入口治超系統(tǒng)在新收費系統(tǒng)中的應用與優(yōu)化

畢如林

(中遠海運科技股份有限公司，上海 200135)

0 引 言

車輛超限超載運輸不僅會威脅人們的出行安全，而且易對道路和橋梁等公共設施造成損壞，因此必須對車輛超限超載運輸行為進行嚴格治理。當前公路管理部門仍主要通過人工執(zhí)法治理超限超載行為，該方法不僅效率較低，而且時常出現暴力抗法、暴力執(zhí)法、人情執(zhí)法和調度指揮不順等情況。此外，執(zhí)法人員在現場執(zhí)法過程中，經常受到違法當事人的無理抗爭，執(zhí)法壓力巨大。針對以上問題，需在以往工作的基礎上，研究新的治理措施。

采用信息網絡技術實現全天候在線即時監(jiān)督檢測的非現場執(zhí)法模式，將科技信息化手段應用到交通綜合執(zhí)法中，可有效解決當前治超和道路行政執(zhí)法面臨的難題。建設公路超限非現場執(zhí)法系統(tǒng)是新常態(tài)下交通行政執(zhí)法的新模式，是“互聯網+”在交通行業(yè)應用的具體體現。非現場執(zhí)法系統(tǒng)能從時間和空間上擴大對超限車輛的監(jiān)管范圍，有效提高超限治理的水平。

當前上海市違法超限運輸治理急需新技術、新方式的支持，通過推進治超非現場執(zhí)法系統(tǒng)建設，逐步形成以“非現場執(zhí)法治超為主，固定治超為震懾，流動治超為補充”的超限治理體系，通過多種形式實現對貨運車輛的有效監(jiān)控和管理部門間的信息共享，提升執(zhí)法效能。

為建立健全高速公路入口檢測、出口倒查和責任追究等治超執(zhí)法聯動工作機制，2019年上海市全部收費站都實現了入口治超，實現了治超系統(tǒng)與高速公路收費系統(tǒng)的全面對接，提升了貨車超限超載的精準判別能力。

1 設備選型和方案優(yōu)化

交通運輸部在《取消高速公路省界收費站工程車道系統(tǒng)實施指南》中給出了分離式入口稱重車道布局和一體式入口稱重車道布局2種入口稱重車道布局形式，共3種方案(見圖1～圖3)。

圖1 分離式入口稱重車道布局形式(3車道)

圖2 分離式入口稱重車道布局形式(多車道)

圖3 一體式入口稱重車道布局(3 車道)

由于上海市土地資源較為緊張，交通流量較大，各收費廣場的面積比較狹小，難以按交通運輸部推薦的標準設置入口治超系統(tǒng)。對此，在考慮工程造價的情況下進行設備選型和方案優(yōu)化，以高性價比滿足功能要求。

當前動態(tài)稱重設備主要有平板式、彎板式、小彎板式、窄條式和石英式等5種。結合前期示范工程的應用情況，通過對動態(tài)稱重設備的基本特性、精度、施工條件和維護情況等進行對比，最終選擇分離式入口稱重車道布局。對于收費廣場而言，其路面為混凝土路面，道路條件較好，稱重設備和施工采用“窄條+環(huán)氧膠灌裝”方案；對于普通匝道公路而言，其路基為半剛性路基，綜合考慮施工時間、數據精度和可維護性，稱重設備和施工采用“平板+高強速凝材料”方案。

2 系統(tǒng)架構

在系統(tǒng)設計中，對傳統(tǒng)治超系統(tǒng)的一些功能進行集成和優(yōu)化，形成一套全新的方案，在實現傳統(tǒng)治超系統(tǒng)功能的同時，節(jié)約成本。

入口治超系統(tǒng)由動態(tài)稱重子系統(tǒng)、圖像抓拍子系統(tǒng)和信息發(fā)布子系統(tǒng)等子系統(tǒng)構成，各子系統(tǒng)的構成和功能如下：

1)動態(tài)稱重子系統(tǒng)由稱重設備、車輛檢測設備、信號處理單元、稱重儀表、通信接口和稱重柜等組成，主要用于完成數據檢測、處理、計算和通信，以及對其他輔助設備進行控制和管理。當車輛行駛至傳感器位置時，由傳感器測得車輛軸重信息，由數據采集處理器對這些信息進行預處理，由高速動態(tài)稱重系統(tǒng)根據云處理的信息計算出車輛的速度、軸重和軸數等數據，并將其實時傳輸給稱重柜內的預檢系統(tǒng)工控機。

2)圖像抓拍子系統(tǒng)由車頭抓拍相機、車尾抓拍相機、全景監(jiān)控相機和補光燈等組成，采用線圈或稱臺等觸發(fā)方式。當車輛通過線圈或稱臺時，車輛識別攝像機抓拍車輛圖像，并對其進行識別，將車牌識別結果、車牌圖像、車牌顏色、車輛前部圖像、車輛前側面圖像和車輛通過的視頻等信息上傳給預檢系統(tǒng)工控機，預檢系統(tǒng)工控機將車輛彩色大圖、車輛識別攝像機識別結果、車輛的重量和交通信息綜合成一條完整的車輛通過影像證據，寫入數據庫。

