浅析高速公路ETC出口计重收费系统

陈文龙（广东龙浩公路桥梁工程有限公司，广东广州510623）



浅析高速公路ETC出口计重收费系统

陈文龙
（广东龙浩公路桥梁工程有限公司，广东广州510623）

摘要：ETC（全称：Electronic Toll Collection，电子不停车收费系统）出口计重收费主要是针对长途货运车辆按重量不停车进行收费。文中探讨了高速公路ETC出口计重收费系统的设计，并在“设计原则与功能需求、计重设备的选择、车道设备的布局、计重数据序列和ETC出口车道车辆数据序列的匹配及异常处理”等主要环节进行了设计和详细说明，对目前市场上研究较多的计重设备前置式ETC和计重设备后置式ETC的设计方案进行了对比分析，去寻找最佳的解决方案，并展望了高速公路ETC出口计重收费系统的未来与实现。

关键词：高速公路；ETC；前置；后置

1 引言

高速公路以“高速”、“便捷”而吸引了人们的使用，然而在高速公路的收费问题上，浪费了大量的时间，人工收费已经不能满足高速公路建设的发展需要了。道路的便捷顺畅对经济的发展至关重要，人们的出行距离更长，货物流通得更加频繁，交通拥堵现象在高速公路的收费口也出现了。这将造成了收费站的极大安全隐患，道路压力增大，收费人员工作压力增大，效率变低。通过ETC出口计重收费系统的使用，则可以很好的解决高速公路的通行效率与收费准确性等问题，减少了车道上的车辆过车时间，提高了收费的准确性和工作效率，释放了大量的人力财力。高速公路ETC出口计重收费系统，正在全国范围内逐步推广，是目前较为可靠可行的自行通行管理方案。

2 高速公路ETC出口计重收费设计原则与功能需求

2.1 设计原则

在ETC出口计重收费系统的设计上，需要遵循4个原则。

（1）效率性原则。在高速公路收费口使用ETC集中收费系统，是对人工收费的一种完善和补充，是为了更好的体现高速公路的快捷高速特性的。这就要求ETC系统准确、有效，过秤计重准确，收费计费准确，通车效率更高。

（2）可靠性原则。由于ETC系统运行在Windows系统上，这就要保证在全天候的运行中，不能出现死机等机械故障，数据记录和运算要有序，不能混乱。ETC系统的稳定性，是系统数据传输的前提保证。

（3）开发性原则。由于ETC系统是对人工收费的补充，所以不排除随着科技的高速发展，还会有更加先进的技术手段被应用进来，这就要保证ETC收费系统的开发性，能够进行系统的维护和升级，以适应高速公路发展的需要。

（4）实用性原则。ETC系统的设计，更要体现其实用性原则。要根据高速公路的收费口设计，收费亭、车道长度宽度、车辆型号、周围环境等等因素，从现实出发，体现ETC的实用性价值，使其能够在更多的高速公路生得以应用。

2.2 功能需求

关于高速公路ETC计重收费系统的功能需求，可以从表1中看到具体明细。

表1　高速公路ETC计重收费系统的功能需求

3 高速公路ETC出口计重收费系统的设计

3.1 系统概述

在ETC计重收费系统中，涉及到了计算机技术和设备的应用、通讯设备交互与数据传输、自动控制等等内容，是软件系统和硬件设备的结合。在车辆上安装电子标签以备识别，在进入高速公路的收费站时，通过ETC车道通行，收费亭内天线在车辆接近后，读取电子标签的信息，确定车辆的类型，按照车辆的型号计重收费。

