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1、高速公路電子收費試用系統之經驗及試驗結果王金土 高45級 初42級1I. 引 言電子收費系統是智慧型運輸系統的一種應用，也是智慧型運輸系統的一項重要服務。交通部前在各種情況的考量之後，委託中華電信公司電信研究所來承辦這項高速公路電子收費的現場試用工作。中華電信研究所在經過一年的系統發展之後，完成了系統整合及建置，隨即在民國87年11月23日開始這項現場試用。這項現場試用在當時曾經在龍潭及樹林收費站實施，每一線車道一組，總共建置了六組路邊單元(RSU)。在這項現場試驗計畫中，總共有4,473位使用者參加此一試用系統，以便評估電子收費系統的成效，經過資料的收集及評估後，估算出系統的準確率是99.8
2、0%。這項試驗結果可作為往後在台灣智慧型運輸系統推展的基礎。中華電信研究所本擬開始在全省的高速公路收費站全面建置，但其建置的預算在立法院遭到刪除，於是不得不讓出這十五年的經營權。而所有的試驗結果也是功虧一簣，只能留給後人作參考之用。好在高速公路局在事後改成民間BOT計畫，最後由民間集團遠通收費公司標得，其經營權改為二十年，分兩階段實施，第一階段採在即有的收費站計次收費，第二階段在五年後採按里程收費，也就是走多少付多少，取銷所有免付費路段。本人有幸亦率一些退職的員工也參與了這次遠通收費集團的備標工作，並提供了若干經驗及專業智識，其中按里程收費的邏輯就是本人的建議方案。在後面將詳細說明這項方案。值
3、得一提的是遠通收費公司所建議採用的電子收費系統也是使用紅外線的，而其承包商也是奧地利的EFKON公司，該公司因為提供了中華電信研究所的試用系統，也接受了OBU改善的建議，故其新的OBU在提供給德國TUV驗證公司驗證的結果是100%的準確率，可說是此試用計畫的受惠者。其實，最後的受惠者應該是高速公路局或國庫了。II.電子收費系統概觀在此電子收費系統中，中華電信研究所扮演系統整合的角色，不但要負責自行發展電子收費系統的後端系統，而且要把這些後端系統整合到前端系統，以符合交通部的需求。這些前端系統有許多部份，包括路邊單元(RSU)，車上單元(OBU)，無接觸卡及加值機(AVM)，圖一至四分別表示這些
4、部份。(a)車輛偵測感應器 (b)紅外線IR照相機及 (c) 紅外線收發訊器 紅外線閃光燈 圖一、 路邊單元(Road Side Unit, RSU)圖二、車上單元(OBU)圖三、無接觸卡 圖四、加值機(AVM) 路邊單元RSU有兩個主要的部份，一部份是車輛自動執法(AVE)，它包括車輛偵測感應器、紅外線數位照相機及紅外線閃光燈。車輛偵測感應器係用作車輛偵測及分類，而數位照相機在車輛違規時係用以產生車輛影像，其他部份是付款系統，包括紅外線收發訊器及交易記錄伺服器，紅外線收發訊器係用於與車上單元OBU作雙向無線通訊，以扣除及檢查IC卡中的餘額，而記錄伺服器係收集交易記錄並送回後端系統以發展電子收
5、費的應用。 為了在公路上使用電子收費系統，每一車輛必須具備車上單位OBU及IC卡。當一部車輛經過收費站時（圖五所示），車輛自動執法系統將自動偵測並分類車輛，然後付款系統將透過車輛的OBU從它的IC卡錢包中收取過路費，車輛勿需停車付費。如IC卡中的電子錢包空了或其值甚低，用車人可利用AVM以現金付款並加值到其卡中。在此次試用中，有十五處服務中心裝置了AVM以供使用。假如用路人在通過收費站無OBU、無IC卡或在他的卡中無足夠的金額時，收費系統將不會從IC卡中扣款，此時AVE系統將攝取車輛的影像作為舉發之用，圖六表示違規之影像。然後用路人在收到交通違規通知後必須連同罰款加付過路費。圖五：在收費站使用
