高速公路计重收费ETC车道系统技术方案研究

■陈小鹏（福建省高速公路有限责任公司三明管理分公司，三明365000）



高速公路计重收费ETC车道系统技术方案研究

■陈小鹏
（福建省高速公路有限责任公司三明管理分公司，三明365000）

随着电子不停车收费车道（以下简称ETC）在国内的规模化建设和纵深化应用，其在缓解通行压力、实现快速通行、倡导节能减排等方面的优势也愈发显著。目前我国的ETC系统多用于按车型收费的客车收费，暂不能为计重货车提供便捷的通行服务。如何实现ETC计重收费，缓解由于货车计重造成的通行效率低下，已成为当前高速运营单位迫切需要解决的问题。本文根据现存ETC车道系统实施经验，结合高速公路货车计重收费的业务特点，就科学、合理、实用的高速公路计重ETC车道系统建设方案进行研究探讨，并就车道布局、系统功能、车道处理流程等问题进行阐述。

高速公路计重收费ETC系统技术方案探讨

1引言

近年来，ETC收费系统在国内的应用得到极大推广。据不完全统计，截至2015年，我国高速公路的ETC已全面覆盖。ETC的发展，在节能减排、降低污染、減少占用土地、缓解通行压力、为百姓提供快捷便利的出行服务等方面的优势愈来愈显著。目前货车计重收费仍多采用人工收费方式，在车辆通过效率上已不能跟上社会的发展。同时为更有效的治理超限超载，减少逃费，将ETC系统与计重收费相结合，推广计重ETC系统已经成为势在必行之势。

2计重ETC车道系统功能目标

高速公路计重ETC车道系统主要通过对通行车辆的车辆类别（客车ETC车辆和货车ETC车辆）进行自动识别和判定，并以此作为系统启动车道控制策略的依据，启用相应的业务处理流程，分别为客车ETC车辆和货车ETC车辆提供相应的通行处理服务。主要功能如下：

（1）车道不仅能满足普通ETC用户的不停车通行要求，也能实现对货车ETC用户车辆进行正常的计重处理；

（2）计重ETC车道可利用现有ETC车道布局进行改造而实现，充分利用现有ETC车道资源；

（3）计重ETC车道系统可同时具备ETC计重专用车道和ETC车道这两类工作模式，在必要时系统既可按需要时切换至任一工作模式运作，或以组合方式实现两种工作模式的共同运作。

3计重ETC车道系统建设方案

计重ETC车道系统主要按照现有ETC车道栏杆机前置布局方式通过增设相应设备和调整业务软件达成计重ETC车道的运营需求，其主要内容如下：

（1）保持现有ETC车道所采用的栏杆前置模式，即前端天线设于收费岛的前端，前端自动栏杆设于与相邻岛头平齐位置附近，以使在车道前端通信区域内无法正常完成交易的车辆或误入的非ETC车辆可自行驶离车道，并转向相邻的人工车道进行处理；

（2）在前端栏杆机后至收费岗亭之间的收费车道施工设置整车式称重平台，并于收费岛上的适当位置安装计重控制机柜、称重传感器、红外车辆分离器；

（3）在岗亭下游岛面处则相应设置后端天线、后端栏杆机、后端费额显示器，栏杆机内布置3个单通道的车辆检测器；

（4）在岛头出安装标志牌，含车道指示和限速内容对现有的ETC车道（含ETC站级）软件进行升级。

车道布局如图1所示：

4计重ETC车道系统方案

4.1系统概述

计重ETC车道子系统主要由路侧读写控制器（RSU）、车道通行信号灯、报警器、费额显示器、自动栏杆机、车道计算机（含显示器、键盘）、车道控制器、雨棚信号灯、车辆检测器、线圈、车道摄像机、车道摄像机、计重设备等组成，主要承担着计重ETC车道所通行车辆的处理和数据采集工作。

图1　计重ETC车道系统的车道布局示意图

4.2系统功能模块

本计重ETC车道系统包括以下功能模块：车辆检测模块、车辆识别模块、设备控制模块、计费模块、通信模块、图像抓拍模块、信息保存模块、工班管理模块、设备诊断模块、警示信息模块和计重处理模块。

（1）车辆检测模块

车辆检测模块主要用于实现对车辆的通行状况和位置检测，以触发相应的系统控制指令，完成车辆的控制处理流程。

该模块通过车道控制器检测到的线圈（输入）状态所发生的改变，并以中断方式通知车道程序读取最新IO状态，读出IO状态后，跟原来的状态比较以判断出车辆的到达、离开，从而确定车辆的行驶位置，以及对所通行的车辆进行计数。

（2）车辆识别模块

车辆识别模块主要用于实现通行车辆的车辆类型（普通ETC车辆和计重货车ETC车辆）识别和判断，以确保系统可根据来车类型提供相应的处理服务。车辆识别模块的功能主要通过车道天线与车载OBU间的通信，完成对OBU及卡片信息的采集，以此判断车辆类型，从而针对车辆的类型进行相应的处理操作。其主要可分为以下两类：

①普通ETC车辆的识别：对于普通ETC车辆的识别和交易处理，基本与现有处理模式一致，即当ETC车辆在前端天线完成交易时，则前后栏杆抬起并放行。

②货车ETC车辆的识别：对于货车ETC车辆的识别，主要由前后端两组微波天线分工完成，即系统首先通过前端微波天线和电子标签之间的通信获取车辆数据，并进行身份识别处理操作，车辆进入后端通信区域时，再根据其计重结果通过后端微波天线和电子标签之间的通信进行相应的交易处理操作。

