公路計(jì)重收費(fèi)ETC車道系統(tǒng)技術(shù)方案分析

高 虎

（甘肅省定西高速公路管理處，甘肅 定西 743000）

1 引言

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展和日益進(jìn)步，公路收費(fèi)及管理工作越來越受到人們的重視。由于各行各業(yè)對高質(zhì)量交通設(shè)施供給的需求日益增加，以往傳統(tǒng)人工收費(fèi)模式已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代化高速公路建設(shè)運(yùn)營的發(fā)展需要。當(dāng)前，考慮計(jì)重收費(fèi)的高速公路ETC收費(fèi)系統(tǒng)日益得到縱深化和規(guī)?；陌l(fā)展，一定程度上解決了以往公路收費(fèi)站堵塞、超限超載嚴(yán)重及計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)等問題。計(jì)重收費(fèi)ETC車道系統(tǒng)在節(jié)能降耗、較少污染、緩解交通壓力等方面有明顯優(yōu)勢。本文對公路計(jì)重收費(fèi)ETC車道系統(tǒng)技術(shù)方案分析，以期為我國的公路智能收費(fèi)系統(tǒng)提供一定指導(dǎo)。

2 公路計(jì)重收費(fèi)ETC車道系統(tǒng)技術(shù)原理

ETC（ Electronic Toll Collection ）是一種全自動(dòng)收費(fèi)方式，也稱為電子收費(fèi)系統(tǒng)或不停車收費(fèi)系統(tǒng)，它是利用電子、計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)，使駕駛員不需停車就可以實(shí)現(xiàn)車輛載重的計(jì)重收費(fèi)，完成計(jì)重、收費(fèi)、統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控工作，解決了收費(fèi)大型載貨車輛排隊(duì)現(xiàn)象，是收費(fèi)方式的發(fā)展方向[1]。

計(jì)重收費(fèi)ETC車道系統(tǒng)的主要類型為單向式和雙向式兩類：單向式不停車收費(fèi)方式，是在車上安裝一個(gè)電子標(biāo)簽（只讀），當(dāng)車輛經(jīng)過收費(fèi)站時(shí)，電子標(biāo)簽輸出信號，收費(fèi)站的無線接收裝置，接受并讀取電子標(biāo)簽中的信息，然后將收費(fèi)站的資科傳給收費(fèi)中心，由收費(fèi)中心登記、更新和統(tǒng)計(jì)[2]。每隔一段時(shí)間，將每輛車的通過次數(shù)與通行費(fèi)總額打印出來，寄送駕駛員，并通知繳費(fèi)或從預(yù)交金中扣除。雙向式不停車收費(fèi)方式，是在車上安裝一個(gè)可無線寫入信息的電子標(biāo)簽（可讀寫）。用戶應(yīng)事先在指定地點(diǎn)給電子標(biāo)簽交納、預(yù)存足夠金額，當(dāng)有電子標(biāo)簽（可讀寫）的車輛通過收費(fèi)站時(shí)，接收儀器識別電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，檢驗(yàn)電子標(biāo)簽的有效性，計(jì)算通行費(fèi)，并將電子標(biāo)簽中事先存繳的金額扣除實(shí)際需要繳納的通行費(fèi)金額后，再回存到電子標(biāo)簽中。雙向式不停車收費(fèi)方式，只認(rèn)車載電子標(biāo)簽，不認(rèn)車（人），能避免舞弊現(xiàn)象[3]。擁有有效電子標(biāo)簽的車輛，就擁有使用收費(fèi)道路的權(quán)利。由于使用車裁電子標(biāo)簽的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在長期用戶上。因此，對很少使用收費(fèi)道路的車輛，應(yīng)采用其他收費(fèi)方式。

3 公路計(jì)重收費(fèi)ETC車道系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

通過對蘭州市周邊收費(fèi)車道擁堵情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于許多收費(fèi)站站前廣場面積較小，大型、重型車輛?？坷U費(fèi)，往往會導(dǎo)制大型、重型車輛產(chǎn)生較為嚴(yán)重的車輛擁堵，可見如果采用貨運(yùn)車輛ETC計(jì)重收費(fèi)，可以有效的提高大型、重型車輛通行效率。