6、的電子收費車道圖六：車輛之違規影像本計畫中整個電子收費系統在觀念上可以用幾個重要的部份來組構而成，這些部份包括無接觸IC卡、車上單元OBU、路邊單元RSU、加值機AVM及後端系統。尤其是後端系統，它包括了許多副系統，諸如網路副系統、帳務及監督副系統、IC卡管理副系統、客戶服務副系統、車輛違規處理副系統、作業及維護支援副系統及交通管理決策支援副系統等。在這些副系統中，網路副系統是電子收費整個系統的骨幹，它把RSU, AVM以及其他的副系統在後端系統中完完整整的連結在一起。後端系統的詳細功能在第三節中將予說明。圖七表示中華電信研究所所建置的電子收費系統之概觀。IC卡及OBU是裝在車子上的器件，而O
7、BU是用以讀寫IC卡的，其目的是用來扣除及檢查在IC卡中的餘額的。紅外線(850奈米)是用以從事OBU及RSU之間的無線通訊者，當一輛裝有OBU及IC卡的汽車要通過收費站作電子付費時，整個系統的動作說明如下：第1步：OBU從收發訊器取得叫醒信號，進入備妥狀態，第2步：同時OBU從卡片中讀取歷史資料及必要的資訊，並將這些資料及回覆命令傳送給收發訊器，第3步：然後收發訊器依照OBU的類別把電子錢包扣款的命令傳送給OBU，第4步：OBU更新了卡片中的錢包及歷史資料，然後把結果及回覆命令傳送給收發訊器，第5步：收發訊器產生了一筆車輛的付費記錄，並傳送給記錄伺服器，第6步：記錄伺服器把執法資料及付費記錄
8、合併成為此一車輛之交易記錄，第7步：後端系統從記錄伺服器取得交易記錄，以發展出各種電子收費的應用。圖七：電子收費系統概觀 圖八： 後端系統的系統架構III. 後端系統(Backend System)後端系統有許多伺服器，包括資料庫伺服器、備用資料庫伺服器、備援伺服器、電子收費I及II伺服器、SQL伺服器、WWW伺服器、資料收集伺服器、身份識別伺服器等共同工作以支援電子收費後端系統。圖八為其系統架構圖。由於後端系統的每一系統都是一些功能性描述，而且都是電腦軟體的設計所需要的功能需求，其軟體都是中華電信研究所自行開發完成的，包括執法系統及帳務系統等，由於篇幅的關係，故僅簡要的說明每一系統的部份功能
9、。 l Billing Audit System從資料庫伺服器獲取所有的交易記錄加以處理並產生統計分析及監督報告，以應高公局的需求。這些報告包括每日交通量報告、八小時交易報告以及異常報告。l IC Card Management System本系統有兩項主要功能，一個是交易處置，另一個是IC卡監督。IC卡監督處理係用以產生IC卡黑名單，如用路人的IC卡在黑名單內時，車輛通過收費站時，執法系統會攝取車輛的車牌影像。l Customer Service System處理用路人遺失IC卡或OBU，或者OBU及IC卡均正常但未扣款，或者收集用路人的建議。l Vehicle Violation Proc
10、essing System處理車輛無OBU、無IC卡、無足夠餘額或使用不正確類別之OBU。違規的處理是將這些違規車輛的牌照影像攝取後存入違規資料庫中，連同其他相關的姓名及地址資訊送往公路警察局據以告發。l Operation and Maintenance Supporting System其主要工作為監視電子收費系系統運作正常。統的各部份器件，包括網路設備、路邊單元、及電腦系統，以保證系統運作之正常。系統如有故障會自動送警告訊息、電子郵件、行動電話或呼叫器給經理人。系統會自動監督電腦記憶體的使用狀況，適時加以盤整。l Traffic Management Decision Supportin
