高速公路貨車ETC車道系統(tǒng)應(yīng)用研究

盧娟 胡建科

目前，我國(guó)ETC主要應(yīng)用在小車和客車等車型的通行方面，而計(jì)重的貨運(yùn)車輛仍基本采用人工窗口進(jìn)行通行服務(wù)，因此，如何將ETC系統(tǒng)應(yīng)用于貨車通行已成為當(dāng)下熱點(diǎn)課題。文章介紹了一種貨車ETC系統(tǒng)的建設(shè)方案和業(yè)務(wù)流程，并結(jié)合某高速公路應(yīng)用實(shí)例，針對(duì)貨車ETC車道系統(tǒng)的通行效率與節(jié)能減排等效果進(jìn)行分析，認(rèn)為該貨車ETC系統(tǒng)可有效提升通行效率且環(huán)保經(jīng)濟(jì)。

高速公路;貨車ETC車道系統(tǒng);應(yīng)用研究;通行效率

0?引言

近年來，隨著我國(guó)ETC技術(shù)的大規(guī)模發(fā)展，在緩解高速公路交通壓力、提高通行效率以及節(jié)能減排等方面取得顯著收益[1]。目前，我國(guó)ETC技術(shù)主要服務(wù)對(duì)象為小型車輛，對(duì)于交通量比例較大的貨運(yùn)車輛暫時(shí)無法提供通行服務(wù)。因此，貨車ETC技術(shù)的推廣及應(yīng)用已成為當(dāng)下學(xué)者亟需研究的重要課題[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于ETC技術(shù)的應(yīng)用展開了大量研究，并取得了一定的研究成果，如湯權(quán)等[3]對(duì)ETC智能停車系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用進(jìn)行研究，介紹了ETC智能停車系統(tǒng)的工作原理與特點(diǎn)，通過與無感停車系統(tǒng)、電子車牌停車系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，分析了ETC智能停車系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。劉航[4]對(duì)高速公路ETC不停車收費(fèi)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)ETC技術(shù)的應(yīng)用可以減少高速公路的排隊(duì)收費(fèi)服務(wù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)更為高效的高速公路ETC繳費(fèi)服務(wù)，為人們的出行提供便利，優(yōu)化高速公路事業(yè)的發(fā)展。李遠(yuǎn)鵬等[5]對(duì)ETC技術(shù)在停車場(chǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用方案展開闡述，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)安裝ETC電子標(biāo)簽的車輛在停車場(chǎng)不停車?yán)U費(fèi)和通行，有效提高停車場(chǎng)的通行能力，緩解停車場(chǎng)車流量高峰時(shí)間的擁堵問題，提高ETC用戶的停車體驗(yàn)。韓煒虹等[6]對(duì)整車式汽車衡ETC稱重技術(shù)方案展開研究，提出了貨車整車式ETC稱重在高速公路計(jì)重收費(fèi)的可行性以及系統(tǒng)的架構(gòu)模塊和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法。以上研究主要是針對(duì)ETC技術(shù)在停車服務(wù)、高速公路通行以及計(jì)重服務(wù)等方面的應(yīng)用，對(duì)于ETC技術(shù)在高速公路貨車通行服務(wù)方面的研究還有待進(jìn)一步提升。基于此，本文介紹了一種貨車ETC系統(tǒng)的建設(shè)方案和業(yè)務(wù)流程，并結(jié)合某高速公路應(yīng)用實(shí)例，針對(duì)貨車ETC車道系統(tǒng)的通行效率與節(jié)能減排等效果進(jìn)行分析，結(jié)果表明該貨車ETC系統(tǒng)可有效提升通行效率且環(huán)保經(jīng)濟(jì)。

1?貨車ETC車道建設(shè)方案

高速公路貨車ETC車道系統(tǒng)是專為通行車輛中貨車ETC車輛提供相應(yīng)通行處理服務(wù)的工作系統(tǒng)，運(yùn)行模式主要是對(duì)通過的貨車ETC車輛進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并以此作為系統(tǒng)判斷依據(jù)，啟動(dòng)相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理流程。貨車ETC車道系統(tǒng)建設(shè)一般是在普通車道欄桿機(jī)布局基礎(chǔ)上，通過增加相應(yīng)設(shè)備和業(yè)務(wù)軟件來滿足貨車ETC車道的運(yùn)行要求。其建設(shè)步驟如下：

（1）在收費(fèi)島前端設(shè)置感應(yīng)天線，自動(dòng)欄桿位置與相鄰島頭平行，以保證無法感應(yīng)與誤入的車輛可及時(shí)變更到人工服務(wù)車道進(jìn)行處理。

（2）增設(shè)整車式稱重平臺(tái)于前端欄桿機(jī)與收費(fèi)亭中間，同時(shí)在相鄰收費(fèi)島上設(shè)置計(jì)重控制柜機(jī)、稱重傳感器以及紅外車輛分離器等輔助設(shè)備。

