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目前，我国ETC主要应用在小车和客车等车型的通行方面，而计重的货运车辆仍基本采用人工窗口进行通行服务，因此，如何将ETC系统应用于货车通行已成为当下热点课题。文章介绍了一种货车ETC系统的建设方案和业务流程，并结合某高速公路应用实例，针对货车ETC车道系统的通行效率与节能减排等效果进行分析，认为该货车ETC系统可有效提升通行效率且环保经济。
高速公路;货车ETC车道系统;应用研究;通行效率
0 引言
近年来，随着我国ETC技术的大规模发展，在缓解高速公路交通压力、提高通行效率以及节能减排等方面取得显著收益[1]。目前，我国ETC技术主要服务对象为小型车辆，对于交通量比例较大的货运车辆暂时无法提供通行服务。因此，货车ETC技术的推广及应用已成为当下学者亟需研究的重要课题[2]。
目前，国内外关于ETC技术的应用展开了大量研究，并取得了一定的研究成果，如汤权等[3]对ETC智能停车系统的优势及应用进行研究，介绍了ETC智能停车系统的工作原理与特点，通过与无感停车系统、电子车牌停车系统进行对比，分析了ETC智能停车系统的优点。刘航[4]对高速公路ETC不停车收费技术应用进行分析，发现ETC技术的应用可以减少高速公路的排队收费服务时间，实现更为高效的高速公路ETC缴费服务，为人们的出行提供便利，优化高速公路事业的发展。李远鹏等[5]对ETC技术在停车场系统的应用方案展开阐述，该系统可实现安装ETC电子标签的车辆在停车场不停车缴费和通行，有效提高停车场的通行能力，缓解停车场车流量高峰时间的拥堵问题，提高ETC用户的停车体验。韩炜虹等[6]对整车式汽车衡ETC称重技术方案展开研究，提出了货车整车式ETC称重在高速公路计重收费的可行性以及系统的架构模块和技术实现的方法。以上研究主要是针对ETC技术在停车服务、高速公路通行以及计重服务等方面的应用，对于ETC技术在高速公路货车通行服务方面的研究还有待进一步提升。基于此，本文介绍了一种货车ETC系统的建设方案和业务流程，并结合某高速公路应用实例，针对货车ETC车道系统的通行效率与节能减排等效果进行分析，结果表明该货车ETC系统可有效提升通行效率且环保经济。
1 货车ETC车道建设方案
高速公路货车ETC车道系统是专为通行车辆中货车ETC车辆提供相应通行处理服务的工作系统，运行模式主要是对通过的货车ETC车辆进行自动识别，并以此作为系统判断依据，启动相应的业务处理流程。货车ETC车道系统建设一般是在普通车道栏杆机布局基础上，通过增加相应设备和业务软件来满足货车ETC车道的运行要求。其建设步驟如下：
（1）在收费岛前端设置感应天线，自动栏杆位置与相邻岛头平行，以保证无法感应与误入的车辆可及时变更到人工服务车道进行处理。
（2）增设整车式称重平台于前端栏杆机与收费亭中间，同时在相邻收费岛上设置计重控制柜机、称重传感器以及红外车辆分离器等辅助设备。
（3）在收费岛后端增设感应天线、栏杆机及计费显示器，并在栏杆机内安装3个车辆检测器，同时对ETC车道系统进行软件升级。
（4）在出口处设置安全警示牌。
货车ETC车道布局见图1。
2 货车ETC车道系统构成及工作流程
高速公路货车ETC车道系统主要由车辆检测系统、车辆识别系统、设备控制系统、计费系统、通信系统、图像抓拍系统及计重处理系统等构成，各子系统之间通过相互配合和信息传递共同完成针对通行的货车ETC车辆的相应的业务流程。
2.1 车辆检测系统
车辆检测系统主要是针对货车ETC车辆的通行状态及行驶位置进行检测，根据检测结果自动实行相关系统控制指令，以完成对通行车辆的处理流程。车辆检测系统的运行模式主要是利用车道控制器读取线圈状态的变化，然后采用中断的方式传递到车道程序并检测最新IQ状态，最后将检测的线圈状态改变情况与读取的最新IQ状态进行综合比较，以判定货车行驶位置以及通行车辆的数量。
2.2 车辆识别系统
