上海高速ETC車道通行優化的實施與研究

潘一凡

摘 要：2019年我國《交通強國建設綱要》發布，至19年5月，國務院印發《深化收費公路制度改革取消高速公路省界收費站實施方案》，明確提出：“2019年底前取消省界高速收費站，實現不停車快速收費，減少擁堵，便利群眾。”本文以G50滬渝高速（上海段）為例，圍繞省界高速收費站取消改造升級工程中ETC車道優化的實施進行總結與研究，針對建設、調試與運營工作中遇到的重點與難點問題，展開相關研究并介紹相應問題的解決策略。

關鍵詞：ETC;智能交通;通行效率提升

1 背景介紹

1.1 基本情況

電子不停車收費系統，即ETC（Electronic Toll Collection）系統，是當前全球運用最廣泛、最成熟的高速收費方案，更是智慧高速建設中的一項基礎功能。ETC系統由RSU（Road Side Unit）路側單元和OBU（On Board Unit）車載單元兩大部分組成。

G50滬渝高速（上海段）全長47.199 km，其中徐涇收費站-朱楓公路收費站為4車道;朱楓公路收費站-省界為6車道，上海段收費站出入口2019年日均總流量為18.60萬pcu/h，其中徐涇、嘉松中路、青浦城區等3處收費站較為擁堵，服務水平評價較差。

本次改造目標使各收費站ETC車道占比達50%及以上，從而提升全斷面上通行能力，使各收費站服務水平得到提升。

1.2 車道改造分析

在現狀交通流量下，受制于路幅寬度，G50滬渝高速（上海段）各收費站均呈現出飽和甚至過飽和狀態。個別收費站服務水平五級甚至六級，嚴重影響到了過往車輛的行駛體驗。

諸如青浦城區收費站南連接外青松公路，該節點2019年日均高峰小時交叉口總流量達到3 856 pcu/h，受出入口收費車道通行能力影響，已經對地面交通產生了重大影響，高峰時段北進口排隊距離達到近700 m，出口處常規擁堵超100 m，輔道常規擁堵。

2 車道優化實施

本次改造涉及6處收費站16根MTC車道。借助本次ETC集中布置改造機會，通過大范圍的ETC系統使用及更好的車道布置策略使得通行效率得到提升，服務水平在原有基礎上有所提高。

按方案實施順序，在建設過程中主要圍繞以下幾個重點展開：1）ETC車道布置;2）交易區布置;3）電動欄桿位置布置;4）鄰道干擾的避免與解決;5）特情處置措施。

2.1 ETC車道布置

根據理論與原有ETC使用經驗，將ETC車道集中布置于靠近1#車道側對于ETC車道的通行效率最為有利。

然而在實際操作中，由于G50各收費站建設時間較早、布置相對集約，導致收費站廣場狹小，某些收費站點兩條匝道在廣場形成匯流，完全無法利用廣場輔道將車流做到全部分流。故而，除作為高速終點的徐涇收費站以外，需探討另一種適用于通行現狀的車道布置策略。

以青浦城區收費站為例，收費站現狀為3進4出形式，進口處將ETC車道布置于1#車道、出口處將ETC車道集中布置于1#、2#車道的位置，致使不同方向ETC及MTC車輛在廣場輔導區域互相穿插，形成對沖車流，導致調試初期收費廣場月雙車碰撞事故率上升327%;即使在隨后有特勤疏導指揮車流的情況下，車流對沖現象也不能得到較好解決。

針對上述現象，采取將入口處ETC車道調整至1#車道、出口處ETC車道調整至2#、3#車道，并結合高流量狀態下的特勤指揮一并，較好緩解了大部分流量狀態下車流對沖現象。

