我國高速公路電子支付現狀及其解決之道

摘要：我國高速公路普遍采用封閉式收費制式，各省市的聯網收費系統中，普遍采用了基于IC卡作為通行券的人工現金收費（MTC）方式。隨著國家系列金卡工程、金融電子化和交通一卡通進程的加速，公路收費中非現金付費（電子支付）的需求被提上了議事日程。本文主要從電子支付的角度出發，探討了在當前我國高速公路普遍實行聯網收費的大背景下，利用DSRC技術和IC卡技術開展各種形式的非現金收費服務的可能途徑，并著重介紹了一種基于兩片式電子標簽的、能夠提供ETC和MTC方式下的各種非現金和現金收費服務功能組合的組合式收費系統技術，以及這種技術的基本實現原理、應用情況和前景展望等。
1、概述
聯網收費是提升高速公路收費服務水平和管理效率的一項重要工作，也是國家實現高速公路信息化和智能交通發展戰略重要組成部分。自2000年10月份國家交通部正式出臺了《高速公路聯網收費暫行技術要求》后，以省級行政區域為單位的各省市高速公路聯網收費工作紛紛加快推進。截至2004年6月底，很多省份的聯網收費系統已經基本建成，并入聯網收費的路段不斷增加，聯網收費網絡規模不斷擴大。
我國高速公路普遍采用封閉式收費制式，各省市在聯網收費系統中，普遍采用了基于IC卡作為通行券的人工現金收費（MTC）方式。隨著國家系列金卡工程、金融電子化和交通一卡通進程的加速，公路收費中電子支付的需求被提上了議事日程。顧名思義，電子支付就是采用電子化的方式實現貨幣支付，公路收費中的電子支付就是采用非現金付費的方式實現過路費支付，它代表了公路收費行業的技術發展方向。公路收費中實現電子支付的主要方式有記帳卡、信用卡、預付卡、電子錢包等等。
在各種公路收費的電子支付手段當中，基于專用短程通訊（DSRC）技術的電子不停車收費（ETC）技術，以其具有免除現金交易、無需停車快速通過、有效提高通行能力、大大提升服務水平、簡化收費管理、降低環境污染等等明顯特點和優勢廣為受人青睞。這種技術自90年代初面世以來，先后在北美、歐洲、日本、澳洲、新加坡等地，得到了廣泛應用，被實踐證明是一種必將取代傳統人工收費的先進的非現金支付方式的電子收費技術手段。
2、聯網收費的后的新目標——非現金方式的電子支付
我國各省市高速公路聯網收費的核心目標是撤銷主線收費站、解決在同一路網內多次停車交費的問題；同時，通過后臺系統聯網，實現跨路段的收費金額分帳和結算。當前我國各省市高速公路的聯網收費有如下幾個方面的特點：
（1）收費技術中采用以基于非接觸邏輯加密IC卡為通行券的人工現金收費（MTC）系統為主流。
（2）聯網收費只實現IC卡通行券在路網內“一卡通”，即司機在路網入口領取一張IC卡通行券，在出口由收費員回收。
（3）聯網收費仍然沒有改變傳統的現金支付方式，沒有帶來收費服務水平的實質性提升，即非接觸IC卡普遍只是作為純粹的通行券使用，配以紙幣現金交易完成付費。
（4）個別地方在聯網收費系統建設的同時，開始考慮開展以邏輯加密IC卡作為帳號載體的非現金預付費服務，面向車輛用戶發行預付費卡。
（5）ETC技術的應用沒有與高速公路聯網收費通盤考慮，彼此相互割裂，ETC仍然得不到有效的推廣。
在世界范圍內，公路收費技術更加注重的不是“聯網收費”的本身，而實質是采用先進的電子不停車收費技術，向收費公路的用戶提供非現金付費和電子結算服務。典型的提供這種非現金付費和電子結算服務的收費公路例如加拿大407公路、美國加州一號高速公路、澳大利亞的悉尼電子收費公路、葡萄牙的國家電子收費公路網絡、法國的TIS電子收費、新加坡的ERP（電子道路收費）等等，都是以ETC的方式，提供非現金付費的、方便快捷的、無需停車的電子收費服務。
在我國開展高速公路聯網收費過程中，如果以更高戰略眼光結合ETC和IC卡非現金收費服務考慮，則聯網收費除了把撤銷主線收費站、實現路網內IC卡系統的聯網收費作為基本目標之外，另一個重要而可為的目標是實現基于電子付費、后臺結算的“一卡通”非現金收費服務。
