黔西南州兴义环城高速公路收费设施施工图设计分析

贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081

贵州省黔西南州兴义环城高速公路（以下简称兴义环线）于2017年11月完成交通工程初步设计阶段正式稿图纸。2019年3月，根据主体部门提供的路线总体资料开始进行收费设施施工图设计阶段的相关工作，项目于2020年12月28日正式通车。

该项目收费设施管理体制分为四级，分别为省收费结算中心、兴义区域收费中心、丰都路段收费分中心及该路段所辖收费站。

1 收费站点及车道数设置情况

兴义环线施工图设计阶段各收费站收费车道数与初步设计阶段车道数规模相同。车道数计算主要依据如下：（1）结合《贵州省高速公路服务区收费站建设及改造规划》与项目工程中2039年预测交通量综合计算收费车道数；（2）车道数计算时入口服务时间按8s取值，出口服务时间按20s取值，同时出口车道按计重收费要求设置，并做适当调整。具体站点布设和车道数布置如表1所示。

表1 站点布设和车道布置图

2 收费系统构成

收费系统主要由收费计算机系统、收费车道系统、收费闭路电视监控系统、站内对讲系统、紧急报警系统、供配电系统、联网收费应急备用通信链路系统、入口治超系统以及多义性路径识别系统等部分构成。

2.1 站级收费计算机系统

收费站计算机系统通过站内以太网交换机和广场以太网交换机组建成一个星型+总线型结构的局域网。该网络以站内以太网交换机为核心交换机，向上通过通信系统提供的10/100M网口与路段收费分中心交换机连接，组成路段局域网。站内计算机设备接至站内三层数据以太网交换机，车道控制机接至广场三层数据以太网交换机。

2.2 收费车道系统

人工收费车道系统主要由车道控制机、收费员终端、非接触式IC卡读写器、车辆检测器及车辆检测线圈、车道通行信号灯、车道摄像机/车牌识别摄像机、自动栏杆、亭内摄像机、雨棚信号灯、雾灯、对讲分机、声光报警器、手动栏杆、报警开关、费额显示器、票据打印机和计重系统组成。项目于收费站ETC入口车道旁的MTC收费车道安装一台自动发卡机。

ETC收费车道系统主要由车道控制器、RSU、高清车牌图像识别设备、自动栏杆信息显示屏、雨棚信号灯、车道信号灯、车辆检测器、车道摄像机等组成。

2.3 收费闭路电视系统

在收费系统中，闭路电视系统对收费车道使用率、通过车辆的类型、计重收费情况、收费员的工作情况等都能进行直接观察和记录，确保收费车道的顺利运行；能对通行车辆的缴费和收费员的收费行为进行有效的监督，以防道路使用者和收费人员的违规行为；能及时发现收费过程中的突发事件，包括违章车辆事件、收费员与司乘人产生摩擦事件等，为交通管理人员处理此类事件提供各种依据。

（1）监视模式：各收费站设置完备的监控设备，设专门的监控人员，配置专用图像管理工作站1台及22寸LCD监视器1台。

（2）监视规模:为了实时、全面地监督和管理收费工具，项目采用入、出口收费车道监视+入、出口收费亭监视+入、出口收费亭监听+收费广场监控+财务室（金库）监视+收费机房监控+收费站场区监控的监视规模。

收费站各路图像均在站内IP-SAN存储，一路图像传输速率按5Mbp/s计算，每路图像一个月的存储容量为1.55TB。

2.4 对讲系统

对讲系统由通信系统设置的软交换设备实现对讲功能，收费站对讲主机和收费亭对讲分机则由收费系统提供。对讲电话采用模拟电话，并通过收费站机房设置的语音网关设备实现软交换。收费站对讲主机采用带电话录音的按键电话，可实现全呼、组呼、单呼等对讲功能。收费亭对讲分机采用普通按键电话，仅供收费员与站值班员之间通话，各收费亭间不能相互通话。站内对讲主机优先权高于省中心对讲主机优先权。

