高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行

張解國

(山西欣奧特自動(dòng)化工程有限公司，山西 太原 030012)

1 系統(tǒng)概述

不停車收費(fèi)系統(tǒng)又稱為電子收費(fèi)系統(tǒng)(Electronic Toll Collection System)，簡稱為ETC系統(tǒng)，它是以車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(簡稱AVI技術(shù))為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)車輛與收費(fèi)站之間的收費(fèi)數(shù)據(jù)交換，進(jìn)一步通過車道計(jì)算機(jī)對(duì)收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收費(fèi)。

ETC系統(tǒng)和普通MTC相比有如下優(yōu)勢：

1) 車輛可以在時(shí)速低于20 km/h不停車情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)，大大縮短車輛放行時(shí)間，極大提高了通行效率，緩解收費(fèi)廣場堵車現(xiàn)象，間接降低交通事故的發(fā)生概率。

2) ETC系統(tǒng)減少了人工成本的投入。

3) ETC車道設(shè)計(jì)要求為收費(fèi)交易錯(cuò)誤率不得大于3‰，可以有效避免MTC車道收費(fèi)人員情緒等諸多因素的影響。

2 電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)是由ETC車道、收費(fèi)站、收費(fèi)分中心和收費(fèi)結(jié)算中心組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 ETC車道設(shè)備性能

1) ETC車道通行能力：不小于550 輛/h。

2) 交易可靠性：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，ETC車道在OBU、RSU運(yùn)行正常的情況下，以時(shí)速低于20 km/h通過ETC車道，收費(fèi)交易錯(cuò)誤率不得大于3‰。

3) ETC車道信息保存：至少保存40 d的電子收費(fèi)交易記錄。

4) MTBF：不小于10 000 h。

圖1 高速公路ETC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.3 ETC系統(tǒng)組成

ETC系統(tǒng)由車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、中心管理系統(tǒng)和車道輔助設(shè)備組成。

車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)：由電子標(biāo)簽、路側(cè)設(shè)備(RSU)、檢測線圈等組成。

在車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(簡稱AVI技術(shù))的發(fā)展歷程中，先后出現(xiàn)條碼識(shí)別技術(shù)、紅外識(shí)別技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)等，但是由于高速公路本身特點(diǎn)要求能夠在遠(yuǎn)距離作用、全天候、惡劣天氣環(huán)境下應(yīng)用，經(jīng)過比選，只有射頻識(shí)別技術(shù)同時(shí)滿足上述特點(diǎn)，因此，ETC系統(tǒng)普遍采用射頻識(shí)別技術(shù)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)前云、貴、川三省的賽事運(yùn)作管理并未能抓住供應(yīng)商與合作者的有效開發(fā)，而僅僅是重視賽場內(nèi)外的廣告，這樣以來就使賽場內(nèi)外的“銅臭味”極為濃厚，但并沒有產(chǎn)生多大的價(jià)值，此種情況要逐步改變。

射頻識(shí)別技術(shù)原理：首先，監(jiān)測系統(tǒng)中的閱讀器會(huì)不停地發(fā)出低頻加密數(shù)據(jù)載波信號(hào)(頻率132.3 kHz)，信號(hào)經(jīng)由天線調(diào)諧器的發(fā)射天線向外界發(fā)送，形成DSRC通信區(qū)域；其次，行駛車輛進(jìn)入DSRC通信區(qū)域后，車輛內(nèi)的射頻卡會(huì)自動(dòng)激活，同時(shí)射頻卡內(nèi)的高頻發(fā)射模塊發(fā)出高頻加密載波信號(hào)(頻率315 MHz)；最后，接收天線接收到高頻加密載波信號(hào)，提取出車輛信息(時(shí)間和地點(diǎn)等)傳輸回車道計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)對(duì)車輛信息進(jìn)行查詢比對(duì)，根據(jù)查詢比對(duì)結(jié)果進(jìn)一步通過控制單元控制車道外設(shè)。

中心管理系統(tǒng)：配備多臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器，用來儲(chǔ)存?zhèn)浞軪TC車輛注冊信息。

