大车流量高速公路收费站治超系统构建及应用

　　如何提升大车流量高速公路收费站入口治超效率、缓解收费站拥堵，慢慢的变成了高速公路运营管理工作面临的一项难题。本文以甬台温高速公路宁波段一期北仑收费站入口治超系统为例，详细的介绍了一种结合高速动态称重技术、激光雷达技术、数据处理技术的高速公路收费站入口治超系统，该系统的应用有效提升了大车流量高速公路收费站的通行效率及治超数据的有效性。

　　取消省界收费站后，高速公路收费模式发生明显的变化，货车在高速通行采用车型收费，收费模式由出口计重收费变为入口治超模式，违法超限超载运输车辆禁止进入高速公路，还需对超限超载车辆进行劝返，导致收费站入口通行压力陡增。此外，由于货车需要经过治超系统计重检测通过才能正常驶入高速公路，入口混合车道的通行效率相比来说较低，ETC车道因缺少计重设备无法通行货车，广场式计重方式在车辆计重通行时又有几率发生车牌遮挡等问题，因此进一步加剧了收费站的拥堵。为此，本文以甬台温高速公路宁波段一期北仑收费站为例，介绍了一种大车流量高速公路收费站治超系统。该收费站有5条入口车道，其中ETC车道3条、混合车道2条，入口日均车流量为28320辆，其中货车8630辆，收费站日均拥堵缓行时长约4.5小时，现有的车道治超及广场治超模式不足以满足车辆正常通行要求。在此背景下，本文介绍的融合高速动态称重子技术、图像抓拍技术、ETC技术、激光雷达技术、数据处理技术的连接线治超系统在北仑收费站已经落地应用，大幅度的提高了收费站通行效率，有效缓解了收费站的拥堵问题。

　　目前高速公路入口治超系统以车道治超和广场式治超为主，这两种治超检测方式主要存在三点不足之处。

　　第一，车辆治超检测效率不高。车道和广场式治超采用的计重设备一般为低速称重设备，计重检测效率低，同时，取消省界收费站后入口混合车道数量减少，因此这两种治超模式不足以满足大车流量收费站治超需求。

　　第二，超限超载车辆劝返难度大。车道和广场式治超系统分别安装在车道和入口广场内，当检测到超限超载车辆时，车辆已进入车道或已接近收费车道，需人工引导车辆进入收费站内广场后从专用劝返车道返回，易引起收费站二次拥堵，且易造成交通事故。

　　第三，ETC货物运输车辆通行效率低。随着ETC的大力推广，安装ETC的货物运输车辆逐年增加，但目前ETC车道一般未安装计重设备，因此安装ETC的货物运输车辆需从安装治超系统的混合入口车道通行，降低了收费站通行效率。

　　基于以上原因，本文提出一种融合高速动态称重子技术、图像抓拍技术、ETC技术、激光雷达技术、数据处理技术的连接线治超系统，实现在车辆高速通行的情况下，可精确检测车辆治超数据，同时提前对超限车辆进行劝返，对车辆进行智慧诱导分流，有效提升收费站通行效率，大幅缓解大车流量收费站拥堵情况。

　　2.1 连接线治超系统架构高速公路入口连接线治超系统主要由高速动态称重子系统、相机子系统、ETC子系统、激光子系统、信息发布子系统、数据处理子系统、高速联网收费系统联动子系统、供电及通讯子系统等构成[1]，系统架构如图1所示。

　　该系统可有效采集高速通行的车辆车牌、图像、车型及计重数据等信息，经处理的数据上传至治超服务器存储，并实现与高速联网收费系统联动。当车辆在通行入口收费车道时，车道收费系统可根据通行车辆车牌信息查询车辆治超数据，对满足通行条件的车辆正常交易放行，安装ETC的货车可高效通行ETC车道，有效提升了收费站入口通行效率。

　　高速动态称重子系统：最重要的包含窄条传感器、检测线圈、数据采集器设备，在车辆高速通过时，完成对车货总质量、车辆轴数等数据采集，并将数据实时传输给检测计算机。

　　相机子系统：包括车头、车身、车尾三台高清数字摄像机，主要完成对车辆车牌识别数据、治超系统要的车头、车身及车尾等三张车辆图片及5秒车辆短视频数据采集。

　　ETC子系统：包括带定位功能的相控阵RSU天线、天线控制器及交换机等设备，主要完成读取车载OBU信息，包括车牌、车型等，同时对符合通行条件的车辆进行ETC预交易。

　　激光子系统：主要是通过激光传感器对车辆轮廓进行仔细的检测，精确输出车辆长、宽、高外廓尺寸信息，辅助高速动态称重子系统及ETC子系统，提高车辆车型、轴型识别正确率，同时为逃费车辆稽核工作提供车辆基础数据[2]。

