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整車式汽車衡ETC稱重技術方案研究

傳統的汽車衡每次只能計量一輛車，會嚴重影響收費站的通行效率，因此既能保證必要的計量精度，又不影響通行效率的貨車不停車計重收費是一個重要的研究課題。本文探討了貨車整車式 ETC 稱重在高速公路計重收費的可行性，提出了系統的架構模塊和技術實現的方法。
1.引言
計重收費作為遏制超限超載的一種手段，自2000 年至今，已在國內幾乎所有省份進行了應用，取得了較大的成就，但仍然存在一定的問題，其中最主要的問題在于進一步加劇了收費站擁堵，降低了高速公路的服務水平。
電子不停車收費系統（Electronic Toll Collection,簡稱 ETC）是一種先進的道路收費系統，其優勢在于迅速完成收費，可提高收費的效率和準確性。要實現貨車不停車收費，提高通行效率，最有效的辦法就是把貨車動態稱重和 ETC 相結合，達到快速通行的效果。
整車稱重能從根本上提高計量的準確度，杜絕作弊行駛行為的發生，但是傳統的地磅每次只能計量一輛車，會嚴重影響收費站的通行效率，因此既能保證必要的計量精度，又不影響通行效率的可連續跟車整車式動態地磅適合我國的計重收費系統。
貨車 ETC 計重收費系統基于整車式計重收費，具有通行效率高、稱量精度高、能準確檢測車輛軸重及軸數、軸組等特點。
2.系統組成

如圖 1 所示，貨車 ETC 計重稱重系統由整車式秤臺、稱重及車輛識別控制模塊（稱重控制器、輪胎識別器、車輛分離器）信息交換模塊（入口及出口欄桿機、車輛預讀天線、交易天線、費額顯示器）等組成。
2.1整車式秤臺
特殊設計的秤臺，軸組式秤臺長度一般為21m，寬度適合車道，含附加的車軸識別裝置。在秤臺兩端安裝帶方向識別的數軸器。這種結構的優點是方向判別由硬件實現，又保留了傳統的軟件方向識別，大大減少了由此引起的丟軸、不傳數據或較大誤差的可能性。臺面采用翼式防滑結構，斷續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自動向中心而不是邊緣滑動。在斷續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。
2.2稱重及車輛識別控制模塊
這是系統的大腦部分，由多個微處理器協同完成，負責處理秤臺、輪軸識別器、車輛分離器的信息，向計算機發送稱重數據，給控制計算機發送電動欄桿控制信號。輪軸識別器用于識別通過的車輛軸型，是否配置由系統需求決定。車輛分離器用于提示當前車輛是否已完全上秤臺，通常使用紅外線光幕，也可用地感線圈或類似設備。
2.3信息交換模塊
信息交換模塊包含稱重費額顯示器、車輛頂預讀天線、入口欄桿機和交易天線等組成。稱重費額顯示器接受車道控制機的控制，顯示計重車輛的車型、費軸型和車型。額、總軸重、超限重和余額等。車輛預讀天線用于讀取車輛信息，判別客車與貨車類型。
入口欄桿機確保貨車稱重時達到最高精度，客車或客貨混合時達到最大通行能力。稱重儀表通過交易天線傳送重量計算相應的通行費，從車輛通行卡賬戶中扣除。
3.檢測流程
3.1檢測車輛為客車時
如圖 2 所示，當車輛預讀天線檢測到通過車輛為客車時，若秤臺上無貨車，則前置欄桿抬起，車輛連續通過。若秤臺上有貨車，則待貨車完成稱重后，欄桿抬起，客車進入。
3.2檢測車輛為貨車時

如圖 3 所示，當車輛預讀天線檢測到通過車輛為貨車時，若秤臺上無其他貨車，則前置欄桿抬起，車輛直接駛入。若秤臺上有其他貨車，則待該貨車完成稱重后，欄桿抬起車輛駛入。
以上流程中，除稱重結果需與車道計算機通信外，其余全部由稱重系統負責控制。
4.貨車 ETC 計重系統相比普通計重系統的特殊問題
4.1在普通計重收費系統中，為了實現最高的稱重準確度，采用了二車一桿模式，這在人工收費條件下達到了準確度與效率的良好統一，但
ETC 系統中，由于交易速度遠快于人工收費，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確稱重而客車無需準確稱重，為實現最大流量，對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，客車采用連續跟車模式。需要控制儀表在車輛上秤前確認客車 / 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 / 貨車發出相應的控制指令控制入口欄桿并調整入口欄桿的控制邏輯。
4.2對客車，只要有 ETC 通行卡立即開啟入口欄桿，并在車輛收尾后立即上傳重量數據，這個重量可能誤差稍大，也可設置為快下秤臺時發送數據，這可明顯提高稱重精度，但由于客車不計重收費，對計費不產生影響。
4.3對貨車，若秤臺上無其它貨車（允許有客車），立即開啟入口欄桿，并在其它車輛完全離開秤臺后再上傳稱重數據從而達到最高的準確度。最遲在車輛前輪接觸到秤臺下沿時完成稱重。為盡可能給交易天線留下交易時間，建議有條件時，秤臺安裝適當多前置一些距離，即離收費亭遠一些。
4.4有其它貨車時，需要等待前一輛貨車完成稱重（最遲前車的前輪到達秤臺下沿）才打開入口欄桿以實現二車一桿稱重。
4.5對無 ETC 通行卡車輛，入口欄桿不打開，但對強行闖入的車輛，稱重系統按貨車處理。
4.6為確保不停車收費，必須保證車輛到收費亭前稱重數據已上傳收費計算機，有些廠家簡單加快數據產生時間解決這個問題，這并不可取（客車除外）。因為這意味著沒有充分利用秤臺的有效長度實現最高準確度。正確的做法是適當加大前置式秤臺的前置量，當然這會延長島頭長度。若由于環境限制無法進一步延長島頭時，縮短秤臺長度其效果也優于人為提前發送數據。需要設計合理的入口電動欄桿控制邏輯實現稱重精度和通行效率的高度統一。
4.7 必須確保軸型的 100%準確。人工收費時發生軸型錯誤造成計量誤差可以通過復秤修正，ETC 無法人工修正，因此數軸效果必須 100%可靠。
5.結語
本文將整車式動態稱重方法應用于 ETC 不停車收費系統中，設計了整車式稱重與 ETC 集成的方案。系統將集成方案分成三個模塊，探討了系統實現過程中重點可能出現的客車和貨車混合過程中車輛的識別問題提出了技術實現方法，并對系統實施中可能的問題進行了歸納并提出解決辦法。基于整車式 ETC 動態稱重系統，對提高貨車通行效率和提升貨車重量的計量精度方面有較高的推廣價值

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