高速公路計(jì)重收費(fèi)ETC車(chē)道系統(tǒng)技術(shù)方案研究

■陳小鵬（福建省高速公路有限責(zé)任公司三明管理分公司，三明365000）

?

高速公路計(jì)重收費(fèi)ETC車(chē)道系統(tǒng)技術(shù)方案研究

■陳小鵬
（福建省高速公路有限責(zé)任公司三明管理分公司，三明365000）

隨著電子不停車(chē)收費(fèi)車(chē)道（以下簡(jiǎn)稱(chēng)ETC）在國(guó)內(nèi)的規(guī)?；ㄔO(shè)和縱深化應(yīng)用，其在緩解通行壓力、實(shí)現(xiàn)快速通行、倡導(dǎo)節(jié)能減排等方面的優(yōu)勢(shì)也愈發(fā)顯著。目前我國(guó)的ETC系統(tǒng)多用于按車(chē)型收費(fèi)的客車(chē)收費(fèi)，暫不能為計(jì)重貨車(chē)提供便捷的通行服務(wù)。如何實(shí)現(xiàn)ETC計(jì)重收費(fèi)，緩解由于貨車(chē)計(jì)重造成的通行效率低下，已成為當(dāng)前高速運(yùn)營(yíng)單位迫切需要解決的問(wèn)題。本文根據(jù)現(xiàn)存ETC車(chē)道系統(tǒng)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合高速公路貨車(chē)計(jì)重收費(fèi)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，就科學(xué)、合理、實(shí)用的高速公路計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)建設(shè)方案進(jìn)行研究探討，并就車(chē)道布局、系統(tǒng)功能、車(chē)道處理流程等問(wèn)題進(jìn)行闡述。

高速公路計(jì)重收費(fèi)ETC系統(tǒng)技術(shù)方案探討

1引言

近年來(lái)，ETC收費(fèi)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用得到極大推廣。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2015年，我國(guó)高速公路的ETC已全面覆蓋。ETC的發(fā)展，在節(jié)能減排、降低污染、減少占用土地、緩解通行壓力、為百姓提供快捷便利的出行服務(wù)等方面的優(yōu)勢(shì)愈來(lái)愈顯著。目前貨車(chē)計(jì)重收費(fèi)仍多采用人工收費(fèi)方式，在車(chē)輛通過(guò)效率上已不能跟上社會(huì)的發(fā)展。同時(shí)為更有效的治理超限超載，減少逃費(fèi)，將ETC系統(tǒng)與計(jì)重收費(fèi)相結(jié)合，推廣計(jì)重ETC系統(tǒng)已經(jīng)成為勢(shì)在必行之勢(shì)。

2計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)功能目標(biāo)

高速公路計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)通行車(chē)輛的車(chē)輛類(lèi)別（客車(chē)ETC車(chē)輛和貨車(chē)ETC車(chē)輛）進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和判定，并以此作為系統(tǒng)啟動(dòng)車(chē)道控制策略的依據(jù)，啟用相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理流程，分別為客車(chē)ETC車(chē)輛和貨車(chē)ETC車(chē)輛提供相應(yīng)的通行處理服務(wù)。主要功能如下：

（1）車(chē)道不僅能滿(mǎn)足普通ETC用戶(hù)的不停車(chē)通行要求，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)貨車(chē)ETC用戶(hù)車(chē)輛進(jìn)行正常的計(jì)重處理；

（2）計(jì)重ETC車(chē)道可利用現(xiàn)有ETC車(chē)道布局進(jìn)行改造而實(shí)現(xiàn)，充分利用現(xiàn)有ETC車(chē)道資源；

（3）計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)可同時(shí)具備ETC計(jì)重專(zhuān)用車(chē)道和ETC車(chē)道這兩類(lèi)工作模式，在必要時(shí)系統(tǒng)既可按需要時(shí)切換至任一工作模式運(yùn)作，或以組合方式實(shí)現(xiàn)兩種工作模式的共同運(yùn)作。