同时，车道识别模块除了对车辆的类型进行判别外，还可从中判断车辆OBU及其卡片的有效性和出入口信息，以及根据所获取到的车辆识别结果和信息实现黑名单判定、有效启用日期判定、车类转换等功能。

（3）设备控制模块

设备控制模块主要根据系统所做出的控制指令正确控制车道设备的动作，包括：自动栏杆的起落、通行信号灯的切换、警示器/警报灯的开启和关闭、费额显示器的显示、车牌识别器的识别、计重设备的启动等。

如系统可通过向车道控制器发送控制指令，控制栏杆、红绿灯、报警器，车道开关灯等，以及通过向串口发送数据，输出到费率显示牌和字符叠加器。

（4）计费模块

计费模块主要针对ETC用户车辆的缴费需要，通过外场车道天线设备实现天线与ETC车辆车载单元间的通信，从而实现验卡、读卡、写卡等操作，如在入口车道中，在通行卡上写入入口收费站、车型等信息；在出口车道，根据通行卡上的出/入口信息、计重结果（货车）及由用户信息表转换而来的车型查费率表，计算通行费金额，合理扣费，返回结果，并回写出口信息。

（5）通信模块

实现车道系统与站级管理系统的数据交换。

（6）图像抓拍模块

当系统抓拍线圈被触发时，模块自动启动车道摄像机的图像抓拍功能，抓拍出一幅清晰图像，并进行保存，以此作为车辆通行的图像记录。

（7）计重处理模块

计费模块主要针对计重货车ETC用户车辆的计重需要，与计重控制器进行通信，实现计重结果的获取。

4.3业务流程

计重ETC车道系统可以以客车ETC车辆专用、计重货车ETC车辆专用模式和客货ETC车辆混合使用三种处理模式运行。三种处理模式的业务流程如下：

（1）纯普通ETC收费模式下的车道处理流程

当系统采用客车ETC车辆专用收费模式运行时，其业务流程与现行推广的ETC车道系统处理流程一致。

（2）纯计重货车ETC车辆收费模式下的车道处理流程

关于计重ETC货车收费模式下的出口车道处理流程如图2所示：

图2　纯计重货车ETC车辆收费模式下的出口车道处理流程图

其处理步骤如下：

第一步：车辆进入车道，驶入前端微波天线检测区域，并触发微波天线，微波天线与OBU建立通讯并进行OBU有效性（拆卸、有效性、参数信息、车型等）判断；

第二步：OBU有效性判定成功后，系统继续读取卡片信息、并进行卡片、黑名单和入口信息的有效性判断；

第三步：上述判断成功后，系统控制前端栏杆抬升放行，并自动开启计重设备和后端微波天线；

第四步：车辆继续行驶，驶入计重区域进入计重操作，且后端微波天线继续检测车辆OBU并与之进行通信；

第五步：系统获取计重数据后，将提示车主用户进行确可。若车主用户认可后，系统根据计重数据并结合基准费率计算费额。当后端天线继续读取OBU和卡片信息后，根据费额从储值卡的电子钱包或记账卡的账号中收取通行费；若车主用户不认可，系统将提示倒车进行重新计重处理；

第六步：通行费缴费成功后，系统回写出口信息并进行图片抓拍；

第七步：系统生成出口交易流水，后端栏杆抬升放行车辆；

第八步：当车辆通过落杆线圈时，栏杆回落，通行信号灯变红。

（3）共同运作模式下的车道处理流程

关于普通ETC与计重ETC货车混合收费模式下的出口车道处理流程如图3所示：

图3　共同运作模式下车道处理流程图

其处理步骤如下：

第一步：车辆进入车道，驶入前端微波天线检测区域，并触发微波天线，微波天线与OBU建立通讯并进行OBU有效性（拆卸、有效性、参数信息、车型等）判断；

第二步：OBU有效性判定成功后，系统继续读取卡片信息、并进行卡片、黑名单和入口信息的有效性判断；

第三步：上述判断成功后，若系统反馈前方仍有交易车辆，则提醒车主用户等候处理；若前方无交易车辆，系统将继续进行车型判别，并按照车型进行控制逻辑切换；

第四步：若判断车型为普通ETC车辆，则对车辆进行通行费额计算并从储值卡的电子钱包或记账卡的账号中收取通行费，车道流程直接转至第七步，若为计重货车ETC车辆，，系统控制前端栏杆抬升放行，并自动开启计重设备和后端微波天线；

第五步：车辆继续行驶，驶入计重区域进入计重操作，且后端微波天线继续检测车辆OBU并与之进行通信；

第六步：系统获取计重数据后，将提示车主用户进行确可。若车主用户认可后，系统根据计重数据并结合基准费率计算费额。当后端天线继续读取OBU和卡片信息后，根据费额从储值卡的电子钱包或记账卡的账号中收取通行费；若车主用户不认可，系统将提示倒车进行重新计重处理；

第七步：通行费缴费成功后，系统回写出口信息并进行图片抓拍；

第八步：系统生成出口交易流水，栏杆抬升放行车辆；

第九步：当车辆通过落杆线圈时，栏杆回落，通行信号灯变红。

5结语

计重收费现阶段存在车辆通行效率低、超限超载严重与逃费屡禁不止等问题，ETC计重收费系统是目前解决计重收费以上问题的最佳选择。本文对计重ETC系统的建设方案进行了简单阐述，在具体应用上尚存在跨省交易、ETC计重收费软件与数据库升级等问题需待解决，希望本方案能为ETC计重收费系统的推广与普及提供有益借鉴。

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