提升ETC專用車道一次性通過率技術淺析

閆 磊

（山西交通控股集團有限公司中部高速公路分公司，山西太原 030000）

取消高速公路省界收費站之后，實現了全國聯網，客、貨車輛在收費站能實現不停車通行，但是車輛有時在ETC 專道不能一次性通過，給司乘人員帶來不好的體驗感?，F在技術研究的主要方向是增大客戶OBU的功率和降低路側天線的功率，雖然可以解決部分鄰道干擾，但不能完全消除其影響?，F唯有通過車道地感線圈與路側天線配合，并結合車道工控機設備和黑名單及時下載等技術手段和方法，才能徹底提高ETC車道一次性通過率。

1 車輛在ETC專用車道不能一次性通過現狀

山西交通控股集團有限公司中部高速公路分公司太原片區共有231 條車道，其中ETC 專用車道有95 條，混合車道有86 條，人工車道有50 條?，F在太原片區聯網收費系統運行日趨平穩，路網運行秩序井然，ETC 用戶保有量逐漸增加，ETC 專道的使用明顯增加，然而車輛有時在ETC 專道不能一次性地通過，給收費站的日常管理帶來諸多不便，而且也會產生投訴問題。只有提升ETC 專用車道一次性通行率，才能有效提升ETC客戶的體驗感和滿意度，提高服務水平，為社會的經濟發展提供推動力[1]。

2 影響車輛在ETC 專用車道不能一次性通過因素

通過對太原片區95 條ETC 專用車道1 天內不能一次性通過的車輛進行統計分析，其影響因素主要包括用戶標簽無卡、用戶黑名單、用戶余額不足、卡片過期、防爆膜[2]、鄰道干擾、車道軟硬件配置過低等7 項問題。其中前5 項屬于人為因素，通過管理可以解決，而鄰道干擾、車道軟硬件配置問題需要通過技術方面解決。

2.1 鄰道干擾

當ETC 車輛駛入車道在進行車輛識別時，有時會有鄰道干擾的情況發生。鄰道干擾，是指正在行駛車輛的車道路側天線掃射到臨近車道，引起該車道上方的路側天線與臨近車道上OBU 發生錯誤交易。鄰道干擾的主要表現形式為臨近2 個或3 個車道的路側天線識別到同一輛車的OBU 信號，錯誤的交易數據進入了收費軟件處理流程，引起了后續收費軟件信息處置錯誤。鄰道干擾的產生，其根本原因為路側天線掃射范圍過大，超過了車道3.5 的寬度。此現象通常會發生在多條并排的ETC 車道，當車輛出現高峰時期，則特別嚴重。如果天線在識別電子標簽OBU 的過程中對相鄰車道發生誤讀或者有干擾的現象，就會導致裝有ETC 的車輛不能一次性通過車道。

2.2 鄰道干擾原因分析

2.2.1 車道現狀

ETC 車道主要由車道控制器、天線、高清車牌圖像識別設備、自動欄桿、手動欄桿、費額顯示屏、雨棚信號燈、霧燈、車道攝像機、車輛檢測器等組成，車道設備布置如圖1所示。

圖1 ETC車道設備布局示意圖

經對部分收費站調研發現：

a）關于地感線圈 太原片區各收費站地感線圈的布設，分別有1+1 布局、2+1 布局和3+1 布局，更有個別控制天線的交易線圈只有1 個。按照行業經驗，線圈的間距最好是2.5 m，但是目前線圈的間距從小于2.5 m到超過6.5 m 的都存在。

b）關于天線 相控天線可以有效識別交易車輛的位置，從而可以精確控制隊列，目前車道雖然采用了相控天線，但是由于線圈布設數量和現有軟件無法配合完成車輛隊列的控制，導致相控天線無法發揮應有的作用。