3計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)建設(shè)方案

計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)主要按照現(xiàn)有ETC車(chē)道欄桿機(jī)前置布局方式通過(guò)增設(shè)相應(yīng)設(shè)備和調(diào)整業(yè)務(wù)軟件達(dá)成計(jì)重ETC車(chē)道的運(yùn)營(yíng)需求，其主要內(nèi)容如下：

（1）保持現(xiàn)有ETC車(chē)道所采用的欄桿前置模式，即前端天線(xiàn)設(shè)于收費(fèi)島的前端，前端自動(dòng)欄桿設(shè)于與相鄰島頭平齊位置附近，以使在車(chē)道前端通信區(qū)域內(nèi)無(wú)法正常完成交易的車(chē)輛或誤入的非ETC車(chē)輛可自行駛離車(chē)道，并轉(zhuǎn)向相鄰的人工車(chē)道進(jìn)行處理；

（2）在前端欄桿機(jī)后至收費(fèi)崗?fù)ぶg的收費(fèi)車(chē)道施工設(shè)置整車(chē)式稱(chēng)重平臺(tái)，并于收費(fèi)島上的適當(dāng)位置安裝計(jì)重控制機(jī)柜、稱(chēng)重傳感器、紅外車(chē)輛分離器；

（3）在崗?fù)は掠螎u面處則相應(yīng)設(shè)置后端天線(xiàn)、后端欄桿機(jī)、后端費(fèi)額顯示器，欄桿機(jī)內(nèi)布置3個(gè)單通道的車(chē)輛檢測(cè)器；

（4）在島頭出安裝標(biāo)志牌，含車(chē)道指示和限速內(nèi)容對(duì)現(xiàn)有的ETC車(chē)道（含ETC站級(jí)）軟件進(jìn)行升級(jí)。

車(chē)道布局如圖1所示：

4計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)方案

4.1系統(tǒng)概述

計(jì)重ETC車(chē)道子系統(tǒng)主要由路側(cè)讀寫(xiě)控制器（RSU）、車(chē)道通行信號(hào)燈、報(bào)警器、費(fèi)額顯示器、自動(dòng)欄桿機(jī)、車(chē)道計(jì)算機(jī)（含顯示器、鍵盤(pán)）、車(chē)道控制器、雨棚信號(hào)燈、車(chē)輛檢測(cè)器、線(xiàn)圈、車(chē)道攝像機(jī)、車(chē)道攝像機(jī)、計(jì)重設(shè)備等組成，主要承擔(dān)著計(jì)重ETC車(chē)道所通行車(chē)輛的處理和數(shù)據(jù)采集工作。

圖1　計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)的車(chē)道布局示意圖

4.2系統(tǒng)功能模塊

本計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)包括以下功能模塊：車(chē)輛檢測(cè)模塊、車(chē)輛識(shí)別模塊、設(shè)備控制模塊、計(jì)費(fèi)模塊、通信模塊、圖像抓拍模塊、信息保存模塊、工班管理模塊、設(shè)備診斷模塊、警示信息模塊和計(jì)重處理模塊。

（1）車(chē)輛檢測(cè)模塊

車(chē)輛檢測(cè)模塊主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的通行狀況和位置檢測(cè)，以觸發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)控制指令，完成車(chē)輛的控制處理流程。

該模塊通過(guò)車(chē)道控制器檢測(cè)到的線(xiàn)圈（輸入）狀態(tài)所發(fā)生的改變，并以中斷方式通知車(chē)道程序讀取最新IO狀態(tài)，讀出IO狀態(tài)后，跟原來(lái)的狀態(tài)比較以判斷出車(chē)輛的到達(dá)、離開(kāi)，從而確定車(chē)輛的行駛位置，以及對(duì)所通行的車(chē)輛進(jìn)行計(jì)數(shù)。