2）計(jì)重收費(fèi)不需增加收費(fèi)車道或擴(kuò)建新收費(fèi)站，就可提高車輛在收費(fèi)站的通行能力。

3）確保高速公路收費(fèi)的可靠性和暢通性，可明顯改善計(jì)重收費(fèi)效果。

4）使駕駛員節(jié)省了時(shí)間，最大程度降低了攜帶現(xiàn)金和財(cái)務(wù)報(bào)賬的麻煩。

5）可防止通行費(fèi)流失、營私舞弊、貪污等現(xiàn)象的發(fā)生，使通行費(fèi)收取工作進(jìn)入現(xiàn)代化管理階段。

6）高速公路網(wǎng)形成后，區(qū)域收費(fèi)勢在必行，不停車收費(fèi)方式和電子標(biāo)簽易于實(shí)現(xiàn)區(qū)域聯(lián)合收費(fèi)[4]。

7）公路計(jì)重收費(fèi)ETC不停車收費(fèi)方式和電子標(biāo)簽，可推廣到停車場、加油站、各種公路費(fèi)征收、駕駛員信息和對車輛實(shí)施跟蹤等方面。

4 公路計(jì)重收費(fèi)ETC車道系統(tǒng)技術(shù)方案

4.1 系統(tǒng)模塊

4.1.1 車輛檢測模塊

與MCS結(jié)果相比，所提出的PPF方法可以提供近似的CDF曲線，且僅需要較少的計(jì)算時(shí)間。根據(jù)研究結(jié)果，配電網(wǎng)調(diào)度模型對總線電壓相位角和線路有功功率的不確定性有顯著影響，但對總線電壓幅度和線路無功功率的不確定性影響并不大。這是由于配電網(wǎng)調(diào)度只處理光伏發(fā)電的有功功率變化，與總線電壓相位角和線路有功功率有很強(qiáng)的耦合關(guān)系。結(jié)果還表明，在大多數(shù)情況下，配電網(wǎng)調(diào)度降低了總線電壓相位角和線路有功功率的不確定性。發(fā)生這種情況是因?yàn)閭鹘y(tǒng)發(fā)電機(jī)的變化總是在配電網(wǎng)調(diào)度的基礎(chǔ)上平衡光伏發(fā)電機(jī)的變化。

車輛檢測模塊的技術(shù)目的是對車輛的通行狀況和位置進(jìn)行有效檢測，從而觸發(fā)并完成車輛控制過程。利用車道控制器探測到線圈狀態(tài)發(fā)生的變化，讀取IO狀態(tài)之后，根據(jù)前后變化情況判定待計(jì)重收費(fèi)車輛的載重、經(jīng)過、駛離，并根據(jù)實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行計(jì)量。

4.1.2 車輛識別模塊

該模塊主要功能是對車輛類型進(jìn)行分析與判斷，從而分析出待計(jì)重收費(fèi)的車輛類型以及所需提供的對應(yīng)服務(wù)。車輛進(jìn)入通信區(qū)，車載OBU 與RSU 成功交易后，欄桿機(jī)自動(dòng)抬桿，車輛無需停車即可通過。當(dāng)RSU 未與OBU成功交易或未識別車輛安裝的OBU，ETC收費(fèi)系統(tǒng)禁止車輛通行，并下發(fā)移至相鄰MTC車道的指令，取出OBU內(nèi)置的雙界面 CPU卡作為通行券，或著進(jìn)行MTC操作后放行。

4.1.3 設(shè)備控制模塊

該模塊主要按照收費(fèi)車道系統(tǒng)所給出的控制指令給出明確的設(shè)備動(dòng)作指令，例如：自動(dòng)欄桿抬起與降落、允許通行和禁止通行的信號燈指示、計(jì)重設(shè)備的啟動(dòng)與計(jì)重額度顯示、車輛識別器識別及費(fèi)用顯示等[5]。

4.1.4 計(jì)費(fèi)模塊

該模塊是公路計(jì)重收費(fèi)ETC車道的核心模塊，根據(jù)ETC用戶車輛的繳費(fèi)需要，利用外場車道天線設(shè)備，分別收集VST 信息、OBU 信息和IC 卡信息，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)卡、讀卡、寫卡等操作，在入口標(biāo)記過站信息，出口標(biāo)記過站、計(jì)重結(jié)果及消費(fèi)信息，按照用戶信息表轉(zhuǎn)換而來的車型查費(fèi)率表予以收費(fèi)，最終等待應(yīng)答結(jié)果響應(yīng)。抬桿允許車輛通過，留存交易流水。

4.1.5 圖像抓拍模塊

系統(tǒng)抓拍實(shí)嵌入式高清卡口，車輛進(jìn)入第一個(gè)線圈時(shí)，系統(tǒng)被觸發(fā)，自動(dòng)啟動(dòng)高清攝像機(jī)圖像抓拍功能。采用線圈檢測技術(shù)和高清攝像技術(shù)抓拍違法車輛并將拍出的清晰圖像加以保存。