高速公路的收费系统分为三层，最上层的监控计费中心的管理系统，最下层的车道软件收费系统，和居于中间的高速公路收费站内的管理系统。ETC计重收费系统通过数据信息的采集来计算收费金额。在高速入口负责辨别车辆类型和发放IC卡，记录下车辆的经过信息。在出口，则需要回收发放的IC卡，比对车辆的信息是否正确，按照车辆的电子标签确认车型，按照其行进路程、重量等信息计算收费金额。车辆型号按客车和计重货车分为：客车，7座及以下为一型，8～19座为二型，20～39座为三型，40座及以上为四型；计重车辆，2轴为五型（皮卡），3轴为六型，4轴为七型，5轴为八型，6轴为九型。

3.2.基本原理

ETC出口计重收费系统，有计重设备前置ETC和计重设备后置ETC两种解决方案。

计重设备前置ETC系统的原理：在车辆进入ETC车道后，先触发地感线圈，再启动ETC系统的车道读写天线与车辆安装的电子标签和内置处理器（CPU卡），分辨车辆是否为有效车辆，区别车辆类型。随后，车道岛前栏杆机自动打开，车辆可以进入称重区域计重。计重数据被采集上传到车道控制器内。

计重设备后置ETC系统的原理：车辆进入ETC出口，触发地感线圈，读写天线读取车辆的电子标签信息，车辆有效则自动打开岛前栏杆，车辆进入称重台称重，数据上传至控制器。车辆进入岛尾，系统自动计算应收金额，实现电子标签与天线的交易，完成后抬杆，信号灯变绿，语音提示金额并显示。若出现无效车辆（无OBU或信息错误），或金额不足的情况，自动栏杆关闭。系统报警提示，指示进入MTC车道。

3.3 计重设备的选择

在以往的高速公路收费站MTC车道计重收费过程中，时常会有车辆由于不规范行驶导致出现偷逃通行费的现象，为此，在现行设备及管理措施不完善的情况下，要实现高速公路收费站在无工作人员值守的状况下自动完成计重并自动扣除费用这一过程，那么就需要十分可靠、稳定的动态称重设备来完成对车辆轴型的识别以及称重准度的计算等。当前，合适的高速公路ETC出口计重收费系统在计重设备的选择上应当满足以下几个条件：①称量的限速应当在20 km/h以内；②称重限速范围内具有比较高的准确度；③具有解决不规范行车或防止偷逃费功能；④设备可以较好的跟已有的高速公路ETC收费系统相融合；⑤设备的维护相对简易。为此，在设计选用计重设备时，可以首选主辅双台面式及不同类型称重设备阵列组合式的计重设备做为目前高速公路ETC出口计重收费系统的计重设备，这是因为该计重设备不仅满足了上述五个条件，而且主辅双台面式称重设备使动态检测精度达±l%，除此以外，阵列石英式、阵列弯板式等不同类型称重设备阵列组合式的计重设备还有效的减少了偷逃费用的现象。

3.4 车道设备的布局

在收费过程中，货车与其他类型的车辆相比，不但需识别车辆的里程数据和车型，而且需对车辆的总重量与轴型等信息进行采集。尤其，总重量这个数据采集的准确与否，直接关系到高速公路ETC出口计重收费系统设计的能否实现，为此，必须充分考虑车道设备的布局。

目前，各地区高速公路所使用的ETC通行卡主要分为储值卡、记账卡2种类型。其中，储值卡一般是先需充值后才能够消费；记账卡则是先消费再缴费，这种卡主要是针对信用度比较高的各机关事业单位或者是具有比较高信用度的交通运输企业，按照约定的工作时限对产生的费用进行结算。目前，在高速公路ETC出口计重收费过程中，更多应当推广储值卡来实现先充值后消费的过卡通行方式。为此，高速公路行驶后的货车进入ETC出口车道放行以前，应当提前对货车总重量、费用以及通行卡里的余额是否足额进行判断，对通行卡里余额不足的货车需及时引导其进入MTC车道进行人工交费，以保障收费站车辆通行的有序及畅通。