车辆识别系统是针对通行车辆的类型进行识别与判定，对于满足该车道系统运营要求的车辆进行放行。对于无法识别的车辆及时进行拦截，以确保车道系统可为通行ETC车辆提供处理服务。车辆识别系统的运行模式主要是利用车道天线和车载OBU进行通信连接，展开对车载OBU和卡片的数据收集，从而判定通行车辆的类型。车辆识别系统的处理流程是通过前、后端天线分别与电子标签建立通信连接，以读取通行车辆信息进行身份识别及交易、放行等操作流程。
2.3 设备控制系统
设备控制系统工作原理是指车道控制设备通过接收控制系统所发出的操作指令完成正确动作的过程。如车牌识别器的识别与判断、前后栏杆机的升降、通行信号灯的变化、计重设备的开启与关闭、计费显示器的显示和切换、警报器的感应和启动等。
2.4 计费系统
计费系统主要由感应天线、车牌识别器、ETC费额显示器、放行道闸、警示标牌和通行信号灯等组成。计费系统主要负责货车ETC车辆的缴费服务，通过利用车道天线与货车ETC车载单元间建立通信连接，以达到及时更新和读取通行卡信息的目的。例如在车道入口进行写卡操作，记录收费站以及车辆信息等;在车道出口进行读卡操作，通过读取通行卡记载信息以及称重结果计算车辆通行费用，交易完成后对车辆自动放行。
2.5 计重系统
计重系统主要由整车式动态汽车衡、车辆检测器、数据收集控制器、车辆分离器以及相关辅助设备等构成，具有完善的数据采集、保存及处理功能。计重系统运行模式是通过利用计重控制器与货车ETC建立通信连接获取车辆称重结果，以计算通行车辆最终缴纳费用。 2.6 通信与图像抓拍系统
通信系统主要功能是将车道系统采集的数据信息及时传递给站级管理系统，以便掌握车道系统实时工作情况。图像抓拍系统主要功能是货车ETC车辆在通过收费站过程中，系统自动启用车道摄像机及时抓拍一张清晰图片进行保存，并以此作为车辆通行的依据。
2.7 系统工作流程
货车ETC车道系统工作流程如下：
（1）通行车辆驶入车道，前端天線检测车辆OBU并建立通信连接，以判断车辆OBU的有效性;
（2）通过车辆识别系统读取通行卡信息，并判断通行卡、入口收费站及车辆信息有效性;
（3）车辆身份识别成功后，系统控制栏杆机抬杆放行的同时启动称重系统和后端感应天线;
（4）通行车辆驶入称重区域，通过连接后端天线与车辆OBU通信并进行称重操作;
（5）计重系统采集称重数据，待车主进行确认后，计费系统将结合称重数据与基准费率计算车辆通行费用，并在车主支付账号中自动扣取通行费;
（6）交易完成后，图像抓拍系统及时对通行车辆进行图像抓拍，待交易流水生成，后端栏杆机自动升起放行车辆。
3 实例分析
3.1 工程背景
以某段高速公路为工程背景。该高速公路连接三个重要工业城市，横跨8个县区，并与区域内主要干线以及规划公路形成比较完整的交通链接网，沿途包含9个收费站，其中货车收费车道均为人工窗口。考虑到货车交通流量较大，于2018年10月将其中6个收费站的人工货车收费车道改为货车ETC车道系统。通过货车ETC车道系统对6个收费站2019年1～3月的货车通行量进行统计，其中交通量汇总结果如表1所示。
根据表1可知，6个收费站的货车交通量均较大，其中C收费站1月份的货车交通量为922辆/d，B收费站2月份货车交通量为720辆/d。以B收费站2月份为例，如采用人工收费车道需平均每2 min处理一辆，因此货车通行效率较低，导致收费站交通压力较大。
3.2 效益分析
通过对各收费站货车ETC车道系统进行效益分析，分别得到货车污染物排放减少量与油耗节省量如图2、图3所示。
根据图2可知，各收费站使用货车ETC车道系统后每日污染物排放减少量均在4 kg以上，最大达到了5.3 kg左右，说明采用ETC车道系统取代人工收费车道对减少污染物排放以及保护生态环境具有明显效果。由于1月份为春运期，各收费站交通量相对较大，因此采用货车ETC车道系统后，1月份平均每日的污染物排放减少量均较大，对货车减排效益比较明显;2月份污染物排放减少量均出现不同程度的下降，原因是2月份处于节假期间，各收费站交通量有所降低;3月份污染物排放减少量有所增加，原因是假期结束后货车交通量逐渐回升。由此可知，货车交通量是决定污染物排放减少量的重要因素。随着工业时代的不断发展，货车交通量将会不断上升，因此各收费站采用货车ETC车道系统后，在长期发展中对货车减排以及环保效益都将有明显的提升效果。