此外，在引流分流過程中，通過加長ETC通道地面標線指引，在ETC通道內重新攤鋪有別于其他通道的彩色面層等一系列措施從而提高駕駛員對ETC專用車道感知，減少非ETC車輛誤入ETC車道概率對于通行效率的提升也有著較為明顯的作用。在對ETC專用車道進行完彩色化鋪裝及延長后，可以明顯感受到司機在各通道前停頓反映的減少，對通行效率乃至服務評價水平的提升起到了很好的促進作用。

2.2 交易區布置

ETC車道設備包含了如下幾項：

（1）車道控制器（環形交易線圈、分車光幕）。

（2）RSU設備。

（3）高速自動欄桿。

（4）高清車牌圖像識別設備。

（5）信息顯示牌。

（6）車道攝像機。

其中：

（1）車道控制器;（2）RSU設備;（3）高速自動欄桿屬于ETC車道核心設備。

2.2.1 RSU布置

鑒于收費站天棚網架會干擾RSU設備RFID射頻信號從而降低交易成功率，故將RSU設備布置在雨棚的投影區以外。以此為基點確認車道控制器、自動欄桿機等設備的安裝位置，及收費島頭相應擴展距離。

按《收費公路聯網收費技術要求》，我國ETC車道標準寬度值3.50 m，一般值3.20 m～3.75 m;交易區長度未作要求，其和車輛通行速度及交易成功率呈高相關性，本市ETC車道現階段限速20 km/h，遠期要實現40 km/h目標。

根據所選用RSU設備性能與技術參數，在其5.00 m的安裝高度上，RSU設備呈向下40度的傾角布置時，相控陣天線能實現最好的RFID無線射頻波束掃描效果，其能夠實現車速66 km/h通過過99.0%以上的交易成功率。

此時，車道交易區長度為6.0 m，寬度為3.20 m。RSU設備水平投影面與交易區之間存在2.0 m的空隙。

2.2.2 車道控制器的運用與鄰道干擾的解決

鄰道干擾：是指因相近/鄰RUS通訊區重疊，使本車道通行車輛的OBU信息遭相鄰車道RSU設備讀取，從而導致交易失敗甚至是重復交易的現象，是ETC車道大規模集中布置時必須解決好的關鍵難題。有別于以往采用的調整RSU設備角度、調整RSU功率、增設物理屏蔽等傳統被動手段，利用車道控制器能夠較徹底的解決鄰道干擾現象的產生。

G50上海段車道控制器采取四線圈布局（2前2后），并在島頭設置分車光幕。在欄桿位置選擇上，本市明確了ETC車道采取欄桿后置方案，即電動欄桿布置于RSD設備后，從而在遇到交易失敗時能有足夠剎車制動距離，也為后期進一步提高車輛通過速度甚至G50升級為自由流收費留出了余地。

本次采用的車道控制器包括2組光幕及4組環形線圈。其中環形線圈為提高可靠性均采取雙組布置，采用2前2后的埋置形式，線圈作用依次為：

（1）前觸發線圈：對進入車輛統計計數，分辨車輛類型（ETC車輛有/無效、非ETC車輛）并標記車輛進入交易區域，感知車輛先后順序。

（2）交易線圈：車輛通過該位置觸發RSU單元與OBU單元進行交易，控制高清攝像機對車輛進行拍照，若為特情車輛（ETC狀態名單、超限車輛、系統自動攔截、顯示特情等），則控制電動欄桿放下。

光幕分為駛入光幕及過車光幕，駛入光幕隔開進入ETC車道的車輛，過車光幕用以控制電動欄桿落下。

通過上述車道控制器的使用，使之與RSU設備形成了閉環構造，徹底杜絕了RSU設備讀取多信號的可能。從根本上解決了鄰道干擾現象，為集約式布置ETC車道掃除了障礙。

2.2.3 電動欄桿與交易區間距離確定

我國現行的ETC方案仍保留了電動欄桿，電動欄桿在確認車輛完成交易后放行。該方案能夠在最大限度上避免車輛逃費問題的產生，而其副作用主要體現在：1）交易失敗致后車追尾;2）砸桿等安全事故。

