公路计重收费ETC车道系统技术方案分析

高 虎

（甘肃省定西高速公路管理处，甘肃 定西 743000）

1 引言

随着现代经济社会的不断发展和日益进步，公路收费及管理工作越来越受到人们的重视。由于各行各业对高质量交通设施供给的需求日益增加，以往传统人工收费模式已经不适应现代化高速公路建设运营的发展需要。当前，考虑计重收费的高速公路ETC收费系统日益得到纵深化和规模化的发展，一定程度上解决了以往公路收费站堵塞、超限超载严重及计费不准等问题。计重收费ETC车道系统在节能降耗、较少污染、缓解交通压力等方面有明显优势。本文对公路计重收费ETC车道系统技术方案分析，以期为我国的公路智能收费系统提供一定指导。

2 公路计重收费ETC车道系统技术原理

ETC（ Electronic Toll Collection ）是一种全自动收费方式，也称为电子收费系统或不停车收费系统，它是利用电子、计算机与通讯技术，使驾驶员不需停车就可以实现车辆载重的计重收费，完成计重、收费、统计和监控工作，解决了收费大型载货车辆排队现象，是收费方式的发展方向[1]。

计重收费ETC车道系统的主要类型为单向式和双向式两类：单向式不停车收费方式，是在车上安装一个电子标签（只读），当车辆经过收费站时，电子标签输出信号，收费站的无线接收装置，接受并读取电子标签中的信息，然后将收费站的资科传给收费中心，由收费中心登记、更新和统计[2]。每隔一段时间，将每辆车的通过次数与通行费总额打印出来，寄送驾驶员，并通知缴费或从预交金中扣除。双向式不停车收费方式，是在车上安装一个可无线写入信息的电子标签（可读写）。用户应事先在指定地点给电子标签交纳、预存足够金额，当有电子标签（可读写）的车辆通过收费站时，接收仪器识别电子标签数据信息，检验电子标签的有效性，计算通行费，并将电子标签中事先存缴的金额扣除实际需要缴纳的通行费金额后，再回存到电子标签中。双向式不停车收费方式，只认车载电子标签，不认车（人），能避免舞弊现象[3]。拥有有效电子标签的车辆，就拥有使用收费道路的权利。由于使用车裁电子标签的优越性，主要体现在长期用户上。因此，对很少使用收费道路的车辆，应采用其他收费方式。

3 公路计重收费ETC车道系统的技术优势

通过对兰州市周边收费车道拥堵情况进行统计，由于许多收费站站前广场面积较小，大型、重型车辆停靠缴费，往往会导制大型、重型车辆产生较为严重的车辆拥堵，可见如果采用货运车辆ETC计重收费，可以有效的提高大型、重型车辆通行效率。

2）计重收费不需增加收费车道或扩建新收费站，就可提高车辆在收费站的通行能力。

3）确保高速公路收费的可靠性和畅通性，可明显改善计重收费效果。

4）使驾驶员节省了时间，最大程度降低了携带现金和财务报账的麻烦。

5）可防止通行费流失、营私舞弊、贪污等现象的发生，使通行费收取工作进入现代化管理阶段。

6）高速公路网形成后，区域收费势在必行，不停车收费方式和电子标签易于实现区域联合收费[4]。

7）公路计重收费ETC不停车收费方式和电子标签，可推广到停车场、加油站、各种公路费征收、驾驶员信息和对车辆实施跟踪等方面。

4 公路计重收费ETC车道系统技术方案

4.1 系统模块

4.1.1 车辆检测模块

与MCS结果相比，所提出的PPF方法可以提供近似的CDF曲线，且仅需要较少的计算时间。根据研究结果，配电网调度模型对总线电压相位角和线路有功功率的不确定性有显着影响，但对总线电压幅度和线路无功功率的不确定性影响并不大。这是由于配电网调度只处理光伏发电的有功功率变化，与总线电压相位角和线路有功功率有很强的耦合关系。结果还表明，在大多数情况下，配电网调度降低了总线电压相位角和线路有功功率的不确定性。发生这种情况是因为传统发电机的变化总是在配电网调度的基础上平衡光伏发电机的变化。

车辆检测模块的技术目的是对车辆的通行状况和位置进行有效检测，从而触发并完成车辆控制过程。利用车道控制器探测到线圈状态发生的变化，读取IO状态之后，根据前后变化情况判定待计重收费车辆的载重、经过、驶离，并根据实际状态进行计量。