在這種構想下實施的聯網收費系統，將具有比一般的純粹通行券聯網使用有明顯的優點：第一是其實現撤銷主線收費站，全路網IC卡通行券統一流通使用；第二是采用一個統一的后臺事務管理和結算支撐系統，提供非現金方式的電子支付手段，為用戶提供免除現金的電子付費服務；第三是在收費服務前臺（車道）可以按交通流需求和車道資源限制靈活配置，選擇提供人工半自動收費（MTC）方式或者ETC方式的電子付費服務；第四是可以借助電子收費介質和電子結算網絡，延伸無處不在的電子增值服務網絡：服務區、加油站、汽車維修、便利店電子付費等。
實現這種方式的聯網收費和非現金收費，將使得高速公路運輸服務網絡的使用效率得到有效提高，更充分地發揮了高速公路的固有優點；同時，借助電子收費系統，帶來管理成本的大大節省，帶來更高的用戶服務水平和用戶滿意度，降低來自部分反對道路公共設施收費的公眾的壓力。
3、公路收費中電子支付的主要方式
公路收費中電子支付（非現金收費服務）有三種主要的方式：即純粹的IC卡非現金收費（停車方式）、基于單片式電子標簽的非現金收費（不停車方式）、基于兩片式電子標簽組合式非現金收費（停車方式及不停車方式）。
3.1純粹的IC卡非現金收費（MTC）
IC卡人工收費系統中，基本的收費模式是以邏輯加密IC卡作為通行券，車輛進入入口時，領取IC卡通行券，到達出口時收費員收卡，同時用戶現金交費。除此之外，還可以利用IC卡作為非現金收費的介質，卡片由運營單位發行，用戶到運營單位制定的服務點申請用戶卡，同時系統在后臺和IC卡中記錄用戶開戶信息、帳號信息等，用戶可以持卡在高速公路進行非現金方式的電子付費。這種系統有如下幾個方面的特征：
（1）在前臺的車道收費終端停車刷卡付費，在系統后臺結算和劃帳，為用戶提供非現金付費服務。
（2）系統只提供停車方式的MTC人工收費服務，沒有便捷ETC服務。
（3）系統的技術實現比較簡單，只需要在原有的IC卡人工收費系統之上方便地疊加即可。
（4）系統一般為后臺帳號式付費。除非使用CPU卡，否則沒有足夠的安全性實現基于前臺脫機交易方式的儲值卡（即電子錢包）付費。
（5）系統的建設成本比較低，但是對用戶的收費服務水平沒有質的提高。
3.2基于單片式電子標簽的非現金收費（ETC）
基于單片式電子標簽的電子不停車收費系統，是一種先進的非現金付費方式。這種系統的前端設備由路側讀寫設備（RSU）和車載電子標簽設備（OBU）設備組成。車載電子標簽固定在車輛上，作為車輛的唯一性標識設備，當裝載有電子標簽的車輛經過收費站時，ETC收費系統通過路側讀寫設備與電子標簽進行通信，讀取車輛相關信息、計算費額、控制交通指揮設備，從而完成自動收費。這種方式與純粹的IC卡非現金付費方式非常類似，只是由于采用了以DSRC技術為平臺的無線通信方式，使得電子標簽與路邊設備的通信距離大大增加（可達7～15米距離），從而可以實現車輛無需停車快速通過收費口。這種技術有如下的特點：
（1）以RFID技術或者DSRC技術為基礎，單片式電子標簽是非現金付費的媒介。
（2）在前臺的收費車道終端自動完成收費交易，免需停車、免需人工干預，快速便捷，系統后臺結算和劃帳。
（3）只實現不停車方式的電子收費服務，沒有提供用戶已經習慣使用的傳統人工收費服務，沒有人工半自動收費的兼容能力。
（4）在實現上相對IC卡系統復雜，至少需要一個獨立于人工收費系統的前臺收費終端網絡，需要在每個收費站都設置有ETC車道。
（5）一般為后臺帳號式付費，沒有足夠的安全性實現基于前臺脫機交易方式的儲值卡（即電子錢包）付費，容易給運營單位帶來資金拖欠和追索困難的風險。
（6）對用戶的收費服務水平有很大提高，但是在封閉高速公路聯網收費條件下，其系統的建設成本也非常高昂。
