福建高速ETC车道建设方案优化探讨

作者：陈原（福建省高速公路集团有限公司宁德管理分公司）

摘要：本文以福建省高速公路取消省界收费站工程ETC车道建设项目为背景，阐述了如何降低邻道干扰、如何减少交易失败时的车辆处置时长、如何最大化利用现有ETC车道提高通行效率等问题及其解决办法，并针对以上问题探讨ETC车道建设的优化方案，为ETC车道建设提供参考。

2019年5月，国务院办公厅印发《深化收费公路制度改革取消高速公路省界收费站实施方案》（国办发〔2019〕23号），同年6月交通运输部印发《取消高速公路省界收费站工程建设方案》（交公路函〔2019〕387号）。按照国务院和交通运输部的统一部署和要求，福建省开展全省高速公路新增ETC车道的建设。项目建设过程中面临部分收费站车道数不足、ETC车道邻道建设出现的邻道干扰等问题，ETC车道本就存在车辆交易失败时倒车困难的问题，在此情况下，随着ETC用户数量的不断增多，这些问题愈发凸显，导致ETC车道拥堵排队的情况时有发生，使得ETC车道的规模扩大没有达到预想的效果，也间接地阻碍了发展更广泛的ETC用户。如何优化降低ETC车道邻道干扰、减少交易失败时的处置时长、最大化地利用现有ETC车道提高通行效率成为亟待解决的问题。

（一）邻道干扰现象

在ETC车道系统中，正常情况下，RSU与本车道上的OBU通信，完成交易并抬杆。当2个以上ETC车道RSU相邻设置时，RUS通讯区域出现重叠，一个或多个车载OBU单元进入重叠区域后，被两个RSU共同读取造成交易失败或者被邻道RUS读取而造成邻道交易的现象即为邻道干扰现象。

（二）邻道干扰产生原因

邻道干扰产生的原因主要为工程建设中RSU安装位置、角度与现场情况不符，RSU发射功率设置过大，相控阵RSU划定的通讯区域与现场实际情况不符，各品牌RSU和OBU产品一致性存在差异等都可能造成邻道干扰。

（三）降低邻道干扰方案优化

从产生邻道干扰的原因分析，降低邻道干扰的优化方案主要从以下3方面考虑。

1、减少相邻RSU通信的重叠区域

减少相邻RSU通信的重叠区域可通过更改RSU安装位置、角度，调整RSU发射功率，更换相控阵RSU，优化软件算法，车道间设置金属板隔离电磁波辐射等方式实现，以上方案工程建设中已大量采用。

2、虚拟整合ETC车道

将形成干扰的ETC车道全部虚拟整合并形成系统，系统由通过RSU判断车辆所处车道改为整合软件判断车辆所处车道，OBU只要与任一RSU完成交易即可，使得邻道干扰问题不再影响车道过车。

（1）系统组成

包含4个部分：原有ETC车道系统硬件系统、广角高清车牌识别系统、ETC车道虚拟整合软件、原ETC车道系统软件升级。

（2）系统功能

①高清广角牌识系统

以3个ETC车道举例，高清广角牌识系统架设于中间车道天线处，牌识区域位于3个车道RSU覆盖区域前方，在视频图像中标记出3个车道的虚拟线圈，当车辆进入虚拟线圈时触发牌识系统识别车牌及车辆所在车道号信息并上传至虚拟整合ETC车道软件。广角高清车牌识别系统布设，如图1所示。

图1 高清广角车牌识别摄像机布设示意（3个ETC车道为例）

②原ETC车道软件升级

原ETC车道软件升级后具备虚拟整合运行模式和独立运行模式，虚拟整合运行模式下OBU的交易依然由原ETC车道软件完成，ETC车道软件将本车道交易信息（包含OBU车牌信息）、外设状态（包含地感线圈状态）等实时上传ETC车道虚拟整合软件，并接受ETC车道虚拟整合软件的统一控制；独立运行模式即为现有的ETC车道运行模式。

③虚拟整合ETC车道软件

虚拟整合ETC车道软件接收原ETC车道软件上传的成功交易信息（包含OBU车牌信息）、车道地感线圈状态、高清广角牌识系统识别的车牌信息、车辆所在车道号信息等，通过比对交易成功的OBU车牌和高清广角牌识系统识别的车牌，结合各车道地感线圈状态和高清广角牌识系统上传车辆所在车道号信息，最终确认车辆所处的车道，下发控制信息控制对应车道栏杆机抬起，车辆通过，完成交易。如车牌比对失败则控制交易成功RSU所在的ETC车道栏杆机抬杠，车辆通过，完成交易。虚拟整合ETC车道软件交易信息中补充广角牌识系统识别的图片和车辆通过的车道信息生成最终交易流水。系统工作流程图，如图2所示。

图2 虚拟整合ETC车道工程流程图

（3）系统优势

通过虚拟整合软件，将所有ETC车道整合为一个虚拟车道，OBU与任一RSU都可交易，虚拟整合软件通过逻辑判断出交易成功车辆OBU所处的车道后抬杠放行，可有效地避免ETC车道邻道干扰问题，同时原ETC车道软件升级后具备虚拟整合运行模式和独立运行模式，当虚拟整合运行模式出问题时可立即切换为独立运行模式，最大程度地确保ETC车道的运行平稳。