　　信息发布子系统：通过LED情报板与治超系统联动，对车辆进行超限劝返、车道通行指示等智慧交通诱导。

　　数据处理子系统：处理高速动态称重子系统、激光子系统、相机子系统、ETC子系统采集的数据，进行治超数据匹配、去重等数据处理，联动信息发布子系统发布诱导信息。

　　高速联网收费系统联动子系统：主要实现车道与治超系统数据联动，使得车道能够实时获取车辆治超数据，并快速交易放行。

　　连接线治超系统最重要的包含高速不停车超限检测、引导通行车辆智慧分流、提升治超数据有效性、ETC预处理、治超数据查询、逃费车辆稽核打逃等功能。

　　2.2.1 高速不停车超限检测系统可实现对所有通过检验测试区域的车辆进行高速、高效率不停车超限检测，无需停车排队逐车检测。在高速入口之前的连接线车道等车辆必经路段建立覆盖全部车道的高速称重不停车检测系统，在车辆自由流状态下，完成车货总质量、车型、车辆轴数、超限量、是否准予通行等超限检测。检测系统采用高精度窄条传感器，可对通行速度0～80km/h的货物运输车辆进行不停车检测，有效提升计重数据采集效率及车辆通行效率。

　　2.2.2 引导通行车辆智慧分流系统可根据检测结果将车辆分流至ETC车道或者人工车道，提升车道通行效率及超限车辆劝返效率。系统通过一系列分析车辆的车型、车货总质量、是否装有OBU、OBU状态等信息，对车辆进行分流，引导车辆通过对应车道进入高速。对于不超限且装有OBU的货车，引导其直接通过ETC车道进入高速；对于不超限但未装有OBU的货车，引导其通过人工车道进入高速，不必进入称重车道排队检测[3]；对于OBU状态异常的车辆，引导其通过人工车道进入高速，避免立即进入ETC车道后出现交易异常而导致拥堵。同时系统还能实现引导超限超载的货车通过广场治超劝返专用通道进行劝返。

　　2.2.3 提升治超数据有效性系统融合车辆计重信息、ETC信息、图像信息、激光雷达信息等，大幅度的提高了治超数据的有效性。系统通过称重系统、ETC系统、图像系统、激光系统等多个系统的融合，对通行车辆进行计重数据采集、车牌抓拍识别、车载OBU信息读取，采用OBU信息与车牌识别数据互补的形式，有实际效果的减少因前车遮挡后车车牌、车牌污染、光照条件较差等情况导致没办法获取车辆车牌信息的情况，然后将车牌信息与计重数据精准匹配，有效提升车牌识别率、车型准确率等，保证通行收费车道车辆的治超数据有效性，防止车辆进入收费车道后无称重数据、车牌号码不匹配等车辆数据异常导致车辆无法正常通行导致的拥堵现象。此外，系统可对货车列车进行车型检测，并将检测结果与OBU内车型进行比对，若不一致则发送预警信息。例如，对OBU类型为J1的国际标准集装箱货车进行集装箱轮廓检测，如果检测出疑似非国际标准集装箱的货车，则发送预警信息。

　　2.2.4 ETC预处理系统可实现对所有车辆检测OBU状态、ETC交易预处理，在安装OBU车辆驶入收费站之前提前完成ETC交易，分担收费车道交易压力。系统对经过连接线治超系统的ETC车辆进行OBU状态检测，如果OBU状态异常，提示车主进行自主处理或进入人工车道处理；如果OBU状态正常，能够直接进行ETC预处理。

　　2.2.5 治超数据查询功能系统可实现收费车道人工查询车辆治超数据功能，提升人工干预效率，减少因收费车道车牌识别信息错误导致的车辆信息无法匹配治超数据而造成劝返的情况。对于正常完成治超数据采集的货车，因收费车道车牌识别有误导致没办法匹配治超数据而不能顺利完成ETC交易的车辆，系统可实现在收费车道按正确车牌查询对应的治超数据，人工干预交易并放行，减少因不必要的车辆劝返造成的车道拥堵情况。

　　2.2.6 逃费车辆稽核打逃系统可实现部分逃费车辆稽核打逃功能，通过系统自动识别逃费车辆，提升稽核工作效率。系统结合激光雷达技术、高速称重技术及ETC技术，实现对逃费车辆的初步筛选甄别，车辆通过连接线治超系统时，激光雷达子系统和高速称重系统可对车辆进行车型、车轴判别，同时ETC子系统可读取车载OBU内写入的车辆车型、车轴，系统可将两套子系统获取的车辆数据来进行对比处理，筛选统计出车型车轴信息不一致的车辆，以供稽查人员进一步甄别查证，能较好地甄别出货车办理客车ETC、大型车办理小型车ETC之类的不法逃费车辆，从而有效维护高速公路运营收益。

