山西省高速公路貨車ETC試點應(yīng)用研究

韓昱

（山西省高速公路收費管理結(jié)算中心，山西太原030006）

山西省高速公路貨車ETC試點應(yīng)用研究

韓昱

（山西省高速公路收費管理結(jié)算中心，山西太原030006）

在山西省高速公路貨車ETC試驗工作的基礎(chǔ)上，對貨車ETC關(guān)鍵設(shè)備選型進行了分析，提出了基于“一站式”稱重解決方案和“兩站式”稱重解決方案的貨車ETC車道設(shè)備布局，對貨車出口ETC車道重量信息緩沖隊列的一致性給出了針對性解決方案，并提出了貨車ETC推廣應(yīng)用政策研究和制度建設(shè)的建議。

ETC；計重收費；治超檢測；緩沖隊列

引言

近年來，高速公路電子不停車收費（ETC）技術(shù)逐步推廣應(yīng)用，社會效益和經(jīng)濟效益初步顯現(xiàn)，受到社會各界廣泛好評。然而國內(nèi)應(yīng)用推廣的ETC技術(shù)主要服務(wù)對象是客運汽車和小汽車，雖然大部分省份普遍實施了貨車計重收費，同時也實施了客車ETC，但由于計重設(shè)備動態(tài)稱量穩(wěn)定性、車道處理邏輯復(fù)雜、自動交易可靠性保障難度大等因素影響，國內(nèi)貨車不停車計重收費（以下簡稱“貨車ETC”）尚停留在理論和試驗階段，尚未實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。山西省從2014年開始著手開展高速公路貨車ETC試點應(yīng)用研究，建設(shè)了7條貨車ETC試驗車道，并組織實施了相關(guān)研究和試驗工作，為貨車ETC系統(tǒng)的建設(shè)和實施以及未來貨車ETC相關(guān)技術(shù)標準、政策的制定奠定了重要的工作基礎(chǔ)。

1　貨車ETC關(guān)鍵設(shè)備現(xiàn)狀分析

1.1ETC設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀

在《電子收費專用短程通信》系列標準（GB/T 208151—2007）頒布以后，目前國內(nèi)ETC技術(shù)和產(chǎn)品已逐漸成熟，高速公路客車ETC的成功推廣應(yīng)用已經(jīng)證明，采用單套ETC天線通過短程通信完成自動扣費交易的運行模式穩(wěn)定可靠，因此，單從扣費環(huán)節(jié)考慮，采用目前客車ETC車道廣泛使用的天線和電子標簽可達到貨車ETC的扣費交易要求。

1.2動態(tài)稱重設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀

目前廣泛應(yīng)用于高速公路貨車計重收費的動態(tài)稱重設(shè)備有單秤臺、雙臺面、軸組秤和整式車等多種計重設(shè)備［1］。單秤臺的動態(tài)檢測精度在車輛通過速度20 km/h以下且勻速時一般可達到±2.5%，聯(lián)體秤可以達到±1%，軸組秤和整車式可達到±0.5%。ETC計重收費不同于MTC收費，其計重收費及扣費交易均是在無人值守的情況下自動完成的，因此對于稱重精度的穩(wěn)定性和不規(guī)范過秤行為的自動糾錯等方面都有著更高的要求。通過對四種產(chǎn)品對比，綜合考慮稱量精度、防作弊性能、投資成本等因素，選擇雙臺面和整車式計重設(shè)備作為貨車ETC系統(tǒng)的稱重設(shè)備。

2　貨車ETC車道設(shè)備布局

貨車ETC是在無人值守且車輛不停車條件下系統(tǒng)自動完成貨車稱重和扣費交易的收費方式，因此對車道通行效率、系統(tǒng)運行可靠性、數(shù)據(jù)隊列維護、特殊情況自動處理等方面均提出了更高的要求。由于山西省高速公路全面推廣了貨車入口治超機制，貨運車輛在駛?cè)敫咚俟非熬柰瓿梢淮畏Q重過程，因此貨車ETC車道設(shè)計充分考慮了現(xiàn)有車道環(huán)境和系統(tǒng)資源，在系統(tǒng)協(xié)調(diào)、聯(lián)動、兼容運行方面給予了高度重視。圍繞稱重設(shè)備前置和后置、單天線和雙天線配置，山西省貨車ETC試點應(yīng)用車道選擇了以下兩種模式：