因此，電動欄桿與RSU設備間距離Lde 確認成為關系服務水平的關鍵要素。對其的主要影響因素有如下兩點：

（1）安全剎車距離。依據《機動車運行安全技術條件》（GB7258-2004）中給出的乘用車和總質量大于3 500 kg的汽車（以上為典型車輛計算值）滿載情況下能夠發出的平均制動減速度，分別為5.9 m/s2和5.0 m/s2。取以上制動檢速度進行剎車制動距離計算，車輛“緊急制動”下的剎車距離如下表所示。

通過模擬ETC車輛通過車道的整個行為過程可知：

1）當車載OBU到達該點時開始進行交易，整個交易平均用時為240 ms。以時速40 km/h計算，車輛前進2.67 m;

2）當車頭到達該點時，ETC交易處理完畢。OBU設備發聲提示交易成功，司機可辨電動欄桿明顯抬起動作;扣費信息同步在信息顯示牌顯示，信息牌位于RUS龍門架后方2.50 m處方便司機看清。以時速40 km/h計算，車輛前進距離4.50 m，本過程用時在400 ms以內;

3）若車頭到達該點時尚不能看到明顯抬桿動作的，務必立即采取制動措施，能夠確保安全剎停的，以時速40 km/h計算，本過程中剎車距離為9.23 m;

4）當車輛完全通過該位置，電動欄桿開始復位。通過理論演算，當ETC車道設計通行時速取40 km/h時，電動欄桿與交易區距離≥9.23 m的，能夠最大限度避免非人為因素的砸車、追尾事故發生。

（2）通行效率校驗。裝設OBU車輛在正常通過ETC車道時，駕駛員會根據欄桿位置及其起落速度調整車速，以確保心理感知上的安全距離。為確保ETC車道具有較高通行效率，電動欄桿需要較快的抬桿時間或較遠的設置距離從而減弱甚至消除駕駛員心理和視覺上的負面影響。

G50上海段在本次改造前采用的電動欄桿抬桿時間為0.72 s，由于通訊及供電的方便，原布設于收費廳后約1.0 m位置，在車輛通行時有明顯的遲滯感。

此外，在車輛從完成交易到通過欄桿的過程中，為確保行車安全，電動欄桿必須做到充分抬起。而抬桿動作會令大部分駕駛員作出加速行為。

根據前述確定的安全剎車距離，按照40 km/h的理論通行時速計算，當電動欄桿最大抬起時間不超過0.66 s時，能消除由駕駛員心理因素對車道通行效率造成的負面影響。

本次改建過程中，結合實際使用要求并綜合了成本因素的考量，最終以落桿時間0.58 s作為選取電動欄桿的技術標準。最終確定RSU與電動欄桿之間L長度不小于7.23 m的控制目標。實際操作中，各收費站點也根據了自身條件盡可能的將L進行了拉長，從而使駕駛員獲得感受更好的通行感受，最大程度提升通行效率。

3 結語

通過本次ETC車道的優化，實現了如下幾個目標：（1）實現了ETC車道的技術升級改造和車道集中化布置目標;（2）G50滬渝高速（上海段）各收費站均達到四級以上服務水平，各路段原有高峰時段常規擁堵點得到了疏解;（3）為下階段高速提升通行效率，切換為自由流通行積累經驗和數據。

參考文獻：

[1]陸化普，李瑞敏.高速公路收費站通行能力與車道配置策略研究[J].工程研究，2014（1）：216.

[2]王慧勇.高速公路收費站通行能力與車道配置策略研究[D].西南交通大學，2014.

[3]張玉玲，朱志強，林莉賢.日本ETC發展概括及對我國的啟示[J].綜合運輸，2012（7）：125.

[4]查志強.復雜背景下的快速車牌識別技術研究[D].太原理工大學，2014.