淺析高速公路ETC出口計重收費系統(tǒng)

陳文龍（廣東龍浩公路橋梁工程有限公司，廣東廣州510623）

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淺析高速公路ETC出口計重收費系統(tǒng)

陳文龍
（廣東龍浩公路橋梁工程有限公司，廣東廣州510623）

摘要：ETC（全稱：Electronic Toll Collection，電子不停車收費系統(tǒng)）出口計重收費主要是針對長途貨運車輛按重量不停車進行收費。文中探討了高速公路ETC出口計重收費系統(tǒng)的設計，并在“設計原則與功能需求、計重設備的選擇、車道設備的布局、計重數(shù)據(jù)序列和ETC出口車道車輛數(shù)據(jù)序列的匹配及異常處理”等主要環(huán)節(jié)進行了設計和詳細說明，對目前市場上研究較多的計重設備前置式ETC和計重設備后置式ETC的設計方案進行了對比分析，去尋找最佳的解決方案，并展望了高速公路ETC出口計重收費系統(tǒng)的未來與實現(xiàn)。

關鍵詞：高速公路；ETC；前置；后置

1 引言

高速公路以“高速”、“便捷”而吸引了人們的使用，然而在高速公路的收費問題上，浪費了大量的時間，人工收費已經(jīng)不能滿足高速公路建設的發(fā)展需要了。道路的便捷順暢對經(jīng)濟的發(fā)展至關重要，人們的出行距離更長，貨物流通得更加頻繁，交通擁堵現(xiàn)象在高速公路的收費口也出現(xiàn)了。這將造成了收費站的極大安全隱患，道路壓力增大，收費人員工作壓力增大，效率變低。通過ETC出口計重收費系統(tǒng)的使用，則可以很好的解決高速公路的通行效率與收費準確性等問題，減少了車道上的車輛過車時間，提高了收費的準確性和工作效率，釋放了大量的人力財力。高速公路ETC出口計重收費系統(tǒng)，正在全國范圍內(nèi)逐步推廣，是目前較為可靠可行的自行通行管理方案。

2 高速公路ETC出口計重收費設計原則與功能需求

2.1 設計原則

在ETC出口計重收費系統(tǒng)的設計上，需要遵循4個原則。

（1）效率性原則。在高速公路收費口使用ETC集中收費系統(tǒng)，是對人工收費的一種完善和補充，是為了更好的體現(xiàn)高速公路的快捷高速特性的。這就要求ETC系統(tǒng)準確、有效，過秤計重準確，收費計費準確，通車效率更高。

（2）可靠性原則。由于ETC系統(tǒng)運行在Windows系統(tǒng)上，這就要保證在全天候的運行中，不能出現(xiàn)死機等機械故障，數(shù)據(jù)記錄和運算要有序，不能混亂。ETC系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤岜ＷC。

（3）開發(fā)性原則。由于ETC系統(tǒng)是對人工收費的補充，所以不排除隨著科技的高速發(fā)展，還會有更加先進的技術手段被應用進來，這就要保證ETC收費系統(tǒng)的開發(fā)性，能夠進行系統(tǒng)的維護和升級，以適應高速公路發(fā)展的需要。

（4）實用性原則。ETC系統(tǒng)的設計，更要體現(xiàn)其實用性原則。要根據(jù)高速公路的收費口設計，收費亭、車道長度寬度、車輛型號、周圍環(huán)境等等因素，從現(xiàn)實出發(fā)，體現(xiàn)ETC的實用性價值，使其能夠在更多的高速公路生得以應用。

2.2 功能需求

關于高速公路ETC計重收費系統(tǒng)的功能需求，可以從表1中看到具體明細。

表1　高速公路ETC計重收費系統(tǒng)的功能需求

3 高速公路ETC出口計重收費系統(tǒng)的設計

3.1 系統(tǒng)概述

在ETC計重收費系統(tǒng)中，涉及到了計算機技術和設備的應用、通訊設備交互與數(shù)據(jù)傳輸、自動控制等等內(nèi)容，是軟件系統(tǒng)和硬件設備的結合。在車輛上安裝電子標簽以備識別，在進入高速公路的收費站時，通過ETC車道通行，收費亭內(nèi)天線在車輛接近后，讀取電子標簽的信息，確定車輛的類型，按照車輛的型號計重收費。

