交通收费方式变迁和技术发展 | 龙志刚专栏

作者：齐张丽| 河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南交通运输战略发展研究院

编辑：齐张丽| 校核：刘文丰郭文奇| 审核：龙志刚

前言：

交通收费是筹集交通专项资金的重要方式，也是交通需求管理体系的重要组成部分。不同的收费目的需通过合理的交通收费方案来实现，而交通收费方式的不断发展为交通收费方案的完善优化和实施提供了重要的技术支撑。

交通收费方式和技术手段大体上经过了三个发展阶段：

第一阶段人工收费

人工收费包括完全人工收费和人工半自动收费两种方式。

1.完全人工收费

完全人工收费是指完全依靠人工进行收费操作的收费方式。1975年，新加坡启用区域通行许可方案实施交通拥堵收费时采用的就是这种收费方式，通行证是纸质票，用颜色和形状对应日期和车型信息，证上清楚地显示有效期限和适用车辆类型，可以按天或按月购买，所有出入收费区域的车辆都必须出示许可证，由人工观察执法。

这种纸质许可证的收费方式简单、实施成本低，但也存在重要缺陷：一是容易造假，虽然纸质许可证的印刷使用了现代防伪印刷技术，造假成本高，基本与票面价值一致，但方案执法是由执法员通过挡风玻璃检查许可，许可证的真伪识别困难；二是纸质票能够适用的收费等级有限，新加坡实施电子道路收费方案取代原有纸质许可证的理由之一就是，不同的纸质许可证使用数量（24种）已达上限；三是许可证的票面价值较高，保障销售安全的措施会导致成本增加。

2.人工半自动收费

人工半自动收费（MTC, Manual Toll Collection system）是人工使用一些电子类设备系统实现收费操作的收费方式，如我国高速公路在取消省界收费站，全面推广ETC电子收费系统前，使用的就是由“人工判别车型、人工收费、检测器校核、闭路电视监视、非接触IC卡通行券和计算机管理”的收费方式。该方式目前仍是我国高速公路收费系统的收费方式之一。

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第二阶段电子收费

电子收费系统(ETC, Electronic Toll Collection)又称电子不停车收费，是通过车载装置和设置在收费站的天线，利用专用短程通讯技术（DSRC, Dedicated Short Range Communication）或射频识别(TFID, Radio Frequency Identification)，自动实现通行费支付的系统。

1.系统构成

除ETC收费车道、自动栏杆机、费额显示器、车辆检测器等基础设施和传输网络等机电设施作为物理支持系统外，电子收费系统由三个部分构成：

一是安装在车辆上的电子标签，也可以称之为车载单元（OBU，On-Board Unit）。标签可能是没有内置电源，只能被路边发射器激活，然后由路边相关接收器读取信号后，从银行卡账户中扣取费用的普通电子标签；也可能是配备电源、拥有可支付资金费用的主动标签，但这种标签需要安全协议确保非授权代理人不能扣除金额，且能够为交易提供匿名服务。此外，电子标签还可以与特定的车型联系起来，用于分车型的收费方案。

二是路边的发射器，又称路侧单元（RSU，Road-Side Unit）。路侧单元以无线通讯的方式与电子标签进行数据交换、采集，更新电子标签中IC卡的收费信息等，并通过以太网或串行口与控制计算机通讯实现收费交易。

三是数据管理系统，包括监控站和中央控制系统等。

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2.技术体系

ETC系统的关键技术主要有：

自动车辆识别（AVI, Automatic Vehicle Identification）技术；

自动车型分类（AVC, Automatic Vehicle Classification）技术；

逃费抓拍系统（VES, Video Enforcement System），包括视频识别技术；

专用短程通讯（DSRC，Dedicated Short Range Communication）,射频识别，地磁感应识别技术，红外技术。

3.技术优势

相比人工收费，电子收费系统有以下优点：

1.用自动收费代替人工，节省管理费； 2.实现通行费非现金化支付，避免收费舞弊；3.增大收费站通行能力，提高整个路网通行效率，缓解交通拥堵，提升服务水平；4.减少拥堵时车辆怠速状态下的油耗和二氧化碳排放，改善环境；5.可以采集整个网络的交通信息，便于获得道路交通流信息，有利于交通控制的决策和管理。