2.2.2 存在的問題

車道采用2+1、3+1 的線圈布設時，天線的交易范圍較小只有7～10 m，1+1 時交易范圍更小，使車輛在通過時需要有明顯的降速，嚴重影響了ETC 車輛的過車效率。交易范圍較小也會導致車輛在交易區域內未交易成功從而需要車輛倒車重新交易。

無交易隊列控制或交易隊列控制不夠精確，整體的過程邏輯混亂，錯放漏放車輛經常發生。主要原因：一是線圈間隔的不規范導致車道無法精準控制車輛隊列，例如：當間隔大于6 m 時，車輛從線圈間隔處駛入或駛出車道，車道無法識別到車道內有多少輛車，也無法識別車道內車輛的行駛路線，從而車道無法按序控制交易、抬桿邏輯；二是車道采用的雖是相控天線，因線圈布設不足無法識別車輛位置，導致車道無法通過隊列、車輛行駛位置與天線交易車輛位置進行核對，不能發現交易車輛所在隊列位置，從而無法按序控制交易、抬桿邏輯。

3 提升車輛ETC 專用車道一次性通過率技術方案

3.1 優化目標

增大天線交易的交易范圍，在車輛距離欄桿遠處就能完成交易并完成抬桿動作，使車輛能高速通過，提升車道的通行效率，平均通行速度可由20 km∕h（不同車道的通行效率差異較大，普遍在10 km∕h 至20 km∕h）提升至30 km∕h 以上。

增大天線交易的交易范圍，保障車輛能在高速行駛的情況下在交易區間內完成交易，增加ETC 車輛一次通過率。完善、加強車道交易隊列控制，將錯放、漏放車輛事件的概率降到最低，保證收費站的通行秩序，降低收費站的損失。

3.2 克服鄰道干擾優化方案

為了提高ETC 車道的通行速度，針對欄桿前置ETC 專道進行優化升級改造?？傮w方案采用從車道布局和軟件兩個方面進行優化調整。軟件配合車道布局及設備所需要的適應性進行調整升級，同時也要保證ETC 通行車道盡量不處在彎道上[3]。路側天線RSU 的掃射范圍內布設5 個感應線圈，感應線圈寬度為1.5 m左右，間隔為2.5 m 左右，目的是識別正在行駛車輛的前后位置關系。路側天線根據車輛OBU 位置信息與感應線圈位置相互識別，對正在行駛車輛的OBU 位置進行預判斷，可以有效處置ETC 車道鄰道和跟車干擾問題。要把OBU 的靈敏度和發射功率設置在國家標準范圍，確保所采購OBU 的靈敏度保持一致[4]。設置中，可采用增加路側天線到欄桿機間距L，使最遠端感應線圈d1 與欄桿機的間距大于17 m，調整欄桿機抬桿參數，提高車輛行駛速度。天線地感線圈布置如圖2所示。

圖2 天線感應線圈布置示意圖（單位：cm）

3.2.1 相控陣天線覆蓋區域

車道屬于全新的相控陣車道布局，為了滿足二代相控陣天線覆蓋區域遠區16 m，最遠線圈距離欄桿機距離可達17 m，增加ETC 用戶快速通車的體驗感。天線交易區域輻射分近、中、遠（近：0.5～6.5 m；中：2.0～10 m；遠：4.0～16 m)。

3.2.2 地感線圈作用

#d1 線圈為開天線，默認切換天線至遠區；#d2 線圈為存在線圈，確認車輛隊列；#d3 線圈為存在線圈，同時也觸發切換天線至中區；#d4 線圈為存在線圈，同時也觸發切換天線至近區；#d5 線圈為存在線圈，確認是否存在無標簽車；#d6 線圈為駛離線圈，車輛駛離車道。

3.2.3 鄰道干擾解決方案

相控陣天線通過雷達可調整天線掃射區域。不是正行駛在此車道掃射范圍的均為旁道，通過雷達掃射將旁道的錯誤信號剔除，僅僅和此車道OBU 進行交易。如圖3，根據雷達掃射將該車道通信區域1 的橫向范圍設置為±1.7 m，則路側天線通過雷達掃射識別OBU2 在該車道外，OBU1 在該車道行駛，則路側天線與OBU1進行交易，不與其他車輛OBU 交易，解決此干擾問題。

