1 高速公路收費(fèi)管理現(xiàn)狀
截止2006年1月，我國(guó)高速公路通車?yán)锍桃呀?jīng)達(dá)到4.1萬(wàn)公里。高速公路通車?yán)锍谭€(wěn)居世界第二位。“十一五”期間我國(guó)將新建高速公路2.4萬(wàn)公里，到2010年，全國(guó)高速公路通車?yán)锍虒⑦_(dá)到6.5萬(wàn)公里。
高速公路越建越多，但仍然很難滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。高速公路堵車現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，擁堵嚴(yán)重的路段可能會(huì)天天堵，有時(shí)候一堵好幾天。高速公路管理手段越來(lái)越先進(jìn)，但大部分已通車高速公路收費(fèi)管理卻仍停留在比較低效的人工收費(fèi)階段。這就給高速公路使用帶來(lái)諸多不便。2005年十一長(zhǎng)假期間，為了緩解北京地區(qū)高速公路收費(fèi)站帶來(lái)的擁堵，北京市100%開(kāi)道敞開(kāi)收費(fèi)口、進(jìn)出口，由此造成大量過(guò)路費(fèi)流失。在2002年之前，高速公路收費(fèi)站幾乎成了日本高速公路的瓶頸，因?yàn)槠囋谑召M(fèi)站排隊(duì)交費(fèi)造成的擁堵已經(jīng)占到了日本交通堵塞原因的第三位。
傳統(tǒng)的收費(fèi)管理方式主要有以下不便：
(1) 車輛停車排隊(duì)交費(fèi)等候通關(guān)的時(shí)間較長(zhǎng)，在車流量增加時(shí)很容易造成擁堵；
(2) 因停車等候交費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，降低了大橋的通行能力和服務(wù)水準(zhǔn)；
(3) 各收費(fèi)站點(diǎn)的現(xiàn)金結(jié)算工作量巨大，所需工作人員較多，增加了人力使用成本；
(4) 人工收費(fèi)存在人員交接班的現(xiàn)金復(fù)核、稽查和統(tǒng)計(jì)工作量，同時(shí)還存在現(xiàn)金移交的資金安全問(wèn)題；
(5) 存在收費(fèi)漏、交錢不給票或給假票的情況時(shí)有發(fā)生，甚至出現(xiàn)假鈔假幣方面損失；
(6) 不便于路況和車流信息及時(shí)交流；
(７)由不同投資主體修建的公路收入分配問(wèn)題日益嚴(yán)重；
(８)經(jīng)過(guò)收費(fèi)站時(shí)停車?yán)U費(fèi)造成的通行速度緩慢、頻繁制動(dòng)引起的機(jī)械磨損、油耗、噪音和由此產(chǎn)生的大量有害尾氣等問(wèn)題嚴(yán)重。
上述問(wèn)題的存在大大降低了高速公路的通車能力和使用效率。使得高速公路方便快捷的優(yōu)勢(shì)難以全面發(fā)揮，還帶來(lái)了貪污腐化、職務(wù)犯罪和能源浪費(fèi)環(huán)境污染等問(wèn)題，給經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)了極大的不便。
2 高速公路不停車收費(fèi)管理系統(tǒng)概述
在車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，試驗(yàn)和實(shí)施了多種不同的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，如感應(yīng)線圈識(shí)別技術(shù)、聲表面波識(shí)別技術(shù)、條碼識(shí)別技術(shù)、紅外通信識(shí)別技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)等，但最終主流歸結(jié)到采用射頻識(shí)別技術(shù)作為不停車收費(fèi)系統(tǒng)的車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。
不停車收費(fèi)系統(tǒng)又稱電子收費(fèi)系統(tǒng) （Electronic Toll Collection System），簡(jiǎn)稱ETC系統(tǒng)。它利用車輛自動(dòng)識(shí)別(Automatic Vehicle Identification 簡(jiǎn)稱 AVI)技術(shù)完成車輛與收費(fèi)站之間的無(wú)線數(shù)據(jù)通訊，進(jìn)行車輛自動(dòng)識(shí)別和有關(guān)收費(fèi)數(shù)據(jù)的交換，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)路對(duì)收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收費(fèi)的全電子收費(fèi)管理系統(tǒng)。
