高速公路货车ETC计重收费技术探讨

刘卫军

(山西欣奥特自动化工程有限公司，山西 太原 030012)

1 技术方案提出的社会背景

山西省是资源大省，高速公路近年发展迅猛，货车流量也逐年提高。随着山西省高速公路联网ETC系统快速发展，货车收费成为收费拥堵的主要问题，对高速公路投资者、管理者的利益造成很大的影响，通过研究和应用货车ETC系统，可提高通行效率，降低人员成本、达到环保、低碳的转型发展目标，同时对促进货车ETC的进一步推广具有重要意义。

2 技术方案的成熟性阐述

2.1 车道布局

图1 货车ETC车道布局三维立体图

图2 货车ETC车道布局平面图

2.2 车道布设原则

本方案的ETC车道布设原则上主要体现在“快速”、“容错”、“自动处理+人工辅助”、“整体美观”几个方面。

◆“快速”主要指：ETC车道应设置为专用车道，对于ETC用户，应以快速通过为首要目标，把用户的使用感受放在首位，为用户提供方便快捷的服务。

◆“容错”主要指：系统应能处理非ETC用户的误入、OBU与RSU认证失败等多种特殊情况，对于这些异常情况，也应以车辆快速通过为目标，尽量减少或避免对后续车辆的影响。

◆“自动处理+人工辅助”主要指：正常情况下，ETC车辆通过，无需人工干预，所有流程由计算机控制自动完成；当出现OBU认证失败等异常情况，或非ETC车辆误入时，可通过人工辅助的方式完成交易。

◆“整体美观”主要指：由于客车ETC车道和货车ETC车道都为专用车道，且两个车道的收费岛都需延长数米，既体现了整齐美观，也不影响收费广场整体的通行能力。

此外，对于认证失败或误入的车辆，车道应提供明显的、通俗易懂的提示信息，提示车辆接受停车或倒车操作。

2.3 技术方案特点

本方案是将ETC交易关键设备移至收费岛后端，称重区域不变；货车在入口治超站点进行一次称重，RSU读取车辆OBU信息；在ETC收费出口设置称重设备，车辆驶出ETC出口时进行第二次称重并与入口称重数据进行对比，并根据ETC出口计重设备提供的重量信息扣费。

2.4 车辆交易流程

◆货车在入口治超站点进行一次称重，车辆行驶至交易天线的通信区域RSU读取车辆OBU信息。

◆货车在出口经过所有轮轴依次通过轮轴识别器、称重台等设备完成对车辆动态称重。当车辆完成计重后，称重系统发出收费信号，称重数据上传至车道收费控制计算机。

◆车辆行驶至交易天线的通信区域，天线读出OBU、支付卡的相关信息，判断该车是否合法，有无超时、U型行驶等异常情况。若不合法或有异常情况，则顶棚LED灯提示后方车辆倒车，避免发生车辆碰撞，影响车道通行速度；若合法并且无异常情况，系统结合车辆称重数据并与入口称重比对属于正常车辆，按资费标准从货车OBU内完成对相应费额扣除，交易成功后栏杆抬起，车辆驶离车道，交易完成。

