双界面卡在山西高速公路联网收费中的应用

    一、高速公路联网收费发展现状及技术选择 

　　ETC(Electronic Toll Collection) 不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。ETC是国际上正在努力开发并推广的一种用于公路、大桥和隧道的电子自动收费系统。该技术在国外已有较长的发展历史，美国、欧洲等许多国家和地区的电子收费系统已经局部联网并逐步形成规模效益。中国以IC卡、磁卡为介质,采用人工收费方式为主的公路联网收费方式无疑也受到这一潮流的影响。

　　不停车收费技术特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用。在传统采用车道隔离措施下的不停车收费系统通常称为单车道不停车收费系统，在无车道隔离情况下的自由交通流下的不停车收费系统通常称为自由流不停车收费系统。实施不停车收费，可以允许车辆高速通过（几十公里以至100多公里），故可大大提高公路的通行能力；公路收费走向电子化，可降低收费管理的成本，有利于提高车辆的营运效益；同时也可以大大降低收费口的噪声水平和废气排放。由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以缩小收费站的规模，节约基建费用和管理费用。另外，不停车收费系统对于城市来说，就不仅仅是一项先进的收费技术，它还是一种通过经济杠杆进行交通流调节的切实有效的交通管理手段。对于交通繁忙的大桥、隧道,不停车收费系统可以避免月票制度和人工收费的众多弱点，有效提高这些市政设施的资金回收能力。

    二、双界面智能卡技术简介 

　　 一般来说，嵌有一个集成电路芯片的卡片被称为IC卡，其中芯片内带有CPU和操作系统（COS）的为智能卡（Smart Card），双界面卡是属于智能卡的一种，被称之为双界面卡的原因是它有两个操作界面，对芯片的访问，及可以通过接触方式的触点，也可以通过相隔一定距离，一般在10厘米内，以射频方式来访问芯片。卡片上只有一个芯片，两个接口，通过接触界面和非接触界面都可以执行相同的操作。两个界面分别遵循两个不同的标准，接触界面符合ISO/IEC 7816；非接触符合ISO/IEC 14443。

    三、应用模式的描述和分析 

　　采用双界面IC卡作为双片式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，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；双片式电子标签中的双片式，指的是同时具有读写接触式IC卡功能和微波通讯功能的电子标签。仅仅具有微波通讯功能的电子标签称之为单片式电子标签。 

　　基于双界面卡的双片式电子标签应用过程如下所述: 

    1.购置标识卡 

　　车主到发行部门(可以就在高速公路的入口,也可以在其他地方；可以由高速公路管理部门管理,也可以与其他信用卡一样由银行进行管理)购置双界面卡和电子标签，交纳一定数额的现金。由发行系统向双界面卡输入车辆识别码,并在数据库中存入该车辆的全部有关信息。

    2.信息入库 

　　发行系统通过网络将上述车主、车辆信息输入收费计算机系统中。

    3.安装电子标签 

　　车主将电子标签固定在车内前挡风玻璃上，不可随意拆卸，并立即可以使用。

    4.收费站入口读/写卡 

　　当车辆通过高速公路入口时，预先将双界面卡插入双片式电子标签的IC卡插槽中，入口安装的收费射频发射装置（天线）与电子标签的射频装置之间建立通讯连接，读出车辆信息，并将入口信息写入电子标签和双界面卡。

    5.收费站出口读/写卡 

　　当车辆通过高速公路出口时，出口站收费系统的收费射频发射装置发出射频信号激活电子标签，并发出车道码信号，车载电子标签和与出口的射频设备建立通讯连接。完成相互的认证识别过程。车辆信息与入口信息从标签传递给出口站的收费系统。