該系統(tǒng)通過(guò)安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上或者車身其他部位的車載電子標(biāo)簽與在收費(fèi)站ETC車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺(tái)結(jié)算處理，從而達(dá)到車輛通過(guò)路橋收費(fèi)站不需停車而能交納路橋費(fèi)的目的。不停車收費(fèi)系統(tǒng)主要利用車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)路側(cè)車道控制系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射與接收裝置識(shí)別通過(guò)車輛的編號(hào)，自動(dòng)從該用戶的專用賬戶中扣除通行費(fèi)。
射頻識(shí)別系統(tǒng)是利用安裝在車內(nèi)的射頻卡（無(wú)線電收發(fā)器）存貯車輛編號(hào)及相關(guān)信息， 安裝在車道的射頻天線可與該無(wú)線電收發(fā)器以專用短程通信（Dedicated Short-Range Communication， 簡(jiǎn)稱DSRC）方式交換信息，并對(duì)其存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行讀寫操作，從而識(shí)別出當(dāng)前通行車輛。除了用于收費(fèi)以外，射頻電子標(biāo)簽（Electronic Tag，簡(jiǎn)稱ET）的一些型號(hào)也可以用于車路通訊（Vehicle-Road Communication）， 這一技術(shù)甚至允許車道設(shè)備向配備有顯示器的射頻電子標(biāo)簽發(fā)送交通管理信息，這就使得不停車收費(fèi)系統(tǒng)擁有城市交通管理和控制的潛在能力。
ETC技術(shù)在國(guó)外已有較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，美國(guó)、歐洲等許多國(guó)家和地區(qū)的電子收費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)局部聯(lián)網(wǎng)并逐步形成規(guī)模效益。日本在2003年就已經(jīng)有超過(guò)1000條ETC收費(fèi)車道被安裝在收費(fèi)站，幾乎遍及日本所有的高速公路。目前，關(guān)東高速已全部實(shí)現(xiàn)了ETC收費(fèi)，只保留部分車道進(jìn)行ETC和半自動(dòng)混合收費(fèi)。絕大部分的商業(yè)運(yùn)營(yíng)車輛已經(jīng)裝備了ETC車載單元，我國(guó)很多地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始使用ＥＴＣ系統(tǒng)對(duì)高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。
不停車收費(fèi)技術(shù)特別適于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境下采用。在傳統(tǒng)采用車道隔離措施下的不停車收費(fèi)系統(tǒng)通常稱為單車道不停車收費(fèi)系統(tǒng)，在無(wú)車道隔離情況下的自由交通流下的不停車收費(fèi)系統(tǒng)通常稱為自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)。實(shí)施不停車收費(fèi)，可以允許車輛在較高的速度之內(nèi)通過(guò)，故可大大提高公路的通行能力；公路收費(fèi)走向電子化，可降低收費(fèi)管理的成本，有利于提高車輛的營(yíng)運(yùn)效益；同時(shí)也可以大大降低收費(fèi)口的噪聲水平和廢氣排放。由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以縮小收費(fèi)站的規(guī)模，節(jié)約基建費(fèi)用和管理費(fèi)用。另外，不停車收費(fèi)系統(tǒng)對(duì)于城市來(lái)說(shuō)，就不僅僅是一項(xiàng)先進(jìn)的收費(fèi)技術(shù)，它還是一種通過(guò)經(jīng)濟(jì)杠桿進(jìn)行交通流調(diào)節(jié)的切實(shí)有效的交通管理手段。對(duì)于交通繁忙的大橋、隧道,不停車收費(fèi)系統(tǒng)可以避免月票制度和人工收費(fèi)的眾多弱點(diǎn)，有效提高這些市政設(shè)施的資金回收能力。
3 技術(shù)原理
系統(tǒng)是通過(guò)遠(yuǎn)距離、非接觸采集射頻卡的信息，實(shí)現(xiàn)車輛在快速移動(dòng)狀態(tài)下的自動(dòng)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。該系統(tǒng)產(chǎn)品集計(jì)算機(jī)軟硬件、無(wú)線通信、信息采集處理、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動(dòng)控制和智能卡制作等技術(shù)綜合應(yīng)用為一體，屬于先進(jìn)的智能交通信息采集設(shè)備和高安全性的智能身份識(shí)別系統(tǒng)，是一種能有效對(duì)車輛進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管的重要技術(shù)手段。
