我国高速公路电子支付现状及其解决之道

摘要：我国高速公路普遍采用封闭式收费制式，各省市的联网收费系统中，普遍采用了基于IC卡作为通行券的人工现金收费（MTC）方式。随着国家系列金卡工程、金融电子化和交通一卡通进程的加速，公路收费中非现金付费（电子支付）的需求被提上了议事日程。本文主要从电子支付的角度出发，探讨了在当前我国高速公路普遍实行联网收费的大背景下，利用DSRC技术和IC卡技术开展各种形式的非现金收费服务的可能途径，并着重介绍了一种基于两片式电子标签的、能够提供ETC和MTC方式下的各种非现金和现金收费服务功能组合的组合式收费系统技术，以及这种技术的基本实现原理、应用情况和前景展望等。
1、概述
联网收费是提升高速公路收费服务水平和管理效率的一项重要工作，也是国家实现高速公路信息化和智能交通发展战略重要组成部分。自2000年10月份国家交通部正式出台了《高速公路联网收费暂行技术要求》后，以省级行政区域为单位的各省市高速公路联网收费工作纷纷加快推进。截至2004年6月底，很多省份的联网收费系统已经基本建成，并入联网收费的路段不断增加，联网收费网络规模不断扩大。
我国高速公路普遍采用封闭式收费制式，各省市在联网收费系统中，普遍采用了基于IC卡作为通行券的人工现金收费（MTC）方式。随着国家系列金卡工程、金融电子化和交通一卡通进程的加速，公路收费中电子支付的需求被提上了议事日程。顾名思义，电子支付就是采用电子化的方式实现货币支付，公路收费中的电子支付就是采用非现金付费的方式实现过路费支付，它代表了公路收费行业的技术发展方向。公路收费中实现电子支付的主要方式有记帐卡、信用卡、预付卡、电子钱包等等。
在各种公路收费的电子支付手段当中，基于专用短程通讯（DSRC）技术的电子不停车收费（ETC）技术，以其具有免除现金交易、无需停车快速通过、有效提高通行能力、大大提升服务水平、简化收费管理、降低环境污染等等明显特点和优势广为受人青睐。这种技术自90年代初面世以来，先后在北美、欧洲、日本、澳洲、新加坡等地，得到了广泛应用，被实践证明是一种必将取代传统人工收费的先进的非现金支付方式的电子收费技术手段。
2、联网收费的后的新目标——非现金方式的电子支付
我国各省市高速公路联网收费的核心目标是撤销主线收费站、解决在同一路网内多次停车交费的问题；同时，通过后台系统联网，实现跨路段的收费金额分帐和结算。当前我国各省市高速公路的联网收费有如下几个方面的特点：
（1）收费技术中采用以基于非接触逻辑加密IC卡为通行券的人工现金收费（MTC）系统为主流。
（2）联网收费只实现IC卡通行券在路网内“一卡通”，即司机在路网入口领取一张IC卡通行券，在出口由收费员回收。
（3）联网收费仍然没有改变传统的现金支付方式，没有带来收费服务水平的实质性提升，即非接触IC卡普遍只是作为纯粹的通行券使用，配以纸币现金交易完成付费。
（4）个别地方在联网收费系统建设的同时，开始考虑开展以逻辑加密IC卡作为帐号载体的非现金预付费服务，面向车辆用户发行预付费卡。
（5）ETC技术的应用没有与高速公路联网收费通盘考虑，彼此相互割裂，ETC仍然得不到有效的推广。
在世界范围内，公路收费技术更加注重的不是“联网收费”的本身，而实质是采用先进的电子不停车收费技术，向收费公路的用户提供非现金付费和电子结算服务。典型的提供这种非现金付费和电子结算服务的收费公路例如加拿大407公路、美国加州一号高速公路、澳大利亚的悉尼电子收费公路、葡萄牙的国家电子收费公路网络、法国的TIS电子收费、新加坡的ERP（电子道路收费）等等，都是以ETC的方式，提供非现金付费的、方便快捷的、无需停车的电子收费服务。
在我国开展高速公路联网收费过程中，如果以更高战略眼光结合ETC和IC卡非现金收费服务考虑，则联网收费除了把撤销主线收费站、实现路网内IC卡系统的联网收费作为基本目标之外，另一个重要而可为的目标是实现基于电子付费、后台结算的“一卡通”非现金收费服务。
