高速公路ETC門架后時代的發展及應用探究

夏法剛

（中咨泰克交通工程集團有限公司,北京 100083）

0 引言

根據《高速公路省界收費站取消整體技術方案》（交路函〔2019〕320號）文件，2019年取消高速公路省界收費站，設置了ETC門架系統。該系統通過車載單元（OBU）及后臺記賬形式，實現所有車輛（含ETC車輛及MTC車輛）分段計費、扣費自動完成功能，MTC車輛通過使用5.8 GHz復合通行卡（CPC卡）作為通行介質，實現分段計費、出口計費，并保留進/出口匝道收費站[1]。對ETC車道數量進行合理設置，確保ETC車輛不停車快速通過；對未安裝OBU車輛及特殊車輛使用MTC車道完成收費；貨車由計重收費調整為按車（軸）型收費，安裝OBU實現不停車快速收費，入口治超同步實施，收費廣場右側適當位置設置了新的稱重檢測設施（設備），并與收費車道協調聯動進入口稱重檢測數據。

1 ETC門架現狀分析

2019年起，隨著全國高速公路取消省界收費站，ETC門架系統成為高速公路建設中必備的重要基礎設施，在高速公路省界區域、各立交匝道互通、收費站入/出口之間設置了ETC門架系統，實現ETC車輛與MTC車輛分段計費和出口計費功能，并生成ETC/MTC車輛交易流水和能行記錄（或通行憑證），實時將ETC/MTC車輛信息上傳至部聯網中心和省聯網中心。現階段ETC門架的設立僅用于高速公路收費，對于門架系統功能的使用存在著單一性，ETC門架的開發利用還存在著巨大的潛力。圖1為ETC門架設備安裝狀態。

圖1 ETC門架設備安裝狀態

圖1門架結構采用桁架式，所有構件均采用閉口截面，桁架下弦桿中心距離路面最高點間的高度不小6 m；桁架滿足人員檢修通行需要，其前后弦管中心寬度為1 m，上下弦管中心高度為1.8 m，欄桿高度1.2 m，在風荷載作用下，ETC門架結構水平方向形值點不大于ETC門架頂部高度的1/100，設備安裝后可正常工作，門架在安裝時已經減少了對高速公路的使用影響。

結合現有ETC門架的安裝狀態，可以看出ETC門架的設備空余空間很富足，還存在著很大的升級改造空間，完全可以進行二次利用。由此可以分析出各高速公路運營企業可以根據自身高速公路的特點和要求，在門架地理位置滿足的條件下進行改造升級，對已有門架進行設備附著安裝，對于新建高速公路可以根據需求對ETC門架進行升級改造，從而實現將ETC門架的單一功能轉換為綜合功能。

2 ETC門架升級改造

發生在道路上的交通事件可以分為兩大類，一類是以不可預測事件為主的偶發事件，另一類是以運量飽和、服務水平降低等原因居多的常發事件[2]。偶發事件多為意外事故和車輛故障，導致車輛擁堵、堵塞，如果不及時處理，很有可能引發二次意外。氣象異常、道路施工、車輛性能、司機因素等都可能是偶發事件的誘因。氣象異常可通過加強氣象預報、向駕駛員及時提供氣象信息等方式降低氣象對交通的影響。偶發事件誘發因素中汽車機械故障和司機的工作狀態都是具有不可預見性和偶然性的隨機因素，同時又易受不可控因素的影響。在一些重點路段，例如大橋、長坡路段和變坡點為監控重點，在設計方案前期可以通過流動的指示牌，配合固定的情報板進行預知。根據以上方案，一旦確定發生交通事故，應迅速調集相關人員和車輛，及時救助受傷人員，快速發布交通信息，避免二次事故的發生，最終將事故造成的影響如事故處理、清障等排除在外，使交通的正常通行迅速恢復。在以上方案的基礎上可以利用ETC門架現有條件安裝監控設備、氣象信息顯示屏等設備。圖2為門架上弦平面圖，ETC門架安裝位置的位置點和覆蓋面完全可以滿足監控設備的安裝要求。

圖2為ETC門架與情報板共桿示意圖，滿足40 m/s風壓條件下2 t靜態荷載和18 m2風載要求，門架跨度可按照實際道路尺寸調整，調整時需要注意橫梁連接法蘭相鄰腹盤的距離，方便螺栓固定，門架高度尺寸需保證門架下方凈高不低于6 m，不影響ETC門架的正常使用功能。

圖2 門架上弦平面（單位：mm）

實現氣象設備與ETC門架共桿，氣象檢測器檢測對象為：溫濕度、能見度、風速風向雨量等。對高速公路局部地區的氣象環境進行檢測，起到及時發布氣象信息的功能。常見氣象檢測器的安裝方式如圖3所示。

通過圖3可以清晰地看出現有的安裝方式需要進行獨立的標件和基礎氣象設備的安裝，最頂端設備距地面為3 m即可滿足設備要求。然而ETC門架底端設備距地面要求為6 m，由此可以得出將氣象設備與ETC門架共桿的方案需要將設備安裝于門架側面立柱位置，與共桿大屏實現聯動，及時更新此區域的氣象環境數據。

