銅永高速MTC車道改造E/MTC混合車道方案探討

齊 際

（中交隧道局電氣化工程有限公司，北京100102）

0 引言

銅永高速公路于2015年9月28日開通運營，除雙石停車區(qū)暫未開通外，路段內機電系統(tǒng)運轉穩(wěn)定可靠。根據(jù)2015年9月30日重慶銅永高速公路有限公司渝銅永〔2015〕92號文《關于全線增加車牌識別及雙石服務區(qū)完善功能的通知》，結合交通部ETC全國聯(lián)網(wǎng)收費文件要求和重慶路網(wǎng)規(guī)劃，重慶銅永公司計劃在雙石收費站A/B廣場分別增加ETC車道配置（1入1出）。

目前，雙石A/B互通在開通前已按機電原設計圖紙施工完成，且兩廣場收費土建設計均為2入2出MTC車道，站區(qū)規(guī)模較小，車道數(shù)量有限，已經(jīng)無法擴容。通過與原設計單位及相關技術專家現(xiàn)場界面核查交流探討，確定在不改變原設計MTC（人工收費車道）收費車道數(shù)量的前提下，建議采用MTC和ETC兩套系統(tǒng)并存的方案，將現(xiàn)有的MTC雙向車道改為ETC/MTC混合車道（以下簡稱為“E/MTC混合車道”），在平時開通ETC車道，在車輛造成擁堵時開通MTC車道，可有效確保ETC和MTC車輛的有序通過。

1 ETC系統(tǒng)設備及原理

1.1 ETC系統(tǒng)設備

電子不停車收費系統(tǒng)（ElectronicTollCollection，簡稱ETC），指通行車輛以不停車、電子繳費的方式通過收費站車道[1]。ETC系統(tǒng)主要由天線閱讀器（RSU）、ETC車道控制器、費額顯示器、車牌識別攝像機、車輛檢測器、ETC綜合信息顯示屏、ETC車道天棚信號燈、高速電動欄桿等構成。

與MTC車道相比最大的不同在于天線閱讀器（RSU），RSU又稱路側單位，也稱微波天線讀寫控制器，由微波天線、射頻部分、數(shù)字控制和電源部分組成，是讀寫OBU（車載電子標簽，用于存儲車輛信息、標識車輛的設備）信息的設備。

1.2 ETC系統(tǒng)原理

ETC收費系統(tǒng)的基本原理是通過RSU路側單元的信號發(fā)射與接收，識別車載設備OBU內存儲的編碼，判別車型并計算通行費用，實現(xiàn)自動從車主的專用賬號中扣除通行費用，以實現(xiàn)通行車輛無需停車即可自動完成道路通行費用收取工作。

ETC收費系統(tǒng)與MTC收費系統(tǒng)相比，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在收費速度快，減少車輛排隊繳費的時間，進而降低了尾氣的排放。車輛可以以20km/h的速度不停車通過ETC收費車道，實現(xiàn)無紙化收費、節(jié)能減排的社會效益，同時也有效降低了收費站的日常運營管理費用。

2 混合收費車道系統(tǒng)

E/MTC混合車道收費系統(tǒng)顧名思義就是兼具MTC車道系統(tǒng)與ETC車道系統(tǒng)的全部功能，具體實施做法為：在已建成MTC車道系統(tǒng)上增加ETC設備來實現(xiàn)，也可以通過在已建成的ETC車道系統(tǒng)中增加MTC設備來實現(xiàn)。E/MTC混合車道收費系統(tǒng)在保留了MTC車道收費的靈活性和機動性的同時，也兼具了ETC車道收費的快速便捷性，可以有效保障車輛的通行效率。

在ETC車道收費過程中，車輛誤闖以及ETC多次交易不成功等情況時有發(fā)生，通常需要相關車輛改換車道或者進行倒車重新交易。但在收費高峰時，這樣容易造成收費車道的擁堵，需浪費大量的時間去做疏流處理。采用E/MTC混合車道則可有效改善此類問題，相關車輛可在繼續(xù)駛入收費車道后，通過收費人員切換到MTC（人工收費）模式來完成車輛通行收費，有效縮短了原處理流程所浪費的時間，減少了收費車道內的擁堵。

E/MTC混合車道收費系統(tǒng)的缺點主要體現(xiàn)在車道收費高峰時，由于車道內存在誤闖車輛，ETC車輛需要放緩車速通行。

3 重慶市高速公路ETC車道模式

重慶市高速公路ETC收費車道的布置主要采用收費島外模式，即路側單元RSU位于收費島島頭，RSU與OBU在收費島外完成交互的模式（附帶轉MTC旁道的開口），較少部分高速公路采用收費島內模式，即車輛駛入收費車道內完成RSU與OBU交互的模式。圖1所示為收費島外模式，圖2為收費島內模式[2]。

圖1 收費島外模式

3.1 收費島外模式

主要為雙向收費島，長度在70.2m左右，高速電動欄桿機在收費亭前與MTC收費島頭平齊，其間有5個檢測線圈，以滿足有無車輛駛入、交易、抬桿、落桿的需要；在ETC車輛交易失敗或車輛誤入等情況發(fā)生時，可通過轉MTC旁道開口進而駛入MTC車道，避免ETC車道擁堵的情況發(fā)生。