    6.信息处理 

　　收费计算机系统执行收费过程。当双界面卡上的电子钱包的金额足够支付过站的费用时，出站口绿灯亮，给予放行；若金额低于警告值，则黄灯亮，提示车主应再续交金额，并予以放行；若余额不足或已无余款时，红灯亮，不予放行。对于敢于闯红灯的车辆，将由站内摄像机自动摄下车牌号，并由计算机系统记录闯红灯的时间，以便追究其责任。

    7.收费完成 

　　上述过程，均于瞬间完成，约为数百毫秒。本系统的设计可保证车辆高速通过收费站。收费计算机系统将交易记录送至系统后台，完成清算划账的过程。

　　采用了ETC方式进行收费，它带来的好处显而易见，对于驾驶员，最直接的好处就是通过收费口的过程变得方便、缩短交费时间，提高了车道通行能力；因通行能力大大提高，可少建收费口，节省了收费广场的投资费用和土地资源；减少车辆因怠速等候时的耗油和废气排放，节省能源，提高环保质量。 

　　但是ETC系统在中国中国也有它的推广难度，比如： 

　　该系统成本比较高，设备投入比较大，远远高于目前传统收费车道的投资；而且中国目前尚无配套法规来治理逃费现象，在发达国家，非法进入专用车道的车辆，在被现场拍照后，依据照片可索回通行费并将依法给予处罚。目前中国尚无该方面的法规，人工收费车道都无法对逃费车辆进行处罚，像这样的电子收费方式就更无法进行追费与处罚了。这样，中国特色的方式也就产生了：在有些不停车收费车道，在该车道检测设备之后20米左右，安装常开栏杆，设专人进行看管，发现非法车辆进入时，立即将栏杆放下，现场收费。这种方法，不但会使正常车辆通行受阻，由于不停车收费车道通过车辆的通行速度快，一旦客户增加、交通量增大时，交通事故非常容易发生，造成正常的收费通行秩序混乱。所以当前国外普遍采用的单纯的ETC电子收费技术方案并不适合中国中国区域联网收费新形势的要求。

    四、适合中国现有状况的有效解决方案 

　　基于以上所分析的中国的目前情况，何种解决方案能够最佳的适应中国交通情况，从而提高交通管理效率，实现现代化的交通管理，是各级交通管理部门目前急需探索及解决的一个问题。从事多年智能卡技术研究的握奇数据提出了采用基于双界面卡的联网收费新形势下的组合式电子收费技术方案，完善的解决了现有环境下所产生的问题，达到了提高交通收费效率及管理水平的目的。中国宜采用ETC电子收费技术解决个别点高通行能力，IC卡技术和ETC技术结合起来，基于双界面卡和双片式电子标签的组合式电子收费技术方案。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（MTC），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。

　　具体操作模式为： 

　　·ETC收费专用车道同时设置ETC 车道天线控制器和车道IC卡专用收费非接触机具，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，以及车道通行控制功能；
　　·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；
　　·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；

　　该方案具备如下特点： 

　　·该方案集中了IC卡收费系统和ETC收费系统的优点，两者互为补充，提高道路使用效率，具有支付手段丰富、交费快捷、通行能力强等特点；
　　·IC卡系统作为ETC系统的备份支付系统，使得系统可靠性大大提高，不必再准备手持式ETC读写器进行应急操作。尤其是在ETC系统出现故障时，ETC车道的备用IC卡支付系统将启动运行，解决ETC车辆的通行问题；
　　·由于采用高安全性的CPU卡作为存储介质并采用规范的双向认证技术，保证为联网收费系统开展预付卡业务提供了安全、可靠的解决途径；
　　·该方案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的交通瓶颈提供了有效手段；ETC车道可以视实际需求进行逐步扩展，资金投入及系统规模富有弹性、易于试点和推广，运营风险大大降低；
　　·该方案符合《中国金融集成电路（IC）卡规范》、符合电子商务等国家鼓励的发展领域及方向，为将来在公路服务领域开展扩展支付奠定基础；
　　·该方案可实现预付费的操作方式，减少了现金的流动和各单位财务部门的工作。给各企业和单位带来一定的经济效益。
    五、应用现状前景 

