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整車式汽車衡ETC稱重技術(shù)方案研究

傳統(tǒng)的汽車衡每次只能計(jì)量一輛車，會(huì)嚴(yán)重影響收費(fèi)站的通行效率，因此既能保證必要的計(jì)量精度，又不影響通行效率的貨車不停車計(jì)重收費(fèi)是一個(gè)重要的研究課題。本文探討了貨車整車式 ETC 稱重在高速公路計(jì)重收費(fèi)的可行性，提出了系統(tǒng)的架構(gòu)模塊和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法。
1.引言
計(jì)重收費(fèi)作為遏制超限超載的一種手段，自2000 年至今，已在國(guó)內(nèi)幾乎所有省份進(jìn)行了應(yīng)用，取得了較大的成就，但仍然存在一定的問(wèn)題，其中最主要的問(wèn)題在于進(jìn)一步加劇了收費(fèi)站擁堵，降低了高速公路的服務(wù)水平。
電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection,簡(jiǎn)稱 ETC）是一種先進(jìn)的道路收費(fèi)系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于迅速完成收費(fèi)，可提高收費(fèi)的效率和準(zhǔn)確性。要實(shí)現(xiàn)貨車不停車收費(fèi)，提高通行效率，最有效的辦法就是把貨車動(dòng)態(tài)稱重和 ETC 相結(jié)合，達(dá)到快速通行的效果。
整車稱重能從根本上提高計(jì)量的準(zhǔn)確度，杜絕作弊行駛行為的發(fā)生，但是傳統(tǒng)的地磅每次只能計(jì)量一輛車，會(huì)嚴(yán)重影響收費(fèi)站的通行效率，因此既能保證必要的計(jì)量精度，又不影響通行效率的可連續(xù)跟車整車式動(dòng)態(tài)地磅適合我國(guó)的計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)。
貨車 ETC 計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)基于整車式計(jì)重收費(fèi)，具有通行效率高、稱量精度高、能準(zhǔn)確檢測(cè)車輛軸重及軸數(shù)、軸組等特點(diǎn)。
2.系統(tǒng)組成

如圖 1 所示，貨車 ETC 計(jì)重稱重系統(tǒng)由整車式秤臺(tái)、稱重及車輛識(shí)別控制模塊（稱重控制器、輪胎識(shí)別器、車輛分離器）信息交換模塊（入口及出口欄桿機(jī)、車輛預(yù)讀天線、交易天線、費(fèi)額顯示器）等組成。
2.1整車式秤臺(tái)
特殊設(shè)計(jì)的秤臺(tái)，軸組式秤臺(tái)長(zhǎng)度一般為21m，寬度適合車道，含附加的車軸識(shí)別裝置。在秤臺(tái)兩端安裝帶方向識(shí)別的數(shù)軸器。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是方向判別由硬件實(shí)現(xiàn)，又保留了傳統(tǒng)的軟件方向識(shí)別，大大減少了由此引起的丟軸、不傳數(shù)據(jù)或較大誤差的可能性。臺(tái)面采用翼式防滑結(jié)構(gòu)，斷續(xù)的花紋板可以大大提高剎車阻力，而向中心的翼面可以使車輛打滑時(shí)自動(dòng)向中心而不是邊緣滑動(dòng)。在斷續(xù)花紋板中間加石英砂防滑，綜合防滑效果與原水泥路面相當(dāng)。
2.2稱重及車輛識(shí)別控制模塊
這是系統(tǒng)的大腦部分，由多個(gè)微處理器協(xié)同完成，負(fù)責(zé)處理秤臺(tái)、輪軸識(shí)別器、車輛分離器的信息，向計(jì)算機(jī)發(fā)送稱重?cái)?shù)據(jù)，給控制計(jì)算機(jī)發(fā)送電動(dòng)欄桿控制信號(hào)。輪軸識(shí)別器用于識(shí)別通過(guò)的車輛軸型，是否配置由系統(tǒng)需求決定。車輛分離器用于提示當(dāng)前車輛是否已完全上秤臺(tái)，通常使用紅外線光幕，也可用地感線圈或類似設(shè)備。
2.3信息交換模塊
信息交換模塊包含稱重費(fèi)額顯示器、車輛頂預(yù)讀天線、入口欄桿機(jī)和交易天線等組成。稱重費(fèi)額顯示器接受車道控制機(jī)的控制，顯示計(jì)重車輛的車型、費(fèi)軸型和車型。額、總軸重、超限重和余額等。車輛預(yù)讀天線用于讀取車輛信息，判別客車與貨車類型。
入口欄桿機(jī)確保貨車稱重時(shí)達(dá)到最高精度，客車或客貨混合時(shí)達(dá)到最大通行能力。稱重儀表通過(guò)交易天線傳送重量計(jì)算相應(yīng)的通行費(fèi)，從車輛通行卡賬戶中扣除。
3.檢測(cè)流程
3.1檢測(cè)車輛為客車時(shí)
如圖 2 所示，當(dāng)車輛預(yù)讀天線檢測(cè)到通過(guò)車輛為客車時(shí)，若秤臺(tái)上無(wú)貨車，則前置欄桿抬起，車輛連續(xù)通過(guò)。若秤臺(tái)上有貨車，則待貨車完成稱重后，欄桿抬起，客車進(jìn)入。
3.2檢測(cè)車輛為貨車時(shí)