3)信息發(fā)布子系統(tǒng)由告知屏和網絡等組成，通過網絡向高速公路入口管理系統(tǒng)和高速公路入口治超檢測平臺等傳輸車輛信息，通過告知屏向車輛駕駛人員發(fā)布車輛是否超限的信息，并引導其進行下一步動作。

該工程的稱重設備有平板稱重設備和窄條稱重設備2種，其前端系統(tǒng)組成圖分別見圖4和圖5。

圖4 平板稱重系統(tǒng)前端系統(tǒng)組成圖

圖5 窄條稱重系統(tǒng)前端系統(tǒng)組成圖

平板稱重設備采用平行布置方式，全路幅鋪滿式布置，防止被檢測的車輛繞行；窄條稱重設備采用每個車道6根3排傳感器平行布置方式，選取不同長度的設備盡可能地鋪滿式布置，以保障對異常車輛的檢測。由于不同收費站的現場狀況不同，故其采用的稱重設備有所差異，主要根據收費站入口匝道的長度和線性好壞進行選型。長度長、線性好的匝道采用布設在匝道的平板稱重設備；長度短、線性差的匝道采用布設在收費站島頭的窄條稱重設備。

平板稱重系統(tǒng)和窄條稱重系統(tǒng)現場設備布置圖分別見圖6和圖7。

圖6 平板稱重系統(tǒng)現場設備布置圖

圖7 窄條稱重系統(tǒng)現場設備布置圖

車輛通過稱重傳感器之后，計算出輪軸載荷。當被檢測車輛完全通過之后，系統(tǒng)將采集到的車輛信息實時傳輸給控制主機，控制主機接收車牌識別系統(tǒng)輸出的數據，并將其與重量信息相匹配，形成完整的車輛信息，在本地存儲并上傳。通信機根據事前輸入的軸重和總重限值判斷被檢測的車輛是否超限，若確認超限，將超限信息顯示在前方LED(Light Emitting Diode)大屏上。自此，整個系統(tǒng)的功能自動化完成。

3 數據采集上傳

高速公路入口超限檢測系統(tǒng)具有以下功能：

1)對通過的車輛的重量、檢測軸、軸組和通過時間等信息進行自動采集，并形成完整的稱重檢測信息；

2)存儲、顯示、查詢、導出和防篡改稱重檢測信息，以及記錄運行日志等功能；

3)通過數據傳輸接口將稱重檢測數據傳輸給市級治超監(jiān)管平臺、市級交警總隊平臺和高速公路收費系統(tǒng)，并通過可變信息標志提示超限超載車輛禁止駛入高速公路。

本文所述工程網絡由3部分組成，即：前端設備接入收費站；前端設備接入治超系統(tǒng)；治超系統(tǒng)在政務外網內應用。入口治超與收費系統(tǒng)通信界面位于收費站交換機內，將前端設備與收費站已有的交換機相連接，通過收費鏈路將車輛稱重數據、車牌數據和視頻信息等數據傳送給收費站服務器、市交警總隊平臺和市治超中心平臺。

當車輛駛入檢測區(qū)時，動態(tài)稱重子系統(tǒng)被觸發(fā)，獲得車輛拍照數據；當車輛駛離檢測區(qū)時，所有輪軸均被識別，車輛軸重和總重等數據計算完成，將這些數據與車牌等數據匹配，判斷車輛是否超限，若超限，系統(tǒng)將多角度拍攝照片和視頻，將這些信息與車牌、車身和重量等數據組合起來，形成完整的電子證據鏈，并在車輛行駛前方可變情報板上發(fā)布超限信息。

入口治超數據傳輸流程見圖8。

圖8 入口治超數據傳輸流程

當超限車輛到達收費站入口時，收費系統(tǒng)將車輛信息與入口治超系統(tǒng)數據相對比，若發(fā)現其超限且不是大件運輸車輛，則拒絕向其發(fā)卡或不抬欄桿，將其勸返。

該系統(tǒng)建成之后有3個重要功能，即：交警總隊對進入高速公路的質量超過55 t的車輛作闖禁令處罰；交通執(zhí)法總隊進行非現場超限超載處罰；收費站入口拒超。

4 系統(tǒng)優(yōu)化

由圖4和圖5可知，平板稱重系統(tǒng)與窄條稱重系統(tǒng)是有區(qū)別的，前者是由線圈和車檢器分車的，而后者是由傳感器和軟件算法分車的，這一方案是在收費站收費廣場面積狹小和對稱重系統(tǒng)廠家提供的軟件算法充分信任的情況下確定的。通過一段時間的試運行發(fā)現：對于自由流來說，這2種方法判斷軸數的準確率均比較高，但對于車流量大的收費站入口而言，堵車和低速行駛是不可避免的，一旦出現這2種情況，軟件算法對該系統(tǒng)來說基本失效，對通過判斷速度和底盤尺寸等特征數據分車的窄條稱重系統(tǒng)的影響較大，而對依靠線圈和車檢器分車的平板稱重系統(tǒng)的影響不是太大。