4.1.6 計(jì)重處理模塊

該模塊是計(jì)重貨車ETC用戶車輛的特殊性需要，和計(jì)重控制器加以通信配合，最終得到準(zhǔn)確的計(jì)重結(jié)果。

4.2 技術(shù)流程

1）當(dāng)ETC車輛經(jīng)過入口車道時(shí)自動(dòng)記錄入口信息，并觸發(fā)微波天線，車載OBU 與RSU 成功交易后進(jìn)行OBU有效性判斷。2）OBU有效性識別完畢后，車道系統(tǒng)繼續(xù)讀取卡片信息，開始讀卡并驗(yàn)證身份卡的有效性，對卡片、黑名單及身份信息的有效性進(jìn)行識別。3）以上兩個(gè)步驟的判斷完畢后，欄桿機(jī)自動(dòng)抬桿，車輛無需停車即可通過，計(jì)重設(shè)備及后端微波天線自發(fā)啟動(dòng)。4）車輛繼續(xù)行駛，并進(jìn)入整車式稱重臺進(jìn)行稱重，后端路側(cè)單元繼續(xù)檢測車輛OBU并與之相互通信；5）及時(shí)提供實(shí)載的數(shù)據(jù)后，車主對計(jì)重信息予以確認(rèn)。車主確認(rèn)完畢后，系統(tǒng)依據(jù)國家規(guī)定的合法裝載且車貨總重費(fèi)率計(jì)算費(fèi)額。讀寫天線與OBU和卡片信息進(jìn)行通信后，依據(jù)車貨總重費(fèi)率計(jì)算所得費(fèi)額進(jìn)行預(yù)付卡扣費(fèi)動(dòng)作。如果車主對這一扣費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不認(rèn)可，則返回入口處重復(fù)上述動(dòng)作。6）系統(tǒng)留存交易流水，出口標(biāo)記過站及消費(fèi)信息后抬桿允許車輛通過。7）車輛駛處桿線圈，欄桿落下。完成整個(gè)自動(dòng)計(jì)重收費(fèi)動(dòng)作，通行信號燈再次變紅，等待下一車輛計(jì)費(fèi)通過。

4.3 技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

對于公路計(jì)重ETC車道技術(shù)方案，國內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)省都在自行探索計(jì)重ETC車道模式，甘肅省主要形成了以下的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

1）在早期，由于造價(jià)等原因，高速公路收費(fèi)車道主要安裝動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，但由于動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)存在稱重精度低、誤差隨速度變化大等技術(shù)缺陷，實(shí)際運(yùn)營過程中經(jīng)常出現(xiàn)收費(fèi)爭議。為提高稱重系統(tǒng)準(zhǔn)確性，先決條件是完成整車式稱重系統(tǒng)改造工作，整車式稱重系統(tǒng)相比動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)具有稱重精度高、重復(fù)性好、誤差范圍小等特點(diǎn)。隨著全省出口車道安裝整車式稱重系統(tǒng)，貨車重量準(zhǔn)確性得到了大大的提高，這是實(shí)現(xiàn)公路計(jì)重收費(fèi)ETC的重要前提。

2）半掛車輛最長可以達(dá)到18m，現(xiàn)有的貨車車道往往在收費(fèi)車道出口外側(cè)，勢必影響OBU對貨車的識別。如采用加長車道等方式對計(jì)重車道進(jìn)行改造，會造成造價(jià)的急劇升高，而受限于現(xiàn)場環(huán)境，可能計(jì)重車道的改造根本無法完成。故可考慮將貨車車道改為正對通行車道，在小型車輛ETC的旁邊，可以較好的解決這一問題。

5 結(jié)語

隨著中國智能交通建設(shè)腳步的加快，ETC電子不停車收費(fèi)已經(jīng)成為一種趨勢。公路計(jì)重收費(fèi)ETC車道系統(tǒng)的功能必須滿足實(shí)用性原則、穩(wěn)定性原則和高效率原則原則。在考慮ETC系統(tǒng)構(gòu)架的條件下，增加計(jì)重系統(tǒng)和費(fèi)用計(jì)算系統(tǒng)，達(dá)到快速計(jì)重、快速收費(fèi)，減少等待等技術(shù)功能。因此，本文對公路計(jì)重收費(fèi)ETC車道系統(tǒng)的技術(shù)原理、技術(shù)優(yōu)勢、技術(shù)方案、業(yè)務(wù)流程、存在局限及國外經(jīng)驗(yàn)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)分析，希望能給相關(guān)部門和管理人員提供必要參考。