11、g System系統可以立即提供交通有關的資訊給經理人，讓他作交通管制策略。這些資訊包括目前的交通量負荷、目前公路上車輛的平均速度等。IV. 現場試用結果從民國87年十一月廿三日起到民國89年三月十五日止（總共一年三個月零二十天）在北二高樹林及龍潭兩收費站實施電子收費現場的試用計畫，總共有4,473位用路人參加此一試用計畫，收集了1,046,255筆交易，以觀測系統的效用。AVM 加值機的重新加值的交易有39,251筆，每筆為新台幣壹仟元。紅外線電子收費系統的全部準確率為99.80%。此一試驗結果在當時可稱得上是很好的成果了，尤其是OBU及執法系統仍有許多待改善的空間。當時有些主要的錯誤係發生
12、在一些不良的OBU以及用路人的一些刻意的行為所產生的車輛對路邊單元的紅外線通訊上，尤其是OBU並非正確的固定在檔風玻璃上，或者OBU的電池無足夠的電能。關於OBU的問題，我們所得到的教益是：A. OBU可能會被背景雜音所叫醒，B. OBU電池可能會有不正常的電力消毫，C. 有些車輛並無裝有OBU的證據，D. 有些車輛並無IC卡的證據，E. OBU的工作溫度應該符合氣候條件的要求。關於執法系統的問題，我們所得到的教益是：A. 要收取不同的過路費時車輛分類的正確性甚為關鍵，B. 車輛通過收費站的數目與記錄檔中的交易記錄有不符之處， C. 違規車輛的車牌辨認的正確性非常重要，D. 以感應器來偵測車速
13、的正確性令人存疑，E. 執法系統所能確認的兩部車輛間最小的距離值得注意。以上兩種試驗結果所得到的教益均透過與承包商EFKON的會議及中華電信研究所內部的會議中徹底檢討。尤其是OBU的若干問題，多少與OBU的設計及製造有關，已經交給承包商去改善了。最近EFKON所提供給遠通收費公司的系統，經過德國TUV驗證公司的驗證後，其準確率已達到百分之百，這不無與這項現場試驗所發現的缺點而能及時改善有密切的關係。至於有關執法系統問題，那是辨認軟體的改進，比較容易，應該也得到了充分的改進了。V. 按里程收費之方案高速公路目前的收費制度是計次收費，即在某些地方設收費站，收取固定的過路費，但是有些路段長有些路段短
14、，有些地段如無收費站的設立如城市外圍就可以免付過路費，這樣的制度甚不公平，往往引起附近居民的抗爭或造成上下班時段嚴重堵車而怨聲載道。所以高速公路局有見於此，在民間BOT標中規定第二階段要實施按里程收費，也就是計程收費，以免除這種不公平現象，並減輕忙時嚴重塞車現象。一般人想要來設計計程收費，一定是在交流道的入口設置路邊單元的感應器，在車輛進入時，在其OBU或IC卡中寫上一記號，表示從何處進入，要下交流道時，再透過路邊單元的感應器讀取這個記號來計算出應付多少錢，再從IC卡中扣掉應付的款項，這是人工的做法。這樣做需要在每一進出的交流道之處裝置路邊單元的感應器，而出口的地方必須要有伺服器來計算出所需繳
15、交的費用。這樣的做法可能會產生很多弊端，諸如更換IC卡或OBU，或走了一段又折回等許多不確定因素，使得計費的工作非常複雜而不可靠。後來我想出了一個解決方案，那就是每兩兩交流道之間設一處桁架(Gentry)，裝置路邊單元的感應器等器件，對每一類別的車輛扣以固定的過路費，其過路費是這兩兩交流道之間的距離乘以每公里所要付的過路費。這樣的作法使得所需裝設的路邊單元之數目減半，而且收費也比較可靠落實。若小型車輛每一公里收取一元的過路費，則下表顯示由木柵經北二高南下到新竹系統每一區段所需繳交的過路費（元）：交流道名木柵新店安坑中和土城三鶯鶯歌系統大溪龍潭關西竹北新竹系統南下4645784861110如此，木柵到新竹系統交流道要繳交65元，到龍潭要繳48元，到三鶯要繳26元，到土城要繳19元，到中和要繳14元等等，以達到使用者付費的目的。這就是電子道路計費(Electronic Roa
