高速公路貨車ETC車道系統應用研究

盧娟 胡建科

目前，我國ETC主要應用在小車和客車等車型的通行方面，而計重的貨運車輛仍基本采用人工窗口進行通行服務，因此，如何將ETC系統應用于貨車通行已成為當下熱點課題。文章介紹了一種貨車ETC系統的建設方案和業務流程，并結合某高速公路應用實例，針對貨車ETC車道系統的通行效率與節能減排等效果進行分析，認為該貨車ETC系統可有效提升通行效率且環保經濟。

高速公路;貨車ETC車道系統;應用研究;通行效率

0?引言

近年來，隨著我國ETC技術的大規模發展，在緩解高速公路交通壓力、提高通行效率以及節能減排等方面取得顯著收益[1]。目前，我國ETC技術主要服務對象為小型車輛，對于交通量比例較大的貨運車輛暫時無法提供通行服務。因此，貨車ETC技術的推廣及應用已成為當下學者亟需研究的重要課題[2]。

目前，國內外關于ETC技術的應用展開了大量研究，并取得了一定的研究成果，如湯權等[3]對ETC智能停車系統的優勢及應用進行研究，介紹了ETC智能停車系統的工作原理與特點，通過與無感停車系統、電子車牌停車系統進行對比，分析了ETC智能停車系統的優點。劉航[4]對高速公路ETC不停車收費技術應用進行分析，發現ETC技術的應用可以減少高速公路的排隊收費服務時間，實現更為高效的高速公路ETC繳費服務，為人們的出行提供便利，優化高速公路事業的發展。李遠鵬等[5]對ETC技術在停車場系統的應用方案展開闡述，該系統可實現安裝ETC電子標簽的車輛在停車場不停車繳費和通行，有效提高停車場的通行能力，緩解停車場車流量高峰時間的擁堵問題，提高ETC用戶的停車體驗。韓煒虹等[6]對整車式汽車衡ETC稱重技術方案展開研究，提出了貨車整車式ETC稱重在高速公路計重收費的可行性以及系統的架構模塊和技術實現的方法。以上研究主要是針對ETC技術在停車服務、高速公路通行以及計重服務等方面的應用，對于ETC技術在高速公路貨車通行服務方面的研究還有待進一步提升?；诖?，本文介紹了一種貨車ETC系統的建設方案和業務流程，并結合某高速公路應用實例，針對貨車ETC車道系統的通行效率與節能減排等效果進行分析，結果表明該貨車ETC系統可有效提升通行效率且環保經濟。

1?貨車ETC車道建設方案

高速公路貨車ETC車道系統是專為通行車輛中貨車ETC車輛提供相應通行處理服務的工作系統，運行模式主要是對通過的貨車ETC車輛進行自動識別，并以此作為系統判斷依據，啟動相應的業務處理流程。貨車ETC車道系統建設一般是在普通車道欄桿機布局基礎上，通過增加相應設備和業務軟件來滿足貨車ETC車道的運行要求。其建設步驟如下：

（1）在收費島前端設置感應天線，自動欄桿位置與相鄰島頭平行，以保證無法感應與誤入的車輛可及時變更到人工服務車道進行處理。

（2）增設整車式稱重平臺于前端欄桿機與收費亭中間，同時在相鄰收費島上設置計重控制柜機、稱重傳感器以及紅外車輛分離器等輔助設備。

（3）在收費島后端增設感應天線、欄桿機及計費顯示器，并在欄桿機內安裝3個車輛檢測器，同時對ETC車道系統進行軟件升級。

（4）在出口處設置安全警示牌。

貨車ETC車道布局見圖1。

2?貨車ETC車道系統構成及工作流程

高速公路貨車ETC車道系統主要由車輛檢測系統、車輛識別系統、設備控制系統、計費系統、通信系統、圖像抓拍系統及計重處理系統等構成，各子系統之間通過相互配合和信息傳遞共同完成針對通行的貨車ETC車輛的相應的業務流程。