目前，RFID ETC高速公路不停車收費(fèi)，其要求遠(yuǎn)距離讀卡器能識(shí)讀在至少十米的距離。以目前的技術(shù)手段而言，只有兩種方式能夠?qū)崿F(xiàn):一種是采用半有源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離讀卡器，識(shí)讀距離能達(dá)到十米；另一種是采用有源電子標(biāo)簽（有源射頻卡）的遠(yuǎn)距離讀卡器，識(shí)讀距離最遠(yuǎn)可達(dá)到100米。這兩種遠(yuǎn)距離讀卡器的重要區(qū)別在于識(shí)讀可靠性：半有源射頻卡的遠(yuǎn)距離讀卡器識(shí)讀可靠性不能達(dá)到100％，而有源射頻卡的遠(yuǎn)距離讀卡器可靠性能得到完全保證。當(dāng)然，后者支持的電子標(biāo)簽成本也相應(yīng)高于前者。因此，對(duì)于遠(yuǎn)距離讀卡器的選擇取決于應(yīng)用需求。
系統(tǒng)產(chǎn)品中的閱讀器將低頻的載波信號(hào)經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)送；射頻卡進(jìn)入低頻的發(fā)射天線工作區(qū)域后被激活，發(fā)射出載有目標(biāo)識(shí)別碼的高頻加密載波信號(hào)被接收天線接收，經(jīng)閱讀器接收處理后，提取出目標(biāo)識(shí)別碼送至計(jì)算機(jī)，完成預(yù)設(shè)的系統(tǒng)管理功能，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。
系統(tǒng)的工作原理簡(jiǎn)圖如圖3所示。
目前，公路收費(fèi)領(lǐng)域的射頻識(shí)別技術(shù)主要是工作在微波頻段（5．8GHz）的短距離（8米－30米）通信技術(shù)，射頻自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中，國(guó)際上研究和使用過(guò)的頻率有三種：915MHz、2．45GHz、5．8GHz。從已建成的不停車收費(fèi)系統(tǒng)看，915MHz系統(tǒng)主要用于北美地區(qū)，尤其是集裝箱識(shí)別系統(tǒng)，5．8GHz系統(tǒng)主要用于歐洲和亞洲以及大洋洲地區(qū)，2．45GHz系統(tǒng)沒(méi)有形成主流。目前，電子收費(fèi)確定在5．8GHz附近頻段已是不爭(zhēng)的事實(shí)。另一方面，歐洲、日本、美國(guó)、中國(guó)等大多數(shù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)定在5．8GHz至5．9GHz頻段。
在我國(guó)選用5．8GHz頻段具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，我國(guó)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系靠近歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系，無(wú)線電頻率資源的分配大致相同。其次，5．8GHz頻段背景噪聲小，而且解決該頻段的干擾和抗干擾問(wèn)題要比解決915MHz、2．45GHz容易。再次，5．8GHz頻段的設(shè)備供應(yīng)商較多，有利于我國(guó)ETC系統(tǒng)的設(shè)備引進(jìn)，有利于降低系統(tǒng)成本，也有利于將來(lái)開(kāi)展智能運(yùn)輸系統(tǒng)領(lǐng)域的其他服務(wù)。
4 技術(shù)系統(tǒng)組成
4.1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成
不停車收費(fèi)硬件系統(tǒng)包括收費(fèi)站數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控管理部分三部分組成。
收費(fèi)站數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要是遠(yuǎn)距離非接觸采集車輛通過(guò)的時(shí)間、地點(diǎn)信息。收費(fèi)站數(shù)據(jù)采集設(shè)備由若干個(gè)收費(fèi)站組成局域網(wǎng)，每個(gè)收費(fèi)站配置如下設(shè)備：
（1） 遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)（每套包括發(fā)射天線、接收天線、天線調(diào)諧器、閱讀器和嵌入式軟件）
（2） 車輛感應(yīng)器
（3） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器(用于控制攝像機(jī)、交通信號(hào)燈、報(bào)警器等)
