CN103035038A - 一种电子不停车计重收费系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子不停车收费系统，特别公开了一种电子不停车计重收费系统。该电子不停车计重收费系统，其特征在于：收费岛前端设置有车牌识别单元和位于电动栏杆A前面的天线A并且天线A在ETC车道上形成通信覆盖区域A，电动栏杆A和电动栏杆B前面分别设置有费额显示器A和费额显示器B，电动栏杆A后面设置有激光雷达A、激光雷达B和车道摄像机，安装在收费岛上的天线B在电动栏杆B前方形成通信覆盖区域B，上述装置均与ETC车道控制器连接，ETC车道上设置有连接称重控制器的台秤及轮轴识别装置。本发明结构紧凑、设计合理，适用范围广、检测准确，具有可对超长货车进行预警，可判断跳磅等作弊手段。

Description

一种电子不停车计重收费系统

（一）        技术领域

    本发明涉及电子不停车收费系统，特别涉及一种电子不停车计重收费系统。

（二）        背景技术

电子不停车收费（ETC）目前已在国内得到广泛推广，但目前已运营的ETC车道都只支持车型计费，而国内多数公路都对货运车辆实施计重收费，多数货运车辆无法感受ETC车道的便利；另外在一些货车较多的收费站，在拥堵时段排队等待缴费的车辆会造成安装有电子标签的客车无法转入ETC专用车道，同样会造成收费效率降低。目前国内已有一些关于电子不停车计重收费的研究，包括车道布局、动态计重传感器的选择和布局等方面的研究。本方案在以上研究的基础上，通过使用激光雷达设备提高车辆分离的准确度，保证在已计重车辆转出或者有其他车辆插入到ETC车道时的计重顺序正确，并预测车辆在本车道是否可以完成动态计重，车辆通行速度是否满足计重设备的要求。主要解决现有技术中存在的以下问题：

（1）车辆分离存在错误率的问题。目前动态称重技术多是采用红外光栅和电磁感应线圈进行车辆分离，这种分离技术存在一定的错误率，在人工收费可由收费员进行复核，对被错误分离的车辆进行合并或者拆分操作。但在ETC车道，没有人工复核这一步，即使ETC车道有人值班，在出现计重数据错误的情况下也来不及进行修改。而车辆分离错误直接影响到通行费的计算是否正确，会引起用户投诉或者造成高速公路通行费损失；

（2）车辆长度的验证问题。交通运输部2007年发布的《收费公路联网收费技术要求》规定了实施计重收费的收费岛尺寸要求，但能够在车道完成动态计重的车辆最大长度受实际车道长度、秤台安装位置和收费位置等多种因素影响。为避免超长车辆进入计重ETC车道，可提前验证车辆长度，而为货车发行的OBU内记录的车辆长度很难做到真实准确，拖车根据是否拖带挂车以及挂车长度的不同还会有变化；

（3）秤台测量精度在车速较高时误差加大的问题。目前市场上大部分秤台的测量精度都会受车速影响，速度越大，误差越大。在MTC车道，车辆通过秤台时如果车速过快，收费员可以要求车辆倒出后重新过磅，但在ETC车道，倒车对ETC车道的通行效率影响较大，需在车辆通过秤台前进行限制；

（4）跟车干扰和跟车作弊问题。高速公路联网收费里程长，货车超载后应收通行费较高，在ETC允许通行货车时，如果货车司机联合小车司机故意跟车作弊，ETC系统放行小车后，小车转到相邻的MTC车道，货车不缴费从ETC车道通行，很难被收费人员发觉，会造成高速公路通行费损失；

（5）客车牵引房车行驶ETC车道的问题。国内多数ETC车道为了节省成本，都没有使用车型判别装置，而是直接使用OBU内记录的车型，但在没有车型判别装置的情况下，如果客车牵引房车行驶ETC车道，系统无法判别，只能按照客车本身安装的OBU来收费，会造成高速公路通行费损失。

激光雷达使用激光测距原理，利用高速旋转的镜面以不同角度向被测目标发射激光脉冲，从而得到被测目标的二维扫描，广泛用于物体的外形轮廓计算、坐标定位、距离判断和速度计算等方面。

