港珠澳大橋收費系統的研究與應用

晁月強

摘 要 電子不停車收費（ETC）系統利用無線通信技術進行數據通信，香港與大陸、澳門的系統所使用的無線頻段不同，因此港珠澳大橋收費系統需實現兩種體系下的不停車收費系統兼容于同一車道。本文完成了兼容粵港兩地ETC天線的車道布局方案及應用軟件流程處理方案，并且解決了重復扣費、跟車干擾與鄰道干擾等問題。該方案已在港珠澳大橋上成功應用，為相同通道兼容不同體系的電子收費系統開創了先例。

關鍵詞 港珠澳大橋;鄰道干擾;ETC;兼容;跟車干擾

引言

電子不停車收費系統是中國正在普及的用于道路、橋梁和隧道的快速通行收費技術。ETC系統使用無線射頻（radio frequency identification）技術來實現通行車輛與車道通行控制機之間的通信。國際上，使用的通信頻段主要有5.8GHz、2.45GHz和915MHz這3種。從目前已有系統來看，5.8GHz主要應用于歐亞地區，915MHz在北美地區應用較多，而香港最新采用915MHz。

目前無兩種自動扣費方式于同一條車道兼容的案例，無法借鑒。通過本課題的研究，收費系統可以實現同一收費車道兼容香港和廣東自動收費標準的同時，也可解決鄰道干擾、跟車以及重復扣費等問題，并且兼容ETC與MTC的功能。該研究對我國ETC系統的理論、實踐創新均具有重要意義。

1收費系統的總體設計

一般，高速公路收費系統采用一套ETC交易天線，本課題為每根車道設置兼容香港和廣東自動收費標準，在一根車道上既設置國標天線（5.8GHz）又設置香港快易通天線（915MHz），香港和廣東ETC用戶均可通行，這樣就完成了車道兼容粵港兩地自動扣費天線的車道布局方案[1]。

1.1 方案選擇

每一個ETC車道設置香港快易通天線和國標天線，合理的設計布置兩套天線、光柵、檢測線圈與自動欄桿機的位置，是解決交易系統跟車干擾與重復扣費的關鍵所在。在單一標準體系下，ETC交易兩個車輛的車輛跟隨情況為4種，如表1所示。

單個車道，兩種體系下，如果出現區域重合，那么兩車的跟隨情況組合將變為16種。為了實現兼容粵港兩地不同ETC收費模式，設計兩種車道布局方案進行對比：

（1）香港快易通天線與國標天線單獨安裝，香港快易通在前，國標天線在后，兩種自動收費天線的交易區域從物理上完全隔絕。

（2）香港快易通天線與國標天線同址（共桿安裝），使得兩種天線的交易區域重疊。

通過光柵技術進行ETC交易事務觸發和車輛分別，縮短了信號延時，能夠直接彌補方案一的劣勢，因此該課題采用方案一。

1.2 方案內容

每個車道設置5套光柵，5套線圈，線圈一所在的光柵系統，可以用于倒車識別，觸發快易通天線系統交易;線圈二所在的光柵系統，可以用于倒車識別，并觸發國標天線系統交易;國標系統天線與快易通系統天線分別安裝在兩根柱子上，這樣實現了兩個系統交易區完全隔離分開，第一個交易區設置在線圈一與線圈二之間，設置為快易通系統天線交易區域;第二個交易區設置在線圈二與線圈三之間，設置為國標天線交易區域;線圈三截止國標天線的交易;在第一個線圈處設置車牌識別攝像機，一旦車輛進入了交易識別區，就可以對車輛牌號進行識別，上傳至收費亭的計算機內，為每一輛車綁定車牌。車道布局圖如下圖1所示。

任一車道都具有MTC和ETC收費功能，運營時可以依據具體的業務操作需要靈活地設置為MTC車道或ETC車道。

如果車道足夠長，那就可以將國標系統天線的交易區與快易通系統天線的交易區完全隔離分開，使得兩種體系下的收費交易業務均可以獨立進行，在各自系統交易區內，車輛跟隨情況依舊保持有4種，這樣將有利于降低車輛跟隨問題的復雜度[2]。

2收費系統的技術難點與解決方案

傳統體系下ETC業務交易的主要難點是鄰道干擾問題以及車輛跟隨干擾問題，在同一車道上兼容兩種或者多種不同體系的ETC業務系統，上述問題將更加復雜。

2.1 跟車干擾解決方案

車輛跟隨分為兩種，一種為非法后車跟隨干擾，即前車正常，后車非法通行，非法的后車跟隨干擾可以通過車道光柵的車輛識別技術解決。本方案重點解決非法前跟車干擾。

非法前車跟隨干擾，即前面的車是非法通行，后車正常通行，交易發生在后車上，導致非法的前車通過。解決非法的前車跟隨干擾問題的主要思路與方法如下。

（1）兩種標準下的ETC交易區徹底隔離分開，各個交易區解決各自的車輛跟隨干擾問題;

（2）準確及時判斷前車是非法跟隨車輛。

2.2 關于相鄰車道之間的干擾問題

相鄰車道之間的干擾問題指的是多條平行的ETC車道，在進行ETC交易時車道控制機讀到了其他車道的交易信息，造成交易錯誤。相鄰車道之間的干擾問題主要解決方案如下。

（1）硬件解決方案。國標系統天線可以通過把交易區域設置得更加精細解決此問題，快易通系統天線可以通過設置車道之間的電磁屏蔽網解決。

（2）軟件解決方案。通過光柵觸發交易，交易結束后就將天線關閉，不同車道的天線工作時間互相錯開，這樣可以降低相鄰車道出現互相干擾的概率[3]。

3結束語

本課題提出的一種車道布局方案，將不同體系的交易區在物理上徹底隔離分開，使得交易系統可以各自獨立運行，有利于降低了交易系統軟件處理的復雜程度。通過精細設置的光柵與車輛設別技術可以解決車輛跟隨干擾問題，利用天線系統分區技術解決相鄰車道干擾問題。本課題對不同體系的ETC收費系統應用于相同收費車道的工程項目具有一定的借鑒參考意義。

參考文獻

[1] 馬廣青. 高速公路ETC收費系統運營管理模式與目標實施淺淡[J]. 黑龍江交通科技，2006，（12）：128-129.

[2] 李媛媛，馬春香，尹忠才，等. 一種用于ETC收費系統的信息發送裝置及系統[P]. 中國：CN207020730U，2018.

[3] 張勇，周躍華，趙蕊. 高速公路電子不停車收費系統（ETC）節能分析探討[J]. 交通節能與環保，2011，（3）：40-45，54.