根据图3可知，各收费站使用货车ETC车道系统后每日油耗节省量均在22 L以上，最大达到了29 L左右，说明采用ETC车道系统取代人工收费车道对货车节能起到显著作用。由于1月份为春运期，各收费站交通量相对较大，采用货车ETC车道系统后，1月份平均每日的油耗节省量相对较大，对货车节能效益比较明显;2月份油耗节省量有所下降，原因是2月份处于节假期，各收费站交通量有所减少;3月份油耗节省量有所增加，原因是假期结束后货车交通量开始逐渐回升。由此可知，货车交通量也是决定油耗节省量的重要因素，随着将来货车交通量的增长，货车ETC车道系统对货车节能效益的提升效果会越来越显著。
4 结语
本文介绍了一种货车ETC车道系统的建设方案与业务流程，并分别阐述了货车ETC车道各子系统的工作原理以及运行模式，通过结合某高速公路应用实例，分析货车交通量是影响污染物排放量与油耗节省量的重要因素，同时验证了采用货车ETC车道系统所带来的经济以及环保效益，以实例证明货车ETC技术的推广不仅能够提高货车通行效率与缓解交通压力，而且能够在节能减排与保护生态环境中起到显著作用。在未来的发展中，货车ETC技术的广泛应用具有重要意义。
[1]黄建婷.高速公路应用手机支付技术与ETC的优劣分析[J].广东公路交通，2017，43（4）：145-147.
[2]赖海燕.ETC技术在我国高速公路应用的综合效益探析[J].沿海企业与科技，2018（3）：20-22.
[3]汤 权，林 华.ETC智能停车系统的优势分析及应用[J].西部交通科技，2018（9）：169-174，192.
[4]刘 航.关于高速公路ETC不停车收费技术应用[J].中国高新区，2017（24）：27.
[5]李远鹏，胡先全.ETC技术在停车场系统的应用方案[J].上海船舶运输科学研究所学报，2017，40（1）：74-77.
[6]韩炜虹，毛晓辉，赵志灏，等.整车式汽车衡ETC称重技术方案研究[J].衡器，2017，46（3）：31-33.
高速公路;货车ETC车道系统;应用研究;通行效率
0 引言
近年来，随着我国ETC技术的大规模发展，在缓解高速公路交通压力、提高通行效率以及节能减排等方面取得显著收益[1]。目前，我国ETC技术主要服务对象为小型车辆，对于交通量比例较大的货运车辆暂时无法提供通行服务。因此，货车ETC技术的推广及应用已成为当下学者亟需研究的重要课题[2]。
目前，国内外关于ETC技术的应用展开了大量研究，并取得了一定的研究成果，如汤权等[3]对ETC智能停车系统的优势及应用进行研究，介绍了ETC智能停车系统的工作原理与特点，通过与无感停车系统、电子车牌停车系统进行对比，分析了ETC智能停车系统的优点。刘航[4]对高速公路ETC不停车收费技术应用进行分析，发现ETC技术的应用可以减少高速公路的排队收费服务时间，实现更为高效的高速公路ETC缴费服务，为人们的出行提供便利，优化高速公路事业的发展。李远鹏等[5]对ETC技术在停车场系统的应用方案展开阐述，该系统可实现安装ETC电子标签的车辆在停车场不停车缴费和通行，有效提高停车场的通行能力，缓解停车场车流量高峰时间的拥堵问题，提高ETC用户的停车体验。韩炜虹等[6]对整车式汽车衡ETC称重技术方案展开研究，提出了货车整车式ETC称重在高速公路计重收费的可行性以及系统的架构模块和技术实现的方法。以上研究主要是针对ETC技术在停车服务、高速公路通行以及计重服务等方面的应用，对于ETC技术在高速公路货车通行服务方面的研究还有待进一步提升。基于此，本文介绍了一种货车ETC系统的建设方案和业务流程，并结合某高速公路应用实例，针对货车ETC车道系统的通行效率与节能减排等效果进行分析，结果表明该货车ETC系统可有效提升通行效率且环保经济。