在这种构想下实施的联网收费系统，将具有比一般的纯粹通行券联网使用有明显的优点：第一是其实现撤销主线收费站，全路网IC卡通行券统一流通使用；第二是采用一个统一的后台事务管理和结算支撑系统，提供非现金方式的电子支付手段，为用户提供免除现金的电子付费服务；第三是在收费服务前台（车道）可以按交通流需求和车道资源限制灵活配置，选择提供人工半自动收费（MTC）方式或者ETC方式的电子付费服务；第四是可以借助电子收费介质和电子结算网络，延伸无处不在的电子增值服务网络：服务区、加油站、汽车维修、便利店电子付费等。
实现这种方式的联网收费和非现金收费，将使得高速公路运输服务网络的使用效率得到有效提高，更充分地发挥了高速公路的固有优点；同时，借助电子收费系统，带来管理成本的大大节省，带来更高的用户服务水平和用户满意度，降低来自部分反对道路公共设施收费的公众的压力。
3、公路收费中电子支付的主要方式
公路收费中电子支付（非现金收费服务）有三种主要的方式：即纯粹的IC卡非现金收费（停车方式）、基于单片式电子标签的非现金收费（不停车方式）、基于两片式电子标签组合式非现金收费（停车方式及不停车方式）。
3.1纯粹的IC卡非现金收费（MTC）
IC卡人工收费系统中，基本的收费模式是以逻辑加密IC卡作为通行券，车辆进入入口时，领取IC卡通行券，到达出口时收费员收卡，同时用户现金交费。除此之外，还可以利用IC卡作为非现金收费的介质，卡片由运营单位发行，用户到运营单位制定的服务点申请用户卡，同时系统在后台和IC卡中记录用户开户信息、帐号信息等，用户可以持卡在高速公路进行非现金方式的电子付费。这种系统有如下几个方面的特征：
（1）在前台的车道收费终端停车刷卡付费，在系统后台结算和划帐，为用户提供非现金付费服务。
（2）系统只提供停车方式的MTC人工收费服务，没有便捷ETC服务。
（3）系统的技术实现比较简单，只需要在原有的IC卡人工收费系统之上方便地叠加即可。
（4）系统一般为后台帐号式付费。除非使用CPU卡，否则没有足够的安全性实现基于前台脱机交易方式的储值卡（即电子钱包）付费。
（5）系统的建设成本比较低，但是对用户的收费服务水平没有质的提高。
3.2基于单片式电子标签的非现金收费（ETC）
基于单片式电子标签的电子不停车收费系统，是一种先进的非现金付费方式。这种系统的前端设备由路侧读写设备（RSU）和车载电子标签设备（OBU）设备组成。车载电子标签固定在车辆上，作为车辆的唯一性标识设备，当装载有电子标签的车辆经过收费站时，ETC收费系统通过路侧读写设备与电子标签进行通信，读取车辆相关信息、计算费额、控制交通指挥设备，从而完成自动收费。这种方式与纯粹的IC卡非现金付费方式非常类似，只是由于采用了以DSRC技术为平台的无线通信方式，使得电子标签与路边设备的通信距离大大增加（可达7～15米距离），从而可以实现车辆无需停车快速通过收费口。这种技术有如下的特点：
（1）以RFID技术或者DSRC技术为基础，单片式电子标签是非现金付费的媒介。
（2）在前台的收费车道终端自动完成收费交易，免需停车、免需人工干预，快速便捷，系统后台结算和划帐。
（3）只实现不停车方式的电子收费服务，没有提供用户已经习惯使用的传统人工收费服务，没有人工半自动收费的兼容能力。
（4）在实现上相对IC卡系统复杂，至少需要一个独立于人工收费系统的前台收费终端网络，需要在每个收费站都设置有ETC车道。
（5）一般为后台帐号式付费，没有足够的安全性实现基于前台脱机交易方式的储值卡（即电子钱包）付费，容易给运营单位带来资金拖欠和追索困难的风险。
（6）对用户的收费服务水平有很大提高，但是在封闭高速公路联网收费条件下，其系统的建设成本也非常高昂。
