高速公路入口治超系統(tǒng)解決方案

林森

摘要 隨著高速公路的迅速發(fā)展，高速公路養(yǎng)護和運營安全顯得越來越重要，近年來高速公路治超管理工作也取得了快速發(fā)展。文章以設計、實施并已投入正式營運的某智慧高速入口治超項目為背景，分析了目前入口治超工作存在的痛點和難點，提出了一套系統(tǒng)性的解決方案并加以應用。文章首先介紹了高速公路入口治超系統(tǒng)的實施現狀，并作了全面研究與分析；其次，重點介紹了文章的核心內容，即通過具體案例詳細介紹了入口治超系統(tǒng)的技術方案，力圖讓讀者了解該系統(tǒng)的架構和工作原理，在智慧高速中得以應用，響應“十四五”規(guī)劃中智慧高速的方針政策；最后，總結了技術方案的特點和應用成果。文章所介紹的智慧高速入口治超系統(tǒng)較之同類系統(tǒng)，具有功能強、采用的技術先進和可靠等特點，可為今后高速公路治超系統(tǒng)的研究和應用提供借鑒和參照。

關鍵詞 高速公路；入口治超系統(tǒng)；方案；架構；管理

中圖分類號 U495文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）10-0014-03

0 引言

高速公路實施計重收費以來，超載運輸行為得到了有效遏制，但在一些區(qū)域和部分高速公路路段仍有違法超載貨運車輛短途繞行，威脅到公路、橋梁的行車安全[1]。

京港澳高速公路京石段路線走廊呈南北走向，途經保定、石家莊兩個地級市，路線總長為224.678 km，為雙向八車道高速公路。自2014年底改擴建完成、投入運行以來，對沿線的經濟社會發(fā)展起到了巨大的推動作用，取得顯著的社會效益和經濟效益。隨著近幾年我國經濟的快速發(fā)展，交通量增長迅速，現有收費入口存在無法稱重、缺失治理依據、出口超載治理滯后被動等問題，急需增加入口稱重設施。

1 高速公路入口治超系統(tǒng)實施現狀

1.1 入口治超系統(tǒng)概述

系統(tǒng)能實現多要素采集功能，包括車重、車型、車牌、軸數、長寬高尺寸等信息，具有超限報警和語音提示功能[2]，安裝LED情報板和廣播，對超載的車輛進行聲光報警，禁止駛入高速公路。

系統(tǒng)軟件具有數據整合、存儲、共享、報表、黑名單管理、多方協(xié)同應用等功能，實現車道、站級、分中心三級網絡存儲。

通過高速公路聯(lián)網收費系統(tǒng)和數據傳輸接口，在省中心層面將稱重檢測數據傳輸給省級稱重聯(lián)網信息系統(tǒng)。稱重檢測設備應為市場監(jiān)管部門檢驗合格的產品，外表面均進行防銹和防腐處理，能適應全天候運行。安裝調試完成后，應由法定計量檢定機構檢定合格，方可投入使用。

1.2 入口治超系統(tǒng)存在的問題

在具體實施過程中，高速公路收費站入口治超系統(tǒng)的建設仍然面臨一些問題，該文以河北省京港澳高速公路（京石段）公路入口治超系統(tǒng)為例，進行了如下匯總：

（1）在具體實施過程中，部分收費站廣場面積相對狹小，無法布置計重檢測系統(tǒng)以實現對上站車輛進行稱重檢測的目的；超限車輛的勸返對收費站入口提出了很大的空間需求，京港澳高速公路（京石段）的很多收費站入口，由于在建設時沒有為車輛掉頭、勸返進行空間設計，需要進行改建甚至不具備改建的條件，難以貫徹實施《超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定》的相關規(guī)定。

（2）高速公路收費站入口治超檢測數據和監(jiān)控錄像在收費站級的工控機內存儲，時常因為空間不足導致系統(tǒng)無法正常運行；站級之間的計重數據無法同步和整合；治超系統(tǒng)軟件不具備查詢、導出、記錄運行日志，防篡改，智能遠程巡檢等功能，導致運營和管理工作的效率低、技術存在局限性[3]。