（2）車(chē)輛識(shí)別模塊

車(chē)輛識(shí)別模塊主要用于實(shí)現(xiàn)通行車(chē)輛的車(chē)輛類(lèi)型（普通ETC車(chē)輛和計(jì)重貨車(chē)ETC車(chē)輛）識(shí)別和判斷，以確保系統(tǒng)可根據(jù)來(lái)車(chē)類(lèi)型提供相應(yīng)的處理服務(wù)。車(chē)輛識(shí)別模塊的功能主要通過(guò)車(chē)道天線(xiàn)與車(chē)載OBU間的通信，完成對(duì)OBU及卡片信息的采集，以此判斷車(chē)輛類(lèi)型，從而針對(duì)車(chē)輛的類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)的處理操作。其主要可分為以下兩類(lèi)：

①普通ETC車(chē)輛的識(shí)別：對(duì)于普通ETC車(chē)輛的識(shí)別和交易處理，基本與現(xiàn)有處理模式一致，即當(dāng)ETC車(chē)輛在前端天線(xiàn)完成交易時(shí)，則前后欄桿抬起并放行。

②貨車(chē)ETC車(chē)輛的識(shí)別：對(duì)于貨車(chē)ETC車(chē)輛的識(shí)別，主要由前后端兩組微波天線(xiàn)分工完成，即系統(tǒng)首先通過(guò)前端微波天線(xiàn)和電子標(biāo)簽之間的通信獲取車(chē)輛數(shù)據(jù)，并進(jìn)行身份識(shí)別處理操作，車(chē)輛進(jìn)入后端通信區(qū)域時(shí)，再根據(jù)其計(jì)重結(jié)果通過(guò)后端微波天線(xiàn)和電子標(biāo)簽之間的通信進(jìn)行相應(yīng)的交易處理操作。

同時(shí)，車(chē)道識(shí)別模塊除了對(duì)車(chē)輛的類(lèi)型進(jìn)行判別外，還可從中判斷車(chē)輛OBU及其卡片的有效性和出入口信息，以及根據(jù)所獲取到的車(chē)輛識(shí)別結(jié)果和信息實(shí)現(xiàn)黑名單判定、有效啟用日期判定、車(chē)類(lèi)轉(zhuǎn)換等功能。

（3）設(shè)備控制模塊

設(shè)備控制模塊主要根據(jù)系統(tǒng)所做出的控制指令正確控制車(chē)道設(shè)備的動(dòng)作，包括：自動(dòng)欄桿的起落、通行信號(hào)燈的切換、警示器/警報(bào)燈的開(kāi)啟和關(guān)閉、費(fèi)額顯示器的顯示、車(chē)牌識(shí)別器的識(shí)別、計(jì)重設(shè)備的啟動(dòng)等。

如系統(tǒng)可通過(guò)向車(chē)道控制器發(fā)送控制指令，控制欄桿、紅綠燈、報(bào)警器，車(chē)道開(kāi)關(guān)燈等，以及通過(guò)向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，輸出到費(fèi)率顯示牌和字符疊加器。

（4）計(jì)費(fèi)模塊

計(jì)費(fèi)模塊主要針對(duì)ETC用戶(hù)車(chē)輛的繳費(fèi)需要，通過(guò)外場(chǎng)車(chē)道天線(xiàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)與ETC車(chē)輛車(chē)載單元間的通信，從而實(shí)現(xiàn)驗(yàn)卡、讀卡、寫(xiě)卡等操作，如在入口車(chē)道中，在通行卡上寫(xiě)入入口收費(fèi)站、車(chē)型等信息；在出口車(chē)道，根據(jù)通行卡上的出/入口信息、計(jì)重結(jié)果（貨車(chē)）及由用戶(hù)信息表轉(zhuǎn)換而來(lái)的車(chē)型查費(fèi)率表，計(jì)算通行費(fèi)金額，合理扣費(fèi)，返回結(jié)果，并回寫(xiě)出口信息。

（5）通信模塊

實(shí)現(xiàn)車(chē)道系統(tǒng)與站級(jí)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

（6）圖像抓拍模塊

當(dāng)系統(tǒng)抓拍線(xiàn)圈被觸發(fā)時(shí)，模塊自動(dòng)啟動(dòng)車(chē)道攝像機(jī)的圖像抓拍功能，抓拍出一幅清晰圖像，并進(jìn)行保存，以此作為車(chē)輛通行的圖像記錄。

