模块4：ETC电子不停车收费系统课件

系统集成-ETC电子不停车收费系统4系统集成-ETC电子不停车收费系统4目录2.学习目标1.引导案例3.任务模块一ETC工程实施方案设计4.任务模块二ETC设备安装与系统配置2目录2.学习目标1.引导案例3.任务模块一4.任务模引导案例——ETC的前世今生2007年

全国公路里程为348万公里，高速公路达4.54万公里2004年

全国高速公路通车里程已超过3.4万公里，继续保持世界第二2010年

全国高速公路通车里程将达6.5万公里国家高速公路的飞速发展引导案例——ETC的前世今生2007年

全国公路里程为348长久以来，我国路桥、高速公路等使用的收费系统多为人工收费系统，人工收费系统存在以下问题：排队缴费,造成堵车不便于统计车流量信息汽车尾气污染环境现金交易：不卫生，资金安全无法保障人工收费MTC长久以来，我国路桥、高速公路等使用的收费系统多为人工收费系统想一想学习以上段落后，结合大家日常生活体验，谈谈目前人工收费的问题和解决方案想一想学习以上段落后，结合大家日常生活体验，谈谈目前人工收费ETC是未来的发展趋势新兴收费技术ETC，具有免停车快速通过、通行能力强和服务水平高、免除现金交易、简化收费管理、降低环境污染等优点。2000年，交通部发布《高速公路联网收费暂行技术要求》，明确不停车电子收费技术作为收费技术的发展方向。2007年，国家又发表了ETC标准GB/T20851-2007。可以预见，ETC将会在我国得到广泛应用和产业化的大发展。ETC（ElectronicTollCollectionSystem）是电子不停车收费的简称，是一种利用专用短程微波通讯技术，通过路侧单元RSU与车载单元OBU的信息交换，自动识别车辆，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费扣除的全自动收费方式。ETC是收费技术的发展趋势ETC的定义ETC是未来的发展趋势新兴收费技术ETC，具有免停车快速通过ETC国内发展状况19961998200120042006ETC正向网络化规模化应用发展ETC国内发展状况1996199820012004200ETC在重庆的发展状况截至2013年底，重庆市高速路网已累计开通ETC车道102条，覆盖了47个高速路收费站，累计发展ETC车辆9万辆2014年，重庆市高速公路将再增ETC车道34，新增ETC车辆6万辆，年内ETC车道车辆通行量预计将达到高速路车流总量的12%观看视频-4.1.2.1重庆ETC投入使用现状及前景.flvETC在重庆的发展状况截至2013年底，重庆市高速路网已累计ETC系统技术的优势特点更高的收费通行能力更少的基建投入更低的日常维护费用更快的通行速度更便捷的付费服务使用更加干净卫生9ETC系统技术的优势特点更高的收费通行能力更少的基建投入更ETC系统技术的优势特点10ETC系统技术的优势特点10想一想学习以上段落后，大家对ETC不停车收费有哪些认识？想一想学习以上段落后，大家对ETC不停车收费有哪些认识？目录2.学习目标1.引导案例3.任务模块一ETC工程实施方案设计4.任务模块二ETC设备安装与系统配置12目录2.学习目标1.引导案例3.任务模块一4.任务模2.学习目标学习目标知识目标能力目标素质目标2.学习目标学习目标知识目标能力目标素质目标2.学习目标知识目标1.掌握微波RFID技术工作原理和常用标准；2.掌握产品性能指标的参数描述方法；3.理解产品和设备选型的原则；4.掌握系统集成的概念和工程流程；5.掌握工程实施方案的设计方法；6.理解工程实施工作过程；7.理解系统调试的方法和流程；8.了解系统维护的方法和经验；2.学习目标知识目标1.掌握微波RFID技术工作原理和常用2.学习目标能力目标1.具备产品识别和产品描述能力；2.初步具备产品和设备选型能力；3.具备工程实施方案编制能力；4.初步具备工程实施能力；5.初步具备系统调试能力；2.学习目标能力目标1.具备产品识别和产品描述能力；2.学习目标素质目标1．能制定详细的实施计划；2．能充分利用和组织材料进行规范的书面表达；3．能具体做出问题解决结论，并能说明问题解决的原因；4．能明确合作的规则并制定出现异常情况的应急措施。2.学习目标素质目标1．能制定详细的实施计划；目录2.学习目标1.引导案例3.任务模块一ETC工程实施方案设计4.任务模块二ETC设备安装与系统配置17目录2.学习目标1.引导案例3.任务模块一4.任务模3.任务模块一：项目需求分析与架构设计