（3）針對入口治超檢測產生的數據，沒有進行深入的研究和分析，未能發(fā)揮大數據對于智慧高速業(yè)務功效提升的助力作用。

（4）各收費站反映入口貨車聯(lián)動率低，導致站區(qū)擁堵。經過調查顯示聯(lián)動率低為抓拍不到車牌所導致，多輛貨車同時駛入船島進行稱重時前車車輛會遮擋后車車牌導致抓拍不到，從而影響車輛對應計重數據的匹配和上傳。為了保證站口通暢，各站安排相關人員在現場進行車輛疏導，17個收費站需要耗費了巨大的人力資源。

對于入口治超系統(tǒng)存在的問題，該文提供一系列創(chuàng)新應用方案供大家參考。

2 高速公路入口治超系統(tǒng)方案

2.1 入口治超系統(tǒng)架構

高速公路稱重檢測設施由稱臺、輪軸識別器、抓拍攝像機（車頭、車尾、車側）、視頻監(jiān)控攝像機、LED情報板和標志標線等構成，可根據實際情況選配自動欄桿（實現“一車一桿”的控制方案）、車輛外廓尺寸自動檢測等設備。

（1）稱重子系統(tǒng)。稱重秤臺主要包括稱重稱臺、傳感器、稱重控制器、紅外光柵及配套設備。

為貫徹落實黨中央決策部署和國務院工作要求，取消高速公路省界收費站勢在必行。取消省界收費站技術方案已明確貨車收費將由計重收費改為按車型收費，因此出口收費車道計重設備可作為校驗使用。

（2）閉路監(jiān)視子系統(tǒng)。閉路監(jiān)視子系統(tǒng)主要包括監(jiān)控攝像機、車道攝像機、硬盤錄像機、液晶監(jiān)視器和線纜等。

根據收費站廣場實際情況，入口治超系統(tǒng)可設置為收費車道（廣場面積狹小等情況）和收費廣場治超兩種方案。當治超車道設置于入口車道時，治超系統(tǒng)與收費系統(tǒng)共用攝像機，且治超系統(tǒng)能夠調用監(jiān)控圖像進行查看[4]。當治超車道設置于收費廣場時，通過監(jiān)控攝像機對車輛的整個檢測情況進行實時監(jiān)控，并將錄像存入IPSAN網絡硬盤，便于對超載車輛的核實驗證。IPSAN網絡硬盤存儲視頻要求不低于30 d。

車道攝像機安裝在收費島尾端，用來監(jiān)控稱重檢測全過程。稱重完成后，由工控機產生的處理數據（車重、車型、車牌、軸數、長寬高尺寸等信息）經字符模塊疊加到監(jiān)控畫面。

（3）車道控制子系統(tǒng)。車道控制子系統(tǒng)主要包括工控機、顯示器、抓拍攝像機、費顯、霧燈、治超檢測軟件、自動欄桿機等。設置霧燈主要是引導車輛安全駛入檢測車道。

車道控制子系統(tǒng)對前端感知設備采集的數據進行處理，實現自動匹配車輛信息、車輛OBU信息、超載自動報警、人工二次確認等功能，同時將稱重檢測數據上傳收費系統(tǒng)和治超軟件平臺。治超控制器主要控制車道外設，并自動接收計重儀表發(fā)送過來的檢測數據以及抓拍到的車牌圖片，實現治超車輛信息的存儲、管理及控制。以太網交換機用于抓拍和監(jiān)控的數據傳輸。車道工控機安裝治超軟件，實現自動化檢測和控制。LED情報板用于顯示稱重信息，包含喇叭和功放，能夠播放語音和喊話，提示超限超載車輛駛離，非超限超載車輛駛入發(fā)卡車道進行領卡[5]。