（7）計(jì)重處理模塊

計(jì)費(fèi)模塊主要針對(duì)計(jì)重貨車(chē)ETC用戶(hù)車(chē)輛的計(jì)重需要，與計(jì)重控制器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)計(jì)重結(jié)果的獲取。

4.3業(yè)務(wù)流程

計(jì)重ETC車(chē)道系統(tǒng)可以以客車(chē)ETC車(chē)輛專(zhuān)用、計(jì)重貨車(chē)ETC車(chē)輛專(zhuān)用模式和客貨ETC車(chē)輛混合使用三種處理模式運(yùn)行。三種處理模式的業(yè)務(wù)流程如下：

（1）純普通ETC收費(fèi)模式下的車(chē)道處理流程

當(dāng)系統(tǒng)采用客車(chē)ETC車(chē)輛專(zhuān)用收費(fèi)模式運(yùn)行時(shí)，其業(yè)務(wù)流程與現(xiàn)行推廣的ETC車(chē)道系統(tǒng)處理流程一致。

（2）純計(jì)重貨車(chē)ETC車(chē)輛收費(fèi)模式下的車(chē)道處理流程

關(guān)于計(jì)重ETC貨車(chē)收費(fèi)模式下的出口車(chē)道處理流程如圖2所示：

圖2　純計(jì)重貨車(chē)ETC車(chē)輛收費(fèi)模式下的出口車(chē)道處理流程圖

其處理步驟如下：

第一步：車(chē)輛進(jìn)入車(chē)道，駛?cè)肭岸宋⒉ㄌ炀€(xiàn)檢測(cè)區(qū)域，并觸發(fā)微波天線(xiàn)，微波天線(xiàn)與OBU建立通訊并進(jìn)行OBU有效性（拆卸、有效性、參數(shù)信息、車(chē)型等）判斷；

第二步：OBU有效性判定成功后，系統(tǒng)繼續(xù)讀取卡片信息、并進(jìn)行卡片、黑名單和入口信息的有效性判斷；

第三步：上述判斷成功后，系統(tǒng)控制前端欄桿抬升放行，并自動(dòng)開(kāi)啟計(jì)重設(shè)備和后端微波天線(xiàn)；

第四步：車(chē)輛繼續(xù)行駛，駛?cè)胗?jì)重區(qū)域進(jìn)入計(jì)重操作，且后端微波天線(xiàn)繼續(xù)檢測(cè)車(chē)輛OBU并與之進(jìn)行通信；

第五步：系統(tǒng)獲取計(jì)重?cái)?shù)據(jù)后，將提示車(chē)主用戶(hù)進(jìn)行確可。若車(chē)主用戶(hù)認(rèn)可后，系統(tǒng)根據(jù)計(jì)重?cái)?shù)據(jù)并結(jié)合基準(zhǔn)費(fèi)率計(jì)算費(fèi)額。當(dāng)后端天線(xiàn)繼續(xù)讀取OBU和卡片信息后，根據(jù)費(fèi)額從儲(chǔ)值卡的電子錢(qián)包或記賬卡的賬號(hào)中收取通行費(fèi)；若車(chē)主用戶(hù)不認(rèn)可，系統(tǒng)將提示倒車(chē)進(jìn)行重新計(jì)重處理；

第六步：通行費(fèi)繳費(fèi)成功后，系統(tǒng)回寫(xiě)出口信息并進(jìn)行圖片抓拍；

第七步：系統(tǒng)生成出口交易流水，后端欄桿抬升放行車(chē)輛；

第八步：當(dāng)車(chē)輛通過(guò)落桿線(xiàn)圈時(shí)，欄桿回落，通行信號(hào)燈變紅。

（3）共同運(yùn)作模式下的車(chē)道處理流程

關(guān)于普通ETC與計(jì)重ETC貨車(chē)混合收費(fèi)模式下的出口車(chē)道處理流程如圖3所示：

圖3　共同運(yùn)作模式下車(chē)道處理流程圖

其處理步驟如下：

第一步：車(chē)輛進(jìn)入車(chē)道，駛?cè)肭岸宋⒉ㄌ炀€(xiàn)檢測(cè)區(qū)域，并觸發(fā)微波天線(xiàn)，微波天線(xiàn)與OBU建立通訊并進(jìn)行OBU有效性（拆卸、有效性、參數(shù)信息、車(chē)型等）判斷；