3.3基于兩片式電子標簽的組合式電子收費（ETC+MTC）
組合式電子收費是一種基于兩片式電子標簽的組合式收費技術。組合式收費系統中，采用的電子標簽是一種兩片式電子標簽，其帶有標準的IC卡接口（通常為ISO7816規格的接觸式IC卡接口或者ISO14443規格的非接觸IC卡接口），與IC卡共同組成一套完整的兩片式ETC車載設備。兩片式電子標簽中的IC卡可以采用MIFARE I格式的邏輯加密卡或者MIFARE PRO格式的非接觸或者雙界面CPU卡。兩片式電子標簽和IC卡由運營單位發行，用戶到運營單位指定的發行服務點上申請車載設備。申請的時候，用戶可以選擇單申請IC卡，也可以選擇連同兩片式電子標簽一起申請。如果選擇前者，則用戶可以獲得MTC的非現金付費服務；如果申請了后者，則用戶可以同時獲得MTC和ETC方式的非現金付費服務。這種技術有如下的特點：
（1）系統是基于IC卡作為收費介質的收費系統，具有兼容人工半自動收費（MTC）和電子不停車收費（ETC）的能力。
（2）收費系統前端（車道級）可以根據需要設置MTC車道和ETC車道。
（3）MTC采用現金和非現金兩種付費方式，ETC采用非現金付費方式。
（4）MTC的現金付費方式下，采用非接觸IC卡作為通行券，收費員入口發卡、出口收卡，用戶現金付費。
（5）MTC的非現金付費方式下，采用IC卡作為通行券和支付卡，用戶在入口刷卡通過、出口刷卡付費，免現金交易。
（6）ETC方式下，采用兩片式電子標簽加IC卡的方式作為完整的收費媒介，運用此媒介，可以輕松實現無需停車的電子支付服務。
（7）運營單位發行的IC卡，可以根據運營需要做成記帳卡（含有帳號信息）或儲值卡（電子錢包）方式，簡稱非現金支付卡；此支付卡作為非現金支付手段，既可以與車載機配合在ETC中使用，又可以在MTC中使用，通過這種方式，兼容了MTC和ETC。
4、聯網收費中電子支付技術的選擇——組合式收費技術
如上所述，各種不同方式的非現金電子支付收費方式各有其特點。在通盤考慮了各種非現金付費方式的技術特點和優缺點，并從技術、投資、運營、擴展性靈活性等方面進行綜合評價后，我認為基于兩片式電子標簽的組合式收費技術為當前國內聯網收費中電子支付的最佳技術方案。該方案既綜合了前面兩種方式的優點，又避免了他們的固有缺點。使用這種方式，可以在同一聯網路段的網絡內，向用戶提供停車和不停車兩種方式下的非現金收費服務，具體來說有如下的四種方式：
（1）停車方式的儲值卡付費（MTC+SVC）
雙界面CPU卡作為儲值卡使用，卡內以電子錢包的形式記錄金額，該卡片同時作為付費介質和通行介質使用。用戶車輛通過車道時，把儲值卡交給收費人員，收費人員進行刷卡，系統自動扣除卡上金額，并指揮車輛通過。整個過程無須現金，用戶省去了攜帶大量現金的麻煩，使用方便，也不用交額外的服務費。
（2）不停車方式的儲值卡付費（ETC+SVC）

使用如上所述的一張儲值卡，加上一個兩片式電子標簽，用戶就能夠在通過ETC車道時，獲得不停車方式的儲值卡付費服務。用戶車輛通過車道時，把儲值卡插在電子標簽中，系統通過路側天線與電子標簽進行通訊，讀取卡上信息，自動扣除卡上金額，并指揮車輛通過。車輛無須停車，快速通過ETC車道，獲得高效快捷的ETC服務。
（3）停車方式的記帳卡付費（MTC+ID卡）
雙界面CPU卡作為記帳卡使用，卡內記錄特定用戶信息，在后臺，系統通過卡號碼與用戶的銀行帳號對應起來，卡片同時作為付費介質和通行介質使用。用戶車輛通過車道時，把記帳卡交給收費人員，收費人員進行刷卡，用戶在路段上的消費被系統自動記錄，作為事后向銀行請求扣款的依據，系統同時指揮車輛通過。整個過程無須現金，用戶省去了攜帶大量現金的麻煩，使用方便，也不用交額外的服務費。
（4）不停車方式的記帳卡付費（ETC+ ID卡）