（一）交易失败现象

在ETC 车道系统中，正常情况下，RSU与本车道上的OBU通信，完成交易并抬杆。当RSU、OBU或者IC卡现异常时，通常会出现交易失败的情况，栏杆无法抬杠，车辆无法通过车道。

（二）交易失败的常规处置

ETC车道在遇到车辆交易失败时无法进行处置，需车辆倒出ETC车道转入人工车道处置，当ETC车道通行车辆数较多时，交易失败车辆倒车需人工引导、多车配合才能转人工处置。

1、系统组成

收费站ETC车道隔道设置，2#、6#为ETC车道，4#、8#、10#为ETC/MTC混合车道，其中2#、6#设置了转向通道可进入4#，转向通道处设置栏杆机，4#作为ETC车道交易失败车辆快速处置车道，如图3所示。

图3 交易失败车辆处置方案简图

2、系统功能

正常情况下ETC车辆快速通过ETC车道，如图4红色箭头所示。当车辆通过ETC车道交易失败时费显提示“交易失败，请走人工车道”，同时联动控制相应转向通道处栏杆机抬杠，引导车辆道直接转入ETC/MTC混合车道进行人工处置，如图4绿色箭头所示。

图4 ETC车道及ETC/MTC车道过车示意图

3、系统优势

随着ETC用户数的不断增多，单个ETC车道的过车数量也随之增加，ETC车辆交易失败问题极易造成ETC车道拥堵，传统的处置方案在车流量大的情况下需人工引导与多车配合才能将车辆倒出ETC车道转人工处置，既费时又不安全。本方案既避免了ETC车道RSU邻道设置导致邻道干扰的问题，又能快速引导ETC交易失败车辆进入ETC/MTC混合车道进行处置，可大大减少交易失败车辆的处置时长，提高ETC车道的通行效率。

随着ETC车辆的增多，单个ETC车道的通行数量也越来越多，但部分收费站受到广场条件限制无法增加ETC车道，为最大限度提高ETC车道的通行速度，可考虑在匝道设置预交易系统。

（一）系统组成

匝道预交易系统包括匝道预交易硬件系统（RSU和车牌识别）、匝道预交易软件系统、原收费车道系统升级3个部分。

（二）技术方案

1、匝道预交易硬件系统（RSU和车牌识别）

在匝道合适位置设置RSU和牌识系统，匝道RSU设置应考虑匝道弯度和宽度，可采用门架安装或侧装方式，对于宽度较小的匝道，从经济性、维护性、天线交易覆盖区域等方面考虑，结合福建省原慢速ETC车道的施工经验，建议采用侧装方式，如图5所示。安装位置应确保RSU交易区的足够覆盖匝道，同时应远离主线。

图5 侧装RSU示意

侧装立柱如图RSU和车牌识别布设参考如图6所示。

图6 匝道RSU和车牌识别布设示意图

2、匝道预交易软件系统

控制匝道RSU对进入匝道可交易的OBU车辆进行预交易，获取牌识系统上传的车牌信息，将预交易信息写入OBU，后台生成预交易流水信息（包括正常交易和异常交易），并将预交易流水广播至收费广场车道，系统工作流程图如图7所示。

图7 匝道预交易系统工作流程图

3、原收费车道升级

对原ETC车道、ETC/MTC混合车道进行升级，在车道RSU获取到OBU的信息后，检查系统内是否有该OUB的预交易正常流水，有则写入确认码并抬杠放行，同时将预交易正常流水形成最终流水数据上传站级服务器；如系统内OBU的预交易流水异常则按照普通模式进行交易，生成最终交易流水数据上传站级服务器，系统工作流程图如图8所示。

图8 收费广场车道过车流程图

4、注意事项

由于匝道预交易RSU的安装位置较为特殊，实际使用过程中可能存在反向误刷的情况，建议匝道预交易系统中设定特殊交易逻辑，即设定一定的时间阈值，在阈值范围内出口匝道预交易系统不对本站入口的车辆OBU进行交易、入口匝道预交易系统不对本站出口的车辆OBU进行交易。

（三）系统优势

在广场资源受限且匝道具备施工条件的收费站可以选用匝道预交易系统，本方案在匝道处提前完成了车辆OBU的交易，收费广场车道仅需确认即可快速通行，有效提高了收费广场的总体通行效率。同时匝道预交易系统与收费广场ETC车道系统形成互备效果，提高了ETC系统的冗余能力，也间接地提高了OUB的交易成功率。

目前，车载OBU设备仅被动接收RSU指令，自身无法与车主形成互动，导致OUB设备、IC卡的异常状态无法及时送达车主，一定程度上造成了部分车主ETC通行体验不佳。未来，OBU设备将朝着智能化的方向发展，在满足ETC通行的基础上，具备移动通信能力，具有语音交互、紧急求助、云信息服务等功能，满足广大车主的信息需求，提升高速公路ETC通行体验。

本文以福建高速新增ETC车道建设项目的现状为切入点，针对如何降低ETC车道邻道干扰方案、减少交易失败时的处置时长、最大化地利用现有ETC车道提高通行效率等问题进行分析探讨，并优化其解决方案。未来，在ETC用户全面覆盖、RSU和OBU设备智能化、ETC自由流建设方案不断优化、国家法制和信用体系的不断完善的前提下，ETC车主将会在高速公路上享受到更加快捷、高效的通行体验。

（原文刊载于2020年第5期《中国交通信息化》）