3.3基于两片式电子标签的组合式电子收费（ETC+MTC）
组合式电子收费是一种基于两片式电子标签的组合式收费技术。组合式收费系统中，采用的电子标签是一种两片式电子标签，其带有标准的IC卡接口（通常为ISO7816规格的接触式IC卡接口或者ISO14443规格的非接触IC卡接口），与IC卡共同组成一套完整的两片式ETC车载设备。两片式电子标签中的IC卡可以采用MIFARE I格式的逻辑加密卡或者MIFARE PRO格式的非接触或者双界面CPU卡。两片式电子标签和IC卡由运营单位发行，用户到运营单位指定的发行服务点上申请车载设备。申请的时候，用户可以选择单申请IC卡，也可以选择连同两片式电子标签一起申请。如果选择前者，则用户可以获得MTC的非现金付费服务；如果申请了后者，则用户可以同时获得MTC和ETC方式的非现金付费服务。这种技术有如下的特点：
（1）系统是基于IC卡作为收费介质的收费系统，具有兼容人工半自动收费（MTC）和电子不停车收费（ETC）的能力。
（2）收费系统前端（车道级）可以根据需要设置MTC车道和ETC车道。
（3）MTC采用现金和非现金两种付费方式，ETC采用非现金付费方式。
（4）MTC的现金付费方式下，采用非接触IC卡作为通行券，收费员入口发卡、出口收卡，用户现金付费。
（5）MTC的非现金付费方式下，采用IC卡作为通行券和支付卡，用户在入口刷卡通过、出口刷卡付费，免现金交易。
（6）ETC方式下，采用两片式电子标签加IC卡的方式作为完整的收费媒介，运用此媒介，可以轻松实现无需停车的电子支付服务。
（7）运营单位发行的IC卡，可以根据运营需要做成记帐卡（含有帐号信息）或储值卡（电子钱包）方式，简称非现金支付卡；此支付卡作为非现金支付手段，既可以与车载机配合在ETC中使用，又可以在MTC中使用，通过这种方式，兼容了MTC和ETC。
4、联网收费中电子支付技术的选择——组合式收费技术
如上所述，各种不同方式的非现金电子支付收费方式各有其特点。在通盘考虑了各种非现金付费方式的技术特点和优缺点，并从技术、投资、运营、扩展性灵活性等方面进行综合评价后，我认为基于两片式电子标签的组合式收费技术为当前国内联网收费中电子支付的最佳技术方案。该方案既综合了前面两种方式的优点，又避免了他们的固有缺点。使用这种方式，可以在同一联网路段的网络内，向用户提供停车和不停车两种方式下的非现金收费服务，具体来说有如下的四种方式：
（1）停车方式的储值卡付费（MTC+SVC）
双界面CPU卡作为储值卡使用，卡内以电子钱包的形式记录金额，该卡片同时作为付费介质和通行介质使用。用户车辆通过车道时，把储值卡交给收费人员，收费人员进行刷卡，系统自动扣除卡上金额，并指挥车辆通过。整个过程无须现金，用户省去了携带大量现金的麻烦，使用方便，也不用交额外的服务费。
（2）不停车方式的储值卡付费（ETC+SVC）

使用如上所述的一张储值卡，加上一个两片式电子标签，用户就能够在通过ETC车道时，获得不停车方式的储值卡付费服务。用户车辆通过车道时，把储值卡插在电子标签中，系统通过路侧天线与电子标签进行通讯，读取卡上信息，自动扣除卡上金额，并指挥车辆通过。车辆无须停车，快速通过ETC车道，获得高效快捷的ETC服务。
（3）停车方式的记帐卡付费（MTC+ID卡）
双界面CPU卡作为记帐卡使用，卡内记录特定用户信息，在后台，系统通过卡号码与用户的银行帐号对应起来，卡片同时作为付费介质和通行介质使用。用户车辆通过车道时，把记帐卡交给收费人员，收费人员进行刷卡，用户在路段上的消费被系统自动记录，作为事后向银行请求扣款的依据，系统同时指挥车辆通过。整个过程无须现金，用户省去了携带大量现金的麻烦，使用方便，也不用交额外的服务费。
（4）不停车方式的记帐卡付费（ETC+ ID卡）