使用如上所述的一張記帳卡，加上一個兩片式電子標簽，用戶就能夠在通過ETC車道時，獲得不停車方式的記帳卡付費服務。用戶車輛通過車道時， 把記帳卡插在電子標簽中，系統通過無線鏈路與標簽和卡片進行數據交換，用戶在路段上的消費被系統自動記錄，作為事后向銀行請求扣款的依據，同時，系統指揮車輛通過。車輛無須停車，快速通過ETC車道，獲得高效快捷的ETC服務。
除了如上的四種服務方式之外，系統還向用戶提供了傳統的停車方式現金付費服務，系統兼容以Mifa re I非接觸邏輯加密卡作通行券的普通IC卡收費方式，使得尚未申請支付卡服務的用戶，能夠繼續使用所熟悉的“入口領卡、出口交費”的現金付費業務。這樣，不僅可以照顧用戶的傳統使用習慣，還能最大程度保護已有車道系統的投資。系統通過這種方式，向用戶提供了任意的MTC和ETC方式下的非現金收費和現金收費服務組合，從而構成了完整的組合式收費系統。
在基于兩片式電子標簽的組合式收費系統中，由于基于IC非現金支付方式的引入，使得整個收費系統的伸縮性和擴展性得到大大的提高。在組合式收費技術中，系統最大的一個優點是容許業主隨時根據用戶需求的階段增長，隨意選擇在任意的收費車道增設ETC車道。而在任何時候，系統并不會因為某個收費站沒有設置ETC車道而使得用戶不能通過，因為用戶隨時可以使用雙界面CPU卡從任意的MTC車道獲得人工非現金收費服務。
IC卡電子支付方式的引入，還使得組合式收費技術的擁有了另一個明顯優點，即系統具備極強的多應用擴展能力，可以結合高速公路相關產業的特點，無縫擴展到服務區、加油站、便利店、餐飲、汽修點、汽車美容服務等場合，也可以擴展到城市中的公交一卡通、出租車收費，公安交通管理中的車輛管理、駕駛員管理，交通運輸中的運政管理、規費征收等場合，作為一張交通IC卡使用，真正做到交通一卡通。
因此，基于兩片式電子標簽加雙界面CPU卡的組合式電子收費技術，不僅是聯網收費一卡通中開展非現金付費的最佳選擇，也是未來交通行業“一卡通”的最佳選擇。
5、組合式收費系統中的關鍵設備
在組合式收費技術中，收費車道系統使用一種基于5.8GHz微波頻段的專用短程通信（DSRC）技術設備來實現電子不停車收費（ETC）。組合式收費系統中的關鍵設備主要是指專用短程通信（DSRC）設備。DSRC設備主要由路側設備（RSU）和車載設備（OBU）組成，路側設備主要是指安裝在車道控制系統前端的起信息采集作用的微波讀寫控制器，其由天線和讀寫控制器組成；車載設備（OBU）主要是指安裝在用戶車輛上作為記錄車輛通行信息的移動設備，其由兩片式電子標簽與IC卡組成。DSRC設備的構成如下圖：

在微波讀寫控制器中，天線是一個微波收發模塊，負責調制、解調、編碼、解碼無線鏈路傳送的數據；讀寫控制器是控制發射和接收數據、以及處理信號收發的模塊。微波讀寫控制器以無線通訊的方式，與電子標簽進行數據交換，采集和更新標簽中的收費信息，并通過串行口與計算機通訊。
在車載設備中，電子標簽是一種具有智能卡接口的兩片式電子標簽，兩片式電子標簽本身是一個數據存儲器，可以根據需要存儲收費應用中有關的電子信息（例如車輛物理參數信息、車主信息、標簽發行信息等），同時，它還起到了通信中繼器的作用，路側設備通過它與智能卡進行快速的移動通信，讀取并往智能卡中寫入相關的收費數據。
與DSRC設備中兩片式電子標簽配套使用的還有IC卡。IC卡可以是邏輯加密卡，也可以是CPU卡。IC卡作為通行券和付費卡使用，可以根據運營需要設計成記賬卡方式和儲值卡方式的兩種應用。記賬卡方式下，與普通的帳號卡付費形式完全一致，操作簡便快捷，后臺電子結算，對于大宗固定的車隊式用戶有較大的吸引力；儲值卡方式下，實際上是一個電子錢包，這對于降低運營風險，向廣大社會車輛用戶大面積推廣有很大的好處。通常在IC卡片技術選擇的時候，考慮到公路收費行業IC卡中儲存的資金額度比較大，IC卡建議采用符合PBOC金融安全應用標準的CPU卡。
