高速公路人工收費(fèi)車(chē)道防跟車(chē)沖卡方案設(shè)計(jì)

蔣文政

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

貴梧高速公路梧州至貴港段是《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃修編(2010—2020)》布局方案中“橫4”與“縱3”的重要組成部分，途經(jīng)藤縣、大安、社坡、桂平、石龍、武樂(lè)圩，終于貴港市瓦塘鄉(xiāng)，全線設(shè)塘步、藤縣、新慶、大安、平南、社坡、桂平、蒙圩、貴港北、貴港南10個(gè)閘道收費(fèi)站[1]。高速公路收費(fèi)站跟車(chē)沖卡逃費(fèi)現(xiàn)象在貴梧高速公路人工收費(fèi)窗口時(shí)有發(fā)生。跟車(chē)沖卡逃費(fèi)即后車(chē)與前車(chē)跟車(chē)距離較近，當(dāng)前車(chē)交費(fèi)完成收費(fèi)欄桿抬起時(shí)，跟車(chē)沖過(guò)收費(fèi)欄桿，逃避通行費(fèi)。跟車(chē)沖卡逃費(fèi)是諸多逃費(fèi)手段中情節(jié)極為惡劣的一種，其妨礙高速公路正常秩序的運(yùn)行，不僅給國(guó)家?guī)?lái)經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也損害了高速公路投資業(yè)主的利益。針對(duì)這種現(xiàn)象，本文對(duì)高速公路人工收費(fèi)車(chē)道(MTC)防跟車(chē)沖卡方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 研究現(xiàn)狀

在取消省界收費(fèi)站的背景下，全國(guó)針對(duì)MTC車(chē)道防跟車(chē)沖卡的車(chē)道設(shè)計(jì)研究比較少，更多的研究轉(zhuǎn)向于MTC車(chē)道改造為ETC車(chē)道或ETC/MTC混合車(chē)道。對(duì)于各類(lèi)防范沖卡逃費(fèi)的對(duì)策大致有三種：(1)裝置破胎器在沖卡多發(fā)的收費(fèi)站防沖卡，或采用“出口沖卡，破胎自負(fù)”等警示性標(biāo)語(yǔ)進(jìn)行防范；(2)運(yùn)用AI稽核技術(shù)智能識(shí)別出有門(mén)架記錄卻沒(méi)有駛出高速公路收費(fèi)站出口記錄的車(chē)輛，并找出跟車(chē)沖卡的視頻證據(jù)打擊跟車(chē)沖卡逃費(fèi)行為；(3)通過(guò)完善法律法規(guī)的方式，提高犯罪違規(guī)成本，高速公路運(yùn)營(yíng)方聯(lián)合公安、交警等部門(mén)破獲逃費(fèi)案件，遏制跟車(chē)沖卡逃費(fèi)行為[1-3]。這三種對(duì)策未能從源頭上阻斷跟車(chē)沖卡逃費(fèi)行為，因此通過(guò)在收費(fèi)站的設(shè)施設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)，從源頭上防止跟車(chē)沖卡逃費(fèi)是一種創(chuàng)新的方法。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 在島頭稱(chēng)重系統(tǒng)外安裝線圈及限流欄桿

由于貴梧高速公路收費(fèi)站采用整車(chē)道稱(chēng)重系統(tǒng)，在不影響稱(chēng)重系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在原有收費(fèi)系統(tǒng)上增加相關(guān)設(shè)備達(dá)到防跟車(chē)沖卡的目的。在島頭以外安裝車(chē)輛檢測(cè)線圈及欄桿機(jī)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行檢測(cè)及限流：在島頭稱(chēng)重系統(tǒng)外安裝通過(guò)線圈，通過(guò)線圈上方安裝限流欄桿，距離通過(guò)線圈約2.5 m外安裝檢測(cè)線圈。如圖1所示。

圖1 在島頭稱(chēng)重系統(tǒng)外安裝線圈及欄桿示意圖

2.1.1 檢測(cè)線圈工作原理

車(chē)輛在收費(fèi)車(chē)道中行駛引起車(chē)輛檢測(cè)線圈電感量的變化檢測(cè)到車(chē)輛[4]。檢測(cè)線圈是基于法拉第電磁感應(yīng)原理，目前技術(shù)相對(duì)成熟、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的一種車(chē)輛檢測(cè)器，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理可計(jì)算電壓和磁通量的變化：

