公路計重收費ETC車道系統技術方案分析

高 虎

（甘肅省定西高速公路管理處，甘肅 定西 743000）

1 引言

隨著現代經濟社會的不斷發展和日益進步，公路收費及管理工作越來越受到人們的重視。由于各行各業對高質量交通設施供給的需求日益增加，以往傳統人工收費模式已經不適應現代化高速公路建設運營的發展需要。當前，考慮計重收費的高速公路ETC收費系統日益得到縱深化和規模化的發展，一定程度上解決了以往公路收費站堵塞、超限超載嚴重及計費不準等問題。計重收費ETC車道系統在節能降耗、較少污染、緩解交通壓力等方面有明顯優勢。本文對公路計重收費ETC車道系統技術方案分析，以期為我國的公路智能收費系統提供一定指導。

2 公路計重收費ETC車道系統技術原理

ETC（ Electronic Toll Collection ）是一種全自動收費方式，也稱為電子收費系統或不停車收費系統，它是利用電子、計算機與通訊技術，使駕駛員不需停車就可以實現車輛載重的計重收費，完成計重、收費、統計和監控工作，解決了收費大型載貨車輛排隊現象，是收費方式的發展方向[1]。

計重收費ETC車道系統的主要類型為單向式和雙向式兩類：單向式不停車收費方式，是在車上安裝一個電子標簽（只讀），當車輛經過收費站時，電子標簽輸出信號，收費站的無線接收裝置，接受并讀取電子標簽中的信息，然后將收費站的資科傳給收費中心，由收費中心登記、更新和統計[2]。每隔一段時間，將每輛車的通過次數與通行費總額打印出來，寄送駕駛員，并通知繳費或從預交金中扣除。雙向式不停車收費方式，是在車上安裝一個可無線寫入信息的電子標簽（可讀寫）。用戶應事先在指定地點給電子標簽交納、預存足夠金額，當有電子標簽（可讀寫）的車輛通過收費站時，接收儀器識別電子標簽數據信息，檢驗電子標簽的有效性，計算通行費，并將電子標簽中事先存繳的金額扣除實際需要繳納的通行費金額后，再回存到電子標簽中。雙向式不停車收費方式，只認車載電子標簽，不認車（人），能避免舞弊現象[3]。擁有有效電子標簽的車輛，就擁有使用收費道路的權利。由于使用車裁電子標簽的優越性，主要體現在長期用戶上。因此，對很少使用收費道路的車輛，應采用其他收費方式。

3 公路計重收費ETC車道系統的技術優勢

通過對蘭州市周邊收費車道擁堵情況進行統計，由于許多收費站站前廣場面積較小，大型、重型車輛停靠繳費，往往會導制大型、重型車輛產生較為嚴重的車輛擁堵，可見如果采用貨運車輛ETC計重收費，可以有效的提高大型、重型車輛通行效率。

2）計重收費不需增加收費車道或擴建新收費站，就可提高車輛在收費站的通行能力。

3）確保高速公路收費的可靠性和暢通性，可明顯改善計重收費效果。

4）使駕駛員節省了時間，最大程度降低了攜帶現金和財務報賬的麻煩。

5）可防止通行費流失、營私舞弊、貪污等現象的發生，使通行費收取工作進入現代化管理階段。

6）高速公路網形成后，區域收費勢在必行，不停車收費方式和電子標簽易于實現區域聯合收費[4]。

7）公路計重收費ETC不停車收費方式和電子標簽，可推廣到停車場、加油站、各種公路費征收、駕駛員信息和對車輛實施跟蹤等方面。

4 公路計重收費ETC車道系統技術方案

4.1 系統模塊

4.1.1 車輛檢測模塊

與MCS結果相比，所提出的PPF方法可以提供近似的CDF曲線，且僅需要較少的計算時間。根據研究結果，配電網調度模型對總線電壓相位角和線路有功功率的不確定性有顯著影響，但對總線電壓幅度和線路無功功率的不確定性影響并不大。這是由于配電網調度只處理光伏發電的有功功率變化，與總線電壓相位角和線路有功功率有很強的耦合關系。結果還表明，在大多數情況下，配電網調度降低了總線電壓相位角和線路有功功率的不確定性。發生這種情況是因為傳統發電機的變化總是在配電網調度的基礎上平衡光伏發電機的變化。

車輛檢測模塊的技術目的是對車輛的通行狀況和位置進行有效檢測，從而觸發并完成車輛控制過程。利用車道控制器探測到線圈狀態發生的變化，讀取IO狀態之后，根據前后變化情況判定待計重收費車輛的載重、經過、駛離，并根據實際狀態進行計量。

