港珠澳大橋收費(fèi)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

晁月強(qiáng)

摘 要 電子不停車收費(fèi)（ETC）系統(tǒng)利用無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，香港與大陸、澳門的系統(tǒng)所使用的無線頻段不同，因此港珠澳大橋收費(fèi)系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)兩種體系下的不停車收費(fèi)系統(tǒng)兼容于同一車道。本文完成了兼容粵港兩地ETC天線的車道布局方案及應(yīng)用軟件流程處理方案，并且解決了重復(fù)扣費(fèi)、跟車干擾與鄰道干擾等問題。該方案已在港珠澳大橋上成功應(yīng)用，為相同通道兼容不同體系的電子收費(fèi)系統(tǒng)開創(chuàng)了先例。

關(guān)鍵詞 港珠澳大橋;鄰道干擾;ETC;兼容;跟車干擾

引言

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)是中國(guó)正在普及的用于道路、橋梁和隧道的快速通行收費(fèi)技術(shù)。ETC系統(tǒng)使用無線射頻（radio frequency identification）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)通行車輛與車道通行控制機(jī)之間的通信。國(guó)際上，使用的通信頻段主要有5.8GHz、2.45GHz和915MHz這3種。從目前已有系統(tǒng)來看，5.8GHz主要應(yīng)用于歐亞地區(qū)，915MHz在北美地區(qū)應(yīng)用較多，而香港最新采用915MHz。

目前無兩種自動(dòng)扣費(fèi)方式于同一條車道兼容的案例，無法借鑒。通過本課題的研究，收費(fèi)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)同一收費(fèi)車道兼容香港和廣東自動(dòng)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也可解決鄰道干擾、跟車以及重復(fù)扣費(fèi)等問題，并且兼容ETC與MTC的功能。該研究對(duì)我國(guó)ETC系統(tǒng)的理論、實(shí)踐創(chuàng)新均具有重要意義。

1收費(fèi)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

一般，高速公路收費(fèi)系統(tǒng)采用一套ETC交易天線，本課題為每根車道設(shè)置兼容香港和廣東自動(dòng)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，在一根車道上既設(shè)置國(guó)標(biāo)天線（5.8GHz）又設(shè)置香港快易通天線（915MHz），香港和廣東ETC用戶均可通行，這樣就完成了車道兼容粵港兩地自動(dòng)扣費(fèi)天線的車道布局方案[1]。

1.1 方案選擇

每一個(gè)ETC車道設(shè)置香港快易通天線和國(guó)標(biāo)天線，合理的設(shè)計(jì)布置兩套天線、光柵、檢測(cè)線圈與自動(dòng)欄桿機(jī)的位置，是解決交易系統(tǒng)跟車干擾與重復(fù)扣費(fèi)的關(guān)鍵所在。在單一標(biāo)準(zhǔn)體系下，ETC交易兩個(gè)車輛的車輛跟隨情況為4種，如表1所示。

單個(gè)車道，兩種體系下，如果出現(xiàn)區(qū)域重合，那么兩車的跟隨情況組合將變?yōu)?6種。為了實(shí)現(xiàn)兼容粵港兩地不同ETC收費(fèi)模式，設(shè)計(jì)兩種車道布局方案進(jìn)行對(duì)比：

（1）香港快易通天線與國(guó)標(biāo)天線單獨(dú)安裝，香港快易通在前，國(guó)標(biāo)天線在后，兩種自動(dòng)收費(fèi)天線的交易區(qū)域從物理上完全隔絕。

（2）香港快易通天線與國(guó)標(biāo)天線同址（共桿安裝），使得兩種天線的交易區(qū)域重疊。

通過光柵技術(shù)進(jìn)行ETC交易事務(wù)觸發(fā)和車輛分別，縮短了信號(hào)延時(shí)，能夠直接彌補(bǔ)方案一的劣勢(shì)，因此該課題采用方案一。

1.2 方案內(nèi)容

每個(gè)車道設(shè)置5套光柵，5套線圈，線圈一所在的光柵系統(tǒng)，可以用于倒車識(shí)別，觸發(fā)快易通天線系統(tǒng)交易;線圈二所在的光柵系統(tǒng)，可以用于倒車識(shí)別，并觸發(fā)國(guó)標(biāo)天線系統(tǒng)交易;國(guó)標(biāo)系統(tǒng)天線與快易通系統(tǒng)天線分別安裝在兩根柱子上，這樣實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)系統(tǒng)交易區(qū)完全隔離分開，第一個(gè)交易區(qū)設(shè)置在線圈一與線圈二之間，設(shè)置為快易通系統(tǒng)天線交易區(qū)域;第二個(gè)交易區(qū)設(shè)置在線圈二與線圈三之間，設(shè)置為國(guó)標(biāo)天線交易區(qū)域;線圈三截止國(guó)標(biāo)天線的交易;在第一個(gè)線圈處設(shè)置車牌識(shí)別攝像機(jī)，一旦車輛進(jìn)入了交易識(shí)別區(qū)，就可以對(duì)車輛牌號(hào)進(jìn)行識(shí)別，上傳至收費(fèi)亭的計(jì)算機(jī)內(nèi)，為每一輛車綁定車牌。車道布局圖如下圖1所示。

