提升ETC專用車道一次性通過率技術(shù)淺析

閆 磊

（山西交通控股集團有限公司中部高速公路分公司，山西太原 030000）

取消高速公路省界收費站之后，實現(xiàn)了全國聯(lián)網(wǎng)，客、貨車輛在收費站能實現(xiàn)不停車通行，但是車輛有時在ETC 專道不能一次性通過，給司乘人員帶來不好的體驗感?，F(xiàn)在技術(shù)研究的主要方向是增大客戶OBU的功率和降低路側(cè)天線的功率，雖然可以解決部分鄰道干擾，但不能完全消除其影響。現(xiàn)唯有通過車道地感線圈與路側(cè)天線配合，并結(jié)合車道工控機設(shè)備和黑名單及時下載等技術(shù)手段和方法，才能徹底提高ETC車道一次性通過率。

1 車輛在ETC專用車道不能一次性通過現(xiàn)狀

山西交通控股集團有限公司中部高速公路分公司太原片區(qū)共有231 條車道，其中ETC 專用車道有95 條，混合車道有86 條，人工車道有50 條?，F(xiàn)在太原片區(qū)聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)運行日趨平穩(wěn)，路網(wǎng)運行秩序井然，ETC 用戶保有量逐漸增加，ETC 專道的使用明顯增加，然而車輛有時在ETC 專道不能一次性地通過，給收費站的日常管理帶來諸多不便，而且也會產(chǎn)生投訴問題。只有提升ETC 專用車道一次性通行率，才能有效提升ETC客戶的體驗感和滿意度，提高服務(wù)水平，為社會的經(jīng)濟發(fā)展提供推動力[1]。

2 影響車輛在ETC 專用車道不能一次性通過因素

通過對太原片區(qū)95 條ETC 專用車道1 天內(nèi)不能一次性通過的車輛進行統(tǒng)計分析，其影響因素主要包括用戶標(biāo)簽無卡、用戶黑名單、用戶余額不足、卡片過期、防爆膜[2]、鄰道干擾、車道軟硬件配置過低等7 項問題。其中前5 項屬于人為因素，通過管理可以解決，而鄰道干擾、車道軟硬件配置問題需要通過技術(shù)方面解決。

2.1 鄰道干擾

當(dāng)ETC 車輛駛?cè)胲嚨涝谶M行車輛識別時，有時會有鄰道干擾的情況發(fā)生。鄰道干擾，是指正在行駛車輛的車道路側(cè)天線掃射到臨近車道，引起該車道上方的路側(cè)天線與臨近車道上OBU 發(fā)生錯誤交易。鄰道干擾的主要表現(xiàn)形式為臨近2 個或3 個車道的路側(cè)天線識別到同一輛車的OBU 信號，錯誤的交易數(shù)據(jù)進入了收費軟件處理流程，引起了后續(xù)收費軟件信息處置錯誤。鄰道干擾的產(chǎn)生，其根本原因為路側(cè)天線掃射范圍過大，超過了車道3.5 的寬度。此現(xiàn)象通常會發(fā)生在多條并排的ETC 車道，當(dāng)車輛出現(xiàn)高峰時期，則特別嚴重。如果天線在識別電子標(biāo)簽OBU 的過程中對相鄰車道發(fā)生誤讀或者有干擾的現(xiàn)象，就會導(dǎo)致裝有ETC 的車輛不能一次性通過車道。

2.2 鄰道干擾原因分析

2.2.1 車道現(xiàn)狀

ETC 車道主要由車道控制器、天線、高清車牌圖像識別設(shè)備、自動欄桿、手動欄桿、費額顯示屏、雨棚信號燈、霧燈、車道攝像機、車輛檢測器等組成，車道設(shè)備布置如圖1所示。

圖1 ETC車道設(shè)備布局示意圖

經(jīng)對部分收費站調(diào)研發(fā)現(xiàn)：

a）關(guān)于地感線圈 太原片區(qū)各收費站地感線圈的布設(shè)，分別有1+1 布局、2+1 布局和3+1 布局，更有個別控制天線的交易線圈只有1 個。按照行業(yè)經(jīng)驗，線圈的間距最好是2.5 m，但是目前線圈的間距從小于2.5 m到超過6.5 m 的都存在。

b）關(guān)于天線 相控天線可以有效識別交易車輛的位置，從而可以精確控制隊列，目前車道雖然采用了相控天線，但是由于線圈布設(shè)數(shù)量和現(xiàn)有軟件無法配合完成車輛隊列的控制，導(dǎo)致相控天線無法發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2.2.2 存在的問題