Vi=dΦ/dt

(1)

Φ=NAcμ0μcH

(2)

式中：Vi——檢測(cè)線圈感應(yīng)電壓；

Φ——磁通量；

N——線圈的匝數(shù)；

Ac——線圈橫截面積；

H——線圈周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)度；

μc——線圈中的磁芯相對(duì)磁導(dǎo)率。

檢測(cè)線圈埋在車(chē)道路面之下，線圈通電時(shí)周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。由式(1)、式(2)可知，埋在車(chē)道路面下的檢測(cè)線圈具有固定的線圈匝數(shù)、橫截面積等，磁通量只隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈路面上有導(dǎo)磁體(金屬)如車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，檢測(cè)線圈中磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁通量都會(huì)發(fā)生變化，由此檢測(cè)線圈中產(chǎn)生高頻諧振感應(yīng)電壓而檢測(cè)到車(chē)輛的存在[5-6]。

2.1.2 設(shè)計(jì)方案中新增的檢測(cè)線圈及限流欄桿

普通MTC車(chē)道僅在收費(fèi)崗?fù)ぬ幒头涝沂召M(fèi)欄桿處安裝線圈，給沖卡逃費(fèi)產(chǎn)生了可乘之機(jī)。本文設(shè)計(jì)的在島頭稱(chēng)重系統(tǒng)外安裝線圈及欄桿，能起到防跟車(chē)沖卡的作用。

2.2 設(shè)計(jì)方案功能描述

檢測(cè)線圈聯(lián)動(dòng)限流欄桿和原有設(shè)施設(shè)備新增檢測(cè)線圈后詳細(xì)運(yùn)作流程圖如圖2所示。具體流程可分為以下三個(gè)步驟：

圖2 新增檢測(cè)線圈后詳細(xì)運(yùn)作流程圖

(1)初始狀態(tài)：當(dāng)沒(méi)有車(chē)輛進(jìn)入車(chē)道時(shí)，車(chē)道處于初始狀態(tài)。此時(shí)，雨棚信號(hào)燈顯示綠色箭頭，車(chē)道處于開(kāi)通狀態(tài)；收費(fèi)欄桿及限流欄桿均處于落下?tīng)顟B(tài)，限流欄桿未鎖定，車(chē)道通行燈均為紅色；所有線圈/光幕均處于工作狀態(tài)，且未檢測(cè)到車(chē)輛。

(2)檢測(cè)有無(wú)車(chē)輛進(jìn)入階段：當(dāng)檢測(cè)線圈/光幕未檢測(cè)到車(chē)輛時(shí)，系統(tǒng)判定沒(méi)有車(chē)輛駛?cè)耄到y(tǒng)處于前一狀態(tài)中；當(dāng)檢測(cè)線圈/光幕檢測(cè)到車(chē)輛時(shí)，系統(tǒng)判定有車(chē)輛駛?cè)?，此時(shí)判定限流欄桿的鎖定狀態(tài)，若限流欄桿未鎖定，車(chē)道通行燈1變?yōu)榫G色，限流欄桿抬起；車(chē)輛駛過(guò)檢測(cè)線圈/光幕及通過(guò)線圈/光幕，進(jìn)入收費(fèi)區(qū)域；車(chē)輛駛離通過(guò)線圈/光幕時(shí)，限流欄桿落下，此時(shí)有車(chē)輛位于收費(fèi)區(qū)域，限流欄桿鎖定。