任一車道都具有MTC和ETC收費(fèi)功能，運(yùn)營(yíng)時(shí)可以依據(jù)具體的業(yè)務(wù)操作需要靈活地設(shè)置為MTC車道或ETC車道。

如果車道足夠長(zhǎng)，那就可以將國(guó)標(biāo)系統(tǒng)天線的交易區(qū)與快易通系統(tǒng)天線的交易區(qū)完全隔離分開，使得兩種體系下的收費(fèi)交易業(yè)務(wù)均可以獨(dú)立進(jìn)行，在各自系統(tǒng)交易區(qū)內(nèi)，車輛跟隨情況依舊保持有4種，這樣將有利于降低車輛跟隨問題的復(fù)雜度[2]。

2收費(fèi)系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)與解決方案

傳統(tǒng)體系下ETC業(yè)務(wù)交易的主要難點(diǎn)是鄰道干擾問題以及車輛跟隨干擾問題，在同一車道上兼容兩種或者多種不同體系的ETC業(yè)務(wù)系統(tǒng)，上述問題將更加復(fù)雜。

2.1 跟車干擾解決方案

車輛跟隨分為兩種，一種為非法后車跟隨干擾，即前車正常，后車非法通行，非法的后車跟隨干擾可以通過車道光柵的車輛識(shí)別技術(shù)解決。本方案重點(diǎn)解決非法前跟車干擾。

非法前車跟隨干擾，即前面的車是非法通行，后車正常通行，交易發(fā)生在后車上，導(dǎo)致非法的前車通過。解決非法的前車跟隨干擾問題的主要思路與方法如下。

（1）兩種標(biāo)準(zhǔn)下的ETC交易區(qū)徹底隔離分開，各個(gè)交易區(qū)解決各自的車輛跟隨干擾問題;

（2）準(zhǔn)確及時(shí)判斷前車是非法跟隨車輛。

2.2 關(guān)于相鄰車道之間的干擾問題

相鄰車道之間的干擾問題指的是多條平行的ETC車道，在進(jìn)行ETC交易時(shí)車道控制機(jī)讀到了其他車道的交易信息，造成交易錯(cuò)誤。相鄰車道之間的干擾問題主要解決方案如下。

（1）硬件解決方案。國(guó)標(biāo)系統(tǒng)天線可以通過把交易區(qū)域設(shè)置得更加精細(xì)解決此問題，快易通系統(tǒng)天線可以通過設(shè)置車道之間的電磁屏蔽網(wǎng)解決。

（2）軟件解決方案。通過光柵觸發(fā)交易，交易結(jié)束后就將天線關(guān)閉，不同車道的天線工作時(shí)間互相錯(cuò)開，這樣可以降低相鄰車道出現(xiàn)互相干擾的概率[3]。

3結(jié)束語

本課題提出的一種車道布局方案，將不同體系的交易區(qū)在物理上徹底隔離分開，使得交易系統(tǒng)可以各自獨(dú)立運(yùn)行，有利于降低了交易系統(tǒng)軟件處理的復(fù)雜程度。通過精細(xì)設(shè)置的光柵與車輛設(shè)別技術(shù)可以解決車輛跟隨干擾問題，利用天線系統(tǒng)分區(qū)技術(shù)解決相鄰車道干擾問題。本課題對(duì)不同體系的ETC收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)用于相同收費(fèi)車道的工程項(xiàng)目具有一定的借鑒參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬廣青. 高速公路ETC收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理模式與目標(biāo)實(shí)施淺淡[J]. 黑龍江交通科技，2006，（12）：128-129.

[2] 李媛媛，馬春香，尹忠才，等. 一種用于ETC收費(fèi)系統(tǒng)的信息發(fā)送裝置及系統(tǒng)[P]. 中國(guó)：CN207020730U，2018.

[3] 張勇，周躍華，趙蕊. 高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）節(jié)能分析探討[J]. 交通節(jié)能與環(huán)保，2011，（3）：40-45，54.