（三）        发明内容

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种自动化功能强、检测准确的电子不停车计重收费系统。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种电子不停车计重收费系统，包括设置在ETC车道一侧的收费岛，收费岛上设置有收费亭和称重控制器，收费亭内设置有ETC车道控制器，收费岛上设置有分别位于收费亭前后的电动栏杆A和电动栏杆B，电动栏杆A和电动栏杆B上分别设置有对应的落杆线圈A和落杆线圈B，其特征在于：收费岛前端设置有车牌识别单元和位于电动栏杆A前面的天线A并且天线A在ETC车道上形成通信覆盖区域A，电动栏杆A和电动栏杆B前面分别设置有费额显示器A和费额显示器B，电动栏杆A后面设置有激光雷达A、激光雷达B和车道摄像机，安装在收费岛上的天线B在电动栏杆B前方形成通信覆盖区域B，上述装置均与ETC车道控制器连接，ETC车道上设置有连接称重控制器的台秤及轮轴识别装置。

本发明通过在ETC车道布设激光雷达用于计重车辆分离的校核，同时由激光雷达判别车辆行驶方向，实时跟踪ETC车道内车辆，在车辆进入ETC车道时预先判断车辆长度，引导超长车辆转入MTC车道缴费。在车辆通行过程中，激光雷达实时监测车速和车辆行驶方向，在货车超出设置速度时前栏杆不抬起，车辆经过秤台时如果有明显加减速，可进行报警。激光雷达跟踪车道内所有车辆的位置，当前栏杆放行车辆转出至相邻道时，后栏杆自动落下并进行报警，预防故意跟车逃费。激光雷达在检测到前栏杆前有多辆车时，会判别收到的电子标签信息是否属于首辆车，只对首辆车进行交易，预防跟车干扰。

本发明的更优方案为：

所述天线A安装在L型支架A上，位于车道中心线上方5.5米处，形成的通信覆盖区域A长10米；天线B安装在立柱、L型支架或龙门架上，距地面5米，形成的通信覆盖区域B长5米，延伸至电动栏杆B后0.5米；通过天线A和天线B对即将进入或驶出ETC车道的车辆进行实时监控。

所述激光雷达A和激光雷达B安装在L型支架B上，位于车道上方7.5米，其投影点将车道分为3段，连续扫描其投影点前后各20米的区域，激光雷达的扫描结果用于车辆分离、车辆转入转出判断、车型校核，以防止车身较窄的车辆有时无法被检测到。

所述费额显示器A和费额显示器B上均安装有报警器，通过报警器提示驾驶员及时查看费额显示器上显示的交易失败原因及给驾驶员的建议。

本发明与现有技术相比，具备的有益效果为：

（1）激光雷达连续对车道内所有车辆进行扫描，将多次扫描的结果用于车辆分离校核，可以确保车辆分离正确。同时激光扫描结果可以准确识别倒车、插入ETC车道和转出ETC车道的车辆，确保计重车辆队列正确；

（2）通过激光雷达识别车辆长度，可对超长车辆进行预警，禁止超长车辆进入ETC车道；

（3）激光雷达可以实时监测车辆的行驶速度并计算出车辆的加速度，并通过速度的变化判断司机是否通过跳磅、刹车等手段进行作弊。在车速超出秤台允许范围时，可禁止车辆进入ETC车道；在车辆具有跳磅等作弊行为时，可禁止车辆从E TC车道通行；

（4）可识别车辆车长、车高、车型，杜绝更换OBU逃费。激光雷达可以识别车辆的车长、车高、车型，通过与OBU内记录信息比较，可以将OBU发行时可能出现的大车小标、车主在不触发OBU防拆机制的前提下将小车OBU转移到大车上而偷逃通行费。发现车型不符可以现场拦截，或者通过事后通过ETC车道采集的数据稽核；

（5）激光雷达识别扫描范围内的车辆数目，在有多辆车处于通信区域和栏杆前时，如果不能通过车牌识别结果和车辆长度、车型等特征判断哪一辆车为首辆车，将不进行交易，可有效防止跟车干扰的发生。在已经交易成功的车辆转出至相邻的MTC车道时，前栏杆将自动落下，可有效防止跟车作弊的发生；

（6）本技术方案可以利用原有的车道布局和秤台，同时可以减少ETC车道所需地感线圈数量，不依赖地感线圈定位车辆，可以减少对路面的破坏，并可减少维护工作量。

本发明结构紧凑、设计合理，适用范围广、检测准确，具有可对超长货车进行预警，可判断跳磅等作弊手段，同时利用激光雷达和车辆轴数判断车辆车长、车高和车型，可防止车辆更换OBU偷逃通行费等功能。

