潘一凡

摘 要：2019年我國(guó)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》發(fā)布，至19年5月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《深化收費(fèi)公路制度改革取消高速公路省界收費(fèi)站實(shí)施方案》，明確提出：“2019年底前取消省界高速收費(fèi)站，實(shí)現(xiàn)不停車快速收費(fèi)，減少擁堵，便利群眾?！北疚囊訥50滬渝高速（上海段）為例，圍繞省界高速收費(fèi)站取消改造升級(jí)工程中ETC車道優(yōu)化的實(shí)施進(jìn)行總結(jié)與研究，針對(duì)建設(shè)、調(diào)試與運(yùn)營(yíng)工作中遇到的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題，展開相關(guān)研究并介紹相應(yīng)問題的解決策略。

關(guān)鍵詞：ETC;智能交通;通行效率提升

1 背景介紹

1.1 基本情況

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)，即ETC（Electronic Toll Collection）系統(tǒng)，是當(dāng)前全球運(yùn)用最廣泛、最成熟的高速收費(fèi)方案，更是智慧高速建設(shè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)功能。ETC系統(tǒng)由RSU（Road Side Unit）路側(cè)單元和OBU（On Board Unit）車載單元兩大部分組成。

G50滬渝高速（上海段）全長(zhǎng)47.199 km，其中徐涇收費(fèi)站-朱楓公路收費(fèi)站為4車道;朱楓公路收費(fèi)站-省界為6車道，上海段收費(fèi)站出入口2019年日均總流量為18.60萬pcu/h，其中徐涇、嘉松中路、青浦城區(qū)等3處收費(fèi)站較為擁堵，服務(wù)水平評(píng)價(jià)較差。

本次改造目標(biāo)使各收費(fèi)站ETC車道占比達(dá)50%及以上，從而提升全斷面上通行能力，使各收費(fèi)站服務(wù)水平得到提升。

1.2 車道改造分析

在現(xiàn)狀交通流量下，受制于路幅寬度，G50滬渝高速（上海段）各收費(fèi)站均呈現(xiàn)出飽和甚至過飽和狀態(tài)。個(gè)別收費(fèi)站服務(wù)水平五級(jí)甚至六級(jí)，嚴(yán)重影響到了過往車輛的行駛體驗(yàn)。

諸如青浦城區(qū)收費(fèi)站南連接外青松公路，該節(jié)點(diǎn)2019年日均高峰小時(shí)交叉口總流量達(dá)到3 856 pcu/h，受出入口收費(fèi)車道通行能力影響，已經(jīng)對(duì)地面交通產(chǎn)生了重大影響，高峰時(shí)段北進(jìn)口排隊(duì)距離達(dá)到近700 m，出口處常規(guī)擁堵超100 m，輔道常規(guī)擁堵。

2 車道優(yōu)化實(shí)施

本次改造涉及6處收費(fèi)站16根MTC車道。借助本次ETC集中布置改造機(jī)會(huì)，通過大范圍的ETC系統(tǒng)使用及更好的車道布置策略使得通行效率得到提升，服務(wù)水平在原有基礎(chǔ)上有所提高。

按方案實(shí)施順序，在建設(shè)過程中主要圍繞以下幾個(gè)重點(diǎn)展開：1）ETC車道布置;2）交易區(qū)布置;3）電動(dòng)欄桿位置布置;4）鄰道干擾的避免與解決;5）特情處置措施。

2.1 ETC車道布置

根據(jù)理論與原有ETC使用經(jīng)驗(yàn)，將ETC車道集中布置于靠近1#車道側(cè)對(duì)于ETC車道的通行效率最為有利。

然而在實(shí)際操作中，由于G50各收費(fèi)站建設(shè)時(shí)間較早、布置相對(duì)集約，導(dǎo)致收費(fèi)站廣場(chǎng)狹小，某些收費(fèi)站點(diǎn)兩條匝道在廣場(chǎng)形成匯流，完全無法利用廣場(chǎng)輔道將車流做到全部分流。故而，除作為高速終點(diǎn)的徐涇收費(fèi)站以外，需探討另一種適用于通行現(xiàn)狀的車道布置策略。

以青浦城區(qū)收費(fèi)站為例，收費(fèi)站現(xiàn)狀為3進(jìn)4出形式，進(jìn)口處將ETC車道布置于1#車道、出口處將ETC車道集中布置于1#、2#車道的位置，致使不同方向ETC及MTC車輛在廣場(chǎng)輔導(dǎo)區(qū)域互相穿插，形成對(duì)沖車流，導(dǎo)致調(diào)試初期收費(fèi)廣場(chǎng)月雙車碰撞事故率上升327%;即使在隨后有特勤疏導(dǎo)指揮車流的情況下，車流對(duì)沖現(xiàn)象也不能得到較好解決。

針對(duì)上述現(xiàn)象，采取將入口處ETC車道調(diào)整至1#車道、出口處ETC車道調(diào)整至2#、3#車道，并結(jié)合高流量狀態(tài)下的特勤指揮一并，較好緩解了大部分流量狀態(tài)下車流對(duì)沖現(xiàn)象。

