山西省高速公路货车ETC试点应用研究

韩昱

（山西省高速公路收费管理结算中心，山西太原030006）

山西省高速公路货车ETC试点应用研究

韩昱

（山西省高速公路收费管理结算中心，山西太原030006）

在山西省高速公路货车ETC试验工作的基础上，对货车ETC关键设备选型进行了分析，提出了基于“一站式”称重解决方案和“两站式”称重解决方案的货车ETC车道设备布局，对货车出口ETC车道重量信息缓冲队列的一致性给出了针对性解决方案，并提出了货车ETC推广应用政策研究和制度建设的建议。

ETC；计重收费；治超检测；缓冲队列

引言

近年来，高速公路电子不停车收费（ETC）技术逐步推广应用，社会效益和经济效益初步显现，受到社会各界广泛好评。然而国内应用推广的ETC技术主要服务对象是客运汽车和小汽车，虽然大部分省份普遍实施了货车计重收费，同时也实施了客车ETC，但由于计重设备动态称量稳定性、车道处理逻辑复杂、自动交易可靠性保障难度大等因素影响，国内货车不停车计重收费（以下简称“货车ETC”）尚停留在理论和试验阶段，尚未实现规模应用。山西省从2014年开始着手开展高速公路货车ETC试点应用研究，建设了7条货车ETC试验车道，并组织实施了相关研究和试验工作，为货车ETC系统的建设和实施以及未来货车ETC相关技术标准、政策的制定奠定了重要的工作基础。

1　货车ETC关键设备现状分析

1.1ETC设备的技术现状

在《电子收费专用短程通信》系列标准（GB/T 208151—2007）颁布以后，目前国内ETC技术和产品已逐渐成熟，高速公路客车ETC的成功推广应用已经证明，采用单套ETC天线通过短程通信完成自动扣费交易的运行模式稳定可靠，因此，单从扣费环节考虑，采用目前客车ETC车道广泛使用的天线和电子标签可达到货车ETC的扣费交易要求。

1.2动态称重设备的技术现状

目前广泛应用于高速公路货车计重收费的动态称重设备有单秤台、双台面、轴组秤和整式车等多种计重设备［1］。单秤台的动态检测精度在车辆通过速度20 km/h以下且匀速时一般可达到±2.5%，联体秤可以达到±1%，轴组秤和整车式可达到±0.5%。ETC计重收费不同于MTC收费，其计重收费及扣费交易均是在无人值守的情况下自动完成的，因此对于称重精度的稳定性和不规范过秤行为的自动纠错等方面都有着更高的要求。通过对四种产品对比，综合考虑称量精度、防作弊性能、投资成本等因素，选择双台面和整车式计重设备作为货车ETC系统的称重设备。

2　货车ETC车道设备布局

货车ETC是在无人值守且车辆不停车条件下系统自动完成货车称重和扣费交易的收费方式，因此对车道通行效率、系统运行可靠性、数据队列维护、特殊情况自动处理等方面均提出了更高的要求。由于山西省高速公路全面推广了货车入口治超机制，货运车辆在驶入高速公路前均需完成一次称重过程，因此货车ETC车道设计充分考虑了现有车道环境和系统资源，在系统协调、联动、兼容运行方面给予了高度重视。围绕称重设备前置和后置、单天线和双天线配置，山西省货车ETC试点应用车道选择了以下两种模式：

2.1“一站式”称重解决方案

在收费站入口治超检测点增设天线设备，货车只在入口治超检测点进行一次称重，系统通过安装在治超车道前端的RSU将货车实际重量信息写入车载CPU卡内，当车辆通过出口货车ETC车道不停车交费时，不再进行二次称重，系统自动读取CPU卡内携带的重量信息作为本次扣费依据。

2.1.1入口车道设备布局及工作流程

货车驶入高速公路前，首先通过入口治超检测车道，完成称重和重量信息写卡程序，然后驶入入口收费车道，完成信息核对和入口站编码写入流程后进入高速公路。治超检测车道设备布局如下页图1所示。

入口工作流程如下页图2所示。

图1　“一站式”入口治超车道设备布局

图2　“一站式”入口工作流程

2.1.2ETC出口车道扣费流程

当货车从ETC出口车道驶出高速时，车道系统自动读取车载CPU卡内的重量信息和入口站信息，计算应交费额完成不停车自动扣费流程，出口ETC车道的设备布局模式和客车ETC车道布局模式相同。具体流程如图3所示。