6、組合式收費技術的應用與前景展望
電子支付代表了行業發展的方向，在公路收費中應用電子支付手段實現非現金付費是聯網收費后的一個新的重要目標。各省市聯網收費系統的相繼建成以及收費網絡的不斷擴大，為開展非現金電子支付奠定了必要的物質基礎。在基于聯網收費的基礎上，建設一個在技術上具有足夠兼容性，服務上具有足夠靈活度，應用上具有足夠可擴展性，規模上具有足夠可伸縮性，投資上具有足夠彈性的非現金收費網絡，為用戶提供方便快捷的不停車和停車方式非現金收費服務，是聯網收費的一個發展方向，是實現高速公路相關服務電子化和交通一卡通的必由之路。
基于兩片式電子標簽的組合式收費技術，是高速公路收費中實現支付電子化的有效解決之道?；谶@種技術的試驗系統自2001年先后在京珠南高速公路廣韶段和上海虹橋機場兩個試點工程中出現以來，成為業界關注的焦點。2002年起，廣東決定全省所有的高速公路統一采用組合式收費技術平臺，按照廣東省政府主管部門的統一部署，省政府授權在全省范圍內設立一個聯網電子收費專營公司，統一負責全省聯網收費和組合式ETC推廣工作，全省高速公路分六大片區實行聯網收費，并設置有將近100條的組合式ETC收費車道。
截至2004年12月底，廣東全省高速公路聯網收費六大片區（粵北、粵西、粵東、珠三角、廣州、深圳）合計總里程超過2500公里的41條高速公路路段，已經全面正式開通了組合式聯網收費，真正實現了“一卡在手，全省通行”的建設目標。廣東高速公路聯網收費系統全面向社會車輛用戶提供粵通卡（雙界面CPU卡）非現金支付和ETC不停車收費服務；同時，專營公司與全省兩大商業銀行（工行和建行）合作，開展粵通卡代理銷售和充值業務。截至2004年12月底，建設銀行廣東省分行已經開通了其分布于全省各地的200多個網點全面支持粵通卡業務。目前，全省每天新增粵通卡ETC用戶約400～500個，按照此速度發展，預計到2005年底，廣東全省高速公路聯網收費中ETC網絡用戶量將達到10萬個以上。
在廣東使用的兩片式DSRC設備（OBU電子標簽和RSU車道微波天線），完全采用本土化的、擁有自主知識產權的5.8GHz微波頻段兩片式DSRC技術，由國內廠商研制開發而成。對于業界普遍關心的技術標準和設備互換性問題，廣東省采用了統一技術標準、實施關鍵設備市場準入制度的方式加以解決。其中，廣東省質量技術監督局于2002年正式發布了【DB44-2002】地方技術標準。從2004年初起，聯網收費主管部門開始組織有關業主、廠家和開發單位，共同完成了DSRC關鍵設備的互換和準入檢驗測試規程；并且有關廠家的DSRC設備兼容性測試已經于2004年9月份在聯網收費歸口技術監督部門的組織下順利完成。經過測試，第一批符合廣東市場標準 的兩個DSRC設備生產廠家已經分別開始批量向市場供應RSU天線和OBU電子標簽。按照政府主管部門的規劃，未來將會增加至3～5家設備供貨商。
廣東省基于兩片式電子標簽的組合式聯網收費和電子支付系統的順利建成，為全國各省市開展公路收費電子支付系統建設提供了有價值的借鑒，也大大推動了組合式收費關鍵技術設備——DSRC設備的國產化進程。可以預期，隨著聯網收費網絡的形成和電子支付應用環境的成熟，以及隨著具有互換性的國產化兩片式DSRC設備的出現，基于兩片式電子標簽的組合式電子收費技術及其產業化的階段很快就會到來，公路收費電子支付實現的目標已經為期不遠。
公路收費在本質上是政府特許下的壟斷，其屬性不是市場的、不是服務的、不是競爭的；而電子支付（不論ETC還是MTC），其本質是市場的、是服務的、是競爭的，只有用服務去誘導和吸引客戶。電子支付的引入，使得MTC現金收費有了競爭者，競爭是服務提升的根本途徑。我們一定可以預見，政府最終會在高速公路收費中引入競爭，為電子支付松綁，會為聯網收費加料，為老百姓的根本利益服務。