（4） 攝像機(jī)
（5） 交通信號(hào)燈
（6） 報(bào)警器
（7） 工控機(jī)
（8） 不間斷電源
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)不停車快速讀取通行車輛卡號(hào)，并上傳至收費(fèi)管理中心；判斷通過(guò)車輛所持卡號(hào)的合法性，控制紅綠燈動(dòng)作；對(duì)持有效卡的車輛綠燈放行；持無(wú)效卡的車輛紅燈禁行；對(duì)無(wú)卡車輛向控制中心發(fā)出警報(bào)信號(hào)或抓拍車輛圖像。
每一個(gè)收費(fèi)站是系統(tǒng)中的基本管理單元，其數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，將車輛通行的相關(guān)資料經(jīng)專用電纜（通常采用單模光纖）通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至控制中心。圖像捕捉設(shè)備將自動(dòng)捕捉、存儲(chǔ)車輛的圖像，以供核查。
數(shù)據(jù)傳輸主要是完成收費(fèi)站與監(jiān)控室或收費(fèi)管理中心之間的網(wǎng)絡(luò)連接。它由若干個(gè)收費(fèi)站數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過(guò)IP協(xié)議組成廣（局）域網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸配置網(wǎng)絡(luò)通信接口設(shè)備、數(shù)字交換機(jī)、光收發(fā)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。
監(jiān)控管理部分主要是完成對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提供完整的通行記錄報(bào)告和自動(dòng)生成各類收費(fèi)數(shù)據(jù)、客戶對(duì)賬單、交通流量的統(tǒng)計(jì)報(bào)表供查詢和打印，并實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛通行狀態(tài)，將數(shù)據(jù)存機(jī)備查；當(dāng)車輛非法進(jìn)入或不按規(guī)定通道通行時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。監(jiān)控管理配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)、不間斷電源、系統(tǒng)軟件 。
監(jiān)控管理部分實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)各監(jiān)控點(diǎn)處理計(jì)算機(jī)的通行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行邏輯判斷和處理；完成各種信息的存儲(chǔ)、備份以便稽核人員核查。自動(dòng)生成各類數(shù)據(jù)、交通流量的統(tǒng)計(jì)報(bào)表供查詢和打印；負(fù)責(zé)發(fā)放射頻卡、建立用戶檔案、修改卡片檔案庫(kù)資料，設(shè)定用戶查詢密碼等工作，保障發(fā)卡操作的合法性及安全性。設(shè)立卡片掛失、補(bǔ)卡、清卡、退卡、用戶服務(wù)查詢系統(tǒng)。
4.2 軟件系統(tǒng)構(gòu)成
不停車收費(fèi)管理系統(tǒng)是由服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)、車道計(jì)算機(jī)通過(guò)星形及總線形的混合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成的具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視及采集、圖像監(jiān)視及采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、信息檢索等多項(xiàng)功能的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)。其中包括由采用星型結(jié)構(gòu)連接在一起的車道計(jì)算機(jī)為主，遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)設(shè)備、信號(hào)燈、顯示牌和紅外車輛檢測(cè)器等為輔而構(gòu)成的車道收費(fèi)系統(tǒng)；由通過(guò)集線器連接的服務(wù)器、管理計(jì)算機(jī)、報(bào)表打印機(jī)組成的上端管理系統(tǒng)；由通過(guò)數(shù)據(jù)通道與圖像信息通道與網(wǎng)絡(luò)連接在一起的以計(jì)算機(jī)為主，視頻采集設(shè)備為輔的多媒體采集系統(tǒng)。其各組成部分功能如下：