（3）在收費(fèi)島后端增設(shè)感應(yīng)天線、欄桿機(jī)及計(jì)費(fèi)顯示器，并在欄桿機(jī)內(nèi)安裝3個(gè)車輛檢測(cè)器，同時(shí)對(duì)ETC車道系統(tǒng)進(jìn)行軟件升級(jí)。

（4）在出口處設(shè)置安全警示牌。

貨車ETC車道布局見圖1。

2?貨車ETC車道系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程

高速公路貨車ETC車道系統(tǒng)主要由車輛檢測(cè)系統(tǒng)、車輛識(shí)別系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、圖像抓拍系統(tǒng)及計(jì)重處理系統(tǒng)等構(gòu)成，各子系統(tǒng)之間通過相互配合和信息傳遞共同完成針對(duì)通行的貨車ETC車輛的相應(yīng)的業(yè)務(wù)流程。

2.1?車輛檢測(cè)系統(tǒng)

車輛檢測(cè)系統(tǒng)主要是針對(duì)貨車ETC車輛的通行狀態(tài)及行駛位置進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)實(shí)行相關(guān)系統(tǒng)控制指令，以完成對(duì)通行車輛的處理流程。車輛檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式主要是利用車道控制器讀取線圈狀態(tài)的變化，然后采用中斷的方式傳遞到車道程序并檢測(cè)最新IQ狀態(tài)，最后將檢測(cè)的線圈狀態(tài)改變情況與讀取的最新IQ狀態(tài)進(jìn)行綜合比較，以判定貨車行駛位置以及通行車輛的數(shù)量。

2.2?車輛識(shí)別系統(tǒng)

車輛識(shí)別系統(tǒng)是針對(duì)通行車輛的類型進(jìn)行識(shí)別與判定，對(duì)于滿足該車道系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)要求的車輛進(jìn)行放行。對(duì)于無法識(shí)別的車輛及時(shí)進(jìn)行攔截，以確保車道系統(tǒng)可為通行ETC車輛提供處理服務(wù)。車輛識(shí)別系統(tǒng)的運(yùn)行模式主要是利用車道天線和車載OBU進(jìn)行通信連接，展開對(duì)車載OBU和卡片的數(shù)據(jù)收集，從而判定通行車輛的類型。車輛識(shí)別系統(tǒng)的處理流程是通過前、后端天線分別與電子標(biāo)簽建立通信連接，以讀取通行車輛信息進(jìn)行身份識(shí)別及交易、放行等操作流程。

2.3?設(shè)備控制系統(tǒng)

設(shè)備控制系統(tǒng)工作原理是指車道控制設(shè)備通過接收控制系統(tǒng)所發(fā)出的操作指令完成正確動(dòng)作的過程。如車牌識(shí)別器的識(shí)別與判斷、前后欄桿機(jī)的升降、通行信號(hào)燈的變化、計(jì)重設(shè)備的開啟與關(guān)閉、計(jì)費(fèi)顯示器的顯示和切換、警報(bào)器的感應(yīng)和啟動(dòng)等。

2.4?計(jì)費(fèi)系統(tǒng)

計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要由感應(yīng)天線、車牌識(shí)別器、ETC費(fèi)額顯示器、放行道閘、警示標(biāo)牌和通行信號(hào)燈等組成。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)貨車ETC車輛的繳費(fèi)服務(wù)，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(dá)到及時(shí)更新和讀取通行卡信息的目的。例如在車道入口進(jìn)行寫卡操作，記錄收費(fèi)站以及車輛信息等;在車道出口進(jìn)行讀卡操作，通過讀取通行卡記載信息以及稱重結(jié)果計(jì)算車輛通行費(fèi)用，交易完成后對(duì)車輛自動(dòng)放行。

2.5?計(jì)重系統(tǒng)

計(jì)重系統(tǒng)主要由整車式動(dòng)態(tài)汽車衡、車輛檢測(cè)器、數(shù)據(jù)收集控制器、車輛分離器以及相關(guān)輔助設(shè)備等構(gòu)成，具有完善的數(shù)據(jù)采集、保存及處理功能。計(jì)重系統(tǒng)運(yùn)行模式是通過利用計(jì)重控制器與貨車ETC建立通信連接獲取車輛稱重結(jié)果，以計(jì)算通行車輛最終繳納費(fèi)用。

2.6?通信與圖像抓拍系統(tǒng)

通信系統(tǒng)主要功能是將車道系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息及時(shí)傳遞給站級(jí)管理系統(tǒng)，以便掌握車道系統(tǒng)實(shí)時(shí)工作情況。圖像抓拍系統(tǒng)主要功能是貨車ETC車輛在通過收費(fèi)站過程中，系統(tǒng)自動(dòng)啟用車道攝像機(jī)及時(shí)抓拍一張清晰圖片進(jìn)行保存，并以此作為車輛通行的依據(jù)。

2.7?系統(tǒng)工作流程

貨車ETC車道系統(tǒng)工作流程如下：

（1）通行車輛駛?cè)胲嚨?，前端天線檢測(cè)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(shí)別系統(tǒng)讀取通行卡信息，并判斷通行卡、入口收費(fèi)站及車輛信息有效性;