(3)車(chē)輛進(jìn)入收費(fèi)區(qū)域：車(chē)輛進(jìn)入收費(fèi)區(qū)域，收費(fèi)欄桿未抬起前，限流欄桿不能再抬起，為鎖定狀態(tài)，限流欄桿外的車(chē)輛在外等候；車(chē)輛進(jìn)入稱(chēng)重車(chē)道，稱(chēng)重信息傳至崗?fù)び?jì)算機(jī)；車(chē)輛駛至收費(fèi)區(qū)域中的存在線圈，觸發(fā)車(chē)道攝像機(jī)自動(dòng)捕獲一幀車(chē)輛的靜態(tài)圖像；司機(jī)將IC卡交至收費(fèi)員處，計(jì)算機(jī)根據(jù)車(chē)輛稱(chēng)重信息、車(chē)型信息、IC卡信息等計(jì)算通行費(fèi)額，顯示在收費(fèi)員的計(jì)算機(jī)及費(fèi)額顯示屏上，IC卡中的信息同時(shí)被清除，IC卡回收；收費(fèi)員向司機(jī)收取通行費(fèi)，收費(fèi)完成確認(rèn)無(wú)誤后按“確認(rèn)”鍵，車(chē)道通行燈2變?yōu)榫G色，收費(fèi)欄桿抬起，同時(shí)解鎖限流欄桿；交易流水上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)；車(chē)輛駛離防砸線圈時(shí)，收費(fèi)欄桿落下；此時(shí)若檢測(cè)線圈檢測(cè)到有車(chē)輛，則欄桿旁的車(chē)道通行燈顯示綠色，限流欄桿抬起，重復(fù)第三個(gè)步驟；此時(shí)若檢測(cè)線圈沒(méi)有檢測(cè)到車(chē)輛，則限流欄桿保持落下，但未鎖定，進(jìn)入步驟一，等待車(chē)輛進(jìn)入。

3 設(shè)計(jì)方案在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的分析

3.1 設(shè)計(jì)方案與原收費(fèi)系統(tǒng)的協(xié)同分析

本設(shè)計(jì)方案取得相關(guān)部門(mén)的審批同意后，在貴梧高速公路的藤縣收費(fèi)站MTC車(chē)道進(jìn)行了試點(diǎn)，取得良好的效果。本設(shè)計(jì)方案運(yùn)用在試點(diǎn)收費(fèi)站后與原有MTC車(chē)道設(shè)施設(shè)備銜接良好，在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中未出現(xiàn)系統(tǒng)問(wèn)題。如表1所示，高速行駛車(chē)輛從進(jìn)入MTC收費(fèi)車(chē)道到駛離車(chē)道以及有無(wú)后車(chē)情況下，車(chē)道島頭外新增的檢測(cè)線圈和限流欄桿與原車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)中的車(chē)道通行燈、聲光告警器、通過(guò)線圈、收費(fèi)欄桿、防砸線圈等軟硬件協(xié)同反應(yīng)表現(xiàn)良好，同時(shí)起到了防止跟車(chē)沖卡逃費(fèi)的理想效果。

表1 島頭外安裝線圈和限流欄桿與原系統(tǒng)的協(xié)同效果分析表

3.2 防跟車(chē)沖卡的功能分析

在收費(fèi)站中，出現(xiàn)車(chē)輛倒車(chē)的情況遠(yuǎn)小于車(chē)輛排隊(duì)的情況，故當(dāng)兩種情況無(wú)法辨別時(shí)，優(yōu)先考慮有后車(chē)跟車(chē)排隊(duì)的情況。如圖3所示，為防跟車(chē)沖卡狀態(tài)圖，圖中S2(100000)→S3(110000)，為車(chē)輛前進(jìn)時(shí)，由檢測(cè)線圈檢測(cè)到車(chē)輛轉(zhuǎn)換為檢測(cè)線圈、通過(guò)線圈同時(shí)檢測(cè)到車(chē)輛；過(guò)程S3(110000)→S2(100000)，只能出現(xiàn)在車(chē)輛倒車(chē)的情況中，若是由一輛車(chē)同時(shí)壓檢測(cè)線圈、通過(guò)線圈，轉(zhuǎn)變?yōu)榍败?chē)壓通過(guò)線圈、后車(chē)壓檢測(cè)線圈，因?yàn)榫€圈寬度約為1 m，難以完成兩輛車(chē)的“無(wú)縫銜接”，則必須有中間過(guò)程S4(010000)，即S3→S4→S3，再給信號(hào)Pass1=0。故當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)S3狀態(tài)且下一信號(hào)是Pass1=0時(shí)，應(yīng)檢查前一狀態(tài)，若前一狀態(tài)為S2，判定為車(chē)輛倒車(chē)，回到S2狀態(tài)，不對(duì)限流欄桿進(jìn)行鎖定處理；若前一狀態(tài)為S4，則判定為有后車(chē)跟隨，轉(zhuǎn)到S10(101000)狀態(tài)，限流欄桿落下且鎖定。