2.1“一站式”稱重解決方案

在收費站入口治超檢測點增設(shè)天線設(shè)備，貨車只在入口治超檢測點進行一次稱重，系統(tǒng)通過安裝在治超車道前端的RSU將貨車實際重量信息寫入車載CPU卡內(nèi)，當車輛通過出口貨車ETC車道不停車交費時，不再進行二次稱重，系統(tǒng)自動讀取CPU卡內(nèi)攜帶的重量信息作為本次扣費依據(jù)。

2.1.1入口車道設(shè)備布局及工作流程

貨車駛?cè)敫咚俟非?，首先通過入口治超檢測車道，完成稱重和重量信息寫卡程序，然后駛?cè)肴肟谑召M車道，完成信息核對和入口站編碼寫入流程后進入高速公路。治超檢測車道設(shè)備布局如下頁圖1所示。

入口工作流程如下頁圖2所示。

圖1　“一站式”入口治超車道設(shè)備布局

圖2　“一站式”入口工作流程

2.1.2ETC出口車道扣費流程

當貨車從ETC出口車道駛出高速時，車道系統(tǒng)自動讀取車載CPU卡內(nèi)的重量信息和入口站信息，計算應(yīng)交費額完成不停車自動扣費流程，出口ETC車道的設(shè)備布局模式和客車ETC車道布局模式相同。具體流程如圖3所示。

2.1.3MTC出口車道扣費流程

圖3　“一站式”ETC出口車道交易流程

車輛到達收費站出口時，如果選擇MTC車道通行，MTC出口車道計重收費系統(tǒng)進行二次稱重，同時讀取CPU卡內(nèi)入口治超檢測點的重量信息，系統(tǒng)自動對比兩個重量信息，如果兩次重量結(jié)果相差在10%以內(nèi)，系統(tǒng)按照出口計重收費系統(tǒng)的稱量數(shù)據(jù)收費放行；如果重量相差在10～30%，系統(tǒng)自動記錄特殊事件，按照出口計重收費系統(tǒng)稱量信息進行收費放行；如果重量相差在30%以上，系統(tǒng)自動中斷交易流程并提示交易異常，收費站稽查部門現(xiàn)場核實車輛信息，查實原因后，按照車輛實際情況收取通行費。

這種模式的優(yōu)點是設(shè)備布設(shè)簡單，出口ETC車道無需安裝計重設(shè)備，只需對入口治超車道設(shè)備進行升級改造即可實現(xiàn)，一次稱重后入口治超和出口計重共用，系統(tǒng)投資小，且收費爭議較少，貨車司機對重量有異議時，在進入高速公路之前即可解決，不會因稱重爭議造成車輛滯留收費車道。主要缺點是當收費站出口計重收費時不再稱重，無法解決車輛中途加貨、倒貨造成的“跑重買輕”逃漏通行費現(xiàn)象。

2.2“兩站式”稱重解決方案

“兩站式”稱重解決方案是在保持現(xiàn)有入口治超檢測系統(tǒng)和出口計重收費系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增設(shè)ETC天線和相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)貨車ETC計重收費。貨車在入口治超檢測點進行一次稱重，判斷車輛是否超載，并將入口重量信息寫入CPU卡，用于出口ETC車道應(yīng)繳費額充足性判定標志；在ETC出口車道設(shè)置稱重設(shè)備，車輛通過貨車ETC車道不停車交費時進行第二次稱重，并根據(jù)出口稱重設(shè)備提供的重量信息進行扣費。

入口治超檢測點的改造方案和“一站式”稱重解決方案相同。出口貨車ETC車道增配兩套ETC天線，分別安裝于收費島前端和后端，前置預(yù)讀天線用于車輛有效性的預(yù)篩、應(yīng)交費額充足性判斷和計重數(shù)據(jù)隊列一致性保障，防止貨車進入收費車道后不能正常交易帶來的倒車現(xiàn)象，對于提高系統(tǒng)交易成功率及可靠性、保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)隊列一致性具有良好的技術(shù)優(yōu)勢。后置交易天線用于完成車輛的扣費交易。出口貨車ETC車道設(shè)備布局如圖4所示［2］。