3.4.1 单天线的秤台前置式车道设备布局

单天线的秤台前置车道设备布局要求在高速公路出口收费站必须将收费广场布设得足够大，并延长ETC车道安全岛，在不更改已有的高速公路ETC出口车道设备布局与流程的情况下再增设计重设备。而单天线的秤台前置布局方案主要考虑了货车称重数据在驶入路测RSU识别交易以前己完成检测并将数据进行传输，货车过卡逻辑大体上保留以往高速公路ETC收费系统的过卡逻辑。其车道设备的布局如图1所示。

图1　单天线的秤台前置车道设备布局

3.4.2 双天线的秤台后置式车道设备布局

秤台后置车道设备布局相对较为复杂，对收费广场以及运营管理有比较高的要求。为此，为了保障车辆通行有序畅通以及交易快速高效，许多高速公路ETC收费系统采取双天线的布局。其车道设备的布局如图2所示。

在设计过程中，将车道设备布局分为A、B两个功能区，其中，A功能区主要是对车辆的车型、卡内余额以及是否为ETC车辆等信息进行判断，其工作程序如图3所示。

图2　双天线的秤台后置车道设备布局

图3　过卡逻辑对A、B两个功能区的使用

在双天线的秤台后置车道设备布局中，交易是在B区的天线完成的，为了预防车辆余额不足而驶入ETC出口车道，因此需要建立健全完善的车辆通行费预判方案。

（1）车型费用预判的设计。该设计需按照驶入高速公路ETC出口车道的货车车型去判断车辆的总载重，然后根据总载重设置一定的重量缓冲量并设置车型重量阈值，最后结合A功能区天线读取的OBU（即On board Unit的缩写，中文称：车载单元）数据判断车辆应当交纳的费用。如果通行卡内的余额不足，那么报警则提示车辆驶入MTC车道进行计重人工收费。

（2）站前高速预检的设计。该设计为收费站前方的下路匝道或者主道增设石英式、弯板式等高速预检称重设备与RSU路侧设备，对进入收费站的车辆进行OBU预读以及重量预检，并把检测到的有关数据信息传送到收费站收费系统。当车辆驶入ETC出口计重收费车道的时候，A功能区的天线读取车辆的OBU数据，然后查询系统对预检称重结果进行匹配判断，并对该车通行费作出预判与放行。

（3）ETC出口车道加装称重设备的设计。在高速公路ETC出口车道中加装称重设备，把车辆驶入出口前的数据以及重量等信息录入到OBU内，做为预判车辆出口通行计重费用的依据，并判断车辆通行卡里的余额是否足额，最终实现高速公路车辆通过ETC出口计重收费。

（4）借用入口治超设备提前做好ETC出口计重收费。伴随我国高速公路等级的提高以及对安全工作的高度重视，目前，在河北、四川、福建等省份均在高速公路入口增设了入口治超检测设备，借助该设备不仅有利于客货车辆的有效分流，还有利于推动治超与收费系统的有机联动，在高速公路入口及时将货车的数据信息录入OBU内，并将录入OBU内的数据信息进行联网共享，为车辆最终驶入高速公路出口收费站的ETC出口计重收费及时为车辆预判提供依据。

3.5 计重数据序列和ETC出口车道车辆数据序列的匹配及异常处理

3.5.1 数据序列的匹配

正如上图2展示，当高速公路上的车辆驶入A功能区时，首先筛选ETC相关信息有误的车辆，排除成功以后记录通行车辆OBU内的车牌号码、车型等数据信息，经过A功能区与计重设备光幕、实时重量的配合，确保OBU内数据与车辆称重数据相匹配的待交易缓存正常。当车辆达到B功能区交易区域时，交易天线首先验证车辆OBU的车辆信息，与车辆缓存队列信息一致之后，进行扣费交易。

3.5.2 异常行车的数据处理

当人为操作干预到流程的正常工作时，会出现车辆不完全倒车和完全倒车的情形，系统应能自动识别并对数据序列进行重组。

关于不完全倒车的处理：车辆不完全倒车是指车辆已经遮挡光幕但尚未完全驶离光幕状态下的倒车行为。车辆倒车后，称重设备需要发送不完全倒车指令，并修正计重设备的检测数据，确保车道缓存队列的实时性与可靠性。