4.1.2 車輛識別模塊

該模塊主要功能是對車輛類型進行分析與判斷，從而分析出待計重收費的車輛類型以及所需提供的對應服務。車輛進入通信區，車載OBU 與RSU 成功交易后，欄桿機自動抬桿，車輛無需停車即可通過。當RSU 未與OBU成功交易或未識別車輛安裝的OBU，ETC收費系統禁止車輛通行，并下發移至相鄰MTC車道的指令，取出OBU內置的雙界面 CPU卡作為通行券，或著進行MTC操作后放行。

4.1.3 設備控制模塊

該模塊主要按照收費車道系統所給出的控制指令給出明確的設備動作指令，例如：自動欄桿抬起與降落、允許通行和禁止通行的信號燈指示、計重設備的啟動與計重額度顯示、車輛識別器識別及費用顯示等[5]。

4.1.4 計費模塊

該模塊是公路計重收費ETC車道的核心模塊，根據ETC用戶車輛的繳費需要，利用外場車道天線設備，分別收集VST 信息、OBU 信息和IC 卡信息，實現驗卡、讀卡、寫卡等操作，在入口標記過站信息，出口標記過站、計重結果及消費信息，按照用戶信息表轉換而來的車型查費率表予以收費，最終等待應答結果響應。抬桿允許車輛通過，留存交易流水。

4.1.5 圖像抓拍模塊

系統抓拍實嵌入式高清卡口，車輛進入第一個線圈時，系統被觸發，自動啟動高清攝像機圖像抓拍功能。采用線圈檢測技術和高清攝像技術抓拍違法車輛并將拍出的清晰圖像加以保存。

4.1.6 計重處理模塊

該模塊是計重貨車ETC用戶車輛的特殊性需要，和計重控制器加以通信配合，最終得到準確的計重結果。

4.2 技術流程

1）當ETC車輛經過入口車道時自動記錄入口信息，并觸發微波天線，車載OBU 與RSU 成功交易后進行OBU有效性判斷。2）OBU有效性識別完畢后，車道系統繼續讀取卡片信息，開始讀卡并驗證身份卡的有效性，對卡片、黑名單及身份信息的有效性進行識別。3）以上兩個步驟的判斷完畢后，欄桿機自動抬桿，車輛無需停車即可通過，計重設備及后端微波天線自發啟動。4）車輛繼續行駛，并進入整車式稱重臺進行稱重，后端路側單元繼續檢測車輛OBU并與之相互通信；5）及時提供實載的數據后，車主對計重信息予以確認。車主確認完畢后，系統依據國家規定的合法裝載且車貨總重費率計算費額。讀寫天線與OBU和卡片信息進行通信后，依據車貨總重費率計算所得費額進行預付卡扣費動作。如果車主對這一扣費標準不認可，則返回入口處重復上述動作。6）系統留存交易流水，出口標記過站及消費信息后抬桿允許車輛通過。7）車輛駛處桿線圈，欄桿落下。完成整個自動計重收費動作，通行信號燈再次變紅，等待下一車輛計費通過。

4.3 技術經驗

對于公路計重ETC車道技術方案，國內還沒有形成統一的技術方案和技術標準，各個省都在自行探索計重ETC車道模式，甘肅省主要形成了以下的技術經驗。

1）在早期，由于造價等原因，高速公路收費車道主要安裝動態稱重系統，但由于動態稱重系統存在稱重精度低、誤差隨速度變化大等技術缺陷，實際運營過程中經常出現收費爭議。為提高稱重系統準確性，先決條件是完成整車式稱重系統改造工作，整車式稱重系統相比動態稱重系統具有稱重精度高、重復性好、誤差范圍小等特點。隨著全省出口車道安裝整車式稱重系統，貨車重量準確性得到了大大的提高，這是實現公路計重收費ETC的重要前提。

2）半掛車輛最長可以達到18m，現有的貨車車道往往在收費車道出口外側，勢必影響OBU對貨車的識別。如采用加長車道等方式對計重車道進行改造，會造成造價的急劇升高，而受限于現場環境，可能計重車道的改造根本無法完成。故可考慮將貨車車道改為正對通行車道，在小型車輛ETC的旁邊，可以較好的解決這一問題。

5 結語

隨著中國智能交通建設腳步的加快，ETC電子不停車收費已經成為一種趨勢。公路計重收費ETC車道系統的功能必須滿足實用性原則、穩定性原則和高效率原則原則。在考慮ETC系統構架的條件下，增加計重系統和費用計算系統，達到快速計重、快速收費，減少等待等技術功能。因此，本文對公路計重收費ETC車道系統的技術原理、技術優勢、技術方案、業務流程、存在局限及國外經驗等方面進行了系統分析，希望能給相關部門和管理人員提供必要參考。