黔西南州興義環城高速公路收費設施施工圖設計分析

貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081

貴州省黔西南州興義環城高速公路（以下簡稱興義環線）于2017年11月完成交通工程初步設計階段正式稿圖紙。2019年3月，根據主體部門提供的路線總體資料開始進行收費設施施工圖設計階段的相關工作，項目于2020年12月28日正式通車。

該項目收費設施管理體制分為四級，分別為省收費結算中心、興義區域收費中心、豐都路段收費分中心及該路段所轄收費站。

1 收費站點及車道數設置情況

興義環線施工圖設計階段各收費站收費車道數與初步設計階段車道數規模相同。車道數計算主要依據如下：（1）結合《貴州省高速公路服務區收費站建設及改造規劃》與項目工程中2039年預測交通量綜合計算收費車道數；（2）車道數計算時入口服務時間按8s取值，出口服務時間按20s取值，同時出口車道按計重收費要求設置，并做適當調整。具體站點布設和車道數布置如表1所示。

表1 站點布設和車道布置圖

2 收費系統構成

收費系統主要由收費計算機系統、收費車道系統、收費閉路電視監控系統、站內對講系統、緊急報警系統、供配電系統、聯網收費應急備用通信鏈路系統、入口治超系統以及多義性路徑識別系統等部分構成。

2.1 站級收費計算機系統

收費站計算機系統通過站內以太網交換機和廣場以太網交換機組建成一個星型+總線型結構的局域網。該網絡以站內以太網交換機為核心交換機，向上通過通信系統提供的10/100M網口與路段收費分中心交換機連接，組成路段局域網。站內計算機設備接至站內三層數據以太網交換機，車道控制機接至廣場三層數據以太網交換機。

2.2 收費車道系統

人工收費車道系統主要由車道控制機、收費員終端、非接觸式IC卡讀寫器、車輛檢測器及車輛檢測線圈、車道通行信號燈、車道攝像機/車牌識別攝像機、自動欄桿、亭內攝像機、雨棚信號燈、霧燈、對講分機、聲光報警器、手動欄桿、報警開關、費額顯示器、票據打印機和計重系統組成。項目于收費站ETC入口車道旁的MTC收費車道安裝一臺自動發卡機。

ETC收費車道系統主要由車道控制器、RSU、高清車牌圖像識別設備、自動欄桿信息顯示屏、雨棚信號燈、車道信號燈、車輛檢測器、車道攝像機等組成。

2.3 收費閉路電視系統

在收費系統中，閉路電視系統對收費車道使用率、通過車輛的類型、計重收費情況、收費員的工作情況等都能進行直接觀察和記錄，確保收費車道的順利運行；能對通行車輛的繳費和收費員的收費行為進行有效的監督，以防道路使用者和收費人員的違規行為；能及時發現收費過程中的突發事件，包括違章車輛事件、收費員與司乘人產生摩擦事件等，為交通管理人員處理此類事件提供各種依據。

（1）監視模式：各收費站設置完備的監控設備，設專門的監控人員，配置專用圖像管理工作站1臺及22寸LCD監視器1臺。

（2）監視規模:為了實時、全面地監督和管理收費工具，項目采用入、出口收費車道監視+入、出口收費亭監視+入、出口收費亭監聽+收費廣場監控+財務室（金庫）監視+收費機房監控+收費站場區監控的監視規模。

收費站各路圖像均在站內IP-SAN存儲，一路圖像傳輸速率按5Mbp/s計算，每路圖像一個月的存儲容量為1.55TB。

2.4 對講系統

對講系統由通信系統設置的軟交換設備實現對講功能，收費站對講主機和收費亭對講分機則由收費系統提供。對講電話采用模擬電話，并通過收費站機房設置的語音網關設備實現軟交換。收費站對講主機采用帶電話錄音的按鍵電話，可實現全呼、組呼、單呼等對講功能。收費亭對講分機采用普通按鍵電話，僅供收費員與站值班員之間通話，各收費亭間不能相互通話。站內對講主機優先權高于省中心對講主機優先權。