4.应用实例

新加坡1990年代初开始关于电子收费的研究，并投资约2亿新币（7000万英镑）建立了第一个城区电子道路收费系统（ERP，Electronic Road Pricing System），该系统于1998年9月正式投入使用。

日本的ETC收费系统于1997年试验成功，并于2000年11月底开始全国推广，但由于车载OBU设备价格高、缴费信用卡申请手续复杂，推广初期进度很慢，2001年年底时日本ETC用户使用率仅0.9%。此前，日本ETC系统中OBU设备和车辆不是绑定的，OBU设备可以拆卸应用在任何一辆车上，相当于只是一个扣款账户，由于不同车型收费标准不同，可能出现OBU偷换、逃费、偷费的情况。2003年，日本开始推广在新车上直接配备原厂ETC设备。

我国自2012年起开展ETC系统在公路运输行业的探索应用，2015年9月实现高速公路的ETC全国联网，2020年对ETC系统优化升级，基本取消省界收费站。

第三阶段基于卫星导航系统的收费

基于卫星导航系统的收费方式的核心技术是全球导航卫星系统（GNSS, Global Navigation Satellite System）和全球移动通讯系统（GSM, Global System for Mobile Communications）技术，车辆安装可以区分车型的车载定位终端，精准记录行驶路径和行驶里程，由无线通讯网络将数据传输到收费管理中心，车辆驶离收费公路后，后台根据车辆类型、行驶路径、行驶里程和收费公路网费率表精确计算费用并精准拆分，然后从用户提前绑定的账户中扣除费用。

相比ETC电子收费系统，基于全球卫星导航系统的收费方式将全面取消物理收费站，车辆不需要在经过收费站时降低车速行驶，可以实现真正意义上的自由流收费。

不过基于卫星导航系统的收费需要车载终端和卫星直接“联系”以获取位置信息和行驶路径，但在建筑物密集的城市和隧道内，这些具有屏障作用的设施会阻挡卫星信号，地面设备无法接收卫星信号获取位置信息，系统使用受到限制。近几年，我国大力发展新基建，积极部署北斗、5G的应用场景，结合5G基站的加强作用，可以发展5G+北斗定位系统，实现车辆高精度定位，记录行使路径，用于交通收费。

1.国外基于卫星导航系统的收费案例

目前世界上主要有四大全球卫星导航系统，分别是美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略和我国的北斗系统。其中美国的GPS全球定位系统有广泛的民用功能，2005年开始实施的德国货车高速公路收费系统使用的就是基于GPS的全自动收费系统。

瑞士也使用了GNSS对重型货车进行收费，收费范围包括整个瑞士路网。新加坡陆路交通局自2016年开始研发基于GNSS的新一代道路电子收费系统ERP 2.0，原定于2020年开始实施，但由于新冠肺炎疫情对全球供应链的影响导致全球芯片短缺，ERP 2.0系统的部署推迟至2023年下半年实施。芯片短缺造成计划推迟的原因在于，实施该系统所有注册车辆需要安装的一个车载装置的关键组成部分是芯片，新的车载装置是ERP 2.0系统的“核心”，为驾驶者提供充电位置警报和实时交通数据等各种服务。

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2.我国基于北斗卫星导航系统的收费探索

北斗卫星导航系统（BDS, BeiDou Navigation Satellite System）是由中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，2020年北斗三号系统建成，服务步入世界一流行列。2020年，交通运输部办公厅印发《关于推动交通运输领域新型基础设施建的指导意见》提出“把北斗系统应用作为行业新基建，助推交通强国建设。”

江西高速已选取路段开展利用北斗系统的自由流收费实验，效果良好。海南也在探索利用北斗系统构建无收费站式自由流收费体系，促进新能源车辆健康发展，助力自贸岛建设。

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