2.1.3MTC出口车道扣费流程

图3　“一站式”ETC出口车道交易流程

车辆到达收费站出口时，如果选择MTC车道通行，MTC出口车道计重收费系统进行二次称重，同时读取CPU卡内入口治超检测点的重量信息，系统自动对比两个重量信息，如果两次重量结果相差在10%以内，系统按照出口计重收费系统的称量数据收费放行；如果重量相差在10～30%，系统自动记录特殊事件，按照出口计重收费系统称量信息进行收费放行；如果重量相差在30%以上，系统自动中断交易流程并提示交易异常，收费站稽查部门现场核实车辆信息，查实原因后，按照车辆实际情况收取通行费。

这种模式的优点是设备布设简单，出口ETC车道无需安装计重设备，只需对入口治超车道设备进行升级改造即可实现，一次称重后入口治超和出口计重共用，系统投资小，且收费争议较少，货车司机对重量有异议时，在进入高速公路之前即可解决，不会因称重争议造成车辆滞留收费车道。主要缺点是当收费站出口计重收费时不再称重，无法解决车辆中途加货、倒货造成的“跑重买轻”逃漏通行费现象。

2.2“两站式”称重解决方案

“两站式”称重解决方案是在保持现有入口治超检测系统和出口计重收费系统的基础上，通过增设ETC天线和相关设备实现货车ETC计重收费。货车在入口治超检测点进行一次称重，判断车辆是否超载，并将入口重量信息写入CPU卡，用于出口ETC车道应缴费额充足性判定标志；在ETC出口车道设置称重设备，车辆通过货车ETC车道不停车交费时进行第二次称重，并根据出口称重设备提供的重量信息进行扣费。

入口治超检测点的改造方案和“一站式”称重解决方案相同。出口货车ETC车道增配两套ETC天线，分别安装于收费岛前端和后端，前置预读天线用于车辆有效性的预筛、应交费额充足性判断和计重数据队列一致性保障，防止货车进入收费车道后不能正常交易带来的倒车现象，对于提高系统交易成功率及可靠性、保证系统数据队列一致性具有良好的技术优势。后置交易天线用于完成车辆的扣费交易。出口货车ETC车道设备布局如图4所示［2］。

图4　“两站式”出口ETC车道设备布局

当车辆驶入收费站出口货车ETC车道时，触发预判天线启动线圈，设置在收费岛前端的预判天线启动工作模式，首先检测车辆是否安装OBU，如果未检测到OBU或OBU状态异常，通过信息显示屏提示转MTC车道交费，自动栏杆处于落杆状态；如果检测到OBU且状态正常，读取CPU卡内携带的入口治超检测站的重量信息和入口站信息，进行应交费额初步计算，并与卡内余额比较，如果余额充足，自动栏杆抬起，车辆进入货车ETC车道进行二次称重；出口计重设备完成称重过程后，将重量信息送收费计算机，车道收费软件按照出口称重信息进行本次应交费额计算，通过交易天线自动完成扣费流程。如果因计重系统称重失败或卡内余额不足等原因导致自动交易失败，系统自动转入特殊情况处理流程，按照CPU卡内携带的入口治超检测点的重量信息进行费额计算，之后进行二次交易，并自动记录特殊事件，用于后台稽查。

系统设计充分考虑了计重子系统和交易子系统的协同运行问题，有效解决了因称重过程中的特殊事件引发货车在ETC车道的滞留问题。这种方案的缺点是需设置两套天线，投资成本有所增加，且设置两台自动栏杆机，车道通行能力有所降低；优点是通过两套天线的明确分工，提高了系统纠错能力和自适应能力，可大大减少特殊情况下的人工干预。

3　“两站式”运行模式下出口重量数据缓存队列一致性解决方案

3.1正常OBU车辆通行模式下重量数据缓存队列一致性解决方案

传统MTC车道模式下，计重收费重量数据缓存队列出现不一致时，往往由收费人员进行人工判断，并通过数据删除和找回操作来保证数据队列的一致性。货车ETC车道模式，一般情况下称重平台距离交易天线的距离至少保证21m的距离，同样面临前车未完成扣费交易、后车已完成称重过程等待交易而带来的重量数据缓存队列的一致性问题。为有效解决重量数据缓存队列的一致性问题，货车ETC车道收费软件与计重子系统和ETC子系统的数据交换通过一个动态链接库实现，逻辑设计在同一动态链接库内实现统一封装，动态链接库根据两种设备的多个信号进行统一控制［3］。预判天线确认车辆OBU正常且卡内余额充足后，通过“一车一卡”绑定模式，首先获取车载OBU内车牌号码、车型分类信息，车辆完成出口称重过程后，计重设备形成车辆重量信息和轴组信息，预读天线和计重设备同时传送相关信息，更新动态链接库形成车牌号码唯一、车型信息唯一、重量信息唯一且互相匹配的待交易正常缓存记录。当车辆到达ETC交易天线区域时，交易天线再次读取车载OBU的牌照信息并进行验证，待交易缓存数据与OBU内车辆牌照信息一致后完成扣费交易流程，自动栏杆抬起放行车辆。如果出现信息不一致现象，交易天线按照车载OBU内携带的重量信息完成扣费交易并记录特殊事件，同时系统暂时自动关闭预判天线，停止后续车辆驶入货车ETC车道，待预判天线与交易天线之间车辆全部驶离收费车道后，重量缓存队列清零，预判天线恢复正常工作。

