高速公路計重收費ETC車道系統技術方案研究

■陳小鵬（福建省高速公路有限責任公司三明管理分公司，三明365000）

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高速公路計重收費ETC車道系統技術方案研究

■陳小鵬
（福建省高速公路有限責任公司三明管理分公司，三明365000）

隨著電子不停車收費車道（以下簡稱ETC）在國內的規模化建設和縱深化應用，其在緩解通行壓力、實現快速通行、倡導節能減排等方面的優勢也愈發顯著。目前我國的ETC系統多用于按車型收費的客車收費，暫不能為計重貨車提供便捷的通行服務。如何實現ETC計重收費，緩解由于貨車計重造成的通行效率低下，已成為當前高速運營單位迫切需要解決的問題。本文根據現存ETC車道系統實施經驗，結合高速公路貨車計重收費的業務特點，就科學、合理、實用的高速公路計重ETC車道系統建設方案進行研究探討，并就車道布局、系統功能、車道處理流程等問題進行闡述。

高速公路計重收費ETC系統技術方案探討

1引言

近年來，ETC收費系統在國內的應用得到極大推廣。據不完全統計，截至2015年，我國高速公路的ETC已全面覆蓋。ETC的發展，在節能減排、降低污染、減少占用土地、緩解通行壓力、為百姓提供快捷便利的出行服務等方面的優勢愈來愈顯著。目前貨車計重收費仍多采用人工收費方式，在車輛通過效率上已不能跟上社會的發展。同時為更有效的治理超限超載，減少逃費，將ETC系統與計重收費相結合，推廣計重ETC系統已經成為勢在必行之勢。

2計重ETC車道系統功能目標

高速公路計重ETC車道系統主要通過對通行車輛的車輛類別（客車ETC車輛和貨車ETC車輛）進行自動識別和判定，并以此作為系統啟動車道控制策略的依據，啟用相應的業務處理流程，分別為客車ETC車輛和貨車ETC車輛提供相應的通行處理服務。主要功能如下：

（1）車道不僅能滿足普通ETC用戶的不停車通行要求，也能實現對貨車ETC用戶車輛進行正常的計重處理；

（2）計重ETC車道可利用現有ETC車道布局進行改造而實現，充分利用現有ETC車道資源；

（3）計重ETC車道系統可同時具備ETC計重專用車道和ETC車道這兩類工作模式，在必要時系統既可按需要時切換至任一工作模式運作，或以組合方式實現兩種工作模式的共同運作。

3計重ETC車道系統建設方案

計重ETC車道系統主要按照現有ETC車道欄桿機前置布局方式通過增設相應設備和調整業務軟件達成計重ETC車道的運營需求，其主要內容如下：

（1）保持現有ETC車道所采用的欄桿前置模式，即前端天線設于收費島的前端，前端自動欄桿設于與相鄰島頭平齊位置附近，以使在車道前端通信區域內無法正常完成交易的車輛或誤入的非ETC車輛可自行駛離車道，并轉向相鄰的人工車道進行處理；

（2）在前端欄桿機后至收費崗亭之間的收費車道施工設置整車式稱重平臺，并于收費島上的適當位置安裝計重控制機柜、稱重傳感器、紅外車輛分離器；

（3）在崗亭下游島面處則相應設置后端天線、后端欄桿機、后端費額顯示器，欄桿機內布置3個單通道的車輛檢測器；

（4）在島頭出安裝標志牌，含車道指示和限速內容對現有的ETC車道（含ETC站級）軟件進行升級。

車道布局如圖1所示：

4計重ETC車道系統方案

4.1系統概述

計重ETC車道子系統主要由路側讀寫控制器（RSU）、車道通行信號燈、報警器、費額顯示器、自動欄桿機、車道計算機（含顯示器、鍵盤）、車道控制器、雨棚信號燈、車輛檢測器、線圈、車道攝像機、車道攝像機、計重設備等組成，主要承擔著計重ETC車道所通行車輛的處理和數據采集工作。