2.5 紧急报警系统

紧急报警系统用于收费员在遇到紧急情况时向站值班员发出报警信号。该系统由亭内安全报警踏板、车道声光报警器、车道工控机、广场三层以太网交换机及站内三层以太网交换机组成。

2.6 供配电系统

收费站设备用电从电力进线室交流配电柜引出，各设备由UPS不间断电源供电，UPS电源采用3台在线式UPS分别对奇、偶数车道及站房供电。收费站配置1台稳压电源和3台UPS。UPS供电系统的容量只包括收费系统主要设备用电量，不包括收费亭照明、收费天棚照明及收费亭空调。

2.7 联网收费应急备用通信链路系统

根据交通运输部《收费公路联网收费技术要求》和外省经验，为满足贵州省内联网收费结算、跨省ETC联网、系统远程应急维护等需求，应满足贵州省高速公路联网收费应急备份系统建设的相关要求，当骨干通信网断网时，收费站能通过无线网络与省联网中心传输数据。该项目在各收费站机房配置智能路由设备、VPN网关、4G上网卡实现收费站与省联网中心的无线网络连接。收费站的VPN设备支持VPDN拨号及无线通信，在设备中配置主流营运商的上网卡，实现VPDN拨号，拨号的同时，VPN设备和省联网中心的VPN核心平台搭建IPsec VPN隧道，实现数据的安全传输。

2.8 收费站站前治超系统

治超车道均布设在收费站前连接线上。治超系统主要由计重系统、计算机系统、闭路电视监控系统、车型车牌识别系统及扬声器系统构成。在贵州省治理超限超载监管平台建立完成之前，该系统采用独立运行模式，设计为监管平台建立后联网管理预留数据上传路径。

（1）计重系统。计重设备安装在检测车道，采用前置式，在车辆进入收费站前进行称重，并将车辆的计重信息发送给边道收费员。

（2）闭路电视系统。系统设置枪式车道摄像机1套，用于车辆图像抓拍和车道监视，该图像与数据叠加后经二层以太网交换机上传超限检测工作站。图像由超限检测工作站临时保存。

（3）车型、车牌识别系统。车型、车牌识别系统由安装于检测车道上的高清摄像机组（集成处理单元）及补光灯构成。车型、车牌识别系统通过对车辆图像的采集和处理，获得车辆的数字化信息，从而获取车辆的车型、车牌信息。

（4）入口治超系统供电。入口治超系统设备用电原则上由所在收费站供电系统引出，其中治超检测控制机及治超车道设备用电由边亭内的收费亭配电箱引出，采用收费UPS回路；检测车道照明用电由广场配电箱引出，采用房建提供的非UPS回路供电。

（5）管理模式。站前治超管理由收费站管理人员、路政、交警三方协同管理。项目建成初期需要在检测车道附近配置专门管理人员负责引导货运车辆进入检测车道、监督超限货运车辆在站前广场掉头、协调出口车辆减速避让掉头车辆等工作。对于拒不服从检测结果的货运车辆应交由路政交警依法处理，其违法超限的相关证据由收费站管理人员提供。

2.9 多义性路径识别系统

根据相关路网规划，该项目需要在丰都互通附近K18+600处设置1处多义性路径识别系统。路径识别系统采用车牌视频抓拍方式。

多义性路径识别系统通过结合收费站车牌识别系统的入口信息、出口信息，在车辆驶出高速公路时完成多义性路径的精确检测/识别，识别结果关联车辆收费记录；收费中心管理系统对多义性路径精确识别的车辆通行费进行精确拆分，对小概率的无法识别的多义性路径车辆采用该多义性路径的历史数据流量法进行通行费的拆分。