使用如上所述的一张记帐卡，加上一个两片式电子标签，用户就能够在通过ETC车道时，获得不停车方式的记帐卡付费服务。用户车辆通过车道时， 把记帐卡插在电子标签中，系统通过无线链路与标签和卡片进行数据交换，用户在路段上的消费被系统自动记录，作为事后向银行请求扣款的依据，同时，系统指挥车辆通过。车辆无须停车，快速通过ETC车道，获得高效快捷的ETC服务。
除了如上的四种服务方式之外，系统还向用户提供了传统的停车方式现金付费服务，系统兼容以Mifa re I非接触逻辑加密卡作通行券的普通IC卡收费方式，使得尚未申请支付卡服务的用户，能够继续使用所熟悉的“入口领卡、出口交费”的现金付费业务。这样，不仅可以照顾用户的传统使用习惯，还能最大程度保护已有车道系统的投资。系统通过这种方式，向用户提供了任意的MTC和ETC方式下的非现金收费和现金收费服务组合，从而构成了完整的组合式收费系统。
在基于两片式电子标签的组合式收费系统中，由于基于IC非现金支付方式的引入，使得整个收费系统的伸缩性和扩展性得到大大的提高。在组合式收费技术中，系统最大的一个优点是容许业主随时根据用户需求的阶段增长，随意选择在任意的收费车道增设ETC车道。而在任何时候，系统并不会因为某个收费站没有设置ETC车道而使得用户不能通过，因为用户随时可以使用双界面CPU卡从任意的MTC车道获得人工非现金收费服务。
IC卡电子支付方式的引入，还使得组合式收费技术的拥有了另一个明显优点，即系统具备极强的多应用扩展能力，可以结合高速公路相关产业的特点，无缝扩展到服务区、加油站、便利店、餐饮、汽修点、汽车美容服务等场合，也可以扩展到城市中的公交一卡通、出租车收费，公安交通管理中的车辆管理、驾驶员管理，交通运输中的运政管理、规费征收等场合，作为一张交通IC卡使用，真正做到交通一卡通。
因此，基于两片式电子标签加双界面CPU卡的组合式电子收费技术，不仅是联网收费一卡通中开展非现金付费的最佳选择，也是未来交通行业“一卡通”的最佳选择。
5、组合式收费系统中的关键设备
在组合式收费技术中，收费车道系统使用一种基于5.8GHz微波频段的专用短程通信（DSRC）技术设备来实现电子不停车收费（ETC）。组合式收费系统中的关键设备主要是指专用短程通信（DSRC）设备。DSRC设备主要由路侧设备（RSU）和车载设备（OBU）组成，路侧设备主要是指安装在车道控制系统前端的起信息采集作用的微波读写控制器，其由天线和读写控制器组成；车载设备（OBU）主要是指安装在用户车辆上作为记录车辆通行信息的移动设备，其由两片式电子标签与IC卡组成。DSRC设备的构成如下图：

在微波读写控制器中，天线是一个微波收发模块，负责调制、解调、编码、解码无线链路传送的数据；读写控制器是控制发射和接收数据、以及处理信号收发的模块。微波读写控制器以无线通讯的方式，与电子标签进行数据交换，采集和更新标签中的收费信息，并通过串行口与计算机通讯。
在车载设备中，电子标签是一种具有智能卡接口的两片式电子标签，两片式电子标签本身是一个数据存储器，可以根据需要存储收费应用中有关的电子信息（例如车辆物理参数信息、车主信息、标签发行信息等），同时，它还起到了通信中继器的作用，路侧设备通过它与智能卡进行快速的移动通信，读取并往智能卡中写入相关的收费数据。
与DSRC设备中两片式电子标签配套使用的还有IC卡。IC卡可以是逻辑加密卡，也可以是CPU卡。IC卡作为通行券和付费卡使用，可以根据运营需要设计成记账卡方式和储值卡方式的两种应用。记账卡方式下，与普通的帐号卡付费形式完全一致，操作简便快捷，后台电子结算，对于大宗固定的车队式用户有较大的吸引力；储值卡方式下，实际上是一个电子钱包，这对于降低运营风险，向广大社会车辆用户大面积推广有很大的好处。通常在IC卡片技术选择的时候，考虑到公路收费行业IC卡中储存的资金额度比较大，IC卡建议采用符合PBOC金融安全应用标准的CPU卡。