(1)車道計(jì)算機(jī):主要是完成車型的自動(dòng)錄入，射頻卡的讀寫、網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)、數(shù)據(jù)上傳、信號(hào)燈控制、紅外控制以及對(duì)各個(gè)收費(fèi)車道特殊車輛（包括：無(wú)卡車、卡無(wú)效車、違章車等）的圖像信息進(jìn)行捕獲并分類存入計(jì)算機(jī)以備隨時(shí)檢索使用等功能。
(2)管理計(jì)算機(jī):對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行交通流量、征費(fèi)金額的統(tǒng)計(jì)并輸出各種文字和文字報(bào)表；通過(guò)各種條件對(duì)收費(fèi)原始數(shù)據(jù)及圖像進(jìn)行多條件復(fù)合查詢并匯總；進(jìn)行射頻卡的發(fā)行、回收、掛失、恢復(fù)和充值操作；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種初始設(shè)置等功能。
(3)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器:完成整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò)的管理及作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行原始數(shù)據(jù)及圖像的存儲(chǔ)、備份工作。
系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)查詢、射頻卡管理、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)退出幾個(gè)模塊構(gòu)成。
系統(tǒng)工作流程如下所示。
(1)數(shù)據(jù)查詢模塊主要完成通過(guò)各種條件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索并匯總的功能。其功能實(shí)現(xiàn)主要分為四部分：原始數(shù)據(jù)總條件過(guò)濾、進(jìn)一步進(jìn)行明細(xì)條件的查詢、對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行瀏覽、對(duì)符合條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。
(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊主要是根據(jù)收費(fèi)站各個(gè)收費(fèi)車道的交通流量及收費(fèi)情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，并按照指定的格式進(jìn)行報(bào)表的輸出。統(tǒng)計(jì)表報(bào)表包括：預(yù)繳款扣交總金額報(bào)表；車流量報(bào)表；有效卡車流量報(bào)表；沖關(guān)（無(wú)卡）/無(wú)效卡/黑名單車輛流量、明細(xì)報(bào)表；預(yù)繳款最低金額線卡號(hào)明細(xì)表；分時(shí)段統(tǒng)計(jì)以上指標(biāo)功能報(bào)表。
(3)系統(tǒng)維護(hù)模塊介紹主要是完成對(duì)整個(gè)收費(fèi)管理系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作和對(duì)各種與系統(tǒng)相關(guān)的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)的功能。此模塊只能由本系統(tǒng)的超級(jí)用戶來(lái)完成，其他任何人員不能完成此模塊的各項(xiàng)功能。維護(hù)項(xiàng)目包括：基本信息維護(hù)；操作人員維護(hù)；收費(fèi)車道維護(hù)；費(fèi)率庫(kù)維護(hù)；值班情況瀏覽；射頻卡初始化。
(4)射頻卡管理模塊主要是完成對(duì)整個(gè)收費(fèi)管理系統(tǒng)中各種 射頻卡的發(fā)行、回收、維護(hù)等工作。管理項(xiàng)目包括：射頻卡信息瀏覽：射頻卡發(fā)行管理；射頻卡充值管理；射頻卡回收管理；射頻卡黑名單管理。
(5)系統(tǒng)退出模塊主要是完成退出時(shí)再次對(duì)進(jìn)行人員的身份校驗(yàn)及準(zhǔn)備退出前的各種數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)閉及未保存的數(shù)據(jù)的保存工作。