圖3 交易處理圖

3.2.4 跟車干擾處理方案

相控陣雷達掃描與行駛車道OBU 交互的結果，可識別此車道正在行駛ETC 車輛的前后位置關系，以此判斷路側天線與車輛OBU 交易的前后順序。如圖4，車輛1 在車輛2 之前，因此OBU1 在OBU2 之前，則路側天線根據雷達掃描結果和車輛1 先交易，然后再和車輛2 進行交易，這樣可消除跟車干擾現象。

圖4 跟車干擾圖示

沒有OBU 車輛使用ETC 車道，可根據感應線圈判斷。如圖5，第一輛無標簽，第二輛車有OBU。第二輛車位置與車道感應線圈觸發不吻合，因此不能交易，可解決無OBU 車輛跟車干擾問題。

圖5 無標簽車輛跟車干擾處理示意圖

跟車干擾的邏輯判斷可以由RSU 來處理，也可以由車道軟件來處理。以下介紹兩種跟車干擾處理方案。

3.2.4.1 由天線處理跟車干擾

車道控制器實時監測ETC 車道中地感狀態，當地感狀態變化時車道控制器發送給車道機，車道機立即發送當前地感狀態信息給RSU。RSU 通過地感狀態變化，判斷是否和當前處理的OBU 坐標匹配，如果匹配則繼續交易，如果不匹配拒絕交易。該方案中RSU 區域根據車道軟件發送上來的地感狀態，進行遠近中區切換。

3.2.4.2 由收費軟件處理跟車干擾

來車到達觸發線圈時遠區或中區天線打開，到達切換線圈打開近區天線。當近區有OBU 交易或等待交易的OBU，來車完成交易離開車道時天線不能切換到遠區天線；交易過程中，天線向收費軟件提供OBU 的位置，此位置信息為OBU 扣款前所在位置的二維坐標（x，y）。當通訊區域內存在多個車輛時，車道軟件根據車輛觸發地感線圈的狀態以及OBU 的坐標信息進行位置合法性判斷，當車輛位置與OBU 坐標不匹配時拒絕交易，通過這種方式徹底解決跟車干擾和鄰道干擾問題。由于車輛的速度不同，以及地感線圈有不同的觸發延時，所以需要設置合理的位置，進行合法性判斷，方案為：車輛觸發遠端第1 個地感線圈時，OBU 位置合法判斷依據為±3.5 m；車輛觸發遠端第2 個地感線圈時，OBU 位置合法判斷依據為±2.5 m；車輛觸發遠端第3、4、5個地感線圈時，OBU 位置合法判斷依據為±2 m[5]。

3.3 車道軟硬件解決方案

取消省界收費站后，收費模式變為全國聯網收費，因此全國的黑名單數據、新增OBU 數據、ETC 卡數據名單要及時更新。將這些數據實時下載到收費車道。通過統計當前太原片區路段的黑名單數據、新增OBU 數據、ETC 卡數據的容量大小在2 G 左右?，F在的一些老舊ETC 車道設備性能低下，不能滿足此要求。

要想保證數據實時下載的同時，還要進行車道交易，需要提高工控機的配置，達到CPU i5 及以上，固態硬盤512 G，內存8 G 以上，網卡為千兆網卡，車道的網線配置為超六類以上。軟件設置全國的黑名單數據、新增OBU 數據、ETC 卡數據名單要及時更新，做到每5 min 更新一次，如圖6所示。

圖6 狀態名單下載明細

4 結語

通過以上各種方案能有效提高車輛ETC 專用車道一次性通過率，盡可能為廣大用戶提供暢通、便捷、安全、高效的出行服務。