6、组合式收费技术的应用与前景展望
电子支付代表了行业发展的方向，在公路收费中应用电子支付手段实现非现金付费是联网收费后的一个新的重要目标。各省市联网收费系统的相继建成以及收费网络的不断扩大，为开展非现金电子支付奠定了必要的物质基础。在基于联网收费的基础上，建设一个在技术上具有足够兼容性，服务上具有足够灵活度，应用上具有足够可扩展性，规模上具有足够可伸缩性，投资上具有足够弹性的非现金收费网络，为用户提供方便快捷的不停车和停车方式非现金收费服务，是联网收费的一个发展方向，是实现高速公路相关服务电子化和交通一卡通的必由之路。
基于两片式电子标签的组合式收费技术，是高速公路收费中实现支付电子化的有效解决之道。基于这种技术的试验系统自2001年先后在京珠南高速公路广韶段和上海虹桥机场两个试点工程中出现以来，成为业界关注的焦点。2002年起，广东决定全省所有的高速公路统一采用组合式收费技术平台，按照广东省政府主管部门的统一部署，省政府授权在全省范围内设立一个联网电子收费专营公司，统一负责全省联网收费和组合式ETC推广工作，全省高速公路分六大片区实行联网收费，并设置有将近100条的组合式ETC收费车道。
截至2004年12月底，广东全省高速公路联网收费六大片区（粤北、粤西、粤东、珠三角、广州、深圳）合计总里程超过2500公里的41条高速公路路段，已经全面正式开通了组合式联网收费，真正实现了“一卡在手，全省通行”的建设目标。广东高速公路联网收费系统全面向社会车辆用户提供粤通卡（双界面CPU卡）非现金支付和ETC不停车收费服务；同时，专营公司与全省两大商业银行（工行和建行）合作，开展粤通卡代理销售和充值业务。截至2004年12月底，建设银行广东省分行已经开通了其分布于全省各地的200多个网点全面支持粤通卡业务。目前，全省每天新增粤通卡ETC用户约400～500个，按照此速度发展，预计到2005年底，广东全省高速公路联网收费中ETC网络用户量将达到10万个以上。
在广东使用的两片式DSRC设备（OBU电子标签和RSU车道微波天线），完全采用本土化的、拥有自主知识产权的5.8GHz微波频段两片式DSRC技术，由国内厂商研制开发而成。对于业界普遍关心的技术标准和设备互换性问题，广东省采用了统一技术标准、实施关键设备市场准入制度的方式加以解决。其中，广东省质量技术监督局于2002年正式发布了【DB44-2002】地方技术标准。从2004年初起，联网收费主管部门开始组织有关业主、厂家和开发单位，共同完成了DSRC关键设备的互换和准入检验测试规程；并且有关厂家的DSRC设备兼容性测试已经于2004年9月份在联网收费归口技术监督部门的组织下顺利完成。经过测试，第一批符合广东市场标准 的两个DSRC设备生产厂家已经分别开始批量向市场供应RSU天线和OBU电子标签。按照政府主管部门的规划，未来将会增加至3～5家设备供货商。
广东省基于两片式电子标签的组合式联网收费和电子支付系统的顺利建成，为全国各省市开展公路收费电子支付系统建设提供了有价值的借鉴，也大大推动了组合式收费关键技术设备——DSRC设备的国产化进程。可以预期，随着联网收费网络的形成和电子支付应用环境的成熟，以及随着具有互换性的国产化两片式DSRC设备的出现，基于两片式电子标签的组合式电子收费技术及其产业化的阶段很快就会到来，公路收费电子支付实现的目标已经为期不远。
公路收费在本质上是政府特许下的垄断，其属性不是市场的、不是服务的、不是竞争的；而电子支付（不论ETC还是MTC），其本质是市场的、是服务的、是竞争的，只有用服务去诱导和吸引客户。电子支付的引入，使得MTC现金收费有了竞争者，竞争是服务提升的根本途径。我们一定可以预见，政府最终会在高速公路收费中引入竞争，为电子支付松绑，会为联网收费加料，为老百姓的根本利益服务。