車道輔助設(shè)備：車道計(jì)算機(jī)、車輛檢測器、車道攝像機(jī)、車牌識(shí)別系統(tǒng)、車道通行燈、費(fèi)額顯示器、雨棚信號(hào)燈、報(bào)警器、檢測線圈等，ETC車道系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 ETC車道系統(tǒng)構(gòu)成圖

2.4 ETC車道布設(shè)方案

2.4.1 ETC路側(cè)設(shè)備(RSU)與讀寫天線布設(shè)方案

路側(cè)設(shè)備(RSU)可以放在收費(fèi)亭內(nèi)，也可以和讀寫天線一起置于島頭立柱橫桿處。當(dāng)車輛通過RSU形成的DSRC通信區(qū)域時(shí)，RSU與車內(nèi)的電子標(biāo)簽(OBU)進(jìn)行無線通信，將讀取的車輛信息(時(shí)間和地點(diǎn)等)傳輸回車道計(jì)算機(jī)。

讀寫天線一般安裝在島頭立柱橫桿處，安裝位置和安裝角度要根據(jù)現(xiàn)場的車道寬度、立柱高度、檢測線圈1的位置等因素進(jìn)行調(diào)整。

自動(dòng)欄桿布設(shè)方案有欄桿前置和欄桿后置兩種方案，本工程采用的是欄桿后置方案。

自動(dòng)欄桿后置模式是將自動(dòng)欄桿安裝在收費(fèi)亭后，檢測線圈4上方，本次工程保持收費(fèi)島上原有自動(dòng)欄桿位置不變。這種模式無需對(duì)原有的MTC收費(fèi)島進(jìn)行加長改建，島上現(xiàn)有設(shè)備位置也不用調(diào)整，只需在島頭部分增加ETC專用設(shè)備、車牌識(shí)別系統(tǒng)。后置模式如圖3所示。

圖3 ETC車道自動(dòng)欄桿后置模式

2.4.3 車輛檢測器和檢測線圈布設(shè)方案

車輛檢測器設(shè)置在欄桿機(jī)內(nèi)或者收費(fèi)亭內(nèi)，用于將來自檢測線圈的信號(hào)轉(zhuǎn)化為開關(guān)量信號(hào)。檢測線圈1設(shè)置在DSRC通信區(qū)域前，檢測車輛的進(jìn)入；檢測線圈2設(shè)置在DSRC通信區(qū)域后，檢測車輛的駛?cè)牒陀涗浲ㄐ熊囕v數(shù)量。檢測線圈3為原有MTC車道抓拍觸發(fā)線圈，本次工程作為備用線圈。檢測線圈4設(shè)置在自動(dòng)欄桿機(jī)前，用來檢測車輛的駛出。

3 電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)運(yùn)行過程：

1) 行駛車輛到達(dá)檢測線圈1，檢測到有車輛通過；

2) 檢測線圈1和RSU共同檢測該車輛是否有電子標(biāo)簽；

3) 行駛車輛進(jìn)入DSRC通信區(qū)域，讀寫天線與電子標(biāo)簽和卡片進(jìn)行通訊，判斷當(dāng)前車輛電子標(biāo)簽和卡片是否有效，如有效則進(jìn)入交易程序；如無效則報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，欄桿降落，車道通行燈變紅；

4) 如交易完成，車道計(jì)算機(jī)控制欄桿抬起，車道通行燈變綠，綜合信息顯示屏顯示“歡迎駛?cè)搿睓z測線圈2觸發(fā)車牌識(shí)別系統(tǒng)，進(jìn)行車牌識(shí)別；

5) 車輛通過自動(dòng)欄桿下的檢測線圈4后，如果后面有合法車輛則欄桿保持抬起狀態(tài)，如果后面沒有車輛或者是非法車輛，則欄桿落下。以非省界ETC出入口為例，系統(tǒng)工作流程如圖4、圖5所示。

4 結(jié)束語

ETC系統(tǒng)和普通MTC相比有著巨大優(yōu)勢，在車輛增長率不斷提升的大環(huán)境下，ETC技術(shù)的優(yōu)勢凸顯的尤為重要，相信隨著ETC技術(shù)不斷的研究和開發(fā)，必然會(huì)使我國整體公路收費(fèi)水平邁向新臺(tái)階。

圖4 非省界ETC車道入口交易流程圖

圖5 非省界ETC車道出口交易流程圖