2.1?車輛檢測系統

車輛檢測系統主要是針對貨車ETC車輛的通行狀態及行駛位置進行檢測，根據檢測結果自動實行相關系統控制指令，以完成對通行車輛的處理流程。車輛檢測系統的運行模式主要是利用車道控制器讀取線圈狀態的變化，然后采用中斷的方式傳遞到車道程序并檢測最新IQ狀態，最后將檢測的線圈狀態改變情況與讀取的最新IQ狀態進行綜合比較，以判定貨車行駛位置以及通行車輛的數量。

2.2?車輛識別系統

車輛識別系統是針對通行車輛的類型進行識別與判定，對于滿足該車道系統運營要求的車輛進行放行。對于無法識別的車輛及時進行攔截，以確保車道系統可為通行ETC車輛提供處理服務。車輛識別系統的運行模式主要是利用車道天線和車載OBU進行通信連接，展開對車載OBU和卡片的數據收集，從而判定通行車輛的類型。車輛識別系統的處理流程是通過前、后端天線分別與電子標簽建立通信連接，以讀取通行車輛信息進行身份識別及交易、放行等操作流程。

2.3?設備控制系統

設備控制系統工作原理是指車道控制設備通過接收控制系統所發出的操作指令完成正確動作的過程。如車牌識別器的識別與判斷、前后欄桿機的升降、通行信號燈的變化、計重設備的開啟與關閉、計費顯示器的顯示和切換、警報器的感應和啟動等。

2.4?計費系統

計費系統主要由感應天線、車牌識別器、ETC費額顯示器、放行道閘、警示標牌和通行信號燈等組成。計費系統主要負責貨車ETC車輛的繳費服務，通過利用車道天線與貨車ETC車載單元間建立通信連接，以達到及時更新和讀取通行卡信息的目的。例如在車道入口進行寫卡操作，記錄收費站以及車輛信息等;在車道出口進行讀卡操作，通過讀取通行卡記載信息以及稱重結果計算車輛通行費用，交易完成后對車輛自動放行。

2.5?計重系統

計重系統主要由整車式動態汽車衡、車輛檢測器、數據收集控制器、車輛分離器以及相關輔助設備等構成，具有完善的數據采集、保存及處理功能。計重系統運行模式是通過利用計重控制器與貨車ETC建立通信連接獲取車輛稱重結果，以計算通行車輛最終繳納費用。

2.6?通信與圖像抓拍系統

通信系統主要功能是將車道系統采集的數據信息及時傳遞給站級管理系統，以便掌握車道系統實時工作情況。圖像抓拍系統主要功能是貨車ETC車輛在通過收費站過程中，系統自動啟用車道攝像機及時抓拍一張清晰圖片進行保存，并以此作為車輛通行的依據。

2.7?系統工作流程

貨車ETC車道系統工作流程如下：

（1）通行車輛駛入車道，前端天線檢測車輛OBU并建立通信連接，以判斷車輛OBU的有效性;

（2）通過車輛識別系統讀取通行卡信息，并判斷通行卡、入口收費站及車輛信息有效性;

（3）車輛身份識別成功后，系統控制欄桿機抬桿放行的同時啟動稱重系統和后端感應天線;

（4）通行車輛駛入稱重區域，通過連接后端天線與車輛OBU通信并進行稱重操作;

（5）計重系統采集稱重數據，待車主進行確認后，計費系統將結合稱重數據與基準費率計算車輛通行費用，并在車主支付賬號中自動扣取通行費;

（6）交易完成后，圖像抓拍系統及時對通行車輛進行圖像抓拍，待交易流水生成，后端欄桿機自動升起放行車輛。

3?實例分析

3.1?工程背景

以某段高速公路為工程背景。該高速公路連接三個重要工業城市，橫跨8個縣區，并與區域內主要干線以及規劃公路形成比較完整的交通鏈接網，沿途包含9個收費站，其中貨車收費車道均為人工窗口?？紤]到貨車交通流量較大，于2018年10月將其中6個收費站的人工貨車收費車道改為貨車ETC車道系統。通過貨車ETC車道系統對6個收費站2019年1～3月的貨車通行量進行統計，其中交通量匯總結果如表1所示。