此外，在引流分流過程中，通過加長(zhǎng)ETC通道地面標(biāo)線指引，在ETC通道內(nèi)重新攤鋪有別于其他通道的彩色面層等一系列措施從而提高駕駛員對(duì)ETC專用車道感知，減少非ETC車輛誤入ETC車道概率對(duì)于通行效率的提升也有著較為明顯的作用。在對(duì)ETC專用車道進(jìn)行完彩色化鋪裝及延長(zhǎng)后，可以明顯感受到司機(jī)在各通道前停頓反映的減少，對(duì)通行效率乃至服務(wù)評(píng)價(jià)水平的提升起到了很好的促進(jìn)作用。

2.2 交易區(qū)布置

ETC車道設(shè)備包含了如下幾項(xiàng)：

（1）車道控制器（環(huán)形交易線圈、分車光幕）。

（2）RSU設(shè)備。

（3）高速自動(dòng)欄桿。

（4）高清車牌圖像識(shí)別設(shè)備。

（5）信息顯示牌。

（6）車道攝像機(jī)。

其中：

（1）車道控制器;（2）RSU設(shè)備;（3）高速自動(dòng)欄桿屬于ETC車道核心設(shè)備。

2.2.1 RSU布置

鑒于收費(fèi)站天棚網(wǎng)架會(huì)干擾RSU設(shè)備RFID射頻信號(hào)從而降低交易成功率，故將RSU設(shè)備布置在雨棚的投影區(qū)以外。以此為基點(diǎn)確認(rèn)車道控制器、自動(dòng)欄桿機(jī)等設(shè)備的安裝位置，及收費(fèi)島頭相應(yīng)擴(kuò)展距離。

按《收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)技術(shù)要求》，我國(guó)ETC車道標(biāo)準(zhǔn)寬度值3.50 m，一般值3.20 m～3.75 m;交易區(qū)長(zhǎng)度未作要求，其和車輛通行速度及交易成功率呈高相關(guān)性，本市ETC車道現(xiàn)階段限速20 km/h，遠(yuǎn)期要實(shí)現(xiàn)40 km/h目標(biāo)。

根據(jù)所選用RSU設(shè)備性能與技術(shù)參數(shù)，在其5.00 m的安裝高度上，RSU設(shè)備呈向下40度的傾角布置時(shí)，相控陣天線能實(shí)現(xiàn)最好的RFID無線射頻波束掃描效果，其能夠?qū)崿F(xiàn)車速66 km/h通過過99.0%以上的交易成功率。

此時(shí)，車道交易區(qū)長(zhǎng)度為6.0 m，寬度為3.20 m。RSU設(shè)備水平投影面與交易區(qū)之間存在2.0 m的空隙。

2.2.2 車道控制器的運(yùn)用與鄰道干擾的解決

鄰道干擾：是指因相近/鄰RUS通訊區(qū)重疊，使本車道通行車輛的OBU信息遭相鄰車道RSU設(shè)備讀取，從而導(dǎo)致交易失敗甚至是重復(fù)交易的現(xiàn)象，是ETC車道大規(guī)模集中布置時(shí)必須解決好的關(guān)鍵難題。有別于以往采用的調(diào)整RSU設(shè)備角度、調(diào)整RSU功率、增設(shè)物理屏蔽等傳統(tǒng)被動(dòng)手段，利用車道控制器能夠較徹底的解決鄰道干擾現(xiàn)象的產(chǎn)生。

G50上海段車道控制器采取四線圈布局（2前2后），并在島頭設(shè)置分車光幕。在欄桿位置選擇上，本市明確了ETC車道采取欄桿后置方案，即電動(dòng)欄桿布置于RSD設(shè)備后，從而在遇到交易失敗時(shí)能有足夠剎車制動(dòng)距離，也為后期進(jìn)一步提高車輛通過速度甚至G50升級(jí)為自由流收費(fèi)留出了余地。

本次采用的車道控制器包括2組光幕及4組環(huán)形線圈。其中環(huán)形線圈為提高可靠性均采取雙組布置，采用2前2后的埋置形式，線圈作用依次為：

（1）前觸發(fā)線圈：對(duì)進(jìn)入車輛統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，分辨車輛類型（ETC車輛有/無效、非ETC車輛）并標(biāo)記車輛進(jìn)入交易區(qū)域，感知車輛先后順序。

（2）交易線圈：車輛通過該位置觸發(fā)RSU單元與OBU單元進(jìn)行交易，控制高清攝像機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行拍照，若為特情車輛（ETC狀態(tài)名單、超限車輛、系統(tǒng)自動(dòng)攔截、顯示特情等），則控制電動(dòng)欄桿放下。

光幕分為駛?cè)牍饽患斑^車光幕，駛?cè)牍饽桓糸_進(jìn)入ETC車道的車輛，過車光幕用以控制電動(dòng)欄桿落下。

通過上述車道控制器的使用，使之與RSU設(shè)備形成了閉環(huán)構(gòu)造，徹底杜絕了RSU設(shè)備讀取多信號(hào)的可能。從根本上解決了鄰道干擾現(xiàn)象，為集約式布置ETC車道掃除了障礙。