2.5 緊急報警系統

緊急報警系統用于收費員在遇到緊急情況時向站值班員發出報警信號。該系統由亭內安全報警踏板、車道聲光報警器、車道工控機、廣場三層以太網交換機及站內三層以太網交換機組成。

2.6 供配電系統

收費站設備用電從電力進線室交流配電柜引出，各設備由UPS不間斷電源供電，UPS電源采用3臺在線式UPS分別對奇、偶數車道及站房供電。收費站配置1臺穩壓電源和3臺UPS。UPS供電系統的容量只包括收費系統主要設備用電量，不包括收費亭照明、收費天棚照明及收費亭空調。

2.7 聯網收費應急備用通信鏈路系統

根據交通運輸部《收費公路聯網收費技術要求》和外省經驗，為滿足貴州省內聯網收費結算、跨省ETC聯網、系統遠程應急維護等需求，應滿足貴州省高速公路聯網收費應急備份系統建設的相關要求，當骨干通信網斷網時，收費站能通過無線網絡與省聯網中心傳輸數據。該項目在各收費站機房配置智能路由設備、VPN網關、4G上網卡實現收費站與省聯網中心的無線網絡連接。收費站的VPN設備支持VPDN撥號及無線通信，在設備中配置主流營運商的上網卡，實現VPDN撥號，撥號的同時，VPN設備和省聯網中心的VPN核心平臺搭建IPsec VPN隧道，實現數據的安全傳輸。

2.8 收費站站前治超系統

治超車道均布設在收費站前連接線上。治超系統主要由計重系統、計算機系統、閉路電視監控系統、車型車牌識別系統及揚聲器系統構成。在貴州省治理超限超載監管平臺建立完成之前，該系統采用獨立運行模式，設計為監管平臺建立后聯網管理預留數據上傳路徑。

（1）計重系統。計重設備安裝在檢測車道，采用前置式，在車輛進入收費站前進行稱重，并將車輛的計重信息發送給邊道收費員。

（2）閉路電視系統。系統設置槍式車道攝像機1套，用于車輛圖像抓拍和車道監視，該圖像與數據疊加后經二層以太網交換機上傳超限檢測工作站。圖像由超限檢測工作站臨時保存。

（3）車型、車牌識別系統。車型、車牌識別系統由安裝于檢測車道上的高清攝像機組（集成處理單元）及補光燈構成。車型、車牌識別系統通過對車輛圖像的采集和處理，獲得車輛的數字化信息，從而獲取車輛的車型、車牌信息。

（4）入口治超系統供電。入口治超系統設備用電原則上由所在收費站供電系統引出，其中治超檢測控制機及治超車道設備用電由邊亭內的收費亭配電箱引出，采用收費UPS回路；檢測車道照明用電由廣場配電箱引出，采用房建提供的非UPS回路供電。

（5）管理模式。站前治超管理由收費站管理人員、路政、交警三方協同管理。項目建成初期需要在檢測車道附近配置專門管理人員負責引導貨運車輛進入檢測車道、監督超限貨運車輛在站前廣場掉頭、協調出口車輛減速避讓掉頭車輛等工作。對于拒不服從檢測結果的貨運車輛應交由路政交警依法處理，其違法超限的相關證據由收費站管理人員提供。

2.9 多義性路徑識別系統

根據相關路網規劃，該項目需要在豐都互通附近K18+600處設置1處多義性路徑識別系統。路徑識別系統采用車牌視頻抓拍方式。

多義性路徑識別系統通過結合收費站車牌識別系統的入口信息、出口信息，在車輛駛出高速公路時完成多義性路徑的精確檢測/識別，識別結果關聯車輛收費記錄；收費中心管理系統對多義性路徑精確識別的車輛通行費進行精確拆分，對小概率的無法識別的多義性路徑車輛采用該多義性路徑的歷史數據流量法進行通行費的拆分。