從不停車收費(fèi)管理系統(tǒng)軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成，我們可以將不停車收費(fèi)管理系統(tǒng)概括成車輛識(shí)別系統(tǒng)、車型分類系統(tǒng)、逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)幾個(gè)部分。如果需要,還可以在收費(fèi)站加裝緊急救援系統(tǒng),從而將交通監(jiān)控中心與職業(yè)的救援機(jī)構(gòu)聯(lián)成有機(jī)的整體，為道路使用者提供車輛故障現(xiàn)場(chǎng)緊急處置、拖車、現(xiàn)場(chǎng)救護(hù)、排除事故車輛等服務(wù)。
系統(tǒng)工作流程圖如圖4所示。
5 電子標(biāo)簽和車載讀卡器
5.1 電子標(biāo)簽
將專用的集成電路芯片鑲嵌于塑料基片中封裝而成的IC卡（Integrated Circuit card 即集成電路卡），按所嵌的芯片類型可分為：存儲(chǔ)器卡、邏輯加密卡和CPU卡三種。CPU卡以其對(duì)數(shù)據(jù)的絕對(duì)保護(hù)性、安全性高、容量大的特點(diǎn)和其在應(yīng)用中對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、敏感性要求低，有利于在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不高的環(huán)境中應(yīng)用的特性，被日本ETC系統(tǒng)定為電子標(biāo)簽的最終解決方案。CPU卡內(nèi)的集成電路包括中央處理器CPU、可編程只讀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM以及固化在只讀存儲(chǔ)器ROM中的卡內(nèi)操作系統(tǒng)COS(Chip Operating System)。CPU卡中數(shù)據(jù)可分為外部讀取和內(nèi)部處理部分，可固化DES和RSA等密碼算法，甚至可集成密碼協(xié)處理器，在卡中就可對(duì)數(shù)據(jù)作加密/解密和數(shù)字簽名/驗(yàn)證運(yùn)算，以確保卡中數(shù)據(jù)的安全可靠。
CPU卡芯片出廠前，芯片中的數(shù)據(jù)被制造商密鑰保護(hù)起來(lái)。只有掌握該密鑰的IC卡制造商才能讀出這些數(shù)據(jù)。在卡片中封裝入保密邏輯芯片，驗(yàn)證IC卡的操作密鑰，控制對(duì)卡中EEPROM的訪問(wèn)。當(dāng)芯片被封裝到塑料卡片中形成CPU卡后，IC 卡生產(chǎn)廠商可以把預(yù)處理數(shù)據(jù)（如卡序列號(hào)、廠商代碼等）寫入卡中的EEPROM中，并把卡個(gè)人化密鑰寫入讀保護(hù)存儲(chǔ)區(qū)，每張卡有一個(gè)個(gè)人化密鑰，用來(lái)保護(hù)該卡不被非法初始化為偽卡。CPU卡在發(fā)行到持卡人之前，需要將卡個(gè)人化，即在CPU卡中建立應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（創(chuàng)建MF、DF和EF文件）將持卡人的個(gè)人信息寫入卡中的保護(hù)區(qū)里。
在個(gè)人化過(guò)程中，可以設(shè)定文件的訪問(wèn)權(quán)限。每張卡中可以建立多個(gè)DF文件，每個(gè)DF文件中定義一套獨(dú)立的應(yīng)用，每個(gè)應(yīng)用有不同的口令和不同的安全控制條件。對(duì)DF訪問(wèn)的控制條件存入MF卡中。個(gè)人化過(guò)程結(jié)束后，卡中還可以設(shè)置持卡人密碼，以保護(hù)該卡的安全使用。集成在日本ETC系統(tǒng)中的IC卡通過(guò)車載器與外場(chǎng)設(shè)備相互通訊，進(jìn)行授權(quán)認(rèn)可，加密數(shù)據(jù)記錄。電子標(biāo)簽是可讀寫的，在采用"封閉式"收費(fèi)制式的高速公路上，進(jìn)入高速公路時(shí)，路側(cè)雷達(dá)向電子標(biāo)簽寫入入口車站信息；離開(kāi)高速公路時(shí)，再讀出入口信息以便系統(tǒng)計(jì)算通行費(fèi)。由于在整個(gè)ETC的支付過(guò)程中，IC卡上的車輛型號(hào)、車牌號(hào)碼、車主的相關(guān)資料等信息需要經(jīng)過(guò)雙向通訊才能完成交易，所以安全性至關(guān)重要。
5.2車載讀卡器
作為溝通車路間通信的車載器，特別是起技術(shù)核心DSRC(Dedicated Short Range Communication,專用短距離通訊)標(biāo)準(zhǔn)的制定更是ETC關(guān)鍵技術(shù)。目前，國(guó)際上已形成了以歐洲CEN/TC278，美國(guó)ASTM/IEEE和日本ISO/TC204為標(biāo)準(zhǔn)的DSRC體系。