　　连接线治超系统按四排门架（或者L杆）布局，沿行车方向第一排门架（或者L杆）是相机抓拍门架，安装尾部抓拍摄像机，主要完成对车辆尾部照片的采集。第二排门架（或者L杆）是车牌辅助识别及OBU状态检测门架，安装RSU天线及激光雷达传感器，主要完成道路严重拥堵时，车牌被前车遮挡及车牌污染、天气恶劣等情况下对ETC车辆车牌号码的辅助识别，有效解决只有称重数据没有车牌号码的问题，可提升治超数据的有效性。此外，可完成对经过车辆的OBU状态检测，识别标签松动、未插卡等OBU异常状态。窄条计重传感器及车辆检测线圈布局于第一排门架与第二排门架之间的路面上，完成对通行车辆进行计重数据采集。第三排门架（或者L杆）是相机抓拍门架，安装抓拍相机，完成对车辆车牌号码的识别及车辆正面照、车辆尾部照、车辆侧面照3张检测照片和长度不少于5秒的视频的采集。第四排门架（或者L杆）是消息推送及OBU预写门架，安装RSU天线及可变情报板，完成对检测结果的精准提示和推送，以及检验测试的数据的OBU预写。根据北仑收费站及连接线的真实的情况，目前前三排门架（L杆）及计重检测设备设置于收费站入口前约600米的连接线道路，第四门架设置于距收费站与治超检测区域之间（距检测区域约200米处）。一个典型的3车道检测场景的系统布局如图2所示。

　　在高速公路入口匝道前、连接线的平直道路上设置高速公路入口前置称重检测系统，负责对0～80km/h通行速度的货物运输车辆实行不停车检测，来提升检测效率、缓解低速入口治超系统压力。对于检测出超限的车辆直接提醒禁止驶入高速，对于不超限的车辆提醒其可直接驶入入口ETC车道或MTC车道（对于暂未安装OBU的货车），无需再次进行低速入口治超检测。系统工作流程如图3所示。

　　为有效缓解甬台温高速公路宁波段一期北仑收费站入口大车流量情况下的拥堵问题，高速经营单位在北仑收费站建设5条车道全覆盖的连接线治超系统，大幅度的提高了治超劝返工作效率及车道通行效率，有效缓解了收费站入口拥堵情况。同时不断对系统来进行优化，针对车辆高峰期时，车牌未被抓拍且有ETC设备的货车无法捕获有效计重数据的情况，通过结合ETC天线读取车牌信息的方式获取车牌信息，截至目前无法获取车牌的车辆数量减少了85%，货车治超数据有效性提升至98%左右。通过系统建设前后的车流高峰期通行货车数据对比，连接线治超系统的应用大幅度提升了收费站入口的通行效率，具体见下表。

　　连接线治超系统是一种能够有效缓解大流量高速公路收费站拥堵问题的解决方案，系统结合高速动态称重、图像识别、激光雷达车型识别及ETC等技术，有效提升车辆称重检测效率，实现车辆高速不停车治超。系统结合图像识别和ETC技术有效解决了大车流量条件下车牌数据丢失问题，大幅度的提高治超数据的有效性，进而提高了收费站通行效率。同时，通过比对读取OBU的车型数据与激光雷达判别车型数据，可从大量数据中甄别OBU写入车型与实际不符的车辆，筛选出偷逃通行费的车辆数据并取证，大幅度的提高了稽核打逃工作效率，可有效维护高速公路经营单位的利益。未来，在现有基础上，可进一步探索利用行业前沿技术加强车辆智慧分流，如结合智能OBU点对点实现更可靠私密的单点交通诱导信息推送、定向分流信息广播、多级情报板交通诱导等，进一步构建数字收费站，实现收费站全域运作时的状态感知、车辆全域跟踪和精准分流成功率统计及逃费行为取证，并结合高速不停车治超、车道分流和车道管控等系统有效提升收费站通行效率，进一步解决大车流量环境下收费站拥堵问题。

　　参考文献[1] 胡安东,陈博文,高速公路入口治超系统浅析[J].中国交通信息化,2023(9):123-125+130.[2] 王平,邓永强,陈忠元,等.高速公路收费站入口治超系统方案[J].中国交通信息化,2019(3):97-100.[3] 郝杰鹏,陈忠元,翟晓光,等.高速公路入口疏堵解决方案及应用[J].中国交通信息化,2022(4):133-137.

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