任务目标任务解析通过项目资讯和相关技术资料的学习，针对ETC系统车辆自动识别单元中标签、读写器、天线等产品进行性能指标分析，完成ETC系统工程实施方案的编制，并以小组为单位提交《ETC系统工程实施方案》

结合项目背景，分析《ETC系统解决方案》；【《ETC系统解决方案》——教学资源】根据项目需求和功能需求，认真分析各设备产品的性能指标参数；依据系统架构和设备，编制《ETC系统工程实施方案》。3.任务模块一：项目需求分析与架构设计

任务目标任务解析通项目资讯

在本项目中，首先从RFID技术出发，研究车道子系统。车道子系统中，主要包括底层应用单元（车道计算机）、车道控制单元（控制器、车辆检测器、道闸）、图像采集单元（摄像机、视频采集卡）、显示告警单元（车道通行灯、声光报警装置、车道显示屏）、射频识别单元（RSU和OBU）。各单元模块协同工作，完成车辆自动识别、车辆自动收费、控制道闸、车辆抓拍和非法报警等操作。在发卡子系统中，完成车载单元标签的初始化、车辆信息录入等操作。项目资讯在本项目中，首先从RFI项目资讯项目资讯4.1.1.1微波RFID技术概述4.1.1.2微波RFID常用技术标准4.1.1.3ETC应用技术标准——DSRC4.1.1微波RFID技术4.1.1.1微波RFID技术概述4.1.1微波RFID4.1.1.1微波RFID技术概述RFID技术概述微波是指频率为300MHz~300GHz，波长在1毫米~1米之间的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，也是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器等介质，可以使微波穿透而不被吸收；对于水和食物等就会吸收微波加热，而对于金属类，则会反射微波。224.1.1.1微波RFID技术概述RFID技术概述微波是指4.1.1.1微波RFID技术概述微波频段的RFID技术与高频(HF)、低频(LF)RFID技术相比，存在的差异主要体现在：工作距离应答器功能防碰撞天线阅读器和应答器的耦合方式12345234.1.1.1微波RFID技术概述微波频段的RFID技术与4.1.1.1微波RFID技术概述微波RFID技术主要应用包括：12345678910移动车辆识别管理；仓储物流应用；集装箱管理和应用；生产线自动化管理和应用；铁路包裹管理和应用；电子身份证；部队枪械管理；供应链管理和应用；航空包裹管理和应用；电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等244.1.1.1微波RFID技术概述微波RFID技术主要应用4.1.1.1微波RFID常用技术标准序号标准内容1ISO

