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(shè)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(yīng)用。文章首先介紹了高速公路入口治超系統(tǒng)的實施現(xiàn)狀，并作了全面研究與分析；其次，重點介紹了文章的核心內(nèi)容，即通過具體案例詳細(xì)介紹了入口治超系統(tǒng)的技術(shù)方案，力圖讓讀者了解該系統(tǒng)的架構(gòu)和工作原理，在智慧高速中得以應(yīng)用，響應(yīng)“十四五”規(guī)劃中智慧高速的方針政策；最后，總結(jié)了技術(shù)方案的特點和應(yīng)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(shù)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(yīng)用提供借鑒和參照。

關(guān)鍵詞 高速公路；入口治超系統(tǒng)；方案；架構(gòu)；管理

中圖分類號 U495文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)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(jīng)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(jīng)濟效益。隨著近幾年我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通量增長迅速，現(xiàn)有收費入口存在無法稱重、缺失治理依據(jù)、出口超載治理滯后被動等問題，急需增加入口稱重設(shè)施。

1 高速公路入口治超系統(tǒng)實施現(xiàn)狀

1.1 入口治超系統(tǒng)概述

系統(tǒng)能實現(xiàn)多要素采集功能，包括車重、車型、車牌、軸數(shù)、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?cè)敫咚俟贰?/p>

系統(tǒng)軟件具有數(shù)據(jù)整合、存儲、共享、報表、黑名單管理、多方協(xié)同應(yīng)用等功能，實現(xiàn)車道、站級、分中心三級網(wǎng)絡(luò)存儲。

通過高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸接口，在省中心層面將稱重檢測數(shù)據(jù)傳輸給省級稱重聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)。稱重檢測設(shè)備應(yīng)為市場監(jiān)管部門檢驗合格的產(chǎn)品，外表面均進行防銹和防腐處理，能適應(yīng)全天候運行。安裝調(diào)試完成后，應(yīng)由法定計量檢定機構(gòu)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(shè)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(xiàn)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(shè)時沒有為車輛掉頭、勸返進行空間設(shè)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(guān)規(guī)定。

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

（3）針對入口治超檢測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，沒有進行深入的研究和分析，未能發(fā)揮大數(shù)據(jù)對于智慧高速業(yè)務(wù)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(dǎo)致站區(qū)擁堵。經(jīng)過調(diào)查顯示聯(lián)動率低為抓拍不到車牌所導(dǎo)致，多輛貨車同時駛?cè)氪瑣u進行稱重時前車車輛會遮擋后車車牌導(dǎo)致抓拍不到，從而影響車輛對應(yīng)計重數(shù)據(jù)的匹配和上傳。為了保證站口通暢，各站安排相關(guān)人員在現(xiàn)場進行車輛疏導(dǎo)，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(yīng)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(gòu)

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

為貫徹落實黨中央決策部署和國務(wù)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(shù)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(shè)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(jù)收費站廣場實際情況，入口治超系統(tǒng)可設(shè)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(dāng)治超車道設(shè)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(diào)用監(jiān)控圖像進行查看[4]。當(dāng)治超車道設(shè)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(wǎng)絡(luò)硬盤，便于對超載車輛的核實驗證。IPSAN網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生的處理數(shù)據(jù)（車重、車型、車牌、軸數(shù)、長寬高尺寸等信息）經(jīng)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(shè)置霧燈主要是引導(dǎo)車輛安全駛?cè)霗z測車道。

車道控制子系統(tǒng)對前端感知設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)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(rèn)等功能，同時將稱重檢測數(shù)據(jù)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(shè)，并自動接收計重儀表發(fā)送過來的檢測數(shù)據(jù)以及抓拍到的車牌圖片，實現(xiàn)治超車輛信息的存儲、管理及控制。以太網(wǎng)交換機用于抓拍和監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸。車道工控機安裝治超軟件，實現(xiàn)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?cè)氚l(fā)卡車道進行領(lǐng)卡[5]。

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

1）場地建設(shè)（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(shè)置治超檢測。收費廣場邊側(cè)新建治超檢測島、隔離墩等用于安裝治超檢測設(shè)備，同時可保護計重設(shè)備。入口收費車道設(shè)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(fù)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(shè)置在廣場處，檢測并確定貨車超載后，提示其掉頭駛離。根據(jù)收費站實際情況，還可以從右側(cè)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(shè)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(yīng)將治超檢測系統(tǒng)設(shè)置在收費車道內(nèi)。若確認(rèn)超載，引導(dǎo)其進行卸貨或者從收費站出口內(nèi)廣場掉頭駛離。