圖4　“兩站式”出口ETC車道設(shè)備布局

當車輛駛?cè)胧召M站出口貨車ETC車道時，觸發(fā)預(yù)判天線啟動線圈，設(shè)置在收費島前端的預(yù)判天線啟動工作模式，首先檢測車輛是否安裝OBU，如果未檢測到OBU或OBU狀態(tài)異常，通過信息顯示屏提示轉(zhuǎn)MTC車道交費，自動欄桿處于落桿狀態(tài)；如果檢測到OBU且狀態(tài)正常，讀取CPU卡內(nèi)攜帶的入口治超檢測站的重量信息和入口站信息，進行應(yīng)交費額初步計算，并與卡內(nèi)余額比較，如果余額充足，自動欄桿抬起，車輛進入貨車ETC車道進行二次稱重；出口計重設(shè)備完成稱重過程后，將重量信息送收費計算機，車道收費軟件按照出口稱重信息進行本次應(yīng)交費額計算，通過交易天線自動完成扣費流程。如果因計重系統(tǒng)稱重失敗或卡內(nèi)余額不足等原因?qū)е伦詣咏灰资?，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入特殊情況處理流程，按照CPU卡內(nèi)攜帶的入口治超檢測點的重量信息進行費額計算，之后進行二次交易，并自動記錄特殊事件，用于后臺稽查。

系統(tǒng)設(shè)計充分考慮了計重子系統(tǒng)和交易子系統(tǒng)的協(xié)同運行問題，有效解決了因稱重過程中的特殊事件引發(fā)貨車在ETC車道的滯留問題。這種方案的缺點是需設(shè)置兩套天線，投資成本有所增加，且設(shè)置兩臺自動欄桿機，車道通行能力有所降低；優(yōu)點是通過兩套天線的明確分工，提高了系統(tǒng)糾錯能力和自適應(yīng)能力，可大大減少特殊情況下的人工干預(yù)。

3　“兩站式”運行模式下出口重量數(shù)據(jù)緩存隊列一致性解決方案

3.1正常OBU車輛通行模式下重量數(shù)據(jù)緩存隊列一致性解決方案

傳統(tǒng)MTC車道模式下，計重收費重量數(shù)據(jù)緩存隊列出現(xiàn)不一致時，往往由收費人員進行人工判斷，并通過數(shù)據(jù)刪除和找回操作來保證數(shù)據(jù)隊列的一致性。貨車ETC車道模式，一般情況下稱重平臺距離交易天線的距離至少保證21m的距離，同樣面臨前車未完成扣費交易、后車已完成稱重過程等待交易而帶來的重量數(shù)據(jù)緩存隊列的一致性問題。為有效解決重量數(shù)據(jù)緩存隊列的一致性問題，貨車ETC車道收費軟件與計重子系統(tǒng)和ETC子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換通過一個動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)，邏輯設(shè)計在同一動態(tài)鏈接庫內(nèi)實現(xiàn)統(tǒng)一封裝，動態(tài)鏈接庫根據(jù)兩種設(shè)備的多個信號進行統(tǒng)一控制［3］。預(yù)判天線確認車輛OBU正常且卡內(nèi)余額充足后，通過“一車一卡”綁定模式，首先獲取車載OBU內(nèi)車牌號碼、車型分類信息，車輛完成出口稱重過程后，計重設(shè)備形成車輛重量信息和軸組信息，預(yù)讀天線和計重設(shè)備同時傳送相關(guān)信息，更新動態(tài)鏈接庫形成車牌號碼唯一、車型信息唯一、重量信息唯一且互相匹配的待交易正常緩存記錄。當車輛到達ETC交易天線區(qū)域時，交易天線再次讀取車載OBU的牌照信息并進行驗證，待交易緩存數(shù)據(jù)與OBU內(nèi)車輛牌照信息一致后完成扣費交易流程，自動欄桿抬起放行車輛。如果出現(xiàn)信息不一致現(xiàn)象，交易天線按照車載OBU內(nèi)攜帶的重量信息完成扣費交易并記錄特殊事件，同時系統(tǒng)暫時自動關(guān)閉預(yù)判天線，停止后續(xù)車輛駛?cè)胴涇嘐TC車道，待預(yù)判天線與交易天線之間車輛全部駛離收費車道后，重量緩存隊列清零，預(yù)判天線恢復(fù)正常工作。