2.2.3 電動(dòng)欄桿與交易區(qū)間距離確定

我國(guó)現(xiàn)行的ETC方案仍保留了電動(dòng)欄桿，電動(dòng)欄桿在確認(rèn)車輛完成交易后放行。該方案能夠在最大限度上避免車輛逃費(fèi)問題的產(chǎn)生，而其副作用主要體現(xiàn)在：1）交易失敗致后車追尾;2）砸桿等安全事故。

因此，電動(dòng)欄桿與RSU設(shè)備間距離Lde 確認(rèn)成為關(guān)系服務(wù)水平的關(guān)鍵要素。對(duì)其的主要影響因素有如下兩點(diǎn)：

（1）安全剎車距離。依據(jù)《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB7258-2004）中給出的乘用車和總質(zhì)量大于3 500 kg的汽車（以上為典型車輛計(jì)算值）滿載情況下能夠發(fā)出的平均制動(dòng)減速度，分別為5.9 m/s2和5.0 m/s2。取以上制動(dòng)檢速度進(jìn)行剎車制動(dòng)距離計(jì)算，車輛“緊急制動(dòng)”下的剎車距離如下表所示。

通過模擬ETC車輛通過車道的整個(gè)行為過程可知：

1）當(dāng)車載OBU到達(dá)該點(diǎn)時(shí)開始進(jìn)行交易，整個(gè)交易平均用時(shí)為240 ms。以時(shí)速40 km/h計(jì)算，車輛前進(jìn)2.67 m;

2）當(dāng)車頭到達(dá)該點(diǎn)時(shí)，ETC交易處理完畢。OBU設(shè)備發(fā)聲提示交易成功，司機(jī)可辨電動(dòng)欄桿明顯抬起動(dòng)作;扣費(fèi)信息同步在信息顯示牌顯示，信息牌位于RUS龍門架后方2.50 m處方便司機(jī)看清。以時(shí)速40 km/h計(jì)算，車輛前進(jìn)距離4.50 m，本過程用時(shí)在400 ms以內(nèi);

3）若車頭到達(dá)該點(diǎn)時(shí)尚不能看到明顯抬桿動(dòng)作的，務(wù)必立即采取制動(dòng)措施，能夠確保安全剎停的，以時(shí)速40 km/h計(jì)算，本過程中剎車距離為9.23 m;

4）當(dāng)車輛完全通過該位置，電動(dòng)欄桿開始復(fù)位。通過理論演算，當(dāng)ETC車道設(shè)計(jì)通行時(shí)速取40 km/h時(shí)，電動(dòng)欄桿與交易區(qū)距離≥9.23 m的，能夠最大限度避免非人為因素的砸車、追尾事故發(fā)生。

（2）通行效率校驗(yàn)。裝設(shè)OBU車輛在正常通過ETC車道時(shí)，駕駛員會(huì)根據(jù)欄桿位置及其起落速度調(diào)整車速，以確保心理感知上的安全距離。為確保ETC車道具有較高通行效率，電動(dòng)欄桿需要較快的抬桿時(shí)間或較遠(yuǎn)的設(shè)置距離從而減弱甚至消除駕駛員心理和視覺上的負(fù)面影響。

G50上海段在本次改造前采用的電動(dòng)欄桿抬桿時(shí)間為0.72 s，由于通訊及供電的方便，原布設(shè)于收費(fèi)廳后約1.0 m位置，在車輛通行時(shí)有明顯的遲滯感。

此外，在車輛從完成交易到通過欄桿的過程中，為確保行車安全，電動(dòng)欄桿必須做到充分抬起。而抬桿動(dòng)作會(huì)令大部分駕駛員作出加速行為。

根據(jù)前述確定的安全剎車距離，按照40 km/h的理論通行時(shí)速計(jì)算，當(dāng)電動(dòng)欄桿最大抬起時(shí)間不超過0.66 s時(shí)，能消除由駕駛員心理因素對(duì)車道通行效率造成的負(fù)面影響。

本次改建過程中，結(jié)合實(shí)際使用要求并綜合了成本因素的考量，最終以落桿時(shí)間0.58 s作為選取電動(dòng)欄桿的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。最終確定RSU與電動(dòng)欄桿之間L長(zhǎng)度不小于7.23 m的控制目標(biāo)。實(shí)際操作中，各收費(fèi)站點(diǎn)也根據(jù)了自身?xiàng)l件盡可能的將L進(jìn)行了拉長(zhǎng)，從而使駕駛員獲得感受更好的通行感受，最大程度提升通行效率。

3 結(jié)語

通過本次ETC車道的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了如下幾個(gè)目標(biāo)：（1）實(shí)現(xiàn)了ETC車道的技術(shù)升級(jí)改造和車道集中化布置目標(biāo);（2）G50滬渝高速（上海段）各收費(fèi)站均達(dá)到四級(jí)以上服務(wù)水平，各路段原有高峰時(shí)段常規(guī)擁堵點(diǎn)得到了疏解;（3）為下階段高速提升通行效率，切換為自由流通行積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

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