份	用户数量（万）
2009	68
2012	510
2013	600
2014	1300
2015	2515
2016	3200
2017	5000

	乘客	S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]		Y=LN(Passengers/(K-Passengers))			k =
年份	运载量（千）	预测乘客数量（千）	K	7000	8000	9000	10000	10500
2009	68	71		-4.624395946	-4.759152784	-4.877887908	-4.984009441	-5.033125579
2012	510	437		-2.543607084	-2.686913351	-2.812233554	-2.923583166	-2.974929146
2013	600	781		-2.367123614	-2.512305624	-2.63905733	-2.751535313	-2.803360381
2014	1300	1357		-1.47810191	-1.639743262	-1.778856064	-1.900958761	-1.95683922
2015	2515	2254		-0.578465692	-0.77974429	-0.947219014	-1.090628214	-1.155291978
2016	3200	3504		-0.171850257	-0.405465108	-0.594707108	-0.753771802	-0.824723538
2017	5000	5000		0.916290732	0.510825624	0.223143551	0	-0.09531018

当 k = 10000 时，R 平方等于 99.1372%，这是最高的。因此，我们选择 k= 10000 作为饱和状态水平，因此我们还可以估计 b 为 0.61722（使用方程式 Y = b X + c 和 Y = LN (用户数量/(K-用户数量))

由于 k = 10000，t0 = 2017（因为在 2017 年，ETC 用户为 5000）

通过这种方式，我们可以绘制 S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)] 的图形

用户数量随时间的变化