圖3 氣象檢測器的安裝方式（單位：mm）

門架安裝其他設備后必然會造成用電功率的升高，在供電方案的選擇上也要進行相關的升級和調整。

3 ETC門架在安全出行方面的應用

隨著2019年省界收費站的拆除，ETC門架在高速公路上的覆蓋率達到了較高的程度，為智慧高速的應用和發展打下了良好的基礎。而在智慧高速安全出行方面一直進行著各種創新和應用，ETC門架后時代的拓展應用迎來了一個全新的時代。中共中央、國務院印發了《交通強國建設綱要》對綜合應用門架數據做出明確要求，交通部在《數字交通發展規劃綱要》中也提出構建數字化的采集體系、網絡化的傳輸體系和智能化的應用體系，加快交通向數字化、網絡化、智能化發展，在2021年國務院印發的《國家綜合立體交通網規劃綱要》中也對數據分析數字賦能提出了明確要求。

交通流量調查方面的應用。以往高速公路交調外場監控設備覆蓋率較低，現有高速或新建高速布設ETC門架之后，基本實現了全覆蓋。將交通流量調查設備與ETC門架相融合從全覆蓋的角度提升交調數據的準確度和完整性，還可以利用門架已有數據轉化為交通流量調查數據，可以節約建設和維護成本。同時還可以提升高速公路路網運行狀態感知設備的全覆蓋，依據ETC門架數據，可以準確得到車輛的行駛時間、交通流量、車輛速度等，對一些反常數據流量發出警告，解決事故多發點流量較大路段的難題。

交管方面數據的融合應用。現有ETC門架可以搭載交管方面的設備（例如違法抓拍、事件檢測等），從而可以提高違法抓拍點位的覆蓋率，也可以通過ETC門架現有抓拍設備將違法行駛的車輛信息直接推送至交管部門，利用現有門架布設視頻事件檢測設備，對車道內灑落物、行人闖入、車輛逆行、壞車占道等異常交通狀況實時檢測，準確打擊，實現高速公路收費中心與交管部的聯合，為車輛安全行駛創造良好的環境。

4 ETC門架車路協同方面的應用

2020年8月，交通運輸部發布了《關于推進交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》，在智慧公路方面的主要任務中，提出“深化高速公路電子不停車（ETC）門架應用，推進車路協同等設施建設，豐富車路協同應用場景”，將深化ETC門架應用和發展車路協同都列為新基建的任務。將智能公路、智慧高速與普通公路相比較，應用車路協同在高速公路上的優勢在于：高速公路多為封閉狀態，車輛單向行駛場景比較單一，基本遏制了人對交通的不良影響，具有較高等級公路建設和較好的路況條件，經營主體具有相對明確的權責關系及機電設施比較齊全。

ETC門架在車路協同領域的探索。充分利用現有ETC門架的天線和路側天線，融合ETC技術的車路協同應用，通過ETC通信與車路協同通信融合，構建面向駕駛員的低延時車路通信網絡。通過新一代車載OBU終端提供全天候高品質的出行服務，根據ETC門架覆蓋廣的特點，在現有ETC門架搭建車路協同所需的5G信號和邊緣傳感設備，基于云計算、物聯網、5G通信等技術，開展車路協同建設，將物理鏈路遷移至云端，實現系統的輕量化，車端與路側的通信、路側與中心的通信應采用國密技術進行加密，確保通信安全。

ETC門架與車路協同系統的集成。主要是利用ETC門架基礎設施作為路側感知裝置的載體，通過感知裝置對安裝了OBU的車輛進行識別，對交通異常事件進行信息獲取。通過現有的ETC門架數據傳輸網絡，在獲取信息后將數據傳輸到路側感知設備上，經過云控制平臺實時處理數據，將異常交通信息通過路側感知設備發布給過往車輛，從而提升公路的通行能力和管理水平。基于高速公路ETC門架與車路協同系統的融合，通過升級現有ETC門架系統的軟硬件，基本可以實現除車間內無法溝通外的其他場景。

ETC門架設置于各省界邊界、出入口匝道收費站及高速相交交流道。全國高速公路共設置門架24 588個。目前，高速公路上除了設有ETC門架外，在需要安裝車路協同邊緣設備的其它路段，也設有交管部門或高速部門設置的其他功能的門架或立柱，也可以借用現有路側邊緣設備的門架或立柱。設置在ETC門架上的RSU是面向來車方向布置的，配合設置在路側的車路協同裝置完成信息的收集和互動。系統還應綜合考慮ETC門架的使用效果、通信方式、電源傳輸等冗余情況。相關立柱、門架應根據實際情況適當增加，充分考慮車路協同的應用場景。

5 結束語

ETC門架的后時代應用中可以融合和升級改造的方案有很多，給高速ETC門架帶來顛覆性的升級，在應用上將會體現出真正的價值，可以降低建設成本，使其增加更多的功能。