10374基于微波电子标签的集装箱自动识别系统2ISO/IEC18000-4第4部分2.45GHz空气接口通信参数（2.45GHz读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法）3ISO/IEC18000-5第5部分5.8GHz空气接口通信参数4ISO/IEC18000-6第6部分860-960GHz空气接口通信参数（超高频段860～960MHz读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法）5ISO/IEC18000-7第7部分433.92MHz空气接口通信参数（超高频段433.92MHz读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法）254.1.1.1微波RFID常用技术标准序号标准内容14.1.1.3ETC应用技术标准——DSRCDSRC（DedicatedShortRangeCommunications，专用短程通信技术）是一种高效的无线通信技术，可以实现在特定区域内（通常为数十米）对高速运动中的移动目标识别和双向通信，例如车辆的“车-路”、“车-车”双向通信，实时传输图像、语音和数据信息，将车辆和道路有机联接。DSRC设备研发是智能交通系统（ITS）研究中的一个重要课题，广泛地应用于不停车收费、出入控制、车队管理、信息服务等领域，并在小区域范围内车辆识别、驾驶员识别、路网与车辆之间信息交互等方面具备得天独厚的优势。4.1.1.3ETC应用技术标准——DSRCDSRC（De4.1.1.3ETC应用技术标准——DSRCDSRC技术特点通信距离通常为数十米（10m~30m）通信速率：500kbps/250kbps，能承载大宽带的车载应用信息高安全性数据传输机制，支持双向认证及加/解密具备统一的国家标准，各种产品之间的互换性、兼容性强工作频段：ISM5.8GHz、915MHz、2.45GHz完善的加密通信机制：支持3DES、RSA算法；应用领域广：不停车收费、出入控制、信息服务等具备丰富的技术支持，产品多样化、专业化4.1.1.3ETC应用技术标准——DSRCDSRC技术特DSRC标准地区ISOCEN（欧洲）美国日本中国标准化组织TC204TC278ASTM/IEEETC204TC204工作频率5.8GHz915MHz5.8GHz（5.795~5.815GHz）5.8GHz（5.795~5.815GHz）915MHz（902~928MHz）5.8GHz5.8GHz工作方式主、被动方式分别使用被动式主、被动方式共用，采用主从通讯方式主动式被动式调制方式ASK,BPSKASKASK,BPSKDSRC标准地区ISOCEN（欧洲）美国日本中国标准化组织TDSRC标准地区ISOCEN（欧洲）美国日本中国通信协议HDLCTDMAFCMS,MDS,ACTSHDLC编码方式FMO,NRZI曼切斯特曼切斯特FMO,NRZI传输速率上行：500kb/s下行：250kb/s500kb/s1Mb/s上行：500kb/s下行：250kb/s审批机构ISO成员国CEN成员国ITSAmericaFCC邮政者建设者国家技术监督局国家委员会DSRC标准地区ISOCEN（欧洲）美国日本中国通信协议HD4.1.2.1RFID系统集成4.1.2.2RFID系统集成商4.1.2系统集成系统集成与系统集成商4.1.2.1RFID系统集成4.1.2系统集成系统集4.1.2.1RFID系统集成所谓系统集成（SI，SystemIntegration），就是通过结构化的综合布线系统和计算机网络技术，将各个分离的设备、功能和信息等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，使资源达到充分共享，并能实现集中、高效、便利的管理。系统集成涵盖了功能集成、网络集成、软件界面集成等多种集成技术。314.1.2.1RFID系统集成所谓系统集成（SI，Sys4.1.2.1RFID系统集成系统集成是根据总体目标，采用成熟的技术及产品，从T,Q,C,S,E等方面综合，实现从市场分析、产品设计、生产制造到售后服务的控制与管理的集成。324.1.2.1RFID系统集成系统集成是根据总体目标，采系统集成分为规划、设计、方案实现和部署运作四个阶段系统集成分为规划、设计、方案实现和部署运作四个阶段4.1.2.2RFID系统集成商RFID系统集成商是指能为客户提供RFID系统集成产品与服务的专业机构，通常为法人企业或企业联合。RFID系统集成商需要具备RFID技术的应用知识和销售、设计、执行、安装、调试以及技术支持等方面的专项技能。4.1.2.2RFID系统集成商RFID系统集成4.1.3.1车载单元4.1.3.2路侧单元4.1.3.3外设控制器4.1.3.4发卡器4.1.3ETC系统典型产品及设备4.1.3.1车载单元4.1.3ETC系统典型产品及设备ETC典型系统收费流程ETC典型系统收费流程地感拍照车道计算机车道控制器路侧设备RSU车辆进入阅读器范围地感地感拍照车道计算机车道控制器路侧设备RSU车辆进入地ETC车道子系统的主要单元OBURSU控制器网络地感线圈车道栏杆ETC车道子系统的主要单元OBURSU控制器网络地感线圈车道4.1.3.1车载单元车载单元（On

