高速公路省界收費站取消后ETC門架系統(tǒng)設計研究

付磊

（天津高速公路集團有限公司，天津300400）

1 引言

高速公路發(fā)展歷程中，取消省界收費站在國內各省市相繼推行，此發(fā)展形勢帶來機遇與挑戰(zhàn)并存的局面。在此環(huán)境中，創(chuàng)建高度成熟的網絡安全體系具有顯著的現實意義，可以為高速公路的發(fā)展以及快捷支付方式的推廣奠定良好條件，為百姓提供高效的出行服務。

2 ETC門架系統(tǒng)

ETC門架系統(tǒng)是高速公路中的重要組成，主要設于互通樞紐匝道處，或是沿線的各收費站匝道處，所在建設位置遠離周邊城鎮(zhèn)，要求該系統(tǒng)具備穩(wěn)定運行的能力，對建設技術提出較高的要求。圖1為ETC門架布局示意圖。

圖1 非省界ETC門架系統(tǒng)布局

方案一：選擇臨近建設區(qū)域的收費站，于該處敷設2根規(guī)格一致的通信光纜，并將其延伸至ETC門架處，從而構成集ETC門架上行、下行以及既有收費站于一體的閉合環(huán)路，提供渠道以便高效完成通信數據傳輸。ETC門架系統(tǒng)具有獨立運行的特點，無論原通信數據傳輸系統(tǒng)運行狀況如何，其始終不會受到影響，數據傳輸可維持穩(wěn)定狀態(tài)。但存在遠距離管材敷設作業(yè)的情況，期間易受到外界因素的影響，導致施工周期延長，成本增加。

方案二：借助既有的主干通信光纜，確定合適的ETC門架設置區(qū)域，于該處敷設通信光纜，使其能夠與高速公路既有的通信系統(tǒng)接續(xù)井連接，發(fā)揮出主干通信光纜的優(yōu)勢，將數據傳輸至收費站。為確保接收實時性與準確性，在收費站處配置了4G路由器。此方案的特點在于原有建設資源得到充分的利用，施工工期縮短，所需成本相對較低。但不足之處在于易受到主干通信光纜的影響，對運維管理提出較高的要求。

兼顧數據傳輸、建設成本等方面的要求，融合了上述2種方案的優(yōu)點，構成全新的主備雙鏈路通信組網架構，集多重優(yōu)勢于一體。

3 設計原則

基于上述分析，確定以下3方面設計原則：

1）出入口匝道處存在極為明顯的交通流量變化現象，ETC門架的設置可選擇在匝道前方特定距離的位置。對于省界ETC門架建設工作，需要兼顧相鄰兩省的高速公路運營狀況，各自均要配置上下行ETC門架系統(tǒng)，可選擇在臨近分界線的互通立交處。

2）ETC門架所處位置應在直線段，確保建設區(qū)域前方的直線距離≥50m，且周邊不存在遮擋設施。以維持ETC門架正常使用為基本目標，在此基礎上合理調整布設位置，使其在電力供應、安裝作業(yè)、數據通信等方面都要具有更便捷的條件，且盡可能臨近收費站房。

3）ETC門架的設置要遠離交通擁堵路段，保證車牌圖像識別具有較高的準確率。對于供電距離超3km的情況，此時以升降壓設備供電的方式較為合適；對于供電距離未超過3km的情況，可采取直接供電方式。

4 ETC門架系統(tǒng)建設方案

4.1 主用鏈路建設方案

主用鏈路的建設應充分涵蓋“新敷設光纜-ETC門架-原有通信光纜-收費站”四大要素，彼此串聯(lián)從而形成以太網環(huán)網，借助RSTP協(xié)議達到高效率、高精度切換保護的效果。除了ETC門架建設選址外，還需考慮到供電系統(tǒng)方案的選擇問題，此處提出2種較詳細的建設方案。

1）ETC門架系統(tǒng)設于臨近既有收費站的位置，通信方式采取的是從收費站敷設光纜的方式，使其延伸至門架處，并于該處設置標準機柜，將源自收費站的光纜進一步接入主干光纜接續(xù)井，構成環(huán)路后，可以將數據及時傳輸給收費站。

2）ETC門架系統(tǒng)建設在臨近服務區(qū)周邊的位置，設置標準機柜【1】，在該處敷設新光纜，并將其有效接入與之間距最小的主干光纜接續(xù)井，完成熔接作業(yè)，由此構成完整的環(huán)路，此方式依然可實現數據向收費站的高效傳輸。