高速公路的收費系統(tǒng)分為三層，最上層的監(jiān)控計費中心的管理系統(tǒng)，最下層的車道軟件收費系統(tǒng)，和居于中間的高速公路收費站內(nèi)的管理系統(tǒng)。ETC計重收費系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)信息的采集來計算收費金額。在高速入口負責辨別車輛類型和發(fā)放IC卡，記錄下車輛的經(jīng)過信息。在出口，則需要回收發(fā)放的IC卡，比對車輛的信息是否正確，按照車輛的電子標簽確認車型，按照其行進路程、重量等信息計算收費金額。車輛型號按客車和計重貨車分為：客車，7座及以下為一型，8～19座為二型，20～39座為三型，40座及以上為四型；計重車輛，2軸為五型（皮卡），3軸為六型，4軸為七型，5軸為八型，6軸為九型。

3.2.基本原理

ETC出口計重收費系統(tǒng)，有計重設備前置ETC和計重設備后置ETC兩種解決方案。

計重設備前置ETC系統(tǒng)的原理：在車輛進入ETC車道后，先觸發(fā)地感線圈，再啟動ETC系統(tǒng)的車道讀寫天線與車輛安裝的電子標簽和內(nèi)置處理器（CPU卡），分辨車輛是否為有效車輛，區(qū)別車輛類型。隨后，車道島前欄桿機自動打開，車輛可以進入稱重區(qū)域計重。計重數(shù)據(jù)被采集上傳到車道控制器內(nèi)。

計重設備后置ETC系統(tǒng)的原理：車輛進入ETC出口，觸發(fā)地感線圈，讀寫天線讀取車輛的電子標簽信息，車輛有效則自動打開島前欄桿，車輛進入稱重臺稱重，數(shù)據(jù)上傳至控制器。車輛進入島尾，系統(tǒng)自動計算應收金額，實現(xiàn)電子標簽與天線的交易，完成后抬桿，信號燈變綠，語音提示金額并顯示。若出現(xiàn)無效車輛（無OBU或信息錯誤），或金額不足的情況，自動欄桿關閉。系統(tǒng)報警提示，指示進入MTC車道。

3.3 計重設備的選擇

在以往的高速公路收費站MTC車道計重收費過程中，時常會有車輛由于不規(guī)范行駛導致出現(xiàn)偷逃通行費的現(xiàn)象，為此，在現(xiàn)行設備及管理措施不完善的情況下，要實現(xiàn)高速公路收費站在無工作人員值守的狀況下自動完成計重并自動扣除費用這一過程，那么就需要十分可靠、穩(wěn)定的動態(tài)稱重設備來完成對車輛軸型的識別以及稱重準度的計算等。當前，合適的高速公路ETC出口計重收費系統(tǒng)在計重設備的選擇上應當滿足以下幾個條件：①稱量的限速應當在20 km/h以內(nèi)；②稱重限速范圍內(nèi)具有比較高的準確度；③具有解決不規(guī)范行車或防止偷逃費功能；④設備可以較好的跟已有的高速公路ETC收費系統(tǒng)相融合；⑤設備的維護相對簡易。為此，在設計選用計重設備時，可以首選主輔雙臺面式及不同類型稱重設備陣列組合式的計重設備做為目前高速公路ETC出口計重收費系統(tǒng)的計重設備，這是因為該計重設備不僅滿足了上述五個條件，而且主輔雙臺面式稱重設備使動態(tài)檢測精度達±l%，除此以外，陣列石英式、陣列彎板式等不同類型稱重設備陣列組合式的計重設備還有效的減少了偷逃費用的現(xiàn)象。

3.4 車道設備的布局

在收費過程中，貨車與其他類型的車輛相比，不但需識別車輛的里程數(shù)據(jù)和車型，而且需對車輛的總重量與軸型等信息進行采集。尤其，總重量這個數(shù)據(jù)采集的準確與否，直接關系到高速公路ETC出口計重收費系統(tǒng)設計的能否實現(xiàn)，為此，必須充分考慮車道設備的布局。

目前，各地區(qū)高速公路所使用的ETC通行卡主要分為儲值卡、記賬卡2種類型。其中，儲值卡一般是先需充值后才能夠消費；記賬卡則是先消費再繳費，這種卡主要是針對信用度比較高的各機關事業(yè)單位或者是具有比較高信用度的交通運輸企業(yè)，按照約定的工作時限對產(chǎn)生的費用進行結算。目前，在高速公路ETC出口計重收費過程中，更多應當推廣儲值卡來實現(xiàn)先充值后消費的過卡通行方式。為此，高速公路行駛后的貨車進入ETC出口車道放行以前，應當提前對貨車總重量、費用以及通行卡里的余額是否足額進行判斷，對通行卡里余額不足的貨車需及時引導其進入MTC車道進行人工交費，以保障收費站車輛通行的有序及暢通。