Board

Unit），简称OBU。

工作流程如下OBU进入到RSU的天线覆盖区域内OBU采用5.8Hz有源标签发送和接收信号OBU被激活可接收并响应RSU发送的各种命令OBU与路侧单元建立微波通信链路12435394.1.3.1车载单元车载单元（On

Board

Unit4.1.3.1车载单元--安装位置4.1.3.1车载单元--安装位置4.1.3.1车载单元

OBU硬件结构

车载单元OBU由基带数字模块BDS、射频模块RFS、电源控制模块、防拆卸模块、IC卡读写接口、交易显示/提示模块、锂电池等模块组成。4.1.3.1车载单元

OBU硬件结构

车载单元OBU由基OBU各模块功能OBU各模块功能OBU产品特性外观小巧时尚；轻触式余额查询按钮；同时支持中文LCD、蜂鸣及LED机械防拆设计，保护用户数据；支持全系统密钥控制及加解密处理。充分考虑挡风玻璃弧度，可适用于各类车型；超强3M胶固定，安装方便且牢固。低功耗设计：免维护时间大于5年可兼容任何符合国家标准的RSU兼容性高数据可靠性高抗振性人性化设计低功耗OBU产品特性外观小巧时尚；轻触式余额查询按钮；同时支持中4.1.3.2路侧单元路侧单元（RoadSideUnit），简称RSU。ETC系统中，RSU安装在路侧，采用DSRC技术，与车载单元（OBU）进行通讯，实现车辆身份识别、电子扣费等功能。5.8GHz有源RFID阅读器是ETC不停车电子收费系统中RSU的一个典型产品，主要完成与车载单元（OBU）和车道计算机之间的信息交互。阅读器对其覆盖范围内的车载电子标签进行识别，完成对标签的识别、认证、加密访问、电子钱包扣款等操作444.1.3.2路侧单元路侧单元（RoadSideUniETC龙门架安装位置正视图侧视图ETC龙门架安装位置正视图侧视图4.1.3.2路侧单元—硬件结构序号标识说明1ANT外接备用天线口2无气密孔3接地图示接地口4BW开关量接口5RS232/485串行接口6FE以太网接口7AC－IN220V交流电源接口4.1.3.2路侧单元—硬件结构序号标识说明1ANT外接备4.1.3.2路侧单元—硬件结构RSU主要由：交流电源模块（RAPM）、RSU数字板（MRCM）RSU射频板（MRRB）RSU防雷板（RTPB）RSU天线辐射单元板（MCAB）等五个模块组成4.1.3.2路侧单元—硬件结构RSU主要由：4.1.3.2路侧单元—硬件结构234RAPM模块MRCM模块MRRB模块MCAB模块Guidelines5阅读器的基带控制模块，主要实现阅读器的基带信号数字处理和ETC应用层协议功能，以及提供车道计算机的通讯接口。阅读器的射频模块，实现射频锁相环时钟产生，前向信号的调制和功率放大，反向信号的解调和放大，前向功率检测的功能。阅读器的天线模块，设计为右旋圆极化天线，完成5.8GHz信号的接收与发送。阅读器的信号与电源防雷模块，实现220V交流电源、RS232接口、RS485接口、干结点IO口和以太网口防雷，同时实现加热器的继电器控制。1主要完成对电源的处理，包括防雷、滤波、AC/DC变换，实现系统AC220/110V输入到DC3.3V输出的转换功能。RTPB模块54.1.3.2路侧单元—硬件结构234RAPM模块MRCM4.1.3.2路侧单元—产品特点协议兼容性好易于安装结果紧凑高低温性能支持多种通讯协议高性能可靠性高路侧单元产品特性电源接口通用4.1.3.2路侧单元—产品特点协议兼容性好易于安装结果紧4.1.3.2路侧单元—性能指标标签协议：GB/T20851-2007调制方式：ASK工作频率：