1 货车ETC车道建设方案
高速公路货车ETC车道系统是专为通行车辆中货车ETC车辆提供相应通行处理服务的工作系统，运行模式主要是对通过的货车ETC车辆进行自动识别，并以此作为系统判断依据，启动相应的业务处理流程。货车ETC车道系统建设一般是在普通车道栏杆机布局基础上，通过增加相应设备和业务软件来满足货车ETC车道的运行要求。其建设步驟如下：
（1）在收费岛前端设置感应天线，自动栏杆位置与相邻岛头平行，以保证无法感应与误入的车辆可及时变更到人工服务车道进行处理。
（2）增设整车式称重平台于前端栏杆机与收费亭中间，同时在相邻收费岛上设置计重控制柜机、称重传感器以及红外车辆分离器等辅助设备。
（3）在收费岛后端增设感应天线、栏杆机及计费显示器，并在栏杆机内安装3个车辆检测器，同时对ETC车道系统进行软件升级。
（4）在出口处设置安全警示牌。
货车ETC车道布局见图1。
2 货车ETC车道系统构成及工作流程
高速公路货车ETC车道系统主要由车辆检测系统、车辆识别系统、设备控制系统、计费系统、通信系统、图像抓拍系统及计重处理系统等构成，各子系统之间通过相互配合和信息传递共同完成针对通行的货车ETC车辆的相应的业务流程。
2.1 车辆检测系统
车辆检测系统主要是针对货车ETC车辆的通行状态及行驶位置进行检测，根据检测结果自动实行相关系统控制指令，以完成对通行车辆的处理流程。车辆检测系统的运行模式主要是利用车道控制器读取线圈状态的变化，然后采用中断的方式传递到车道程序并检测最新IQ状态，最后将检测的线圈状态改变情况与读取的最新IQ状态进行综合比较，以判定货车行驶位置以及通行车辆的数量。
2.2 车辆识别系统
车辆识别系统是针对通行车辆的类型进行识别与判定，对于满足该车道系统运营要求的车辆进行放行。对于无法识别的车辆及时进行拦截，以确保车道系统可为通行ETC车辆提供处理服务。车辆识别系统的运行模式主要是利用车道天线和车载OBU进行通信连接，展开对车载OBU和卡片的数据收集，从而判定通行车辆的类型。车辆识别系统的处理流程是通过前、后端天线分别与电子标签建立通信连接，以读取通行车辆信息进行身份识别及交易、放行等操作流程。
2.3 设备控制系统
设备控制系统工作原理是指车道控制设备通过接收控制系统所发出的操作指令完成正确动作的过程。如车牌识别器的识别与判断、前后栏杆机的升降、通行信号灯的变化、计重设备的开启与关闭、计费显示器的显示和切换、警报器的感应和启动等。
2.4 计费系统
计费系统主要由感应天线、车牌识别器、ETC费额显示器、放行道闸、警示标牌和通行信号灯等组成。计费系统主要负责货车ETC车辆的缴费服务，通过利用车道天线与货车ETC车载单元间建立通信连接，以达到及时更新和读取通行卡信息的目的。例如在车道入口进行写卡操作，记录收费站以及车辆信息等;在车道出口进行读卡操作，通过读取通行卡记载信息以及称重结果计算车辆通行费用，交易完成后对车辆自动放行。
2.5 计重系统
计重系统主要由整车式动态汽车衡、车辆检测器、数据收集控制器、车辆分离器以及相关辅助设备等构成，具有完善的数据采集、保存及处理功能。计重系统运行模式是通过利用计重控制器与货车ETC建立通信连接获取车辆称重结果，以计算通行车辆最终缴纳费用。 2.6 通信与图像抓拍系统
通信系统主要功能是将车道系统采集的数据信息及时传递给站级管理系统，以便掌握车道系统实时工作情况。图像抓拍系统主要功能是货车ETC车辆在通过收费站过程中，系统自动启用车道摄像机及时抓拍一张清晰图片进行保存，并以此作为车辆通行的依据。
2.7 系统工作流程
货车ETC车道系统工作流程如下：
（1）通行车辆驶入车道，前端天線检测车辆OBU并建立通信连接，以判断车辆OBU的有效性;
（2）通过车辆识别系统读取通行卡信息，并判断通行卡、入口收费站及车辆信息有效性;
（3）车辆身份识别成功后，系统控制栏杆机抬杆放行的同时启动称重系统和后端感应天线;
（4）通行车辆驶入称重区域，通过连接后端天线与车辆OBU通信并进行称重操作;