圖1　計重ETC車道系統的車道布局示意圖

4.2系統功能模塊

本計重ETC車道系統包括以下功能模塊：車輛檢測模塊、車輛識別模塊、設備控制模塊、計費模塊、通信模塊、圖像抓拍模塊、信息保存模塊、工班管理模塊、設備診斷模塊、警示信息模塊和計重處理模塊。

（1）車輛檢測模塊

車輛檢測模塊主要用于實現對車輛的通行狀況和位置檢測，以觸發相應的系統控制指令，完成車輛的控制處理流程。

該模塊通過車道控制器檢測到的線圈（輸入）狀態所發生的改變，并以中斷方式通知車道程序讀取最新IO狀態，讀出IO狀態后，跟原來的狀態比較以判斷出車輛的到達、離開，從而確定車輛的行駛位置，以及對所通行的車輛進行計數。

（2）車輛識別模塊

車輛識別模塊主要用于實現通行車輛的車輛類型（普通ETC車輛和計重貨車ETC車輛）識別和判斷，以確保系統可根據來車類型提供相應的處理服務。車輛識別模塊的功能主要通過車道天線與車載OBU間的通信，完成對OBU及卡片信息的采集，以此判斷車輛類型，從而針對車輛的類型進行相應的處理操作。其主要可分為以下兩類：

①普通ETC車輛的識別：對于普通ETC車輛的識別和交易處理，基本與現有處理模式一致，即當ETC車輛在前端天線完成交易時，則前后欄桿抬起并放行。

②貨車ETC車輛的識別：對于貨車ETC車輛的識別，主要由前后端兩組微波天線分工完成，即系統首先通過前端微波天線和電子標簽之間的通信獲取車輛數據，并進行身份識別處理操作，車輛進入后端通信區域時，再根據其計重結果通過后端微波天線和電子標簽之間的通信進行相應的交易處理操作。

同時，車道識別模塊除了對車輛的類型進行判別外，還可從中判斷車輛OBU及其卡片的有效性和出入口信息，以及根據所獲取到的車輛識別結果和信息實現黑名單判定、有效啟用日期判定、車類轉換等功能。

（3）設備控制模塊

設備控制模塊主要根據系統所做出的控制指令正確控制車道設備的動作，包括：自動欄桿的起落、通行信號燈的切換、警示器/警報燈的開啟和關閉、費額顯示器的顯示、車牌識別器的識別、計重設備的啟動等。

如系統可通過向車道控制器發送控制指令，控制欄桿、紅綠燈、報警器，車道開關燈等，以及通過向串口發送數據，輸出到費率顯示牌和字符疊加器。

（4）計費模塊

計費模塊主要針對ETC用戶車輛的繳費需要，通過外場車道天線設備實現天線與ETC車輛車載單元間的通信，從而實現驗卡、讀卡、寫卡等操作，如在入口車道中，在通行卡上寫入入口收費站、車型等信息；在出口車道，根據通行卡上的出/入口信息、計重結果（貨車）及由用戶信息表轉換而來的車型查費率表，計算通行費金額，合理扣費，返回結果，并回寫出口信息。