3.4.1 單天線的秤臺前置式車道設備布局

單天線的秤臺前置車道設備布局要求在高速公路出口收費站必須將收費廣場布設得足夠大，并延長ETC車道安全島，在不更改已有的高速公路ETC出口車道設備布局與流程的情況下再增設計重設備。而單天線的秤臺前置布局方案主要考慮了貨車稱重數(shù)據(jù)在駛入路測RSU識別交易以前己完成檢測并將數(shù)據(jù)進行傳輸，貨車過卡邏輯大體上保留以往高速公路ETC收費系統(tǒng)的過卡邏輯。其車道設備的布局如圖1所示。

圖1　單天線的秤臺前置車道設備布局

3.4.2 雙天線的秤臺后置式車道設備布局

秤臺后置車道設備布局相對較為復雜，對收費廣場以及運營管理有比較高的要求。為此，為了保障車輛通行有序暢通以及交易快速高效，許多高速公路ETC收費系統(tǒng)采取雙天線的布局。其車道設備的布局如圖2所示。

在設計過程中，將車道設備布局分為A、B兩個功能區(qū)，其中，A功能區(qū)主要是對車輛的車型、卡內(nèi)余額以及是否為ETC車輛等信息進行判斷，其工作程序如圖3所示。

圖2　雙天線的秤臺后置車道設備布局

圖3　過卡邏輯對A、B兩個功能區(qū)的使用

在雙天線的秤臺后置車道設備布局中，交易是在B區(qū)的天線完成的，為了預防車輛余額不足而駛入ETC出口車道，因此需要建立健全完善的車輛通行費預判方案。

（1）車型費用預判的設計。該設計需按照駛入高速公路ETC出口車道的貨車車型去判斷車輛的總載重，然后根據(jù)總載重設置一定的重量緩沖量并設置車型重量閾值，最后結合A功能區(qū)天線讀取的OBU（即On board Unit的縮寫，中文稱：車載單元）數(shù)據(jù)判斷車輛應當交納的費用。如果通行卡內(nèi)的余額不足，那么報警則提示車輛駛入MTC車道進行計重人工收費。

（2）站前高速預檢的設計。該設計為收費站前方的下路匝道或者主道增設石英式、彎板式等高速預檢稱重設備與RSU路側設備，對進入收費站的車輛進行OBU預讀以及重量預檢，并把檢測到的有關數(shù)據(jù)信息傳送到收費站收費系統(tǒng)。當車輛駛入ETC出口計重收費車道的時候，A功能區(qū)的天線讀取車輛的OBU數(shù)據(jù)，然后查詢系統(tǒng)對預檢稱重結果進行匹配判斷，并對該車通行費作出預判與放行。

（3）ETC出口車道加裝稱重設備的設計。在高速公路ETC出口車道中加裝稱重設備，把車輛駛入出口前的數(shù)據(jù)以及重量等信息錄入到OBU內(nèi)，做為預判車輛出口通行計重費用的依據(jù)，并判斷車輛通行卡里的余額是否足額，最終實現(xiàn)高速公路車輛通過ETC出口計重收費。

（4）借用入口治超設備提前做好ETC出口計重收費。伴隨我國高速公路等級的提高以及對安全工作的高度重視，目前，在河北、四川、福建等省份均在高速公路入口增設了入口治超檢測設備，借助該設備不僅有利于客貨車輛的有效分流，還有利于推動治超與收費系統(tǒng)的有機聯(lián)動，在高速公路入口及時將貨車的數(shù)據(jù)信息錄入OBU內(nèi)，并將錄入OBU內(nèi)的數(shù)據(jù)信息進行聯(lián)網(wǎng)共享，為車輛最終駛入高速公路出口收費站的ETC出口計重收費及時為車輛預判提供依據(jù)。

3.5 計重數(shù)據(jù)序列和ETC出口車道車輛數(shù)據(jù)序列的匹配及異常處理

3.5.1 數(shù)據(jù)序列的匹配

正如上圖2展示，當高速公路上的車輛駛入A功能區(qū)時，首先篩選ETC相關信息有誤的車輛，排除成功以后記錄通行車輛OBU內(nèi)的車牌號碼、車型等數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過A功能區(qū)與計重設備光幕、實時重量的配合，確保OBU內(nèi)數(shù)據(jù)與車輛稱重數(shù)據(jù)相匹配的待交易緩存正常。當車輛達到B功能區(qū)交易區(qū)域時，交易天線首先驗證車輛OBU的車輛信息，與車輛緩存隊列信息一致之后，進行扣費交易。