3 設計修正

該項目在2019年3月完成施工圖設計送審稿后，2019年6月根據《取消高速公路省界收費站總體技術方案》（交公路函〔2019〕320號）、《取消高速公路省界收費站工程建設方案》（交公路函〔2019〕387號）、《貴州省取消高速公路省界收費站工程建設方案》（黔交科技〔2019〕11號）及業主運營需求，對各收費站車道數、車型分類、ETC專用車道以及人工車道收費島設備布設方式進行調整（調整為ETC車道專用車道+ETC/MTC混合車道組合方式），增加主線ETC門架系統、收費系統網絡安全等級保護系統，在站前治超系統及出口混合車道增加3張圖片5s視頻抓拍設備、取消原設計中路徑識別系統。

3.1 調整收費站車道數

根據《省交通運輸廳關于優化調整高速公路收費站收費廣場和站房設計相關事宜的通知》（黔交科技〔2019〕121號）相關要求及業主營運要求，對原設計收費車道數進行了調整，調整后收費車道數規模如表2所示。

表2 調整后的站點布設和車道布置圖

興義西收費站車道數正式稿階段設計規模為5進6出，入口收費廣場與出口收費廣場分幅設置，由出口側收費機房設備統一管理。在后期設計變更中，根據項目辦相關要求，興義西收費站變更為現階段僅實施5條入口車道，出口車道保留原興義收費站6條出口收費車道，且出口車道由原興義收費站機房原有設備統一管理，且保留由汕昆高速路段分中心管理的模式。變更設計中新增的1套完整站級設備僅對此次新增的5條入口車道進行管理，由該項目興義環線豐都路段分中心統一進行管理。

3.2 調整車型分類

根據交通運輸部2019年5月30日發布的《收費公路車輛通行費車型分類》最新要求，車型分類如表3所示。同時于2020年1月1日起實行對貨車分類型收費，取消原貨車按重量收費的方式。

表3 車型分類表

3.3 調整ETC專用車道及ETC/MTC混合車道設備布設方式

根據《取消高速公路省界收費站總體技術方案》（交公路函〔2019〕320號）、《取消高速公路省界收費站工程建設方案》（交公路函〔2019〕387號）、《貴州省取消高速公路省界收費站工程建設方案》（黔交科技〔2019〕11號）的相關要求，對ETC專用車道和ETC/MTC混合車道布設進行調整。

（1）ETC入口/出口車道系統構成由車道控制器、RSU、高清車牌圖像識別設備、自動欄桿、報警設備、信息顯示屏、雨棚信號燈、車道信號燈、車輛檢測器、車道攝像機等組成，天線采用前置式。

（2）ETC/MTC混合入口/出口車道系統構成由車道控制器、RSU、高清車牌圖像識別設備、自動欄桿、報警設備、信息顯示屏、雨棚信號燈、車道信號燈、車輛檢測器、車道攝像機、收費員終端（顯示器、鍵盤）、非接觸式IC卡讀寫器、費額顯示器、計重設備等組成，天線采用后置式。

（3）其他設備。配置ETC便攜機，以便ETC車道交易失敗、系統故障等應急情況使用。

3.4 增加ETC門架系統

根據取消省界收費站相關文件要求，在完成收費車道設備升級改造的同時，需要在高速公路主線增設ETC門架系統，實現對所有車輛（包括ETC車輛和MTC車輛）的分段計費。ETC車輛通過車載單元（OBU）和后臺記賬形式自動完成扣費。MTC車輛采用5.8GHz復合通行卡（CPC卡）作為通行介質，實現“分段計費、出口收費”。該項目起、終點為均為樞紐互通，全線包括5座落地互通。根據《取消高速公路省界收費站工程建設方案》（交公路函〔2019〕387號）中ETC門架系統布設原則，該項目共設置6對ETC門架系統。ETC門架系統由車道控制器、RSU天線、高清攝像機、車牌圖像識別設備、網絡安全設備、補光燈、供電設備、北斗授時設備等構成，通過工業交換機、收費站三層交換機形成以太網環網保護，與站級服務器、業務管理工作站相連。

ETC門架系統設備主要按照以下方式進行布設：

（1）門架設置要求。在一個門架設施上同時架設高清車牌識別和5.8GHz DSRC識別天線設備。采用上下行分離式門架，兩個門架間距約為50m，門架跨度分為單向雙車道。