根據表1可知，6個收費站的貨車交通量均較大，其中C收費站1月份的貨車交通量為922輛/d，B收費站2月份貨車交通量為720輛/d。以B收費站2月份為例，如采用人工收費車道需平均每2 min處理一輛，因此貨車通行效率較低，導致收費站交通壓力較大。

3.2?效益分析

通過對各收費站貨車ETC車道系統進行效益分析，分別得到貨車污染物排放減少量與油耗節省量如圖2、圖3所示。

根據圖2可知，各收費站使用貨車ETC車道系統后每日污染物排放減少量均在4 kg以上，最大達到了5.3 kg左右，說明采用ETC車道系統取代人工收費車道對減少污染物排放以及保護生態環境具有明顯效果。由于1月份為春運期，各收費站交通量相對較大，因此采用貨車ETC車道系統后，1月份平均每日的污染物排放減少量均較大，對貨車減排效益比較明顯;2月份污染物排放減少量均出現不同程度的下降，原因是2月份處于節假期間，各收費站交通量有所降低;3月份污染物排放減少量有所增加，原因是假期結束后貨車交通量逐漸回升。由此可知，貨車交通量是決定污染物排放減少量的重要因素。隨著工業時代的不斷發展，貨車交通量將會不斷上升，因此各收費站采用貨車ETC車道系統后，在長期發展中對貨車減排以及環保效益都將有明顯的提升效果。

根據圖3可知，各收費站使用貨車ETC車道系統后每日油耗節省量均在22 L以上，最大達到了29 L左右，說明采用ETC車道系統取代人工收費車道對貨車節能起到顯著作用。由于1月份為春運期，各收費站交通量相對較大，采用貨車ETC車道系統后，1月份平均每日的油耗節省量相對較大，對貨車節能效益比較明顯;2月份油耗節省量有所下降，原因是2月份處于節假期，各收費站交通量有所減少;3月份油耗節省量有所增加，原因是假期結束后貨車交通量開始逐漸回升。由此可知，貨車交通量也是決定油耗節省量的重要因素，隨著將來貨車交通量的增長，貨車ETC車道系統對貨車節能效益的提升效果會越來越顯著。

4?結語

本文介紹了一種貨車ETC車道系統的建設方案與業務流程，并分別闡述了貨車ETC車道各子系統的工作原理以及運行模式，通過結合某高速公路應用實例，分析貨車交通量是影響污染物排放量與油耗節省量的重要因素，同時驗證了采用貨車ETC車道系統所帶來的經濟以及環保效益，以實例證明貨車ETC技術的推廣不僅能夠提高貨車通行效率與緩解交通壓力，而且能夠在節能減排與保護生態環境中起到顯著作用。在未來的發展中，貨車ETC技術的廣泛應用具有重要意義。

[1]黃建婷.高速公路應用手機支付技術與ETC的優劣分析[J].廣東公路交通，2017，43（4）：145-147.

[2]賴海燕.ETC技術在我國高速公路應用的綜合效益探析[J].沿海企業與科技，2018（3）：20-22.

[3]湯?權，林?華.ETC智能停車系統的優勢分析及應用[J].西部交通科技，2018（9）：169-174，192.

[4]劉?航.關于高速公路ETC不停車收費技術應用[J].中國高新區，2017（24）：27.

[5]李遠鵬，胡先全.ETC技術在停車場系統的應用方案[J].上海船舶運輸科學研究所學報，2017，40（1）：74-77.

[6]韓煒虹，毛曉輝，趙志灝，等.整車式汽車衡ETC稱重技術方案研究[J].衡器，2017，46（3）：31-33.