ETC是什么？
ETC是一种先进的道路收费系统，它通过安装在车辆挡风玻璃上的车载单元（OBU，On-Board Unit）与收费站的路侧单元（RSU，Road-Side Unit）进行微波通信，实现车辆在通过收费站时无需停车、无需现金,自动完成扣费的过程。
ETC就是“无感支付”在高速公路收费场景下的具体应用，它极大地提高了通行效率,减少了拥堵和尾气排放。
ETC的核心技术
ETC系统是一个复杂的综合系统,其实现依赖于多种关键技术的协同工作。
DSRC（专用短程通信）技术
这是ETC系统的核心技术，DSRC是一种基于微波（5.8GHz频段）的无线通信技术，专为车辆与路边设施之间的短距离、高速、可靠通信而设计。
- 特点：
- 低延迟：通信响应时间极短，通常在毫秒级别,确保车辆高速通过时也能完成数据交换。
- 高可靠性：抗干扰能力强,能适应恶劣的天气和环境。
- 安全性高：支持双向认证和数据加密,能有效防止作弊和数据篡改。
- 作用：在ETC系统中，DSRC是OBU和RSU之间的“对话”桥梁，负责传递车辆信息、扣费指令和交易确认。
RFID（射频识别）技术
DSRC可以看作是RFID技术的一种高级应用，ETC标签（OBU）本质上就是一个有源RFID标签。
- 工作方式：RSU（读写器）发射特定频率的微波信号，激活OBU（标签），OBU被激活后，会内置的电池供电，将存储的车辆信息（如车牌号、车型、账户ID等）通过微波信号发射回RSU。
- 有源 vs 无源：与超市里常见的无源RFID标签（需要靠近读写器才能被激活）不同，ETC的OBU是有源的，它自带电池，可以主动与远处的RSU通信，因此通信距离更远（通常为5-10米）。
车辆自动识别技术
这是ETC实现“自动”的关键,它包含两个核心子技术：
- 车牌识别：在ETC车道，除了DSRC天线，通常还安装有高清摄像头，当车辆进入识别区域时，系统会自动抓拍车牌图像，并与OBU返回的车辆信息进行比对，这起到了双重验证的作用，防止了“一车多卡”、“一卡多车”等作弊行为,也便于处理无OBU车辆或OBU失效的情况。
- 车型识别：早期的系统可能需要人工判断车型，现代ETC系统通常通过OBU内置的传感器（如重力传感器、陀螺仪）或通过分析车辆轮廓图像来自动识别车型,确保扣费准确。
后台清分结算系统
这是ETC的“大脑”和“财务中心”。
- 功能：
- 交易处理：接收来自全国各个收费站RSU上传的交易数据。
- 清分：根据预设的规则（如路径识别、费率标准），将一笔通行费在路网中的多个运营方（如高速公路公司、地方政府等）之间进行分配。
- 结算：将用户最终应缴的通行费，从其绑定的支付账户（如银行账户、微信/支付宝）中扣除。
- 账单与通知：生成用户的通行账单,并通过APP或短信等方式通知用户。
加密与安全认证技术
为了保障交易安全和用户隐私,ETC系统采用了多层加密和安全机制。
- 国密算法：中国的ETC系统普遍采用国家商用密码算法（如SM2、SM4）进行数据加密和签名,确保通信内容不被窃听和篡改。
- 双向认证：在交易开始前，RSU和OBU会互相验证对方的合法性（即“你是谁？你是合法的吗？”），只有认证通过后,才能进行数据交换。
- 防拆机制：OBU一旦从激活卡上取下并安装在车上，其内部的电路就会被破坏，使其无法再被其他车辆或设备盗用,保证了OBU与车辆的绑定关系。
ETC工作原理（完整流程）
ETC的整个工作流程可以分解为以下几个步骤,我们以一辆装有OBU的车辆通过ETC车道为例：
步骤1：进入通信区域
车辆以正常速度（通常低于20-40公里/小时）驶入ETC车道的天线通信区域，路侧单元的DSRC天线开始工作，以5.8GHz的频率持续发送微波信号。
步骤2：唤醒与连接
OBU接收到RSU的信号后，被“唤醒”，OBU内置的天线开始工作，与RSU建立微波连接，这个过程是瞬间完成的,通常在车辆进入天线范围后几十毫秒内发生。
步骤3：信息交换与身份认证
- OBU将存储的车辆信息（如车辆ID、车牌号等）以及加密后的支付信息,通过微波信号发送给RSU。
- RSU接收到信息后，会将其打包成标准的交易数据包,通过光纤网络实时发送到后台服务器。
- 后台服务器接收到请求后，会进行“双卡认证”：
- OBU认证：验证OBU是否合法、是否挂失、是否在有效期内。
- 支付卡认证：验证绑定的支付账户（如ETC卡或记账卡）是否有效、余额是否充足。
- 认证通过后，后台服务器向RSU发送“交易成功”的指令。
步骤4：交易执行与抬杆
- RSU接收到“交易成功”的指令后，会向OBU发送一个“交易成功”的确认信号。
- RSU会控制车道上方的自动栏杆机或信号灯，使其保持开启状态（或发出绿色通行信号）。
- 车辆顺利通过。
步骤5：数据记录与扣费
- 车辆通过后，RSU将本次交易的所有信息（时间、地点、车辆信息、金额等）上传至后台清分结算系统。
- 后台系统对交易数据进行核对、清分，并在当天或次日将通行费从用户的支付账户中扣除,用户可以通过相关APP或银行查询到详细的扣费记录。
异常情况处理
- 交易失败：如果OBU无效、余额不足或认证失败，RSU会向OBU发送“交易失败”信号，栏杆机不会抬起，或发出红色警报,提示车辆驶入人工车道处理。
- 无OBU/车牌识别：如果车辆没有OBU，系统会通过高清摄像头识别车牌，并将其作为无感支付车辆（如ETC无感支付用户）或人工处理车辆来处理。
| 技术层面 | 核心技术 | 作用 |
|---|---|---|
| 通信层 | DSRC / RFID | 实现车载单元与路侧单元之间的高速、可靠无线数据交换。 |
| 识别层 | 车牌识别 / 车型识别 | 自动获取车辆身份信息，与OBU信息进行比对，实现双重验证。 |
| 后台层 | 清分结算系统 | 处理全国范围内的交易数据，进行费率计算、资金分配和用户扣费。 |
| 安全层 | 国密算法 / 双向认证 | 保障通信过程的安全，防止盗刷和数据篡改，保护用户隐私和资金安全。 |
ETC系统正是通过这些技术的有机结合，构建了一个高效、智能、安全的现代化交通收费网络,是智慧交通和智慧城市建设的重要组成部分。