1999年11月，日本ISO/TC204被ITU(International Telecommunication Union國(guó)際電信聯(lián)盟)確認(rèn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其具體技術(shù)是：標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)：TC204國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織第204委員會(huì)，頻率：5.8GHz，通信方式：主動(dòng)式本雙工/雙工，工作功率：300mW以下（路側(cè)雷達(dá)（預(yù)告用）），10mW以下路側(cè)雷達(dá)（收費(fèi)站用）、車載器），調(diào)制方式：ASK，通信協(xié)議：FCMS，MDS，ACTS，傳輸速率：1Mb/s,通信距離：約30m,通信設(shè)計(jì)時(shí)速：∠180km/h。由于長(zhǎng)、中、短波等波段已基本被廣播電視、民用通信等相應(yīng)領(lǐng)域占用，且車間通信距離不長(zhǎng)（范圍幾十米），通信區(qū)域相對(duì)固定，通信時(shí)間較短，因此選用5.8GHz作為載波頻率；同時(shí)，ITS將ETC的DSRC工作頻段定為5.8GHz也是為今后開(kāi)發(fā)第四代移動(dòng)通信作技術(shù)支持。
6 應(yīng)用難題及解決
作為智能運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分，ETC已越來(lái)越多地應(yīng)用到新建的高速公路之上。任何一項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用有其突出的優(yōu)點(diǎn)，也必然會(huì)有不足，尤其是與管理融合在一起的技術(shù)更是如此。ETC有其非常明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是它也不是在任何地方都能應(yīng)用或者說(shuō)能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的。
由于ETC車道的初期建設(shè)成本投入較高和對(duì)DSRC、電子標(biāo)簽的保密性開(kāi)發(fā)費(fèi)用也過(guò)高，據(jù)日本相關(guān)調(diào)查機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，一條ETC專用車道的投資金額高達(dá)1，000萬(wàn)日元以上，并且使用者用于購(gòu)買車載器方面的花費(fèi)也在3、4萬(wàn)日元左右，因此導(dǎo)致ETC技術(shù)在運(yùn)用上的瓶頸效應(yīng)。現(xiàn)在，一種稱之為"電子牌照"的技術(shù)正被推廣。"電子牌照"就是在普通汽車牌照上嵌入一枚可讀的IC芯片從而提高汽車牌照的防偽性，更便于車輛管理。若全國(guó)所有的車輛都運(yùn)用了"電子牌照"技術(shù)，那么必將降低對(duì)ETC車道中AVC系統(tǒng)的投資。另一種稱之為"藍(lán)牙"（Blue tooth）的短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頭腦關(guān)心技術(shù)也將從根本上降低ETC系統(tǒng)的建設(shè)成本。"藍(lán)牙"是一種在區(qū)域性環(huán)境內(nèi)進(jìn)行短距、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送無(wú)線連接技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)有：整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的移植性，可應(yīng)用于多種通信場(chǎng)合；功耗低；藍(lán)牙模塊應(yīng)用簡(jiǎn)單，成本低廉，容易實(shí)現(xiàn)，易于推廣，已得到了許多電腦制造商及通信器材廠商的支持。
另一個(gè)方面，不停車收費(fèi)系統(tǒng)對(duì)可靠性要求很高，因?yàn)橐坏┫到y(tǒng)開(kāi)通，有車載卡的用戶將在有ETC系統(tǒng)的高速公路(網(wǎng))的任意出入口使用ETC通道，如果有哪個(gè)出入口有故障， 將給用戶帶來(lái)很大的麻煩，有時(shí)還會(huì)引起糾紛。有的發(fā)達(dá)國(guó)家為避免此問(wèn)題，為每個(gè)收費(fèi)站配備了手持式的ETC讀寫機(jī)。不停車收費(fèi)系統(tǒng)一旦得到推廣，那就需要在所有的高速公路出入口安裝ETC車道，而實(shí)際上，有相當(dāng)部分的出入口交通量不大，因此這樣的系統(tǒng)將使設(shè)備和車道資源大量閑置。
在不停車收費(fèi)系統(tǒng)不斷的開(kāi)發(fā)完善中，上述問(wèn)題也許會(huì)很快得到解決，但是肯定還會(huì)有新的問(wèn)題出現(xiàn)。我們要用平常的心去看待新技術(shù)，不要因?yàn)槿〉眉夹g(shù)的突破而沾沾自喜，更不能因?yàn)槔щy的出現(xiàn)就輕易放棄。沒(méi)有永遠(yuǎn)平坦的大道，存在的只有不斷的溝壑和人類無(wú)休止的修繕。
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