如圖 3 所示，當(dāng)車輛預(yù)讀天線檢測(cè)到通過(guò)車輛為貨車時(shí)，若秤臺(tái)上無(wú)其他貨車，則前置欄桿抬起，車輛直接駛?cè)搿Ｈ舫优_(tái)上有其他貨車，則待該貨車完成稱重后，欄桿抬起車輛駛?cè)搿?br /> 以上流程中，除稱重結(jié)果需與車道計(jì)算機(jī)通信外，其余全部由稱重系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制。
4.貨車 ETC 計(jì)重系統(tǒng)相比普通計(jì)重系統(tǒng)的特殊問(wèn)題
4.1在普通計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)最高的稱重準(zhǔn)確度，采用了二車一桿模式，這在人工收費(fèi)條件下達(dá)到了準(zhǔn)確度與效率的良好統(tǒng)一，但
ETC 系統(tǒng)中，由于交易速度遠(yuǎn)快于人工收費(fèi)，若仍采用這種模式將降低車輛通行效率。由于目前僅貨車需要準(zhǔn)確稱重而客車無(wú)需準(zhǔn)確稱重，為實(shí)現(xiàn)最大流量，對(duì)客車和貨車我們采用了不同的稱重策略。貨車采用二車一桿模式，客車采用連續(xù)跟車模式。需要控制儀表在車輛上秤前確認(rèn)客車 / 貨車，因此稱重控制器需要增加接收客車 / 貨車指令，按照客車 / 貨車發(fā)出相應(yīng)的控制指令控制入口欄桿并調(diào)整入口欄桿的控制邏輯。
4.2對(duì)客車，只要有 ETC 通行卡立即開(kāi)啟入口欄桿，并在車輛收尾后立即上傳重量數(shù)據(jù)，這個(gè)重量可能誤差稍大，也可設(shè)置為快下秤臺(tái)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，這可明顯提高稱重精度，但由于客車不計(jì)重收費(fèi)，對(duì)計(jì)費(fèi)不產(chǎn)生影響。
4.3對(duì)貨車，若秤臺(tái)上無(wú)其它貨車（允許有客車），立即開(kāi)啟入口欄桿，并在其它車輛完全離開(kāi)秤臺(tái)后再上傳稱重?cái)?shù)據(jù)從而達(dá)到最高的準(zhǔn)確度。最遲在車輛前輪接觸到秤臺(tái)下沿時(shí)完成稱重。為盡可能給交易天線留下交易時(shí)間，建議有條件時(shí)，秤臺(tái)安裝適當(dāng)多前置一些距離，即離收費(fèi)亭遠(yuǎn)一些。
4.4有其它貨車時(shí)，需要等待前一輛貨車完成稱重（最遲前車的前輪到達(dá)秤臺(tái)下沿）才打開(kāi)入口欄桿以實(shí)現(xiàn)二車一桿稱重。
4.5對(duì)無(wú) ETC 通行卡車輛，入口欄桿不打開(kāi)，但對(duì)強(qiáng)行闖入的車輛，稱重系統(tǒng)按貨車處理。
4.6為確保不停車收費(fèi)，必須保證車輛到收費(fèi)亭前稱重?cái)?shù)據(jù)已上傳收費(fèi)計(jì)算機(jī)，有些廠家簡(jiǎn)單加快數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)間解決這個(gè)問(wèn)題，這并不可取（客車除外）。因?yàn)檫@意味著沒(méi)有充分利用秤臺(tái)的有效長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)最高準(zhǔn)確度。正確的做法是適當(dāng)加大前置式秤臺(tái)的前置量，當(dāng)然這會(huì)延長(zhǎng)島頭長(zhǎng)度。若由于環(huán)境限制無(wú)法進(jìn)一步延長(zhǎng)島頭時(shí)，縮短秤臺(tái)長(zhǎng)度其效果也優(yōu)于人為提前發(fā)送數(shù)據(jù)。需要設(shè)計(jì)合理的入口電動(dòng)欄桿控制邏輯實(shí)現(xiàn)稱重精度和通行效率的高度統(tǒng)一。
4.7 必須確保軸型的 100%準(zhǔn)確。人工收費(fèi)時(shí)發(fā)生軸型錯(cuò)誤造成計(jì)量誤差可以通過(guò)復(fù)秤修正，ETC 無(wú)法人工修正，因此數(shù)軸效果必須 100%可靠。
5.結(jié)語(yǔ)
本文將整車式動(dòng)態(tài)稱重方法應(yīng)用于 ETC 不停車收費(fèi)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了整車式稱重與 ETC 集成的方案。系統(tǒng)將集成方案分成三個(gè)模塊，探討了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中重點(diǎn)可能出現(xiàn)的客車和貨車混合過(guò)程中車輛的識(shí)別問(wèn)題提出了技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施中可能的問(wèn)題進(jìn)行了歸納并提出解決辦法。基于整車式 ETC 動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)，對(duì)提高貨車通行效率和提升貨車重量的計(jì)量精度方面有較高的推廣價(jià)值

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