3.2跟車誤入引發(fā)車輛倒車后稱重信息緩存隊列一致性解決方案

在傳統(tǒng)的計重收費中，車輛不完全倒車與完全倒車，都由稱重設(shè)備自行處理，但是貨車ETC為無人值守模式，ETC信息與稱重信息必須一一對應(yīng)，如果實際運行過程中出現(xiàn)兩輛車距離較近，無OBU車輛或非正常OBU車輛跟隨前車正常OBU車輛駛?cè)隕TC車道后無法完成交易，需倒出ETC車道轉(zhuǎn)MTC車道通行時，系統(tǒng)需要自動刪除后車的重量信息來保證稱重信息緩存隊列的一致性。具體情況是預(yù)判天線檢測到一輛正常OBU車輛，自動欄桿抬起車輛駛?cè)胴涇嘐TC車道進行二次稱重，但由于后車非正常車輛跟車太近，一同駛?cè)隕TC車道，計重設(shè)備通過光柵分離器確定稱量結(jié)果為兩個稱重數(shù)據(jù)，前車正常車輛的重量數(shù)據(jù)取較早完成稱重的車輛重量信息后，與預(yù)判天線讀取的車牌信息形成一條正常交易重量緩存進入隊列并完成自動交易。系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)多余的重量信息后，通過信息顯示屏提示非法ETC車輛轉(zhuǎn)MTC車道通行，當車輛完全倒車駛離ETC車道后，通過線圈的反向邏輯判斷確認后，自動刪除多余的重量信息，車道邏輯恢復(fù)正常。

4　結(jié)語

山西省按照兩種實現(xiàn)方案分別進行了貨車ETC試驗車道建設(shè)，并組織實施了三個階段測試工作，第三階段測試數(shù)據(jù)顯示，正常情況下ETC試驗車道交易成功率可達到99%以上，“一站式”稱重解決方案交易成功率更高；平均稱重誤差控制在±3%以內(nèi)，出口貨車ETC平均通行時間≤22 s/次。測試數(shù)據(jù)表明，實施貨車ETC，可以大幅度減少收費結(jié)算時間，提高收費站通行能力，有效緩解擁堵，節(jié)約能源消耗，減少溫室氣體排放，節(jié)省建設(shè)和運營管理成本，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。

本文是在山西省貨車ETC試驗工作的基礎(chǔ)上，對貨車ETC關(guān)鍵設(shè)備選型、車道設(shè)備布局方案和重量信息緩存隊列一致性解決方案進行了總結(jié)分析。但從貨車ETC推廣應(yīng)用的角度看，仍然需要進行規(guī)模化試驗，在自然車流狀態(tài)下驗證交易成功率，進一步發(fā)現(xiàn)可能存在的特殊情況并進行改進和完善。同時要制定高速公路貨車ETC計重收費技術(shù)標準規(guī)范（車道設(shè)計）、關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求，開展貨車ETC運營及管理政策研究，包括適用范圍和環(huán)境研究、貨車ETC車輛通行管理規(guī)定、爭議處理辦法等，從技術(shù)和管理兩個角度保障貨車的ETC推廣應(yīng)用，這也是正在努力研究的方向。

［1］王丹.基于ETC的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)應(yīng)用研究［D］.西安:長安大學(xué)，2009.

［2］佘亦榮.高速公路計重ETC收費系統(tǒng)的研究及設(shè)計［J］.中國科技信息，2014（11）:91-92.

［3］張佳賀.貨車ETC計重收費系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探討［J］.中國交通信息化，2013（3）:66-70.

（編輯：賈娟）

ETC Experiment of Trucks in Highway of Shanxi Province

Han Yu
（Charge M anagement Center of Shanxi Highway，Taiyuan Shanxi030006）

Based on highway freight ETC of Shanxi Province，key equipment selection for truck ETC are analyzed，based on the "one-stop"weighing solutions and"two type"the truck weighing solutions for equipment layout，the ETC lanes ETC lanes on truck exportsweight information buffer queue the consistency of the targeted solutions are given，and put forward the truck ETC applied policy research and system construction proposal.

ETC；charge by weight；overload treatment；buffering queue

U495

A

2095-0748（2016）17-0044-04

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.17.18

2016-08-02

韓昱（1981—），男，山西朔州人，碩士研究生，畢業(yè)于太原理工大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職于山西省高速公路收費管理結(jié)算中心。