3 设计修正

该项目在2019年3月完成施工图设计送审稿后，2019年6月根据《取消高速公路省界收费站总体技术方案》（交公路函〔2019〕320号）、《取消高速公路省界收费站工程建设方案》（交公路函〔2019〕387号）、《贵州省取消高速公路省界收费站工程建设方案》（黔交科技〔2019〕11号）及业主运营需求，对各收费站车道数、车型分类、ETC专用车道以及人工车道收费岛设备布设方式进行调整（调整为ETC车道专用车道+ETC/MTC混合车道组合方式），增加主线ETC门架系统、收费系统网络安全等级保护系统，在站前治超系统及出口混合车道增加3张图片5s视频抓拍设备、取消原设计中路径识别系统。

3.1 调整收费站车道数

根据《省交通运输厅关于优化调整高速公路收费站收费广场和站房设计相关事宜的通知》（黔交科技〔2019〕121号）相关要求及业主营运要求，对原设计收费车道数进行了调整，调整后收费车道数规模如表2所示。

表2 调整后的站点布设和车道布置图

兴义西收费站车道数正式稿阶段设计规模为5进6出，入口收费广场与出口收费广场分幅设置，由出口侧收费机房设备统一管理。在后期设计变更中，根据项目办相关要求，兴义西收费站变更为现阶段仅实施5条入口车道，出口车道保留原兴义收费站6条出口收费车道，且出口车道由原兴义收费站机房原有设备统一管理，且保留由汕昆高速路段分中心管理的模式。变更设计中新增的1套完整站级设备仅对此次新增的5条入口车道进行管理，由该项目兴义环线丰都路段分中心统一进行管理。

3.2 调整车型分类

根据交通运输部2019年5月30日发布的《收费公路车辆通行费车型分类》最新要求，车型分类如表3所示。同时于2020年1月1日起实行对货车分类型收费，取消原货车按重量收费的方式。

表3 车型分类表

3.3 调整ETC专用车道及ETC/MTC混合车道设备布设方式

根据《取消高速公路省界收费站总体技术方案》（交公路函〔2019〕320号）、《取消高速公路省界收费站工程建设方案》（交公路函〔2019〕387号）、《贵州省取消高速公路省界收费站工程建设方案》（黔交科技〔2019〕11号）的相关要求，对ETC专用车道和ETC/MTC混合车道布设进行调整。

（1）ETC入口/出口车道系统构成由车道控制器、RSU、高清车牌图像识别设备、自动栏杆、报警设备、信息显示屏、雨棚信号灯、车道信号灯、车辆检测器、车道摄像机等组成，天线采用前置式。

（2）ETC/MTC混合入口/出口车道系统构成由车道控制器、RSU、高清车牌图像识别设备、自动栏杆、报警设备、信息显示屏、雨棚信号灯、车道信号灯、车辆检测器、车道摄像机、收费员终端（显示器、键盘）、非接触式IC卡读写器、费额显示器、计重设备等组成，天线采用后置式。

（3）其他设备。配置ETC便携机，以便ETC车道交易失败、系统故障等应急情况使用。

3.4 增加ETC门架系统

根据取消省界收费站相关文件要求，在完成收费车道设备升级改造的同时，需要在高速公路主线增设ETC门架系统，实现对所有车辆（包括ETC车辆和MTC车辆）的分段计费。ETC车辆通过车载单元（OBU）和后台记账形式自动完成扣费。MTC车辆采用5.8GHz复合通行卡（CPC卡）作为通行介质，实现“分段计费、出口收费”。该项目起、终点为均为枢纽互通，全线包括5座落地互通。根据《取消高速公路省界收费站工程建设方案》（交公路函〔2019〕387号）中ETC门架系统布设原则，该项目共设置6对ETC门架系统。ETC门架系统由车道控制器、RSU天线、高清摄像机、车牌图像识别设备、网络安全设备、补光灯、供电设备、北斗授时设备等构成，通过工业交换机、收费站三层交换机形成以太网环网保护，与站级服务器、业务管理工作站相连。

ETC门架系统设备主要按照以下方式进行布设：

（1）门架设置要求。在一个门架设施上同时架设高清车牌识别和5.8GHz DSRC识别天线设备。采用上下行分离式门架，两个门架间距约为50m，门架跨度分为单向双车道。