（4）場地建設及附屬設施。治超附屬設施主要包括治超檢測島、車道配電箱、線纜等。

1）場地建設（計重檢測和勸返模式）。①計重檢測有兩種模式，即在收費廣場和收費車道設置治超檢測。收費廣場邊側新建治超檢測島、隔離墩等用于安裝治超檢測設備，同時可保護計重設備。入口收費車道設置治超檢測車道時需對收費島頭進行延長。②因各收費站的廣場環(huán)境復雜且存在多樣性，勸返模式包括收費廣場勸返、收費車道勸返和高速公路匝道勸返3種。（a）收費廣場勸返模式：高速公路收費站收費廣場空間和場地面積充裕時，治超檢測車道可設置在廣場處，檢測并確定貨車超載后，提示其掉頭駛離。根據收費站實際情況，還可以從右側或新擴建掉頭車道駛離。（b）高速公路匝道勸返模式：若高速公路收費站入口不具備較大面積的收費廣場，也可以選擇在高速公路的背交路或者高速公路前的國省道上設置治超檢測車道。（c）收費車道勸返模式：高速公路收費站收費廣場或入站匝道面積較小時，應將治超檢測系統(tǒng)設置在收費車道內。若確認超載，引導其進行卸貨或者從收費站出口內廣場掉頭駛離。

2）供配電。在收費廣場邊側新建治超檢測車道時，應通過廣場配電箱引電，對檢測設施進行供電。

3）安全設施。根據收費站不同情況選擇合理的治超方案，應對收費廣場進行必要的改擴建，完善增設有關標志、標線、安全隔離等安全設施。

2.2 工作流程及原理

（1）車輛根據指示標志及治超管理人員引導駛入檢測車道，在經過紅外光柵、車輛檢測器時，車牌識別設備進行圖像抓拍；待車輛完全通過計重檢測區(qū)域和紅外光柵后，工控機將完整的稱重數據、車輛類型信息集中到治超軟件，通過設置在檢測車道上的ETC天線將上述信息寫入OBU；經治超軟件處理后，將其發(fā)送至前端工控機。同時，抓拍攝像機識別被檢測車輛的車牌，并將圖片發(fā)送至前端工控機。前端工控機對兩者的數據進行匹配，將檢測數據上傳至服務器；最終發(fā)送匹配后的稱重數據、車牌識別數據等信息至收費站檢測服務器；判斷超載后，系統(tǒng)將超載車輛信息發(fā)送至LED情報板，提示超限車輛駕駛員禁止駛入。對于車牌識別系統(tǒng)不能自動識別的車輛，由檢測亭內工作人員手動輸入貨運車輛車牌、車型等相關信息，保證每輛貨運車輛完整的檢測信息都能錄入系統(tǒng)，實現貨運車輛100%稱重檢測。

稱重檢測服務器將車輛稱重檢測信息通過安全網站后分兩路上傳，其中一路數據上傳至高速公路收費系統(tǒng)；另外一路數據可上傳至省、部級治超管理平臺，作為治理和處罰違法超限超載貨運車輛的依據，該路段為稱重數據上傳至省、部級治超管理平臺的通道預留接口[6]。

（2）創(chuàng)新創(chuàng)效實例：加裝自動欄桿機，實現“一車一桿”的控制方案：

1）以河北省京港澳高速公路（京石段）公路入口治超系統(tǒng)為例，由于收費站車流量很大，貨車同時駛入船島進行稱重時前車車輛會遮擋后車車牌導致抓拍不到，直接影響治超系統(tǒng)的稱重數據采集匹配，經常出現“無計重信息”的情況，導致治超系統(tǒng)和收費系統(tǒng)無法實現聯(lián)動，造成站區(qū)擁堵。

針對此問題，經過多次現場調研和模擬測試，提出一種解決辦法并已投入應用，效果良好。即在廣場稱臺前面加裝欄桿機，控制車輛進入頻率進而提高抓拍率，從而實現聯(lián)動率的提升。