車道采用2+1、3+1 的線圈布設(shè)時，天線的交易范圍較小只有7～10 m，1+1 時交易范圍更小，使車輛在通過時需要有明顯的降速，嚴重影響了ETC 車輛的過車效率。交易范圍較小也會導(dǎo)致車輛在交易區(qū)域內(nèi)未交易成功從而需要車輛倒車重新交易。

無交易隊列控制或交易隊列控制不夠精確，整體的過程邏輯混亂，錯放漏放車輛經(jīng)常發(fā)生。主要原因：一是線圈間隔的不規(guī)范導(dǎo)致車道無法精準(zhǔn)控制車輛隊列，例如：當(dāng)間隔大于6 m 時，車輛從線圈間隔處駛?cè)牖蝰偝鲕嚨?，車道無法識別到車道內(nèi)有多少輛車，也無法識別車道內(nèi)車輛的行駛路線，從而車道無法按序控制交易、抬桿邏輯；二是車道采用的雖是相控天線，因線圈布設(shè)不足無法識別車輛位置，導(dǎo)致車道無法通過隊列、車輛行駛位置與天線交易車輛位置進行核對，不能發(fā)現(xiàn)交易車輛所在隊列位置，從而無法按序控制交易、抬桿邏輯。

3 提升車輛ETC 專用車道一次性通過率技術(shù)方案

3.1 優(yōu)化目標(biāo)

增大天線交易的交易范圍，在車輛距離欄桿遠處就能完成交易并完成抬桿動作，使車輛能高速通過，提升車道的通行效率，平均通行速度可由20 km∕h（不同車道的通行效率差異較大，普遍在10 km∕h 至20 km∕h）提升至30 km∕h 以上。

增大天線交易的交易范圍，保障車輛能在高速行駛的情況下在交易區(qū)間內(nèi)完成交易，增加ETC 車輛一次通過率。完善、加強車道交易隊列控制，將錯放、漏放車輛事件的概率降到最低，保證收費站的通行秩序，降低收費站的損失。

3.2 克服鄰道干擾優(yōu)化方案

為了提高ETC 車道的通行速度，針對欄桿前置ETC 專道進行優(yōu)化升級改造?？傮w方案采用從車道布局和軟件兩個方面進行優(yōu)化調(diào)整。軟件配合車道布局及設(shè)備所需要的適應(yīng)性進行調(diào)整升級，同時也要保證ETC 通行車道盡量不處在彎道上[3]。路側(cè)天線RSU 的掃射范圍內(nèi)布設(shè)5 個感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈寬度為1.5 m左右，間隔為2.5 m 左右，目的是識別正在行駛車輛的前后位置關(guān)系。路側(cè)天線根據(jù)車輛OBU 位置信息與感應(yīng)線圈位置相互識別，對正在行駛車輛的OBU 位置進行預(yù)判斷，可以有效處置ETC 車道鄰道和跟車干擾問題。要把OBU 的靈敏度和發(fā)射功率設(shè)置在國家標(biāo)準(zhǔn)范圍，確保所采購OBU 的靈敏度保持一致[4]。設(shè)置中，可采用增加路側(cè)天線到欄桿機間距L，使最遠端感應(yīng)線圈d1 與欄桿機的間距大于17 m，調(diào)整欄桿機抬桿參數(shù)，提高車輛行駛速度。天線地感線圈布置如圖2所示。

圖2 天線感應(yīng)線圈布置示意圖（單位：cm）

3.2.1 相控陣天線覆蓋區(qū)域

車道屬于全新的相控陣車道布局，為了滿足二代相控陣天線覆蓋區(qū)域遠區(qū)16 m，最遠線圈距離欄桿機距離可達17 m，增加ETC 用戶快速通車的體驗感。天線交易區(qū)域輻射分近、中、遠（近：0.5～6.5 m；中：2.0～10 m；遠：4.0～16 m)。

3.2.2 地感線圈作用

#d1 線圈為開天線，默認切換天線至遠區(qū)；#d2 線圈為存在線圈，確認車輛隊列；#d3 線圈為存在線圈，同時也觸發(fā)切換天線至中區(qū)；#d4 線圈為存在線圈，同時也觸發(fā)切換天線至近區(qū)；#d5 線圈為存在線圈，確認是否存在無標(biāo)簽車；#d6 線圈為駛離線圈，車輛駛離車道。

3.2.3 鄰道干擾解決方案

相控陣天線通過雷達可調(diào)整天線掃射區(qū)域。不是正行駛在此車道掃射范圍的均為旁道，通過雷達掃射將旁道的錯誤信號剔除，僅僅和此車道OBU 進行交易。如圖3，根據(jù)雷達掃射將該車道通信區(qū)域1 的橫向范圍設(shè)置為±1.7 m，則路側(cè)天線通過雷達掃射識別OBU2 在該車道外，OBU1 在該車道行駛，則路側(cè)天線與OBU1進行交易，不與其他車輛OBU 交易，解決此干擾問題。

