高速公路貨車ETC計重收費技術探討

劉衛(wèi)軍

(山西欣奧特自動化工程有限公司，山西 太原 030012)

1 技術方案提出的社會背景

山西省是資源大省，高速公路近年發(fā)展迅猛，貨車流量也逐年提高。隨著山西省高速公路聯(lián)網(wǎng)ETC系統(tǒng)快速發(fā)展，貨車收費成為收費擁堵的主要問題，對高速公路投資者、管理者的利益造成很大的影響，通過研究和應用貨車ETC系統(tǒng)，可提高通行效率，降低人員成本、達到環(huán)保、低碳的轉型發(fā)展目標，同時對促進貨車ETC的進一步推廣具有重要意義。

2 技術方案的成熟性闡述

2.1 車道布局

圖1 貨車ETC車道布局三維立體圖

圖2 貨車ETC車道布局平面圖

2.2 車道布設原則

本方案的ETC車道布設原則上主要體現(xiàn)在“快速”、“容錯”、“自動處理+人工輔助”、“整體美觀”幾個方面。

◆“快速”主要指：ETC車道應設置為專用車道，對于ETC用戶，應以快速通過為首要目標，把用戶的使用感受放在首位，為用戶提供方便快捷的服務。

◆“容錯”主要指：系統(tǒng)應能處理非ETC用戶的誤入、OBU與RSU認證失敗等多種特殊情況，對于這些異常情況，也應以車輛快速通過為目標，盡量減少或避免對后續(xù)車輛的影響。

◆“自動處理+人工輔助”主要指：正常情況下，ETC車輛通過，無需人工干預，所有流程由計算機控制自動完成；當出現(xiàn)OBU認證失敗等異常情況，或非ETC車輛誤入時，可通過人工輔助的方式完成交易。

◆“整體美觀”主要指：由于客車ETC車道和貨車ETC車道都為專用車道，且兩個車道的收費島都需延長數(shù)米，既體現(xiàn)了整齊美觀，也不影響收費廣場整體的通行能力。

此外，對于認證失敗或誤入的車輛，車道應提供明顯的、通俗易懂的提示信息，提示車輛接受停車或倒車操作。

2.3 技術方案特點

本方案是將ETC交易關鍵設備移至收費島后端，稱重區(qū)域不變；貨車在入口治超站點進行一次稱重，RSU讀取車輛OBU信息；在ETC收費出口設置稱重設備，車輛駛出ETC出口時進行第二次稱重并與入口稱重數(shù)據(jù)進行對比，并根據(jù)ETC出口計重設備提供的重量信息扣費。

2.4 車輛交易流程

◆貨車在入口治超站點進行一次稱重，車輛行駛至交易天線的通信區(qū)域RSU讀取車輛OBU信息。

◆貨車在出口經(jīng)過所有輪軸依次通過輪軸識別器、稱重臺等設備完成對車輛動態(tài)稱重。當車輛完成計重后，稱重系統(tǒng)發(fā)出收費信號，稱重數(shù)據(jù)上傳至車道收費控制計算機。

◆車輛行駛至交易天線的通信區(qū)域，天線讀出OBU、支付卡的相關信息，判斷該車是否合法，有無超時、U型行駛等異常情況。若不合法或有異常情況，則頂棚LED燈提示后方車輛倒車，避免發(fā)生車輛碰撞，影響車道通行速度；若合法并且無異常情況，系統(tǒng)結合車輛稱重數(shù)據(jù)并與入口稱重比對屬于正常車輛，按資費標準從貨車OBU內完成對相應費額扣除，交易成功后欄桿抬起，車輛駛離車道，交易完成。

◆該系統(tǒng)對于誤入車道的非ETC車輛只能采取倒車和人工收費的方式進行放行，從ETC快速通行的角度出發(fā)，增加了管理難度。

3 主要設備的性能參數(shù)

3.1 計重系統(tǒng)

貨車ETC系統(tǒng)對計重設備的要求頗高，雙臺面衡器經(jīng)過長時間試驗和數(shù)據(jù)分析，其性能優(yōu)于單臺面動態(tài)衡，其主要優(yōu)點有以下三點：

1) 雙稱臺計重檢測數(shù)據(jù)的平均車輛載重量空車能夠提高4.7%左右，重車能夠提高11.99%左右。依照噸公里計費原則，計重收費額亦可明顯增加；

2) 雙稱臺計重檢測數(shù)據(jù)穩(wěn)定性明顯的比單稱臺計重數(shù)據(jù)穩(wěn)定,且更加接近車輛的實際載重；

3) 由于計重檢測數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性得到了明顯的提高，對同一輛車的計重數(shù)據(jù)更準確，進一步實現(xiàn)了計重收費的公平與公正。