上行：5.790/5.800GHz下行：5.830/5.840GHz占用带宽：<5MHz空口速率（A类）：256kbit/s天线极化：

右旋圆极化天线半功率角：

水平面半功率波瓣宽度小于20°垂直面半功率波瓣宽度小于38°通讯距离：

0～30m（可调节）尺寸：296mm×199mm×59mm（一体机）重量：2.5kg外壳材料：

底壳：铸铝表壳：ABS安装位置：

龙门架、抱杆和墙面安装方式：

抱杆（横、竖均可）；挂墙物理参数技术参数4.1.3.2路侧单元—性能指标标签协议：GB/T2084.1.3.2路侧单元—微波天线

微波天线由高增益定向束控读写天线和射频控制器组成。高增益定向束控读写天线是一个微波收发模块，负责信号和数据的发送/接收、调制/解调、编码/解码、加密/解密；射频控制器是控制发射和接收数据以及处理向上位机收发信息的模块。

DSRC微波天线以5.8GHz微波无线DSRC协议的通讯方式与OBU及IC卡进行数据交换，实时采集和更新RFID标签以及IC卡中的收费信息，并通过网络与收费中心计算机进行通讯。4.1.3.2路侧单元—微波天线微波天线由高4.1.3.3外设控制器4.1.3.3外设控制器4.1.3.3外设控制器

外设控制器作为前端控制设备，对系统中的RSU、道闸、车辆检测器、声光报警装置、车道通行灯等交通外设提供接口和控制软件。可应用于ETC、自由流、停车场、道路采集点、轻轨等多种场景。4.1.3.3外设控制器外设控制器作4.1.3.3外设控制器的功能（1）具有多种类型的通讯接口，包括以太网口、RS485、RS232、USB、无线接口等。接口具备1000V浪涌能力，可直接与集成设备连接。支持RTC时钟功能，未进行网络时钟同步时提供本地时钟，在断网的情况下保证交易时间的准确性。具有网管功能。可以对设备进行配置管理、版本管理、告警管理、诊断测试、维护管理、性能管理，并提供TDK功能。提供丰富的二次开发接口，方便用户开发调试。提供序列号查询功能，通过产品序列号可确定以太网MAC地址。4.1.3.3外设控制器的功能（1）具有多种类型的通讯接口4.1.3.3外设控制器的功能（2）支持NVRAM（EEPROM)，存储单板类型、单板电子条码、硬件配置信息、设备ID等硬件信息。具有PSAM模块插座，支持4路PSAM安全模块，增强系统的安全性。具有LED状态指示功能，指示系统的工作状态。包括电源指示、告警指示、运行指示、4个PSAM工作指示、Wi-Fi和天线状态指示等。支持软件不可屏蔽的看门狗功能，加强系统长期工作的稳定性。支持断链缓存功能。当通信链路断开时，设备能保存一定数量的数据待链路恢复后续传。能通过T-Flash卡扩展缓存。4.1.3.3外设控制器的功能（2）支持NVRAM（EEP4.1.3.3外设控制器--接口标识及说明4.1.3.3外设控制器--接口标识及说明4.1.3.3外设控制器--接口标识及说明序号标识接口名称接口说明1DC-12V电源接口连接电源适配器为控制器供电，电源适配器将220VAC/50Hz的市电转换为12VDC输入。2-电源线固定座接口用于插入电源线固定座。电源线固定座用于固定、绑扎电源线，防止电源线脱落导致设备断电。3FE-1以太网接口为RJ45接口，FE-1与FE-2可同时使用。用作与应用服务器、网管服务器以及超高频阅读器之间的连接。4FE-25GPIO/RELAY开关量/继电器接口用户可以配置GPIO接口的输入输出方式、继电器的导通开关，实现接口的读写操作；用于控制道闸、信号灯、声光报警等功能6RS232/485RS232/485接口RS232与RS485共用一个物理接口。RS232支持通讯串口和调试串口的切换。7WiFi无线网口用于连接无线天线，支持Wi-Fi通讯模式。8TFT-Flash卡接口用于安装T-Flash存储卡扩展缓存。9USBUSB接口用于连接外置无线通讯模块，支持GPRS、WCDMA、TD、CDMA2000等形式的无线网络。10SAM1/SAM2/SAM3/SAM4PSAM卡槽用于安装PSAM卡。11RESET复位孔用于复位重启设备。12接地点用于连接保护地线。控制器可与相连接的设备内部共地，外部不必单独接保护地线。4.1.3.3外设控制器--接口标识及说明序号标识接口名称4.1.3.4发卡器在ETC发卡子系统中，涉及到的主要产品是发卡器，通常分为桌面发卡器和手持发卡器两种。4.1.3.4发卡器在ETC发卡子系统中，涉及到的主要产品4.1.3.4发卡器阅读器桌面式阅读器桌面式阅读器主要用于发卡中心集中发卡应用，安装于发卡中心桌面。该阅读器具有DSRC专用短程通信接口，可实现对OBU初始化、查验OBU数据、系统密钥替换、系统信息写入、车辆信息写入等功能。同时具有ISO14443A接口IC卡读写模块，支持对所有符合ISO14443A协议卡片的读写。手持式阅读器无需安装，直接手持使用，通常兼具PDA功能，适合临时路检，也可满足手持发卡的需求。应用场景面向高速公路、公安、交通、物流等移动类工作场合，具备DSRC专用短程通信接口，可实现OBU初始化、查验OBU数据、系统密钥替换、系统信息写入、车辆信息写入等功能。手持式阅读器4.1.3.4发卡器阅读器桌面式阅读器桌面式阅读器主要用于4.1.3.4发卡器4.1.3.4发卡器想一想学习ETC系统后，复述其主要模块和工作机制。思考ETC系统在实际运用中会面临哪些问题？如何与人工收费系统结合优化系统？想一想学习ETC系统后，复述其主要模块和工作机制。4.1.4.1工程实施方案概述4.1.1.2ETC系统工程实施方案设计