（2）RSU設置要求。為保證識別效果，在ETC門架上按車道數（含應急車道）每車道都安裝一主一備RSU天線，每臺RSU天線覆蓋一條車道區域，安裝位置處于車道中央正上方，天線發射面朝向來車方向。天線固定安裝在龍門架上，離地高度不小于6.5m。

（3）每個標識斷面（按行車方向劃分）配一臺天線控制器，一臺車道控制器，布設安裝在設備柜內部。

（4）高清車牌識別設備設置要求。為保證識別效果，避免并排過車導致的數據疊加問題，在迎車方向按車道數（含應急車道）每車道都安裝1臺300萬像素高清車牌識別設備，同時安裝1臺900萬像素高清車牌識別設備作為系統備份，自動識別通行車輛車頭的車牌顏色和車牌號碼，將識別結果（時間、站點、方向和車牌號等）和車輛圖像等信息形成圖像流水記錄表；在背向行車方向安裝1臺900萬像素高清車牌識別設備自動識別駛過門架車輛車尾的車牌顏色和車牌號碼，將識別結果和車輛圖像等信息形成圖像流水記錄表。車牌識別設備采用視頻觸發的方式，同時由一體化機柜內設置的車道控制器負責實現識別結果去重計算功能。車牌識別系統配置夜間補光照明設備，按每車道配置1套LED補光燈，補光燈采用5000K色溫。采用900萬像素槍式攝像機實現斷面監控功能，每道門架配置1臺。

（5）一體化設備機柜設置要求。采用一體化集成設備，以縮短供貨周期、降低調試難度、降低安裝難度為基本原則，采用大廠設備保證兼容性和穩定性。一體化設備機柜將集成柜體、空調、動環境監測、備用電源、防雷系統、車道控制器等設備，同時兼容天線控制器等設備的安裝。該項目每道門架配置高度為1m的上架式機柜2臺，將設備與后備電源分開設置。

（6）站級設備設置要求。根據總體技術規范要求，該項目ETC門架接入就近收費站，并在收費站設置站級服務器1臺、站級以太網交換機1臺、站級工作站1臺。

（7）后備電源設置要求。ETC門架系統作為收費系統的一部分，供電保障為一級。此次設計采用-48V通信電源系統作為該項目的后備電源，后備時間不小于24h。

由于ETC門架系統的設置，車輛可實現行駛路徑追蹤，取消原設計中多義性路徑識別系統。

3.5 增加收費系統安全等級保護設備

收費站系統主要包括ETC車道系統、ETC/MTC混合車道系統、站級管理系統以及有關網絡基礎運行環境。收費站的安全建設方案設計中網絡安全等級保護在安全通信網絡、安全區域邊界及安全計算環境方面參照三級安全保護要求。在收費分中心主要增加防火墻、入侵防御系統、日志審計設備、堡壘機、流量監測服務器、ETC門架安全可信接入系統等設備，并在各收費站增加防火墻。

3.6 入口治超系統設備取證設備部分變更

根據交通運輸部公路局2019年9月印發的《高速公路稱重檢測業務規范和技術要求》（交公路函〔2019〕1182號）的要求，在原設計滿足入口治超稱重檢測數據的同時，需要增加出入口檢測車道滿足車輛正面照、車輛尾部照和車輛側面照3張照片5s視頻抓拍的功能。同時根據項目公司“入口治超視覺模組技術研究專家評審會議”精神，選取項目中灑金等3個收費站作為入口治超視覺模組技術的試點進行課題研究。入口治超視覺模組方案主要是將稱重、外廓檢測、車牌識別、取證抓拍、過程錄像等設備深度融合為一套完整系統，針對高速超限檢測系統流程布設設備安裝位置，依靠三維外廓尺寸檢測設備覆蓋檢測區域，形成設備聯動，有效處理狀況，能實現全自動檢、高準確數據采集融合和高精度超限檢測。

4 結束語

結合項目施工圖原設計內容，該項目根據交通運輸部、貴州省交通運輸廳等相關主管部門最新印發的關于取消省界主線收費站的相關政策及時作出了相應設計修正，修正后的施工圖正式稿能指導施工工作，最終項目按照計劃時間于2020年12月28日正式通車。