稱重檢測通過傳感器將壓力信號轉換成電壓信號送稱重數(shù)據(jù)處理器處理后得到車軸的實際重量。其具有以下技術指標：

1) 可對各軸(軸組)分別計量并且計量性能良好；

2) 單軸額定載荷：≥30噸(T)；

3) 最大過載能力：≥150%；

4) 靜態(tài)稱重精度：≤1%,滿足OIML Ⅲ級秤標準；

5) 動態(tài)稱重精度：不低于表1要求，滿足國家動態(tài)II級稱標準。

表1 秤臺式稱重檢測設備動態(tài)稱重精度要求

3.2 數(shù)據(jù)采集器/控制器

該部分是系統(tǒng)的核心部件，完成數(shù)據(jù)采集、計算和上位機通信應答功能。

控制器除支持秤臺的動態(tài)稱重外，還具備輪軸識別器和車輛分離器接口，接收來自輪軸識別器和車輛分離器的信息，組合成完整的稱重檢測數(shù)據(jù)向收費計算機傳送。主要技術指標如下：

1)增益漂移：5PPM/℃；

2)非線性：<0.01%FS；

3)A/D速率：1×103次/秒；

4)A/D輸入：0～39mV；

5)數(shù)據(jù)儲存：FIFO堆棧式數(shù)據(jù)單元，8組數(shù)據(jù)；

6)供橋電壓：5VDC/350mA；

7)傳感器輸入：6線/4線；

拈花灣集聚了當?shù)氐纳剿Y源、靈山景區(qū)的佛教文化資源等，塑造了禪意景觀和表演等新的旅游吸引物。而當?shù)卣块T，無論是在土地配給，還是資金扶持方面，都給予了實質性的支持。在各類旅游風情小鎮(zhèn)開發(fā)中，政府居于主導地位。因此，開發(fā)旅游風情小鎮(zhèn)，便應該發(fā)揮政府在區(qū)域中的協(xié)調功能，有效地統(tǒng)籌區(qū)域內的各類旅游資源，合理規(guī)劃，整體布局，為旅游者提供更加豐富的旅游服務。

8)通信接口：RS232/RS422 9600bps。

3.3 車牌自動識別系統(tǒng)

主要技術指標如下：

1)識別符合“GA36-92”(92式牌照)和“GA36.1-2001”(02式牌照)標準的民用車牌照和04式軍車牌照與07式新武警車牌照的漢字、字母、數(shù)字、顏色等信息；

2)車牌字符識別率≥99%；

3)車牌定位率>99%；

5)支持單路模擬視頻流輸入；

6)通信接口：RS232串口、10/100M自適應以太網(wǎng)口。

3.4 路側設備

主要技術指標如下：

1)符合最新國家標準：執(zhí)行GB/T20851系列電子收費專用短程通信國家標準；

2)多種通訊接口與車道計算機相連，配置靈活：支持RS-485、RS-232接口、以太網(wǎng)接口；RS-485、RS-232最大通訊速率可達115200bps；以太網(wǎng)速度率為10M/100M自適應；

3)通信速率：下行鏈路256kbps；上行鏈路512kbps；

4)發(fā)射功率：≤33dBm，可調整。

4 技術方案系統(tǒng)交易流程

本技術方案對客車ETC收費軟件及貨車計重收費軟件和片區(qū)收費軟件的車道參數(shù)、報表統(tǒng)計等進行相應的調整和修改，以滿足達到貨車ETC計重收費的電子收費系統(tǒng)。其交易流程如圖3。

圖3 貨車ETC系統(tǒng)交易流程圖

5 結語

高速公路貨車ETC計重收費科研項目是為了提高通行效率，降低收費人員成本，達到了環(huán)保、低碳的轉型發(fā)展目標。

第一，提高了收費效率，使交通更流暢。用戶可以不用停車直接用ETC系統(tǒng)就能進行通行費支付，這樣就能很好地避免收費站交通堵塞。

第二，無需找零，繳費更方便。用戶不需要停車繳費，這就意味著單位時間內通過的車輛數(shù)量會更多。

第三，更加節(jié)能環(huán)保。貨車ETC不停車收費系統(tǒng)減少了貨車在收費站出口的等待時間，減少了因為減速、加速而產(chǎn)生的燃油浪費，同樣減少了汽車損耗的油料惡化尾氣排放，達到節(jié)約能源，保護環(huán)境的效果。

第四，提高了收費的工作效率。利用貨車ETC電子不停車收費系統(tǒng)，目前已經(jīng)實現(xiàn)了收費工作的完全自動化，促使收費操作可以與機器之間通過電子信號以極快的速度進行。