圖2 收費島內模式

3.2 收費島內模式

與島外模式的區(qū)別是RSU天線位于收費島中部，而高速電動欄桿機在收費亭后方。不足之處是ETC交易失敗后倒車距離較長，易造成車道擁堵。

4 混合收費車道布局改造

雙石A/B互通收費車道皆為2入2出MTC車道，布局完全一致，文章將以單側雙石A收費互通進行說明，整個收費互通包含3個收費島：

（1）單向入口收費島，島長為28m，島內設備主要有車牌抓拍攝像機、車道攝像機、低速電動欄桿、自助刷發(fā)卡機、通行信號燈、單向收費亭等；

（2）單向出口收費島，島長為41m，島內設備主要有車牌抓拍攝像機、車道攝像機、低速電動欄桿、整車計重稱臺、MTC費顯、通行信號燈、單向收費亭等；

（3）雙向1入1出收費島，島長為47m，島內設備主要有車牌抓拍攝像機×2、車道攝像機×2、低速電動欄桿×2、MTC費顯、通行信號燈×2、雙向收費亭等。

針對銅永高速公路現(xiàn)有MTC車道布局，有以下兩種改造方案：

4.1 單向收費車道改造島內模式

此種模式是在現(xiàn)有單向出（入）口MTC車道增設ETC設備改造成E/MTC車道設備的布局。具體車道改造內容包括：

（1）按照重慶市ETC標準圖布置檢測線圈（如圖2中島內模式），需要注意混凝土層內不得有鋼筋，以避免檢測線圈狀態(tài)為有車輛存在；

（2）合理布局ETC情報板及RSU路側單元位置，增設或更換ETC專用費額顯示器（帶黃閃及信號指示燈）；

（3）將工控機進行升級，包括系統(tǒng)軟件（混合車道軟件）、網(wǎng)卡（RSU數(shù)據(jù)上傳）、串口等，以滿足ETC相關設備的接入；

（4）更換低速電動欄桿機為高速電動欄桿機，將控制線與反饋信號線按要求接至工控機配線端子排上。

單向收費車道改造的優(yōu)點：單向收費車道的亭前幾乎沒有什么設備，RSU路側單元的基礎位不會影響到其他原有設備，另外，在改造過程中設備的更換可在原MTC相關設備基礎上實施，相對節(jié)省成本。

此模式的缺點：由于島內空間有限，兩套系統(tǒng)間設備存在共用的情況（如欄桿機和費顯等），如共用設備出現(xiàn)故障，則兩套系統(tǒng)都不能進行收費；如果僅MTC收費設備出現(xiàn)故障，則只能使用ETC收費模式，駛入車輛若ETC沒有正常識別或者是誤闖車輛時，倒車比較困難，容易造成擁堵。屆時，需要收費員使用便捷收費機完成MTC車輛刷卡交易，然后人工抬桿放行。

4.2 雙向收費車道改造島外模式

此種模式是將現(xiàn)有的雙向MTC車道增設ETC設備改造成E/MTC車道設備的布局，由于雙石MTC雙向島為47m，雙向收費亭前后均為原MTC設備，若按照重慶市ETC標準圖島內模式布置檢測線圈及設備，將與原MTC設備位置存在沖突，因此針對雙向收費島改造為島外模式更為合理。具體車道改造內容包括：

（1）按照重慶市ETC標準圖布置檢測線圈及設備（如圖1中島外模式），需注意混凝土層內不得有鋼筋，以避免檢測線圈狀態(tài)為有車輛存在；

（2）增設一套完整的ETC控制系統(tǒng)，設備包括工控機（帶顯示器）、ETC專用系統(tǒng)軟件、網(wǎng)卡、串口等，以滿足ETC相關設備的接入；

（3）將ETC系統(tǒng)使用的ETC天線（RSU）、高速電動欄桿機、費顯（帶黃閃及信號指示燈）、車牌識別及車檢器接至ETC車道系統(tǒng)；

（4）在混合車道切換到MTC專用收費模式下，島頭ETC專用欄桿將自動抬起停用，啟用收費亭后方原MTC欄桿，ETC車檢器停用，以避免黃閃誤報車輛闖關等問題發(fā)生；

（5）在混合車道切換到ETC專用收費模式下，收費亭后方原MTC欄桿自動抬起停用，啟用島前欄桿，MTC車檢器停用，以避免黃閃誤報車輛闖關等問題發(fā)生。

雙向收費車道改造的優(yōu)點：兩個獨立系統(tǒng)組成的混合車道，ETC模式和MTC模式可由一處開關實現(xiàn)自由準確切換。平時切換至ETC模式下，島前欄桿及附帶轉MTC旁道開口可有效減少ETC交易不成功或誤闖車輛造成的堵塞，提高車輛通行效率。在車道收費高峰時，系統(tǒng)可以自由切換至MTC模式，有效提高車輛通行效率。同時，不存在MTC故障造成的系統(tǒng)癱瘓及車道擁堵。

此方案缺點：相對于島內模式資金投入較大，需要增加兩套完整的ETC系統(tǒng)設備；其次，在MTC模式和ETC模式切換時，收費人員需注意，在島前與收費亭后欄桿抬落過程中，不能有車輛駛入車道內，以避免車道欄桿誤砸車輛。

5 結語

綜上所述，文章針對重慶市銅永高速公路在雙石收費互通增設ETC收費系統(tǒng)的實際需要，提供了兩套可行的方案作為參考：（1）在改造經(jīng)費緊張時，可采用將現(xiàn)有單向出（入）口MTC車道增設ETC設備改造成E/MTC車道設備的布局；（2）在改造經(jīng)費充裕時，可采用將現(xiàn)有雙向MTC車道增設ETC設備改造成E/MTC車道設備的布局。

［參考文獻］

[1]劉金松.基于μC/OSⅡ的RFID智能讀卡器設計[D].西安：西安電子科技大學，2013.

[2]王婷.ETC車道改造設計要點研究[J].中國交通信息化，2016（12）：90-92.