（四）        附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的平面布置结构示意图；

图2为本发明电动栏杆A放行车辆的流程图；

图3为本发明电动栏杆B放行车辆的流程图。

图中，1通信覆盖区域A，2车牌识别单元，3 L型支架A，4天线A，5 费额显示器A，6电动栏杆A，7车道摄像机，8落杆线圈A，9 L型支架B，10激光雷达A，11激光雷达B，12台秤及轮轴识别装置，13称重控制器，14 ETC车道控制器，15收费亭，16通信覆盖区域B，17费额显示器B，18电动栏杆B，19落杆线圈B，20天线B。

（五）        具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括设置在ETC车道一侧的收费岛，收费岛上设置有收费亭15和称重控制器13，收费亭15内设置有ETC车道控制器14，收费岛上设置有分别位于收费亭15前后的电动栏杆A6和电动栏杆B18，电动栏杆A6和电动栏杆B18上分别设置有对应的落杆线圈A8和落杆线圈B19，收费岛前端设置有车牌识别单元2和位于电动栏杆A6前面的天线A4并且天线A4在ETC车道上形成通信覆盖区域A1，电动栏杆A6和电动栏杆B18前面分别设置有费额显示器A5和费额显示器B17，电动栏杆A6后面设置有激光雷达A10、激光雷达B11和车道摄像机7，安装在收费岛上的天线B20在电动栏杆B18前方形成通信覆盖区域B16，上述装置均与ETC车道控制器14连接，ETC车道上设置有连接称重控制器13的台秤及轮轴识别装置12；所述天线A4安装在L型支架A3上，位于车道中心线上方5.5米处，形成的通信覆盖区域A1长10米；天线B20安装在立柱、L型支架或龙门架上，距地面5米，形成的通信覆盖区域B16长5米，延伸至电动栏杆B18后0.5米；所述激光雷达A10和激光雷达B11安装在L型支架B9上，位于车道上方7.5米，其投影点将车道分为3段，连续扫描其投影点前后各20米的区域；所述费额显示器A5和费额显示器B17上均安装有报警器。

天线A4以约45度的倾角向来车方向照射形成天线通信覆盖区域1，约长10米，主要用于按照车型收费的客车和部分货车（如皮卡车）的交易和按照计重收费的货车OBU的验证。激光雷达A10和B11连续扫描其投影点前后各20米的区域，在有未交易车辆停留在电动栏杆A6前的区域时，系统不处理后面的车辆，可以有效防止跟车干扰现象的发生。车牌识别单元2采用视频触发的方式进行车辆牌照识别，焦距对准天线通信覆盖区域1远端附近的位置。收费站可在ETC车道岛头设置标志标牌注明本车道是否允许货车通行并注明允许通行货车的长度、车速、限载等信息。

费额显示器A5安装在电动栏杆A6前，正常交易时向驾驶员显示入口站、消费金额、卡内余额等信息，在货车临时放行时显示入口站、卡内余额和类似“前方计重收费”的信息。在因车辆未安装电子标签、卡内余额不足、未插卡、计重收费货车超长、超速等原因不能放行时，费额显示器A5上显示交易失败原因和给的驾驶员建议，同时费额显示器上黄闪报警会启动，提示驾驶员查看。

电动栏杆B18安装在收费岛末端附近，在无车或者按车型收费时处于抬起状态，在电动栏杆A6放行未完整交易的货车进入时落下，在天线B20完成交易后抬起。天线B20的通信覆盖区域16约长5米，延伸至电动栏杆B18后0.5米左右，正常情况下只处理经天线A4验证但未交易的车辆，也用于交易未经天线A4交易但跟车进入ETC车道的车辆，系统控制对同一OBU只交易一次，以防止重复交易。

费额显示器B17安装在电动栏杆B18前，对客车显示的信息同费额显示器A5，对临时放行的货车，在交易成功后显示车辆总重、超限率、本次消费金额、卡内余额等信息，交易失败时显示交易失败原因和给的驾驶员建议，同时费额显示器上黄闪报警会启动，提示驾驶员查看，并提示收费人员处理。

上述使用激光雷达的电子不停车计重收费系统的工作流程具体为：

（1）激光雷达A10和B11连续扫描其投影点前后各20米的区域，扫描数据实时发送给ETC车道控制器14，ETC车道控制器14将极坐标形式的位置数据转换成以电动栏杆A6在车道的投影点为坐标原电的直角坐标，从而得到车辆的二维轮廓、车长、车高、车速和加速度。