圖3 防跟車(chē)沖卡狀態(tài)圖

3.3 優(yōu)缺點(diǎn)討論

該設(shè)計(jì)方案是利用線圈對(duì)車(chē)輛進(jìn)行判斷，技術(shù)上很成熟，錯(cuò)誤率低。缺點(diǎn)方面主要有兩點(diǎn)：(1)由于貴梧高速公路收費(fèi)站采用整車(chē)道稱(chēng)重系統(tǒng)，線圈及欄桿機(jī)必須安裝在稱(chēng)重車(chē)道之外，即安裝在島頭以外，收費(fèi)區(qū)域未能充分利用，車(chē)輛從限流欄桿行駛到崗?fù)さ臅r(shí)間也更長(zhǎng)，增加了車(chē)輛等待的時(shí)間及收費(fèi)窗口的空余時(shí)間，當(dāng)交費(fèi)的車(chē)輛較多時(shí)，在收費(fèi)站外會(huì)造成排隊(duì)現(xiàn)象，一定程度上降低了收費(fèi)效率；(2)在設(shè)計(jì)方案施工過(guò)程中，埋設(shè)線圈需要對(duì)車(chē)道進(jìn)行挖掘，需要3～7 d的施工期，影響車(chē)道的正常通行。

4 效益討論

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

MTC車(chē)道防跟車(chē)沖卡方案，造價(jià)低，安裝調(diào)試方便，不影響原有收費(fèi)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，增加設(shè)備即可使用。MTC車(chē)道防跟車(chē)沖卡系統(tǒng)中，島頭外安裝線圈及欄桿機(jī)的方案新增的軟硬件有：更新的收費(fèi)軟件、高速欄桿機(jī)、地感線圈、車(chē)道通行燈等，新增的軟硬件投入成本估算如表2所示。單條MTC收費(fèi)車(chē)道設(shè)計(jì)方案投入成本在12萬(wàn)元左右，方案能夠減少不法分子鋌而走險(xiǎn)帶來(lái)的不必要的損失。對(duì)于高速公路收費(fèi)與管理來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)的應(yīng)用具有一定的積極意義。

表2 新增軟硬件投入成本估算表

4.2 社會(huì)效益

隨著高速公路通車(chē)?yán)锍痰难该驮鲩L(zhǎng)和聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，部分人員在既得利益的驅(qū)動(dòng)下，鋌而走險(xiǎn)，想方設(shè)法采取各種手段逃交通行車(chē)費(fèi)，從法律角度看這是一種犯罪行為，對(duì)高速公路正常的運(yùn)營(yíng)秩序帶來(lái)較大的沖擊。本文提出的方案有利于維護(hù)高速公路的運(yùn)營(yíng)秩序和設(shè)施的完整性，維護(hù)高速公路運(yùn)營(yíng)及管理部門(mén)的權(quán)威，對(duì)國(guó)家高速公路收費(fèi)制度的鞏固具有社會(huì)意義。

5 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大力加強(qiáng)的導(dǎo)向下，高速公路迅猛發(fā)展，高速公路收費(fèi)站點(diǎn)數(shù)量不斷上升。在高速公路收費(fèi)站中，MTC車(chē)道作為必不可少的一種人工車(chē)道，時(shí)常發(fā)生跟車(chē)沖卡逃費(fèi)現(xiàn)象。本文針對(duì)MTC車(chē)道提出的防跟車(chē)沖卡設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)對(duì)該設(shè)計(jì)方案進(jìn)行理論分析與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的應(yīng)用，表明該設(shè)計(jì)方案具有良好的防跟車(chē)沖卡逃費(fèi)實(shí)際功能，同時(shí)該方案造價(jià)低、安裝調(diào)試方便、不影響原有收費(fèi)系統(tǒng)的正常運(yùn)行、具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，對(duì)于高速公路收費(fèi)與管理來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)方案在全國(guó)MTC車(chē)道上具有一定的推廣價(jià)值。