一、高速公路聯(lián)網(wǎng)收費發(fā)展現(xiàn)狀及技術選擇 

    自1998年國家提出加快基礎設施建設的重大戰(zhàn)略決策以來，高速公路建設進入了一個新的時期。高速公路收費系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展，正是由于發(fā)展的原因，各路段所采用的收費技術千差萬別，收費系統(tǒng)所使用的通行券介質種類也較多。
 
    收費系統(tǒng)所使用的收費介質最能反映收費系統(tǒng)的技術特點。目前國內(nèi)高速公路收費系統(tǒng)在用的通行券主要有兩大類。一次性使用通行券和重復性使用通行券。一次性使用通行券包括紙質打印通行券、紙質磁性通行券，一維條碼通行券、二維條碼通行券。重復性使用通行券包括磁卡、接觸式IC卡、非接觸式IC卡。在用的預付卡有非接觸式IC卡、ETC電子標簽以及紙介質的月票。經(jīng)過多年的收費實踐，收費系統(tǒng)對收費介質的選擇越來越注重以下方面的性能和技術要求：自動化程度、讀寫方式、數(shù)據(jù)安全性、存儲容量、明文打印、介質成本、標準化與通用化（互換性）、設備可靠性及壽命、管理成本、對分段建設及混合收費路段的適應性、對計算機網(wǎng)絡的依賴性。 

    綜合考慮以上因素，新建聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)宜作如下技術選擇： 

    1、對于封閉式的區(qū)域性聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)，收費方式宜采用人工半自動收費，即“人工收費、計算機管理、閉路電視監(jiān)視”模式；電子不停車收費是收費技術的發(fā)展方向，有條件的省市可采用以人工半自動收費為主、電子不停車收費為輔的收費方式；

    2、 人工半自動收費的付款方式以現(xiàn)金為主，積極推行預付卡（儲值卡和記帳卡）一卡通和一卡多用，以減少現(xiàn)金收費比例，方便用戶付費； 

    3、 一次性使用的通行券宜選擇紙質磁性券和紙質二維條形碼，重復使用的通行券宜選擇非接觸IC卡；電子標簽宜采用可讀寫的“單片式”或“兩片式”， “兩片式”電子不停車收費系統(tǒng)應能與人工半自動收費系統(tǒng)的預付卡兼容。 

    上述技術選擇思路在交通部即將發(fā)布的 “關于高速公路聯(lián)網(wǎng)收費的暫行規(guī)定”中得到體現(xiàn)。 

二、雙片式ETC技術特點及應用方案簡述 

    目前在建的省級聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)大多數(shù)傾向采用邏輯加密非接觸IC卡（Mifare 1卡）做通行券介質。有的收費系統(tǒng)所采用的讀寫器較為先進，能支持對多種類型卡片的讀寫操作，尤其是安全性能更高的非接觸CPU卡（Mifare Pro卡），或者是讀寫器支持動態(tài)模塊加載，具有平穩(wěn)升級的能力。盡管個別系統(tǒng)開通了采用Mifare I的預付卡業(yè)務，但大多數(shù)收費系統(tǒng)設計者和業(yè)主單位已經(jīng)意識到Mifare 1卡的安全性能不足以支持符合中國金融卡規(guī)范的預付卡收費業(yè)務，再加之受限于目前Mifare Pro卡價格較高，所以當前在公路收費業(yè)務中并沒有開展大規(guī)模的非現(xiàn)金支付業(yè)務。 

    對于城市的公交一卡通系統(tǒng)，選擇Mifare Pro卡做電子錢包已獲得普遍認可。另外，采用Mifare Pro卡的預付卡業(yè)務的管理成本要大大低于采用Mifare I卡做通行券的現(xiàn)金收費業(yè)務。因此，有理由相信，未來在采用Mifare 1卡做通行券的高速公路收費系統(tǒng)中采用Mifare Pro卡做預付卡支持非現(xiàn)金交易是必然的趨勢，問題只在于推進的時間快慢而已。這也是采用IC卡的收費系統(tǒng)業(yè)務擴展?jié)摿Ω哂诓捎闷渌垺⒋沤橘|的收費系統(tǒng)的具體表現(xiàn)之一。

    對于沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，交通需求非常旺盛，采用IC卡形式的預付卡并不能滿足部分群體的需要，尤其是對于中心城市的環(huán)城公路網(wǎng)、區(qū)域經(jīng)濟圈內(nèi)的城間公路網(wǎng)，交通瓶頸很容易產(chǎn)生，高效、便捷的電子不停車收費（ETC）完全有必要作為輔助的收費方式進入整個區(qū)域聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)。
 