圖3 交易處理圖

3.2.4 跟車干擾處理方案

相控陣雷達掃描與行駛車道OBU 交互的結(jié)果，可識別此車道正在行駛ETC 車輛的前后位置關(guān)系，以此判斷路側(cè)天線與車輛OBU 交易的前后順序。如圖4，車輛1 在車輛2 之前，因此OBU1 在OBU2 之前，則路側(cè)天線根據(jù)雷達掃描結(jié)果和車輛1 先交易，然后再和車輛2 進行交易，這樣可消除跟車干擾現(xiàn)象。

圖4 跟車干擾圖示

沒有OBU 車輛使用ETC 車道，可根據(jù)感應(yīng)線圈判斷。如圖5，第一輛無標(biāo)簽，第二輛車有OBU。第二輛車位置與車道感應(yīng)線圈觸發(fā)不吻合，因此不能交易，可解決無OBU 車輛跟車干擾問題。

圖5 無標(biāo)簽車輛跟車干擾處理示意圖

跟車干擾的邏輯判斷可以由RSU 來處理，也可以由車道軟件來處理。以下介紹兩種跟車干擾處理方案。

3.2.4.1 由天線處理跟車干擾

車道控制器實時監(jiān)測ETC 車道中地感狀態(tài)，當(dāng)?shù)馗袪顟B(tài)變化時車道控制器發(fā)送給車道機，車道機立即發(fā)送當(dāng)前地感狀態(tài)信息給RSU。RSU 通過地感狀態(tài)變化，判斷是否和當(dāng)前處理的OBU 坐標(biāo)匹配，如果匹配則繼續(xù)交易，如果不匹配拒絕交易。該方案中RSU 區(qū)域根據(jù)車道軟件發(fā)送上來的地感狀態(tài)，進行遠近中區(qū)切換。

3.2.4.2 由收費軟件處理跟車干擾

來車到達觸發(fā)線圈時遠區(qū)或中區(qū)天線打開，到達切換線圈打開近區(qū)天線。當(dāng)近區(qū)有OBU 交易或等待交易的OBU，來車完成交易離開車道時天線不能切換到遠區(qū)天線；交易過程中，天線向收費軟件提供OBU 的位置，此位置信息為OBU 扣款前所在位置的二維坐標(biāo)（x，y）。當(dāng)通訊區(qū)域內(nèi)存在多個車輛時，車道軟件根據(jù)車輛觸發(fā)地感線圈的狀態(tài)以及OBU 的坐標(biāo)信息進行位置合法性判斷，當(dāng)車輛位置與OBU 坐標(biāo)不匹配時拒絕交易，通過這種方式徹底解決跟車干擾和鄰道干擾問題。由于車輛的速度不同，以及地感線圈有不同的觸發(fā)延時，所以需要設(shè)置合理的位置，進行合法性判斷，方案為：車輛觸發(fā)遠端第1 個地感線圈時，OBU 位置合法判斷依據(jù)為±3.5 m；車輛觸發(fā)遠端第2 個地感線圈時，OBU 位置合法判斷依據(jù)為±2.5 m；車輛觸發(fā)遠端第3、4、5個地感線圈時，OBU 位置合法判斷依據(jù)為±2 m[5]。

3.3 車道軟硬件解決方案

取消省界收費站后，收費模式變?yōu)槿珖?lián)網(wǎng)收費，因此全國的黑名單數(shù)據(jù)、新增OBU 數(shù)據(jù)、ETC 卡數(shù)據(jù)名單要及時更新。將這些數(shù)據(jù)實時下載到收費車道。通過統(tǒng)計當(dāng)前太原片區(qū)路段的黑名單數(shù)據(jù)、新增OBU 數(shù)據(jù)、ETC 卡數(shù)據(jù)的容量大小在2 G 左右。現(xiàn)在的一些老舊ETC 車道設(shè)備性能低下，不能滿足此要求。

要想保證數(shù)據(jù)實時下載的同時，還要進行車道交易，需要提高工控機的配置，達到CPU i5 及以上，固態(tài)硬盤512 G，內(nèi)存8 G 以上，網(wǎng)卡為千兆網(wǎng)卡，車道的網(wǎng)線配置為超六類以上。軟件設(shè)置全國的黑名單數(shù)據(jù)、新增OBU 數(shù)據(jù)、ETC 卡數(shù)據(jù)名單要及時更新，做到每5 min 更新一次，如圖6所示。

圖6 狀態(tài)名單下載明細

4 結(jié)語

通過以上各種方案能有效提高車輛ETC 專用車道一次性通過率，盡可能為廣大用戶提供暢通、便捷、安全、高效的出行服務(wù)。