3.5.2 異常行車的數(shù)據(jù)處理

當人為操作干預到流程的正常工作時，會出現(xiàn)車輛不完全倒車和完全倒車的情形，系統(tǒng)應能自動識別并對數(shù)據(jù)序列進行重組。

關于不完全倒車的處理：車輛不完全倒車是指車輛已經(jīng)遮擋光幕但尚未完全駛離光幕狀態(tài)下的倒車行為。車輛倒車后，稱重設備需要發(fā)送不完全倒車指令，并修正計重設備的檢測數(shù)據(jù)，確保車道緩存隊列的實時性與可靠性。

關于完全倒車的處理：車輛完全倒車是指車輛已經(jīng)完全駛離光幕并產(chǎn)生稱重數(shù)據(jù)狀態(tài)下的倒車行為。車輛倒車后，稱重設備需要進行稱量的刪除，并發(fā)送完全倒車指令，完成該車ETC相關信息的刪除，確保車道緩存隊列的實時性與可靠性。

4 展望ETC出口計重收費系統(tǒng)的未來與實現(xiàn)

經(jīng)調查，2015年4月底，江西省高速公路貨車整車式稱重電子不停車收費（ETC）項目在全國同行業(yè)率先取得研究成果，其成功實施將極大提高車道利用率和貨車通行效率，有助于打擊偷逃漏費，緩解收費站擁堵壓力，維護收費秩序，減少收費員勞動強度，為下一步無人值守收費站奠定基礎。

該研究是由江西省高速公路聯(lián)網(wǎng)管理中心與國內(nèi)幾家具有影響力的計重生產(chǎn)商合作開發(fā)研究的結果，經(jīng)過前期方案論證、設備測試、試驗場地建設、軟件研發(fā)等階段，目前已順利通過實驗室測試。該項目的特點是采用“預讀+交易雙天線模式”：一是貨車ETC基于現(xiàn)有整車式稱重系統(tǒng)研發(fā)，保護了現(xiàn)有的投資，實現(xiàn)了系統(tǒng)的平滑升級。二是車道入、出口均安裝高精度的稱重系統(tǒng)，對稱重數(shù)據(jù)進行對比，確保貨車ETC稱重數(shù)據(jù)的準確性。三是首次提出采用一個總控制器控制雙天線的模式，并將預讀天線、稱臺、交易天線數(shù)據(jù)進行了融合，邏輯更加嚴密，隊列維護更加穩(wěn)定，保證了過車交易的準確性，較好地解決了跟車干擾和鄰道干擾等問題，提高過車速度，為下一步打造一體化收費崗亭提供了基礎。四是實現(xiàn)貨車OBU實時查詢功能，車主可隨時通過OBU查詢過站時的稱重信息及所收金額，有效減少爭議。

據(jù)悉，江西省在2016年實現(xiàn)全省高速公路貨車計重收費，全省所有出口車道安裝動態(tài)稱重系統(tǒng)。這就意味著ETC出口計重收費系統(tǒng)的發(fā)展將會在江西省首創(chuàng)全國先河，未來必定會在全國范圍內(nèi)得到推廣。

5 結語

近幾年來，我國ETC系統(tǒng)正處于快速發(fā)展階段，全國各省份都在大力推廣?？梢灶A計未來幾年將會有大量ETC系統(tǒng)建設工作。高速公路收費站引進ETC系統(tǒng)，不僅有利于實現(xiàn)高速公路停車收費的智能化，而且有利于提高車輛過卡的通行率。

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研究方向：高速公路機電工程及公路工程造價管理

中圖分類號：U495

文獻標識碼：A

文章編號：1671-8496-（2016）-02-0022-05

收稿日期：2016-03-05

作者簡介：陳文龍（1983-），男，工程師

Design and Implementation of the Weigh-charging System at the Highway ETC Exit

CHEN Wen-long
（Guangdong Longhao Highway Bridge Engineering Co.Ltd.，Guangzhou 510623，China）

Abstract:The weight charge at Electronic Toll Collection（Abbreviated as ETC）exit is mainly for collecting long-distance freight vehicle.This paper discusses how to design the weight charge system at the highway ETC exit，and elaborates the key designs in functional requirements，selection of heavy equipment，road equipment，meter data sequence and ETC exit lane vehicle data sequence matching and exception handling and other major aspects.Then a comparison analysis is made between the front-loaded ETC weight-charging equipment with that of the rear-loaded ones to find the optimal solution，followedis a prospect in this respect.

key word:highway；ETC；front-loaded；rear-loaded