    目前在進行試點的ETC收費系統(tǒng)，大多采用單片式的電子標簽作預付卡介質。這有經(jīng)濟性、可獲得性及成熟度方面的考慮，是ETC系統(tǒng)建設初期較穩(wěn)妥的選擇。但由于采用單片式的電子標簽時，整個ETC系統(tǒng)必須構成一個完整的封閉式系統(tǒng)，也就是說在路網(wǎng)內(nèi)的所有入口和出口，必須有至少一條專用ETC車道（非ETC專用車道將給現(xiàn)場管理帶來較大麻煩，不提倡采用）。這在客觀上面臨以下不利問題： 

    1、系統(tǒng)規(guī)模龐大，一次性投資高，建設周期長，風險大； 
    2、大多數(shù)入口收費站和出口收費站的交通量小，車道數(shù)量少，單獨劈出一條專用ETC車道既困難，又不經(jīng)濟； 
    3、由于缺乏足夠的備份ETC車道，系統(tǒng)可靠性和健壯性將無法得到保障。 

    基于以上原因，有必要考慮ETC收費系統(tǒng)與已建的非接觸IC卡收費系統(tǒng)進行必要的結合。也就是說，ETC電子標簽最好能采用非接觸IC卡做數(shù)據(jù)存儲介質，雙片式電子標簽正好具備這方面的潛力。

    通常的雙片式電子標簽具有支持接觸式IC卡和非接觸IC卡讀寫的能力。但由于進行非接觸IC卡讀寫時，電子標簽要消耗大量電能產(chǎn)生電磁波以激活非接觸IC卡的天線進行短距離通信。由于大多數(shù)用戶希望電子標簽作為自帶電池的免維護長壽命產(chǎn)品使用，所以在電子標簽采用車內(nèi)取電的方式不可取的前提及現(xiàn)有的技術水平下，電子標簽要實現(xiàn)對非接觸IC卡的長壽命操作是很困難的。而比較現(xiàn)實的情況是電子標簽能對接觸式IC卡實現(xiàn)長壽命操作，但接觸式IC卡不被非接觸IC卡收費系統(tǒng)所接受?？偟恼f來，電子標簽必須采用接觸式讀寫方式，人工半自動收費系統(tǒng)必須采用非接觸讀寫方式。 

    IC卡產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)推出了同時支持接觸式讀寫方式和非接觸讀寫方式的雙界面卡。當電子標簽采用雙界面IC卡做數(shù)據(jù)存儲介質時，就可以很好地解決非接觸IC卡半自動收費系統(tǒng)與ETC收費系統(tǒng)的結合問題，使兩者的優(yōu)勢充分得以發(fā)揮。 

    具體的方案設計如下： 

    1、采用支持ISO 7816、ISO 14443協(xié)議，可讀寫Mifare 1、Mifare Pro、及雙界面IC卡的專用收費機具設計IC卡車道收費系統(tǒng)； 
    2、采用雙界面IC卡作雙片式ETC電子標簽的擴展數(shù)據(jù)存儲介質。雙片式ETC電子標簽和雙界面IC卡同時存儲包括車主、車型、車輛物理參數(shù)等固定信息，
    3、雙界面IC卡存儲帳號、余額、交易記錄、入出口編號等信息，雙界面IC卡內(nèi)存儲的信息能以接觸式和非接觸式兩種方式進行讀寫訪問； 
    4、ETC收費專用車道同時設置ETC 車道天線控制器和車道IC卡專用收費機具，由一臺車道工控機進行控制，實現(xiàn)對正常ETC車輛、誤入普通車輛通行費收取，以及灰、黑名單核查、原始交易記錄生成、車道交通控制等功能；
    5、在交通量大易產(chǎn)生交通流瓶頸的收費站按需設置1條以上的ETC收費專用車道，允許司機將雙界面IC卡插入雙片式ETC電子標簽，免停車通過收費站，通行費被自動扣取，并大幅度提高收費口通行能力； 
    6、在一般收費站，僅設置IC卡收費車道，允許司機從雙片式ETC電子標簽中撥出雙界面IC卡以非接觸操作的方式刷卡扣款，短暫停車后通過收費站。 

三、雙片式ETC技術涉及的接口規(guī)范及互換性研究 

    雙片式ETC技術采用了雙界面IC卡作雙片式電子標簽數(shù)據(jù)存儲器的思路，在結合應用過程中，涉及的標準和規(guī)范較多。
 
    1、雙界面IC卡支持非接觸通訊功能,應符合ISO14443 TypeB標準或者TypeA標準（兼容Mifare）及交通部公路收費IC卡應用技術條件； 
    2、雙界面IC卡支持接觸式通訊功能，需遵循ISO 7816系列標準及中國金融集成電路技術規(guī)范； 
    3、ETC電子標簽應符合ISO 14906應用層技術規(guī)范等國際主流標準體系。 