　　中国目前正值高速公路建设高峰，国家对公路的投入逐年加大，并随着中国公路事业的发展和不停车收费系统的开发应用，解决收费口人工收费排队等待的交通瓶颈问题、和其他日益增长的交通需求引起社会与国家管理部门的广泛关注。
 
　　上海市虹桥国际机场组合式电子不停车收费系统（ETC）于二零零一年七月十日在上海试验开通，此系统是适合高速公路联网收费的组合式电子收费系统。该系统实现了市政设施的科学管理手段，提高道路使用效率，提升了上海的国际大都市形象，是国家经贸委和交通部确定的“高等级公路电子收费系统技术开发和产业化创新”项目的示范工程。 

　　握奇公司为该项目提供了TimeCOS/DI智能卡（双界面卡），作为记账卡应用，用户通过收费口后，系统将对其相应的银行帐户扣款，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的，以后这种双界面卡还将扩展其他应用。对于高速公路管理部门来说，采用智能卡替代人工收费，减少人力收费工作，大大提高管理方的效率，使得管理更现代化。对于持卡人来说，采用智能卡收费方式可减少车辆在收费口因交费，找零等动作而引起的排队等候，提高了电子不停车收费车道的通行能力，比人工收费车道提高4-6倍；并同时减少车辆因怠速等候时的耗油和废气排放，节省能源，提高环保质量。 

　　山西省高速公路组合式联网收费“一卡通”系统是目前中国领先的联网收费“一卡通”解决方案，该方案将人工收费和不停车收费结合起来，为山西省联网收费提供了一个先进的技术平台。该系统不仅符合交通部《高速公路联网收费暂行技术要求》，而且还体现了山西省高速公路营运管理的特点和山西省联网收费总体规划机电一体化实施方案的具体要求，并充分考虑到了山西省联网收费的发展要求。该系统于2002年10月8日在山西太旧高速公路实施组合式联网收费“一卡通”试点工程，并于2002年12月2日建成开通。主要工程内容有对50个MTC车道，6个收费站设备进行系统改造，并新增了4个ETC车道，1个管理中心和1个ETC临时结算中心。该系统的开通，真正实现了MTC车道和ETC车道的兼容，满足了营运的要求，并提供了完善的操作处理流程，方便了维护人员进行日常处理及维护。该系统在使用过程中运行基本稳定，根据1月22日—1月24日现场人工统计，在使用过程中，共有210车次使用普通卡通过MTC入口车道，83车次使用ETC入口车道，没有出现不能通过的现象，入口通过率为100%；共有219车次使用普通卡通过MTC出口车道，74车次使用ETC出口车道，全部正常通过，出口通过率为100%。同时，该系统的使用还大大提高了车道通行能力，平均入口处理时间<6秒，出口处理时间<14秒，降低了收费员的劳动强度，降低了污染和减少了等待时间，取得了良好的社会效益。 

　　该项目所使用的智能卡为握奇公司的TimeCOS/DI卡。该项目实施后，为双界面卡应用于高速公路联网收费系统树立了成熟的榜样，继而广东全省高速公路联网收费系统同样也采用了握奇的双界面卡；而北京目前也对使用DI卡做高速公路联网收费也表示出极大的兴趣与关注。双界面卡在高速公路收费项目的广泛应，其启示意义可以说远远大于其经济利益，而握奇也可以无愧的称为双界面IC卡技术用于高速公路收费系统解决方案领域的专家。 

　　我们相信不停车收费系统一定会被国家、被企业、被消费者广泛关注和接受，不停车收费系统在中国的市场一定会有着广阔的光明前景。同时也应该根据中国公路收费现状，加强双界面IC卡和双片式电子标签结合应用的实施方案和互换性研究，从市场经济的角度适时适地发展公路预付卡收费业务及电子不停车收费业务。