4.2 備用鏈路建設方案

在原有收費站端的基礎上增設4G路由器，創(chuàng)建備用鏈路（運營商的專線網絡），使其能夠有效連接ETC門架系統(tǒng)和收費站系統(tǒng)，在此條件下實現對共同通信傳輸鏈路的冗余備份處理，其作用在于維持數據傳輸的穩(wěn)定性。此外，機電設備是ETC門架系統(tǒng)的重要組成部分，其主要包含了收費網和視頻監(jiān)控網，各自所選擇的專用網絡存在差異，且采取的信息安全防護等級也有特殊之處，此時對各自分別配備相適應的物理設備，從而實現獨立的傳輸作業(yè)【2】。

5 特殊點位設計方案

在具體建設過程中，需要注意以下設計要點：

1）發(fā)揮ETC門架基礎的作用，對已建成的ETC門架鋼結構采取優(yōu)化措施，除了為ETC門架系統(tǒng)配套設備的安裝提供支持外，還需滿足交通安全標識牌的要求。根據室外一體化機柜的特點，對其采取設計方案優(yōu)化作業(yè)，靈活調整柜內設備的安裝位置，使其設于就近的收費站房內，此時的布設方案為前端配置小型機箱，安裝以太網交換機等相關設備，采取的是光纖傳輸機制，發(fā)揮出站內機房柜的控制作用，以便前端設備可正常運行。

2）以寧靜樞紐為節(jié)點，第1方向經過該處后通往高速服務區(qū)，第2方向經過該處后則通往未來科技城，沿線均采取的是單匝道的方式，共配置2處門架，目的在于分別收取各方向的費用，并提高交易效率，保證成功率。

3）部分匝道站存在連接線偏長的情況，可將其作為收費站而使用，提供ETC門架扣費功能，打破了原方案中ETC門架系統(tǒng)過于獨立的局面，以達到收費數據高效接收與轉發(fā)的效果。部分收費站所采取的費率具有差異性，此時在一個收費站設置省界ETC門架系統(tǒng)，另一收費站則采取車道計費的方式。

4）鑒于天津市通行介質大范圍丟失的情況，充分考慮現行的設計原則，提出了如下幾點解決方法：增設車載單元（OBU）的同時還采取后臺記賬方式，彼此配合之下實現對ETC車輛的自動扣費處理，改變了ETC車輛交易方式，使其朝單片式OBU應用轉變。選擇的是5.8GHz復合通行卡，將其作為重要的通行介質，面向的是MTC車輛，遵循的是“分段計費、出口收費”的原則；此外，ETC車輛均對應有特定的ETC賬戶，其綁定車主的實名制銀行卡，實現自動扣費。

5）現階段，天津市高速公路建設領域存在貨車認定標準模糊的局面，針對此問題，需要以車型、路徑和里程為依據，確定相應的收費額度。具體而言，當車輛駛入高速公路后，首先將會經過入口，于該處領取通行卡（包含了詳盡的行駛特征信息），當駛離高速公路時，在出口處將通行卡交回，由此得到車輛在過去時段內的行駛里程數量，并根據車輛的基本信息（車型或計重），按照現行標準確定需支付的通行費用。高速公路中的部分路段較為特殊，即采取的是開放式收費制式，此時則要以車型或車重為基本依據進行收費，做到獨立拆賬，支付相應的通行費。整個運行過程中，ETC車輛要具有較高的交易成功率，同時還要具備準確獲取通行信息的能力，這是正常收取通行費用的必要前提【3】。立足于天津市高速公路發(fā)展狀況，針對ETC收費方式同時采取了多種保障措施，盡可能避免通行費流失現象。對于MTC車輛，采取的是以5.8GHz復合通行卡為基礎，輔以車輛圖像識別的綜合型收費模式，通行介質選擇的是CPC卡，捕捉車輛的基礎信息，經過分段計費后在出口收費。對于CPC卡的內容，其必須包含計費車型信息，車輛駛離高速時在出口處核對。

6 結語

高速公路建設大環(huán)境下，取消省界收費站將為ETC的發(fā)展奠定良好條件，此進程中涉及大規(guī)模的ETC門架系統(tǒng)建設工作，ETC門架及其配套的附屬裝置則是發(fā)展智慧公路的重要基礎設施。對此，需要充分抓住取消省際收費站所創(chuàng)造的寶貴契機，加大力度做好車路協(xié)同的研發(fā)工作，以期在較短的時間內實現換道超車，提高高速公路通行服務水平。