◆该系统对于误入车道的非ETC车辆只能采取倒车和人工收费的方式进行放行，从ETC快速通行的角度出发，增加了管理难度。

3 主要设备的性能参数

3.1 计重系统

货车ETC系统对计重设备的要求颇高，双台面衡器经过长时间试验和数据分析，其性能优于单台面动态衡，其主要优点有以下三点：

1) 双称台计重检测数据的平均车辆载重量空车能够提高4.7%左右，重车能够提高11.99%左右。依照吨公里计费原则，计重收费额亦可明显增加；

2) 双称台计重检测数据稳定性明显的比单称台计重数据稳定,且更加接近车辆的实际载重；

3) 由于计重检测数据的准确性和稳定性得到了明显的提高，对同一辆车的计重数据更准确，进一步实现了计重收费的公平与公正。

称重检测通过传感器将压力信号转换成电压信号送称重数据处理器处理后得到车轴的实际重量。其具有以下技术指标：

1) 可对各轴(轴组)分别计量并且计量性能良好；

2) 单轴额定载荷：≥30吨(T)；

3) 最大过载能力：≥150%；

4) 静态称重精度：≤1%,满足OIML Ⅲ级秤标准；

5) 动态称重精度：不低于表1要求，满足国家动态II级称标准。

表1 秤台式称重检测设备动态称重精度要求

3.2 数据采集器/控制器

该部分是系统的核心部件，完成数据采集、计算和上位机通信应答功能。

控制器除支持秤台的动态称重外，还具备轮轴识别器和车辆分离器接口，接收来自轮轴识别器和车辆分离器的信息，组合成完整的称重检测数据向收费计算机传送。主要技术指标如下：

1)增益漂移：5PPM/℃；

2)非线性：<0.01%FS；

3)A/D速率：1×103次/秒；

4)A/D输入：0～39mV；

5)数据储存：FIFO堆栈式数据单元，8组数据；

6)供桥电压：5VDC/350mA；

7)传感器输入：6线/4线；

拈花湾集聚了当地的山水资源、灵山景区的佛教文化资源等，塑造了禅意景观和表演等新的旅游吸引物。而当地政府部门，无论是在土地配给，还是资金扶持方面，都给予了实质性的支持。在各类旅游风情小镇开发中，政府居于主导地位。因此，开发旅游风情小镇，便应该发挥政府在区域中的协调功能，有效地统筹区域内的各类旅游资源，合理规划，整体布局，为旅游者提供更加丰富的旅游服务。

8)通信接口：RS232/RS422 9600bps。

3.3 车牌自动识别系统

主要技术指标如下：

1)识别符合“GA36-92”(92式牌照)和“GA36.1-2001”(02式牌照)标准的民用车牌照和04式军车牌照与07式新武警车牌照的汉字、字母、数字、颜色等信息；

2)车牌字符识别率≥99%；

3)车牌定位率>99%；

5)支持单路模拟视频流输入；

6)通信接口：RS232串口、10/100M自适应以太网口。

3.4 路侧设备

主要技术指标如下：

1)符合最新国家标准：执行GB/T20851系列电子收费专用短程通信国家标准；

2)多种通讯接口与车道计算机相连，配置灵活：支持RS-485、RS-232接口、以太网接口；RS-485、RS-232最大通讯速率可达115200bps；以太网速度率为10M/100M自适应；

3)通信速率：下行链路256kbps；上行链路512kbps；

4)发射功率：≤33dBm，可调整。

4 技术方案系统交易流程

本技术方案对客车ETC收费软件及货车计重收费软件和片区收费软件的车道参数、报表统计等进行相应的调整和修改，以满足达到货车ETC计重收费的电子收费系统。其交易流程如图3。

图3 货车ETC系统交易流程图

5 结语

高速公路货车ETC计重收费科研项目是为了提高通行效率，降低收费人员成本，达到了环保、低碳的转型发展目标。

第一，提高了收费效率，使交通更流畅。用户可以不用停车直接用ETC系统就能进行通行费支付，这样就能很好地避免收费站交通堵塞。

第二，无需找零，缴费更方便。用户不需要停车缴费，这就意味着单位时间内通过的车辆数量会更多。

第三，更加节能环保。货车ETC不停车收费系统减少了货车在收费站出口的等待时间，减少了因为减速、加速而产生的燃油浪费，同样减少了汽车损耗的油料恶化尾气排放，达到节约能源，保护环境的效果。

第四，提高了收费的工作效率。利用货车ETC电子不停车收费系统，目前已经实现了收费工作的完全自动化，促使收费操作可以与机器之间通过电子信号以极快的速度进行。