3.2跟车误入引发车辆倒车后称重信息缓存队列一致性解决方案

在传统的计重收费中，车辆不完全倒车与完全倒车，都由称重设备自行处理，但是货车ETC为无人值守模式，ETC信息与称重信息必须一一对应，如果实际运行过程中出现两辆车距离较近，无OBU车辆或非正常OBU车辆跟随前车正常OBU车辆驶入ETC车道后无法完成交易，需倒出ETC车道转MTC车道通行时，系统需要自动删除后车的重量信息来保证称重信息缓存队列的一致性。具体情况是预判天线检测到一辆正常OBU车辆，自动栏杆抬起车辆驶入货车ETC车道进行二次称重，但由于后车非正常车辆跟车太近，一同驶入ETC车道，计重设备通过光栅分离器确定称量结果为两个称重数据，前车正常车辆的重量数据取较早完成称重的车辆重量信息后，与预判天线读取的车牌信息形成一条正常交易重量缓存进入队列并完成自动交易。系统发现多余的重量信息后，通过信息显示屏提示非法ETC车辆转MTC车道通行，当车辆完全倒车驶离ETC车道后，通过线圈的反向逻辑判断确认后，自动删除多余的重量信息，车道逻辑恢复正常。

4　结语

山西省按照两种实现方案分别进行了货车ETC试验车道建设，并组织实施了三个阶段测试工作，第三阶段测试数据显示，正常情况下ETC试验车道交易成功率可达到99%以上，“一站式”称重解决方案交易成功率更高；平均称重误差控制在±3%以内，出口货车ETC平均通行时间≤22 s/次。测试数据表明，实施货车ETC，可以大幅度减少收费结算时间，提高收费站通行能力，有效缓解拥堵，节约能源消耗，减少温室气体排放，节省建设和运营管理成本，经济效益和社会效益十分显著。

本文是在山西省货车ETC试验工作的基础上，对货车ETC关键设备选型、车道设备布局方案和重量信息缓存队列一致性解决方案进行了总结分析。但从货车ETC推广应用的角度看，仍然需要进行规模化试验，在自然车流状态下验证交易成功率，进一步发现可能存在的特殊情况并进行改进和完善。同时要制定高速公路货车ETC计重收费技术标准规范（车道设计）、关键设备技术要求，开展货车ETC运营及管理政策研究，包括适用范围和环境研究、货车ETC车辆通行管理规定、争议处理办法等，从技术和管理两个角度保障货车的ETC推广应用，这也是正在努力研究的方向。

［1］王丹.基于ETC的车辆动态称重系统应用研究［D］.西安:长安大学，2009.

［2］佘亦荣.高速公路计重ETC收费系统的研究及设计［J］.中国科技信息，2014（11）:91-92.

［3］张佳贺.货车ETC计重收费系统关键技术探讨［J］.中国交通信息化，2013（3）:66-70.

（编辑：贾娟）

ETC Experiment of Trucks in Highway of Shanxi Province

Han Yu
（Charge M anagement Center of Shanxi Highway，Taiyuan Shanxi030006）

Based on highway freight ETC of Shanxi Province，key equipment selection for truck ETC are analyzed，based on the "one-stop"weighing solutions and"two type"the truck weighing solutions for equipment layout，the ETC lanes ETC lanes on truck exportsweight information buffer queue the consistency of the targeted solutions are given，and put forward the truck ETC applied policy research and system construction proposal.

ETC；charge by weight；overload treatment；buffering queue

U495

A

2095-0748（2016）17-0044-04

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.17.18

2016-08-02

韩昱（1981—），男，山西朔州人，硕士研究生，毕业于太原理工大学控制理论与控制工程专业，工程师，现就职于山西省高速公路收费管理结算中心。