（3）車輛身份識(shí)別成功后，系統(tǒng)控制欄桿機(jī)抬桿放行的同時(shí)啟動(dòng)稱重系統(tǒng)和后端感應(yīng)天線;

（4）通行車輛駛?cè)敕Q重區(qū)域，通過連接后端天線與車輛OBU通信并進(jìn)行稱重操作;

（5）計(jì)重系統(tǒng)采集稱重?cái)?shù)據(jù)，待車主進(jìn)行確認(rèn)后，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)將結(jié)合稱重?cái)?shù)據(jù)與基準(zhǔn)費(fèi)率計(jì)算車輛通行費(fèi)用，并在車主支付賬號(hào)中自動(dòng)扣取通行費(fèi);

（6）交易完成后，圖像抓拍系統(tǒng)及時(shí)對(duì)通行車輛進(jìn)行圖像抓拍，待交易流水生成，后端欄桿機(jī)自動(dòng)升起放行車輛。

3?實(shí)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(gè)重要工業(yè)城市，橫跨8個(gè)縣區(qū)，并與區(qū)域內(nèi)主要干線以及規(guī)劃公路形成比較完整的交通鏈接網(wǎng)，沿途包含9個(gè)收費(fèi)站，其中貨車收費(fèi)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(gè)收費(fèi)站的人工貨車收費(fèi)車道改為貨車ETC車道系統(tǒng)。通過貨車ETC車道系統(tǒng)對(duì)6個(gè)收費(fèi)站2019年1～3月的貨車通行量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中交通量匯總結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1可知，6個(gè)收費(fèi)站的貨車交通量均較大，其中C收費(fèi)站1月份的貨車交通量為922輛/d，B收費(fèi)站2月份貨車交通量為720輛/d。以B收費(fèi)站2月份為例，如采用人工收費(fèi)車道需平均每2 min處理一輛，因此貨車通行效率較低，導(dǎo)致收費(fèi)站交通壓力較大。

3.2?效益分析

通過對(duì)各收費(fèi)站貨車ETC車道系統(tǒng)進(jìn)行效益分析，分別得到貨車污染物排放減少量與油耗節(jié)省量如圖2、圖3所示。

根據(jù)圖2可知，各收費(fèi)站使用貨車ETC車道系統(tǒng)后每日污染物排放減少量均在4 kg以上，最大達(dá)到了5.3 kg左右，說明采用ETC車道系統(tǒng)取代人工收費(fèi)車道對(duì)減少污染物排放以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有明顯效果。由于1月份為春運(yùn)期，各收費(fèi)站交通量相對(duì)較大，因此采用貨車ETC車道系統(tǒng)后，1月份平均每日的污染物排放減少量均較大，對(duì)貨車減排效益比較明顯;2月份污染物排放減少量均出現(xiàn)不同程度的下降，原因是2月份處于節(jié)假期間，各收費(fèi)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(jié)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(yè)時(shí)代的不斷發(fā)展，貨車交通量將會(huì)不斷上升，因此各收費(fèi)站采用貨車ETC車道系統(tǒng)后，在長(zhǎng)期發(fā)展中對(duì)貨車減排以及環(huán)保效益都將有明顯的提升效果。

根據(jù)圖3可知，各收費(fèi)站使用貨車ETC車道系統(tǒng)后每日油耗節(jié)省量均在22 L以上，最大達(dá)到了29 L左右，說明采用ETC車道系統(tǒng)取代人工收費(fèi)車道對(duì)貨車節(jié)能起到顯著作用。由于1月份為春運(yùn)期，各收費(fèi)站交通量相對(duì)較大，采用貨車ETC車道系統(tǒng)后，1月份平均每日的油耗節(jié)省量相對(duì)較大，對(duì)貨車節(jié)能效益比較明顯;2月份油耗節(jié)省量有所下降，原因是2月份處于節(jié)假期，各收費(fèi)站交通量有所減少;3月份油耗節(jié)省量有所增加，原因是假期結(jié)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(jié)省量的重要因素，隨著將來貨車交通量的增長(zhǎng)，貨車ETC車道系統(tǒng)對(duì)貨車節(jié)能效益的提升效果會(huì)越來越顯著。

4?結(jié)語

本文介紹了一種貨車ETC車道系統(tǒng)的建設(shè)方案與業(yè)務(wù)流程，并分別闡述了貨車ETC車道各子系統(tǒng)的工作原理以及運(yùn)行模式，通過結(jié)合某高速公路應(yīng)用實(shí)例，分析貨車交通量是影響污染物排放量與油耗節(jié)省量的重要因素，同時(shí)驗(yàn)證了采用貨車ETC車道系統(tǒng)所帶來的經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保效益，以實(shí)例證明貨車ETC技術(shù)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(jié)能減排與保護(hù)生態(tài)環(huán)境中起到顯著作用。在未來的發(fā)展中，貨車ETC技術(shù)的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

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