【行动过程】【评估测验】【拓展训练】4.1.4工程实施方案设计4.1.4.1工程实施方案概述4.1.4工程实施方案设计4.1.4.1工程实施方案概述一、编制目的需明确本项目中基于合同建设范围的所有实施工作内容和技术框架。编制的文档一方面作为与客户方就技术细节形成共识的约定性资料，另一方面作为合同后所有实施工作的技术要求及指导。二、参考资料《XX项目合同》及技术协议等附件；《XX项目工作内容清单》；《XX项目现场实施环境调研表》；《XX项目实施计划及采购预案》；《XX项目施工设计图纸》等。4.1.4.1工程实施方案概述一、编制目的4.1.4.1工程实施方案概述三、遵循规范《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94；《中华人民共和国公共安全行业标准》GA/T70-94；《工业电视系统工程设计规范》GBJ115-87；《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94；《工业企业通信设计规范》GBJ42-81；《建筑电气安装工程质量检验评定标准》GBJ303-88；《工业自动化仪表工程施工及验收规范》FBJ93-86；《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92；《建筑物防雷设计规范》GB50057-94《雷电电磁脉冲的防护》IECI312《计算机信息系统防雷保安器》GA173-1998等；《收费公路联网收费技术要求》中华人民共和国交通部2007年35号公告；《高速公路区域联网不停车收费示范工程暂行技术要求》交公路发【2008】275号等。4.1.4.1工程实施方案概述三、遵循规范4.1.4.1工程实施方案概述

四、项目边界

项目边界，即对该项目内容、目标等进行定义、分解和描述，明确项目的具体内容和具体目标。项目边界让工程师清晰理解项目需完成的工程任务