（5）通信模塊

實現車道系統與站級管理系統的數據交換。

（6）圖像抓拍模塊

當系統抓拍線圈被觸發時，模塊自動啟動車道攝像機的圖像抓拍功能，抓拍出一幅清晰圖像，并進行保存，以此作為車輛通行的圖像記錄。

（7）計重處理模塊

計費模塊主要針對計重貨車ETC用戶車輛的計重需要，與計重控制器進行通信，實現計重結果的獲取。

4.3業務流程

計重ETC車道系統可以以客車ETC車輛專用、計重貨車ETC車輛專用模式和客貨ETC車輛混合使用三種處理模式運行。三種處理模式的業務流程如下：

（1）純普通ETC收費模式下的車道處理流程

當系統采用客車ETC車輛專用收費模式運行時，其業務流程與現行推廣的ETC車道系統處理流程一致。

（2）純計重貨車ETC車輛收費模式下的車道處理流程

關于計重ETC貨車收費模式下的出口車道處理流程如圖2所示：

圖2　純計重貨車ETC車輛收費模式下的出口車道處理流程圖

其處理步驟如下：

第一步：車輛進入車道，駛入前端微波天線檢測區域，并觸發微波天線，微波天線與OBU建立通訊并進行OBU有效性（拆卸、有效性、參數信息、車型等）判斷；

第二步：OBU有效性判定成功后，系統繼續讀取卡片信息、并進行卡片、黑名單和入口信息的有效性判斷；

第三步：上述判斷成功后，系統控制前端欄桿抬升放行，并自動開啟計重設備和后端微波天線；

第四步：車輛繼續行駛，駛入計重區域進入計重操作，且后端微波天線繼續檢測車輛OBU并與之進行通信；

第五步：系統獲取計重數據后，將提示車主用戶進行確可。若車主用戶認可后，系統根據計重數據并結合基準費率計算費額。當后端天線繼續讀取OBU和卡片信息后，根據費額從儲值卡的電子錢包或記賬卡的賬號中收取通行費；若車主用戶不認可，系統將提示倒車進行重新計重處理；

第六步：通行費繳費成功后，系統回寫出口信息并進行圖片抓拍；

第七步：系統生成出口交易流水，后端欄桿抬升放行車輛；

第八步：當車輛通過落桿線圈時，欄桿回落，通行信號燈變紅。

（3）共同運作模式下的車道處理流程

關于普通ETC與計重ETC貨車混合收費模式下的出口車道處理流程如圖3所示：

圖3　共同運作模式下車道處理流程圖

其處理步驟如下：

第一步：車輛進入車道，駛入前端微波天線檢測區域，并觸發微波天線，微波天線與OBU建立通訊并進行OBU有效性（拆卸、有效性、參數信息、車型等）判斷；

第二步：OBU有效性判定成功后，系統繼續讀取卡片信息、并進行卡片、黑名單和入口信息的有效性判斷；

第三步：上述判斷成功后，若系統反饋前方仍有交易車輛，則提醒車主用戶等候處理；若前方無交易車輛，系統將繼續進行車型判別，并按照車型進行控制邏輯切換；

第四步：若判斷車型為普通ETC車輛，則對車輛進行通行費額計算并從儲值卡的電子錢包或記賬卡的賬號中收取通行費，車道流程直接轉至第七步，若為計重貨車ETC車輛，，系統控制前端欄桿抬升放行，并自動開啟計重設備和后端微波天線；

第五步：車輛繼續行駛，駛入計重區域進入計重操作，且后端微波天線繼續檢測車輛OBU并與之進行通信；

第六步：系統獲取計重數據后，將提示車主用戶進行確可。若車主用戶認可后，系統根據計重數據并結合基準費率計算費額。當后端天線繼續讀取OBU和卡片信息后，根據費額從儲值卡的電子錢包或記賬卡的賬號中收取通行費；若車主用戶不認可，系統將提示倒車進行重新計重處理；

第七步：通行費繳費成功后，系統回寫出口信息并進行圖片抓拍；

第八步：系統生成出口交易流水，欄桿抬升放行車輛；

第九步：當車輛通過落桿線圈時，欄桿回落，通行信號燈變紅。

5結語

計重收費現階段存在車輛通行效率低、超限超載嚴重與逃費屢禁不止等問題，ETC計重收費系統是目前解決計重收費以上問題的最佳選擇。本文對計重ETC系統的建設方案進行了簡單闡述，在具體應用上尚存在跨省交易、ETC計重收費軟件與數據庫升級等問題需待解決，希望本方案能為ETC計重收費系統的推廣與普及提供有益借鑒。

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