（2）天线A4在检测到OBU后，读取OBU信息和卡信息，并进行有效性判定。如果激光雷达检测到栏杆A6前有多辆车，会进行跟车干扰判断，只对首辆车的OBU进行交易。同时，系统将OBU内记录的车长、车高等信息与激光雷达实际检测信息进行对比，判断车辆是否更换OBU或者进行了改装，如果影响了通行费计算，则进行报警，不予处理。

（3）对于客车、可以按车型计费的货车，天线A4直接按照车型费率计算的应收金额完成交易，将交易车辆的信息放入放行车辆队列，标记前后栏杆放行，前栏杆抬起。

（4）对于需计重收费的货车，系统判别车辆是否超长、超速、余额不足，其中余额按照OBU内车轴数、车轮数等数据按照规则进行估算。出现异常进行报警，引导车辆减速或者转向MTC车道。如果正常，将车辆信息放入放行车辆队列，标记在后栏杆需拦截，前栏杆抬起，后栏杆在放行完该车前面的车辆后落下。

（5）如果激光雷达检测到被放行车辆长度在栏杆A6前方变小，视为车辆转出到邻道，栏杆A6落下，以防止后车通过。

（6）车辆通过秤台及轮轴识别装置12后，称重控制器13将车辆称重信息传递给ETC车道控制器14，系统根据激光雷达检测的车长、OBU内记录的车长、车轴数、车轮数等判别车辆分离是否正确、称重控制器13给出的车辆限载和根据OBU车轴数、车轮数查出的限载是否有冲突，并尝试自动调整。

（7）如果为计重收费车辆，并且发现计重数据异常，则进行报警，费额显示器B17显示错误信息，黄闪报警，通知收费员和司机异常情况，在错误恢复前天线A4不再交易放行其它车辆；如果计重数据正常，则按照计重数据计算应收金额并完成交易，费额显示器B17显示车辆总重、限载、本次收费金额和收费后余额等信息，标记后栏杆放行，抬起后栏杆。

（8）被后栏杆B18拦截的车辆，如因未插卡等原因被拦截，则故障恢复后可继续放行；如果因余额不足等原因故障无法恢复，收费管理人员需要人工收费，或人工将车辆引导出ETC车道进行补费。被后栏杆B18拦截的车辆被放行后，系统恢复至正常运行状态。

本技术方案的车道布局可使用目前国内ETC车道通用的栏杆前置布局，秤台位置可与MTC车道的秤台平齐，在由MTC车道或ETC车型计费车道改造为ETC计重收费车道时，可利用原有秤台和收费岛布局。

Claims (4)

1.一种电子不停车计重收费系统，包括设置在ETC车道一侧的收费岛，收费岛上设置有收费亭和称重控制器（13），收费亭内设置有ETC车道控制器（14），收费岛上设置有分别位于收费亭前后的电动栏杆A（6）和电动栏杆B（18），电动栏杆A（6）和电动栏杆B（18）上分别设置有对应的落杆线圈A（8）和落杆线圈B（19），其特征在于：收费岛前端设置有车牌识别单元（2）和位于电动栏杆A（6）前面的天线A（4）并且天线A（4）在ETC车道上形成通信覆盖区域A（1），电动栏杆A（6）和电动栏杆B（18）前面分别设置有费额显示器A（5）和费额显示器B（17），电动栏杆A（6）后面设置有激光雷达A（10）、激光雷达B（11）和车道摄像机（7），安装在收费岛上的天线B（20）在电动栏杆B（18）前方形成通信覆盖区域B（16），上述装置均与ETC车道控制器（14）连接，ETC车道上设置有连接称重控制器（13）的台秤及轮轴识别装置（12）。

2.根据权利要求1所述的电子不停车收费系统，其特征在于：所述天线A（4）安装在L型支架A（3）上，位于车道中心线上方5.5米处，形成的通信覆盖区域A（1）长10米；天线B（20）安装在立柱、L型支架或龙门架上，距地面5米，形成的通信覆盖区域B（16）长5米，延伸至电动栏杆B后0.5米。

3.根据权利要求1所述的电子不停车收费系统，其特征在于：所述激光雷达A（10）和激光雷达B（11）安装在L型支架B（9）上，位于车道上方7.5米，其投影点将车道分为3段，连续扫描其投影点前后各20米的区域。

4.根据权利要求1所述的电子不停车收费系统，其特征在于：所述费额显示器A（5）和费额显示器B（17）上均安装有报警器。

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