（5）计重系统采集称重数据，待车主进行确认后，计费系统将结合称重数据与基准费率计算车辆通行费用，并在车主支付账号中自动扣取通行费;
（6）交易完成后，图像抓拍系统及时对通行车辆进行图像抓拍，待交易流水生成，后端栏杆机自动升起放行车辆。
3 实例分析
3.1 工程背景
以某段高速公路为工程背景。该高速公路连接三个重要工业城市，横跨8个县区，并与区域内主要干线以及规划公路形成比较完整的交通链接网，沿途包含9个收费站，其中货车收费车道均为人工窗口。考虑到货车交通流量较大，于2018年10月将其中6个收费站的人工货车收费车道改为货车ETC车道系统。通过货车ETC车道系统对6个收费站2019年1～3月的货车通行量进行统计，其中交通量汇总结果如表1所示。
根据表1可知，6个收费站的货车交通量均较大，其中C收费站1月份的货车交通量为922辆/d，B收费站2月份货车交通量为720辆/d。以B收费站2月份为例，如采用人工收费车道需平均每2 min处理一辆，因此货车通行效率较低，导致收费站交通压力较大。
3.2 效益分析
通过对各收费站货车ETC车道系统进行效益分析，分别得到货车污染物排放减少量与油耗节省量如图2、图3所示。
根据图2可知，各收费站使用货车ETC车道系统后每日污染物排放减少量均在4 kg以上，最大达到了5.3 kg左右，说明采用ETC车道系统取代人工收费车道对减少污染物排放以及保护生态环境具有明显效果。由于1月份为春运期，各收费站交通量相对较大，因此采用货车ETC车道系统后，1月份平均每日的污染物排放减少量均较大，对货车减排效益比较明显;2月份污染物排放减少量均出现不同程度的下降，原因是2月份处于节假期间，各收费站交通量有所降低;3月份污染物排放减少量有所增加，原因是假期结束后货车交通量逐渐回升。由此可知，货车交通量是决定污染物排放减少量的重要因素。随着工业时代的不断发展，货车交通量将会不断上升，因此各收费站采用货车ETC车道系统后，在长期发展中对货车减排以及环保效益都将有明显的提升效果。
根据图3可知，各收费站使用货车ETC车道系统后每日油耗节省量均在22 L以上，最大达到了29 L左右，说明采用ETC车道系统取代人工收费车道对货车节能起到显著作用。由于1月份为春运期，各收费站交通量相对较大，采用货车ETC车道系统后，1月份平均每日的油耗节省量相对较大，对货车节能效益比较明显;2月份油耗节省量有所下降，原因是2月份处于节假期，各收费站交通量有所减少;3月份油耗节省量有所增加，原因是假期结束后货车交通量开始逐渐回升。由此可知，货车交通量也是决定油耗节省量的重要因素，随着将来货车交通量的增长，货车ETC车道系统对货车节能效益的提升效果会越来越显著。
4 结语
本文介绍了一种货车ETC车道系统的建设方案与业务流程，并分别阐述了货车ETC车道各子系统的工作原理以及运行模式，通过结合某高速公路应用实例，分析货车交通量是影响污染物排放量与油耗节省量的重要因素，同时验证了采用货车ETC车道系统所带来的经济以及环保效益，以实例证明货车ETC技术的推广不仅能够提高货车通行效率与缓解交通压力，而且能够在节能减排与保护生态环境中起到显著作用。在未来的发展中，货车ETC技术的广泛应用具有重要意义。
[1]黄建婷.高速公路应用手机支付技术与ETC的优劣分析[J].广东公路交通，2017，43（4）：145-147.
[2]赖海燕.ETC技术在我国高速公路应用的综合效益探析[J].沿海企业与科技，2018（3）：20-22.
[3]汤 权，林 华.ETC智能停车系统的优势分析及应用[J].西部交通科技，2018（9）：169-174，192.
[4]刘 航.关于高速公路ETC不停车收费技术应用[J].中国高新区，2017（24）：27.
[5]李远鹏，胡先全.ETC技术在停车场系统的应用方案[J].上海船舶运输科学研究所学报，2017，40（1）：74-77.
[6]韩炜虹，毛晓辉，赵志灏，等.整车式汽车衡ETC称重技术方案研究[J].衡器，2017，46（3）：31-33.