    標準是產(chǎn)品及設備具有良好互換性的有力保障，對于ETC設備的互換性問題，一直是國際社會普遍關注的問題。在有的國家，幾乎建設了國際上所有標準體系的ETC系統(tǒng)。我國搞聯(lián)網(wǎng)收費，必須重視產(chǎn)品的兼容性和互換性問題，包括ETC電子標簽，雙界面IC卡，電子標簽讀寫器及IC卡讀寫器。 

    對于雙片式ETC應用中的互換性問題，我們有如下五點技術對策： 

    1、明確規(guī)定標準體系中允許多種取值的選項，將可選參數(shù)規(guī)定下來。 
    2、按照標準有關規(guī)定，明確定義國內(nèi)收費業(yè)務所需要使用的電子標簽數(shù)據(jù)屬性，含義及取值范圍，非接觸IC的卡片文件結構。 
    3、選擇并規(guī)定執(zhí)行電子收費交易的服務原語及應用接口函數(shù)。 
    4、明確為保持數(shù)據(jù)完整性、安全性所采用的安全控制技術。如密碼核對、雙向認證等。
    5、定義本地使用的初始化數(shù)據(jù)及預留可能用到的本地化數(shù)據(jù)有效空間。
 
    在互換性問題的探索方面，1999年7月，交通部公路所與廣東省交通廳新粵投資有限公司在一些ETC廠商的支持和配合下，進行了現(xiàn)場測試，地點選在虎門大橋南沙收費站。試驗分別采用廣州本田、東風中型卡車和大型公共汽車搭載各種電子標簽以時速30km和60km/h進行了分組試驗?？偟男Ч诲e，為實施較大型的聯(lián)網(wǎng)ETC系統(tǒng)積累了寶貴的第一手數(shù)據(jù)，盡管在個別問題上存在遺憾，但在當時世界范圍內(nèi)是很有意義的，測試證實了單片式電子標簽實現(xiàn)互換是可能的，但需要多方面努力。 

    為了研究雙片式ETC電子標簽采用雙界面IC卡在非接觸IC卡聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)中的實際應用效果，交通部公路科學研究所聯(lián)合日本豐田電裝公司、美國康柏公司、北京握奇數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限公司等在交通部公路交通綜合試驗場開展這方面的試驗并建立了有關演示系統(tǒng)，在取得經(jīng)驗后，將制定詳細的接口規(guī)范及技術實施方案，并進行示范工程建設，條件成熟時納入交通部有關技術標準。 

四、促進雙片式ETC技術推廣應用需注意的問題 

    目前，許多省市對聯(lián)網(wǎng)收費的積極性很高，總體來講，實施采用非接觸IC卡的人工半自動收費系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)為推廣采用雙片式ETC收費系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。聯(lián)網(wǎng)收費在省內(nèi)必將形成一個較大區(qū)域的聯(lián)合收費網(wǎng)絡，以前各路公司自行決定上馬ETC的可能性驟減，但省管理中心有可能從提高服務質量及拓展業(yè)務領域的角度探索該方式，使得ETC收費向規(guī)范化方向發(fā)展。 

    但客觀上，聯(lián)網(wǎng)收費為推廣ETC樹立了較高的門檻，是從高起點走向規(guī)?；?。需要ETC產(chǎn)品生產(chǎn)商及集成商提供更好的技術解決方案及更強的實力。 聯(lián)網(wǎng)收費是新形勢，對ETC技術實施有較高的要求，一些重要問題需引起有關方面注意。 

    1． 首先，ETC收費在當前并不是迫切的現(xiàn)實需求，因此有可能并更有必要在聯(lián)網(wǎng)收費的規(guī)劃、設計及建設過程中考慮Mifare 1通行卡、Mifare Pro預付卡、雙片式ETC電子標簽等各種收費介質的并存與發(fā)展問題。要注意系統(tǒng)的可擴展性，避免搞重復建設。 
    2． 對于雙片式ETC電子標簽與雙界面IC卡的結合使用，雖然已經(jīng)開展了一些試驗，但ETC設備制造廠商和IC卡及讀寫機具制造商還應積極地作更多努力，盡可能推動本領域產(chǎn)品的規(guī)范化和標準化，避免存在太多的不確定接口參數(shù)。 
    3． 在我國公路收費領域的標準體系中，應盡快制定關于此類應用的技術條件和應用規(guī)范，為各省市采用雙片式ETC技術創(chuàng)造有利條件。
 
結束語 

    實施非接觸IC卡聯(lián)網(wǎng)收費，為推廣雙片式ETC系統(tǒng)創(chuàng)造了必要的基礎條件。建議選擇成熟的主流技術，加強雙界面IC卡和雙片式電子標簽結合應用的實施方案和互換性研究，從市場經(jīng)濟的角度適時適地發(fā)展公路預付卡收費業(yè)務及電子不停車收費業(yè)務。

作者簡介：交通部公路科學研究所    蔡華  張北海