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

3）安全設(shè)施。根據(jù)收費站不同情況選擇合理的治超方案，應(yīng)對收費廣場進行必要的改擴建，完善增設(shè)有關(guān)標(biāo)志、標(biāo)線、安全隔離等安全設(shè)施。

2.2 工作流程及原理

（1）車輛根據(jù)指示標(biāo)志及治超管理人員引導(dǎo)駛?cè)霗z測車道，在經(jīng)過紅外光柵、車輛檢測器時，車牌識別設(shè)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(shù)據(jù)、車輛類型信息集中到治超軟件，通過設(shè)置在檢測車道上的ETC天線將上述信息寫入OBU；經(jīng)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(shù)據(jù)進行匹配，將檢測數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器；最終發(fā)送匹配后的稱重數(shù)據(jù)、車牌識別數(shù)據(jù)等信息至收費站檢測服務(wù)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?cè)?。對于車牌識別系統(tǒng)不能自動識別的車輛，由檢測亭內(nèi)工作人員手動輸入貨運車輛車牌、車型等相關(guān)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(xiàn)貨運車輛100%稱重檢測。

稱重檢測服務(wù)器將車輛稱重檢測信息通過安全網(wǎng)站后分兩路上傳，其中一路數(shù)據(jù)上傳至高速公路收費系統(tǒng)；另外一路數(shù)據(jù)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(jù)，該路段為稱重數(shù)據(jù)上傳至省、部級治超管理平臺的通道預(yù)留接口[6]。

（2）創(chuàng)新創(chuàng)效實例：加裝自動欄桿機，實現(xiàn)“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?cè)氪瑣u進行稱重時前車車輛會遮擋后車車牌導(dǎo)致抓拍不到，直接影響治超系統(tǒng)的稱重數(shù)據(jù)采集匹配，經(jīng)常出現(xiàn)“無計重信息”的情況，導(dǎo)致治超系統(tǒng)和收費系統(tǒng)無法實現(xiàn)聯(lián)動，造成站區(qū)擁堵。

針對此問題，經(jīng)過多次現(xiàn)場調(diào)研和模擬測試，提出一種解決辦法并已投入應(yīng)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(xiàn)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?cè)刖€圈旁的收費島上，駛?cè)刖€圈位于稱臺前。廣場檢測車道在沒有車輛駛?cè)霑r，自動欄桿機將一直處于抬桿狀態(tài)，直至車輛駛?cè)?；車尾離開駛?cè)刖€圈時落桿，阻止下一輛待檢車輛進入檢測車道內(nèi)，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(dāng)檢測車道內(nèi)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?cè)霗z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(yīng)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(shù)據(jù)安全及存儲要求

應(yīng)建立數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)機制，數(shù)據(jù)備份應(yīng)明確備份信息的備份方式、備份頻率、存儲介質(zhì)、保存期等。收費站站級系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)至少留存6個月，違法超限超載數(shù)據(jù)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(fù)時間（MTBR）不大于30 min。

2.5 供電要求

供電系統(tǒng)應(yīng)納入收費站整體供電系統(tǒng)中，利用收費站現(xiàn)有UPS或EPS應(yīng)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(gòu)設(shè)計。檢測軟件采用C/S架構(gòu)進行設(shè)計，能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，數(shù)據(jù)處理速度快。軟件設(shè)計客戶端具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、參數(shù)設(shè)置、黑名單等功能，滿足用戶的基本業(yè)務(wù)需求。系統(tǒng)軟件的業(yè)務(wù)邏輯層具有數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)匹配等功能，將前端采集的車輛數(shù)據(jù)進行合理匹配，最終形成完整的車輛信息。軟件預(yù)留了上傳數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集，包括車重、車牌、車型、速度、軸重等信息；可驅(qū)動信息顯示屏、聲光報警器、語音播報等設(shè)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(shù)據(jù)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(dǎo)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(zhǔn)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(zhǔn)確合并車輛數(shù)據(jù)；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(fù)雜行駛行為判別模塊、LED屏控制模塊及數(shù)據(jù)上傳接口；留有可擴展的數(shù)據(jù)傳輸接口，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳功能，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)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(jié)論

該文介紹的高速公路入口治超系統(tǒng)方案，是響應(yīng)公路交通運輸信息化發(fā)展規(guī)劃的總體要求，并結(jié)合高速公路的實際需求以及現(xiàn)有的技術(shù)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(shè)，以及交通運輸系統(tǒng)技術(shù)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(shù)據(jù)，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。

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