基于动态称重的货车ETC系统研究

1 引言

随着国民经济的迅速发展，我国的交通事业也取得了巨大的进步，公路里程在不断增加，截至2012年底，全国高速公路的通车总里程达9.62万公里，居世界第二。与此同时，货车数量和载货量也逐年递增，高速公路收费站经常引发车辆拥塞，已成为高速公路的通行瓶颈。在这种情况下，如何提高货车的通行速度对于公路建设者来说是一个新的任务和挑战。

计重收费作为遏制超限超载的一种手段，自2000年至今，已在国内几乎所有省份进行了应用，取得了较大的成就，但仍然存在一定的问题，其中最主要的问题在于进一步加剧了收费站拥堵，降低了高速公路的服务水平。

电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC）[1]是一种先进的道路收费系统，其优势在于迅速完成收费，可提高收费的效率和准确性。

要实现货车不停车收费，提高通行效率，最有效的办法就是把货车动态称重[2]和ETC相结合，达到快速通行的效果。

2 基于动态称重的货车ETC系统设计

本文借鉴两站式收费模式[3]特点，从宏观角度出发，全方位分析基于动态称重的货车ETC系统功能，建立了包括弯板式动态称重单元、车道控制单元、车载设备、路侧设备和其它辅助设备在内的系统模型，如图1所示。

整套系统设置于MTC车道前端，邻侧为ETC车道，其功能在于：（1）通过入口处的显示屏1对货车预检进行提醒；（2）由动态称重单元即WIM区获取货车总重、速度、轴重等特征参数，为车道控制单元提供处理依据；（3）显示屏2可以显示当前货车信息，并诱导货车从电动栏杆1处进入ETC车道或从电动栏杆2进入卸货区；（4）设置于龙门架上的RFID读写器可以读取识别前方已进入车道的货车，并将货车经过WIM区的合法信息写入货车车载设备，以备货车进入ETC车道后的自动不停车收费处理；（5）车道控制单元判断出合法车辆通过时，将控制电动栏杆1抬起使货车进入ETC车道；当车道控制单元判断出非法甚至违章车辆正在通过时，它将控制路边摄像机进行抓拍。

3 动态称重技术

本文设计的动态称重单元主要由弯板式传感器、信号调理模块及智能称重仪器三部分组成。

弯板式传感器具有寿命高、安装方便、可靠性高、稳定性好的优点，因此，本文将无特制秤台基础的弯板式传感器作为货车动态称重单元的核心器件，用于检测货车重量输入信号。

信号调理模块用于将传感器信号转换为有效的电平信号，以及对电平信号进行放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护等功能，使电平信号符合后端仪器采集卡的阻抗匹配要求。

智能称重仪器是动态称重单元的控制中心，主要负责控制原始车辆数据的采集、实时处理以及发送处理后的车辆特征数据。在实时处理数据过程中，本文充分利用积分理论获取货车重量数据，基本算法如下式（1）所示。

W=K*I*V （1）

式（1）中：W为重量，K为传感器重量系数；I为波形积分，V为车辆速度。

4 专用短程通信技术

在基于动态称重的货车ETC系统中，货车装载的车载单元与车道控制器之间依靠专用短程通信技术（Dedicated Short-Range Communications， DSRC）来完成。我国ETC选择5.8GHz频段作为DSRC标准。目前，我国最新发布的可用于ETC服务的相关标准为：GB/T 28420——2012 OBE-SAM数据格式和技术要求；GB/T 28421——2012基于专用短程通信的电子收费交易；GB/T 28422——2012关键信息编码；GB/T 28423——2012路侧单元与车道控制器接口。本文系统根据以上最新发布标准，研究了货车识别与货车信息读写的事务处理流程，使系统能够兼容现有实际应用中的ETC设备。另外，该事务处理流程采用射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）技术，相比于红外线扫描、CCD摄像、激光扫描等自动识别技术，射频识别具有非接触，读取方便快捷，保密性好，抗干扰性强，可识别高速运动物体等优点。本系统采用的RFID射频识别过程涵盖车载电子标签、读写器以及车道控制器。

5 结语

本文将弯板式动态称重与ETC相结合，设计了基于动态称重的货车ETC系统，采用动态称重单元前置的车道布置方案，利用弯板式传感器作为称重单元，能够有效提前获取货车重量信息。采用射频识别技术，对货车正确识别与信息读写。基于动态称重的货车ETC系统能够减少货车超限超载行驶危害，提高货车的通行能力，具有广阔的应用前景。