在未使用光幕的情況下，窄條稱重系統(tǒng)的判斷邏輯見圖9。

圖9 未使用光幕的窄條稱重系統(tǒng)的判斷邏輯

由圖9可知：在車輛正常行駛的情況下，需根據車輛的速度和軸型等信息延時判斷車輛是否已通過。某些前后分布的相似車型(如兩軸車、三軸車)需在車距至少3～4 m的情況下才能分離開，且在低速情況下，速度越低，分離車輛所需時間越長。當車輛排隊通行時，在前后車距很短的情況下，2輛兩軸小型車易合并為1輛車，個別長軸距的四軸車易分離成2輛兩軸車。

通過對窄條稱重系統(tǒng)的軸型判別流程進行分析發(fā)現，該流程設計存在很大缺陷。研究發(fā)現，有視頻觸發(fā)和硬件觸發(fā)2種方式，由于視頻觸發(fā)存在諸多問題，如在堵車的情況下無法分車，在車流量較大的情況下無法與稱重數據精確匹配等，故不作考慮。相比之下，硬件觸發(fā)可有效避免上述問題，可采用3種方法，即：增加1組線圈；增加1組分車光幕；同時增加1組線圈和1組分車光幕。對這3種方法進行分析發(fā)現：線圈雖然價格較低，但施工時需花費較長時間封閉道口，影響收費站的通信效率，造成擁堵，且線圈占地面積比較大，無法滿足其對占地面積的需求；光幕雖然價格略高，但具有反應靈敏、精度高、占地面積小和施工方便等特點，且分車效果遠優(yōu)于線圈。由于收費站入口情況比較特殊，車速慢、跟車緊是常態(tài)，線圈要實現分車功能，需要2輛車的間距為2～3 m，而分車光幕沒有這樣的限制。線圈與分車光幕配合使用的方式是最合理的，將分車光幕作為分車的主要依據，在光柵分車器發(fā)生故障時，采用線圈輔助實現車輛分離和收尾功能，二者能以一定的邏輯關系有效避免收費站工作人員通過車道時遮擋光幕，對分車造成干擾。

綜合考慮各種因素，結合現場的實際情況可知，只有第2種方案具備實施條件，且論證效果較好。因此，在第一組窄條稱重系統(tǒng)位置處引入1組光幕(見圖10)。

圖10 具備光幕的窄條稱重系統(tǒng)現場設備布置圖

加入光幕之后會給稱重主機一個開關量信號，作為車輛駛入和駛出的判斷依據(見圖11)。引入光幕信號之后，增加了判斷邏輯，替代了原有的算法，使得分車更加精確和高效，具體判斷邏輯見圖12。

圖11 具備光幕的窄條稱重系統(tǒng)前端系統(tǒng)組成圖

圖12 具備光幕的窄條稱重系統(tǒng)的判斷邏輯

由此可見：在接收到車輛進入信號之后開始接收車輛輪數據，在接收到光幕離去信號之后可立即分離車輛，不受速度和車輛排隊等因素的影響。

為論證有光幕窄條稱重系統(tǒng)的應用效果，選取一個窄條站點作為試點實施該方案。對窄條稱重系統(tǒng)進行優(yōu)化，經過一段時間的運行之后進行數據統(tǒng)計和分析，結果見表1。

表1 有無光幕運行結果對比

由表1可知，在加入光幕之后，無論是數據的處理時間和精確度，還是系統(tǒng)的性能和設備的使用壽命，都有了很大改善，效果十分顯著。

5 結 語

入口治超系統(tǒng)上線試運行期間，超載超限車輛數量同比下降了50%；經過2～3個月的正式運行和聯合執(zhí)法，超載超限車輛數量同比下降了90%；當前超載超限車輛數量已不足0.5%，基本上達到了治超的目的。

入口治超的目標是拒絕超限車輛進入高速公路，以免給高速公路帶來安全隱患并損壞路面。在收費站入口引入治超系統(tǒng)要解決的一個問題是拒絕超載。在實現該目標的同時，要注意4點，即：稱重數據的準確性；軸數判別的正確性；數據傳輸的及時性；對道口通行效率的影響。

通過對治超方案進行優(yōu)化、實施和論證，將治超系統(tǒng)融入收費系統(tǒng)中之后，拒超的目的已基本達到。但是，對于上述4點注意事項而言:保證稱重數據的準確性和軸數判別的正確性是形成完整的電子證據鏈進行執(zhí)法的必要條件;保證數據傳輸的及時性既是實現入口拒超的關鍵，也是提高通行效率的前提。因此，對入口治超系統(tǒng)進行優(yōu)化，還有很多工作要做。