（2）RSU设置要求。为保证识别效果，在ETC门架上按车道数（含应急车道）每车道都安装一主一备RSU天线，每台RSU天线覆盖一条车道区域，安装位置处于车道中央正上方，天线发射面朝向来车方向。天线固定安装在龙门架上，离地高度不小于6.5m。

（3）每个标识断面（按行车方向划分）配一台天线控制器，一台车道控制器，布设安装在设备柜内部。

（4）高清车牌识别设备设置要求。为保证识别效果，避免并排过车导致的数据叠加问题，在迎车方向按车道数（含应急车道）每车道都安装1台300万像素高清车牌识别设备，同时安装1台900万像素高清车牌识别设备作为系统备份，自动识别通行车辆车头的车牌颜色和车牌号码，将识别结果（时间、站点、方向和车牌号等）和车辆图像等信息形成图像流水记录表；在背向行车方向安装1台900万像素高清车牌识别设备自动识别驶过门架车辆车尾的车牌颜色和车牌号码，将识别结果和车辆图像等信息形成图像流水记录表。车牌识别设备采用视频触发的方式，同时由一体化机柜内设置的车道控制器负责实现识别结果去重计算功能。车牌识别系统配置夜间补光照明设备，按每车道配置1套LED补光灯，补光灯采用5000K色温。采用900万像素枪式摄像机实现断面监控功能，每道门架配置1台。

（5）一体化设备机柜设置要求。采用一体化集成设备，以缩短供货周期、降低调试难度、降低安装难度为基本原则，采用大厂设备保证兼容性和稳定性。一体化设备机柜将集成柜体、空调、动环境监测、备用电源、防雷系统、车道控制器等设备，同时兼容天线控制器等设备的安装。该项目每道门架配置高度为1m的上架式机柜2台，将设备与后备电源分开设置。

（6）站级设备设置要求。根据总体技术规范要求，该项目ETC门架接入就近收费站，并在收费站设置站级服务器1台、站级以太网交换机1台、站级工作站1台。

（7）后备电源设置要求。ETC门架系统作为收费系统的一部分，供电保障为一级。此次设计采用-48V通信电源系统作为该项目的后备电源，后备时间不小于24h。

由于ETC门架系统的设置，车辆可实现行驶路径追踪，取消原设计中多义性路径识别系统。

3.5 增加收费系统安全等级保护设备

收费站系统主要包括ETC车道系统、ETC/MTC混合车道系统、站级管理系统以及有关网络基础运行环境。收费站的安全建设方案设计中网络安全等级保护在安全通信网络、安全区域边界及安全计算环境方面参照三级安全保护要求。在收费分中心主要增加防火墙、入侵防御系统、日志审计设备、堡垒机、流量监测服务器、ETC门架安全可信接入系统等设备，并在各收费站增加防火墙。

3.6 入口治超系统设备取证设备部分变更

根据交通运输部公路局2019年9月印发的《高速公路称重检测业务规范和技术要求》（交公路函〔2019〕1182号）的要求，在原设计满足入口治超称重检测数据的同时，需要增加出入口检测车道满足车辆正面照、车辆尾部照和车辆侧面照3张照片5s视频抓拍的功能。同时根据项目公司“入口治超视觉模组技术研究专家评审会议”精神，选取项目中洒金等3个收费站作为入口治超视觉模组技术的试点进行课题研究。入口治超视觉模组方案主要是将称重、外廓检测、车牌识别、取证抓拍、过程录像等设备深度融合为一套完整系统，针对高速超限检测系统流程布设设备安装位置，依靠三维外廓尺寸检测设备覆盖检测区域，形成设备联动，有效处理状况，能实现全自动检、高准确数据采集融合和高精度超限检测。

4 结束语

结合项目施工图原设计内容，该项目根据交通运输部、贵州省交通运输厅等相关主管部门最新印发的关于取消省界主线收费站的相关政策及时作出了相应设计修正，修正后的施工图正式稿能指导施工工作，最终项目按照计划时间于2020年12月28日正式通车。