第二步：OBU有效性判定成功后，系統(tǒng)繼續(xù)讀取卡片信息、并進(jìn)行卡片、黑名單和入口信息的有效性判斷；

第三步：上述判斷成功后，若系統(tǒng)反饋前方仍有交易車(chē)輛，則提醒車(chē)主用戶(hù)等候處理；若前方無(wú)交易車(chē)輛，系統(tǒng)將繼續(xù)進(jìn)行車(chē)型判別，并按照車(chē)型進(jìn)行控制邏輯切換；

第四步：若判斷車(chē)型為普通ETC車(chē)輛，則對(duì)車(chē)輛進(jìn)行通行費(fèi)額計(jì)算并從儲(chǔ)值卡的電子錢(qián)包或記賬卡的賬號(hào)中收取通行費(fèi)，車(chē)道流程直接轉(zhuǎn)至第七步，若為計(jì)重貨車(chē)ETC車(chē)輛，，系統(tǒng)控制前端欄桿抬升放行，并自動(dòng)開(kāi)啟計(jì)重設(shè)備和后端微波天線(xiàn)；

第五步：車(chē)輛繼續(xù)行駛，駛?cè)胗?jì)重區(qū)域進(jìn)入計(jì)重操作，且后端微波天線(xiàn)繼續(xù)檢測(cè)車(chē)輛OBU并與之進(jìn)行通信；

第六步：系統(tǒng)獲取計(jì)重?cái)?shù)據(jù)后，將提示車(chē)主用戶(hù)進(jìn)行確可。若車(chē)主用戶(hù)認(rèn)可后，系統(tǒng)根據(jù)計(jì)重?cái)?shù)據(jù)并結(jié)合基準(zhǔn)費(fèi)率計(jì)算費(fèi)額。當(dāng)后端天線(xiàn)繼續(xù)讀取OBU和卡片信息后，根據(jù)費(fèi)額從儲(chǔ)值卡的電子錢(qián)包或記賬卡的賬號(hào)中收取通行費(fèi)；若車(chē)主用戶(hù)不認(rèn)可，系統(tǒng)將提示倒車(chē)進(jìn)行重新計(jì)重處理；

第七步：通行費(fèi)繳費(fèi)成功后，系統(tǒng)回寫(xiě)出口信息并進(jìn)行圖片抓拍；

第八步：系統(tǒng)生成出口交易流水，欄桿抬升放行車(chē)輛；

第九步：當(dāng)車(chē)輛通過(guò)落桿線(xiàn)圈時(shí)，欄桿回落，通行信號(hào)燈變紅。

5結(jié)語(yǔ)

計(jì)重收費(fèi)現(xiàn)階段存在車(chē)輛通行效率低、超限超載嚴(yán)重與逃費(fèi)屢禁不止等問(wèn)題，ETC計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)是目前解決計(jì)重收費(fèi)以上問(wèn)題的最佳選擇。本文對(duì)計(jì)重ETC系統(tǒng)的建設(shè)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述，在具體應(yīng)用上尚存在跨省交易、ETC計(jì)重收費(fèi)軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)等問(wèn)題需待解決，希望本方案能為ETC計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的推廣與普及提供有益借鑒。

［1］中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)電子不停車(chē)收費(fèi)技術(shù)要求［Z］.2011-02-23.

［2］徐斌.高速公路ETC計(jì)重收費(fèi)技術(shù)方案探討［J］.數(shù)字通信世界，北京：2015（8）.

［3］蔡燕震.高速公路ETC計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.山西交通科技，2015.

［4］錢(qián)金寶.高速公路電子不停車(chē)收費(fèi)車(chē)道實(shí)施計(jì)重收費(fèi)可行性分析［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2013.

［5］吳華.ETC環(huán)境下計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)探討［J］.中國(guó)交通信息化，2014.