4.1.2 车辆识别模块

该模块主要功能是对车辆类型进行分析与判断，从而分析出待计重收费的车辆类型以及所需提供的对应服务。车辆进入通信区，车载OBU 与RSU 成功交易后，栏杆机自动抬杆，车辆无需停车即可通过。当RSU 未与OBU成功交易或未识别车辆安装的OBU，ETC收费系统禁止车辆通行，并下发移至相邻MTC车道的指令，取出OBU内置的双界面 CPU卡作为通行券，或着进行MTC操作后放行。

4.1.3 设备控制模块

该模块主要按照收费车道系统所给出的控制指令给出明确的设备动作指令，例如：自动栏杆抬起与降落、允许通行和禁止通行的信号灯指示、计重设备的启动与计重额度显示、车辆识别器识别及费用显示等[5]。

4.1.4 计费模块

该模块是公路计重收费ETC车道的核心模块，根据ETC用户车辆的缴费需要，利用外场车道天线设备，分别收集VST 信息、OBU 信息和IC 卡信息，实现验卡、读卡、写卡等操作，在入口标记过站信息，出口标记过站、计重结果及消费信息，按照用户信息表转换而来的车型查费率表予以收费，最终等待应答结果响应。抬杆允许车辆通过，留存交易流水。

4.1.5 图像抓拍模块

系统抓拍实嵌入式高清卡口，车辆进入第一个线圈时，系统被触发，自动启动高清摄像机图像抓拍功能。采用线圈检测技术和高清摄像技术抓拍违法车辆并将拍出的清晰图像加以保存。

4.1.6 计重处理模块

该模块是计重货车ETC用户车辆的特殊性需要，和计重控制器加以通信配合，最终得到准确的计重结果。

4.2 技术流程

1）当ETC车辆经过入口车道时自动记录入口信息，并触发微波天线，车载OBU 与RSU 成功交易后进行OBU有效性判断。2）OBU有效性识别完毕后，车道系统继续读取卡片信息，开始读卡并验证身份卡的有效性，对卡片、黑名单及身份信息的有效性进行识别。3）以上两个步骤的判断完毕后，栏杆机自动抬杆，车辆无需停车即可通过，计重设备及后端微波天线自发启动。4）车辆继续行驶，并进入整车式称重台进行称重，后端路侧单元继续检测车辆OBU并与之相互通信；5）及时提供实载的数据后，车主对计重信息予以确认。车主确认完毕后，系统依据国家规定的合法装载且车货总重费率计算费额。读写天线与OBU和卡片信息进行通信后，依据车货总重费率计算所得费额进行预付卡扣费动作。如果车主对这一扣费标准不认可，则返回入口处重复上述动作。6）系统留存交易流水，出口标记过站及消费信息后抬杆允许车辆通过。7）车辆驶处杆线圈，栏杆落下。完成整个自动计重收费动作，通行信号灯再次变红，等待下一车辆计费通过。

4.3 技术经验

对于公路计重ETC车道技术方案，国内还没有形成统一的技术方案和技术标准，各个省都在自行探索计重ETC车道模式，甘肃省主要形成了以下的技术经验。

1）在早期，由于造价等原因，高速公路收费车道主要安装动态称重系统，但由于动态称重系统存在称重精度低、误差随速度变化大等技术缺陷，实际运营过程中经常出现收费争议。为提高称重系统准确性，先决条件是完成整车式称重系统改造工作，整车式称重系统相比动态称重系统具有称重精度高、重复性好、误差范围小等特点。随着全省出口车道安装整车式称重系统，货车重量准确性得到了大大的提高，这是实现公路计重收费ETC的重要前提。

2）半挂车辆最长可以达到18m，现有的货车车道往往在收费车道出口外侧，势必影响OBU对货车的识别。如采用加长车道等方式对计重车道进行改造，会造成造价的急剧升高，而受限于现场环境，可能计重车道的改造根本无法完成。故可考虑将货车车道改为正对通行车道，在小型车辆ETC的旁边，可以较好的解决这一问题。

5 结语

随着中国智能交通建设脚步的加快，ETC电子不停车收费已经成为一种趋势。公路计重收费ETC车道系统的功能必须满足实用性原则、稳定性原则和高效率原则原则。在考虑ETC系统构架的条件下，增加计重系统和费用计算系统，达到快速计重、快速收费，减少等待等技术功能。因此，本文对公路计重收费ETC车道系统的技术原理、技术优势、技术方案、业务流程、存在局限及国外经验等方面进行了系统分析，希望能给相关部门和管理人员提供必要参考。