2）工作原理。①如圖1所示，將自動欄桿機安裝于駛入線圈旁的收費島上，駛入線圈位于稱臺前。廣場檢測車道在沒有車輛駛入時，自動欄桿機將一直處于抬桿狀態(tài)，直至車輛駛入；車尾離開駛入線圈時落桿，阻止下一輛待檢車輛進入檢測車道內，防止因待檢車跟車過近，造成車牌識別率低下、輪軸識別錯誤等問題。②離開線圈位于天線下方，當檢測車道內車輛車尾駛過離開線圈后，自動欄桿機抬桿，等待下輛待檢車駛入檢測車道。

3）項目成效。此方案已在京港澳高速公路（京石段）全線收費站應用，運行穩(wěn)定。抓拍率、入口聯(lián)動率有了明顯改善，不僅降低了工作人員的工作強度，而且收費站廣場車輛通行也更加順暢[7]。

2.3 數據安全及存儲要求

應建立數據備份與恢復機制，數據備份應明確備份信息的備份方式、備份頻率、存儲介質、保存期等。收費站站級系統(tǒng)數據應至少留存6個月，違法超限超載數據在省級稱重系統(tǒng)至少存留1年。

2.4 性能要求

系統(tǒng)7×24 h不間斷運行。平均無故障間隔時間（MTBF）不小于3 000 h和平均修復時間（MTBR）不大于30 min。

2.5 供電要求

供電系統(tǒng)應納入收費站整體供電系統(tǒng)中，利用收費站現有UPS或EPS應急電源和后備電池，確保系統(tǒng)在供電中斷后可以持續(xù)工作至少1.5 h。

2.6 入口治超系統(tǒng)軟件要求

（1）軟件架構設計。檢測軟件采用C/S架構進行設計，能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，數據處理速度快。軟件設計客戶端具有數據采集、數據查詢、數據統(tǒng)計、參數設置、黑名單等功能，滿足用戶的基本業(yè)務需求。系統(tǒng)軟件的業(yè)務邏輯層具有數據處理、數據匹配等功能，將前端采集的車輛數據進行合理匹配，最終形成完整的車輛信息。軟件預留了上傳數據接口，可以通過SDK協(xié)議進行不同軟件平臺的嵌入和對接。

（2）系統(tǒng)軟件功能。軟件可以對車輛進行數據采集，包括車重、車牌、車型、速度、軸重等信息；可驅動信息顯示屏、聲光報警器、語音播報等設備配合管理者進行工作；具有瀏覽、統(tǒng)計、存儲、記錄、生成報表、打印等功能；具有數據分析及統(tǒng)計功能，超載車輛可按時間、車型進行分布，超載車輛可按重量（軸重/總重）分段統(tǒng)計，可對超載車輛卸貨總量進行統(tǒng)計，并可導出統(tǒng)計報表；具有黑名單管理的功能，可將超載車輛自動或者手動加入黑名單進行管理；可用來判別公路車輛特殊過衡狀態(tài)的行駛行為；自動判斷正向、逆向行駛行為，準確定義行駛方向和車道；自動判斷單車跨道模塊，壓縫行駛行為，準確合并車輛數據；加強反作弊能力，自動判斷超低速、走走停停行為，保證車輛判斷不斷軸。軟件包含稱重模塊、復雜行駛行為判別模塊、LED屏控制模塊及數據上傳接口；留有可擴展的數據傳輸接口，可以實現數據上傳功能，以實現數據的聯(lián)網管理；維護簡單，穩(wěn)定可靠，可保證長期穩(wěn)定的運行[8]。

3 結論

該文介紹的高速公路入口治超系統(tǒng)方案，是響應公路交通運輸信息化發(fā)展規(guī)劃的總體要求，并結合高速公路的實際需求以及現有的技術水平和趨勢，對系統(tǒng)進行了創(chuàng)新和升級。

隨著今后全國高速公路的發(fā)展建設，以及交通運輸系統(tǒng)技術的不斷提高，交通在步入“智能化”的同時，將由更多的信息采集點、優(yōu)化算法和多樣的信息組成交通大數據，合理的歸集和共享可以為社會創(chuàng)造更高的價值，高速公路的運營水平將會再上一個臺階，智慧高速將迎來新的里程碑。

參考文獻

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