关于完全倒车的处理：车辆完全倒车是指车辆已经完全驶离光幕并产生称重数据状态下的倒车行为。车辆倒车后，称重设备需要进行称量的删除，并发送完全倒车指令，完成该车ETC相关信息的删除，确保车道缓存队列的实时性与可靠性。

4 展望ETC出口计重收费系统的未来与实现

经调查，2015年4月底，江西省高速公路货车整车式称重电子不停车收费（ETC）项目在全国同行业率先取得研究成果，其成功实施将极大提高车道利用率和货车通行效率，有助于打击偷逃漏费，缓解收费站拥堵压力，维护收费秩序，减少收费员劳动强度，为下一步无人值守收费站奠定基础。

该研究是由江西省高速公路联网管理中心与国内几家具有影响力的计重生产商合作开发研究的结果，经过前期方案论证、设备测试、试验场地建设、软件研发等阶段，目前已顺利通过实验室测试。该项目的特点是采用“预读+交易双天线模式”：一是货车ETC基于现有整车式称重系统研发，保护了现有的投资，实现了系统的平滑升级。二是车道入、出口均安装高精度的称重系统，对称重数据进行对比，确保货车ETC称重数据的准确性。三是首次提出采用一个总控制器控制双天线的模式，并将预读天线、称台、交易天线数据进行了融合，逻辑更加严密，队列维护更加稳定，保证了过车交易的准确性，较好地解决了跟车干扰和邻道干扰等问题，提高过车速度，为下一步打造一体化收费岗亭提供了基础。四是实现货车OBU实时查询功能，车主可随时通过OBU查询过站时的称重信息及所收金额，有效减少争议。

据悉，江西省在2016年实现全省高速公路货车计重收费，全省所有出口车道安装动态称重系统。这就意味着ETC出口计重收费系统的发展将会在江西省首创全国先河，未来必定会在全国范围内得到推广。

5 结语

近几年来，我国ETC系统正处于快速发展阶段，全国各省份都在大力推广。可以预计未来几年将会有大量ETC系统建设工作。高速公路收费站引进ETC系统，不仅有利于实现高速公路停车收费的智能化，而且有利于提高车辆过卡的通行率。

参考文献：

［1］李林宏.浅析高速公路ETC不停车收费系统［J］.科技致富向导，2012，（5）.

［2］吴 华.ETC环境下计重收费系统总体设计探讨［J］.中国交通信息化，2014，（10）.

［3］秦 成，潘成贵.高速公路ETC不停车收费技术应用［J］.现代物业（上旬刊），2011，（7）.

［4］刘 力.高速公路ETC车道收费系统的设计［J］.交通运输系统工程与信息，2010，（4）.

研究方向：高速公路机电工程及公路工程造价管理

中图分类号：U495

文献标识码：A

文章编号：1671-8496-（2016）-02-0022-05

收稿日期：2016-03-05

作者简介：陈文龙（1983-），男，工程师

Design and Implementation of the Weigh-charging System at the Highway ETC Exit

CHEN Wen-long
（Guangdong Longhao Highway Bridge Engineering Co.Ltd.，Guangzhou 510623，China）

Abstract:The weight charge at Electronic Toll Collection（Abbreviated as ETC）exit is mainly for collecting long-distance freight vehicle.This paper discusses how to design the weight charge system at the highway ETC exit，and elaborates the key designs in functional requirements，selection of heavy equipment，road equipment，meter data sequence and ETC exit lane vehicle data sequence matching and exception handling and other major aspects.Then a comparison analysis is made between the front-loaded ETC weight-charging equipment with that of the rear-loaded ones to find the optimal solution，followedis a prospect in this respect.

key word:highway；ETC；front-loaded；rear-loaded