关于撤销省界收费站工程中减少门架系统设备数量的探讨

王文辉

中咨公路养护检测技术有限公司

摘 要:随着撤销省界收费站项目的快速推进,部分省份由于项目资金预算紧张,工程建设存在一定困难,本文通过总结目前国内常见RSU设备的性能状态,结合撤销省界收费站相关技术文件的要求,探讨了在目前情况下是否存在可以减少设备安装数量,降低建设资金压力,但是同时保证系统功能的可能性。

关键词:撤站;RSU;资金;

目前全国高速公路建设和运营单位正在轰轰烈烈的开展撤销省界站的工作,根据交通运输部办公厅印发的《高速公路ETC门架系统技术要求》的通知中,ETC门架系统主要的任务是对通行车辆写入路径信息,便于在上级结算中心按照车辆行驶的准确路径信息完成扣款工作。

按照《高速公路ETC门架系统技术要求》中的规定,目前门架系统是通过在每条车道上端安装ETC天线,每个门架上的ETC天线配置1主1备对应的天线控制器,单独进行工作。各省份目前常规的设计需要在外场门架上安装5~8个RSU,最少2个天线控制器和1个门架控制柜。

在一个门架上安装了这么多的RSU情况下,为了确保每个天线只对本方向行车道的车辆进行数据交换,《高速公路ETC门架系统技术要求》中对天线的通信区域也做了响应要求,要求天线的有效通信区域宽度限定在本方向行车道宽度范围内,纵向距离控制在30~40m的范围内,为了确保实现这个指标,必须严控RSU的发射功率,同时必要时还必须在本方向行车道和对向行车道或相邻道路之间设置信号隔离设施(如微波信号隔离墙),这样不光是工程造价较为昂贵,也带来了技术上实现的复杂程度。

那么能否在既有的技术条件下,减少安装数量来降低工程造价呢,本文主要想探讨的问题有以下几个。

1 能否减少天线安装数量的问题

按照交通运输部2011年第13号公告《收费公路联网电子不停车收费技术要求》中的技术指标,单个RSU的通信区域在正常安装高度控制在5.5~6.0m的情况下限定范围是,宽度控制在一个车道的宽度3.3m之内,长度一般控制在7.0m之内。如果按照《高速公路ETC门架系统技术要求》中通信区域长度30~40m的要求,在增强单个天线发射功率的情况下,不可避免肯定要带来宽度的加大,如果按照同比例扩大,那么RSU的通信区域宽度很可能会增长到18m左右,目前国内常规的高速公路车道宽度基本都是按照JTG B01-2014《公路工程技术标准》中要求的3.75m的宽度进行设计,那么一条单向双车道带应急车道的高速公路单幅宽度应该在10.0~10.25m之间,在这种情况下,似乎一个天线都能全部覆盖单向的所有车道,再加上目前的RSU通信能力支持并发通信,同时考虑到天线的半功率波瓣宽度(水平面<25°,垂直面<55°)所以看起来一个天线是满足使用要求的。

通过对市场上主流RSU天线ETC车道通信区域的测试,目前RSU的通信区域在纵向上长度是能够达到20m左右的,那么通过加大功率,所以理论上没有必要在一个门架上安装如此多的天线。

关于撤销省界收费站工程中减少门架系统设备数量的探讨

图1 减少RSU天线同样可以满足使用效果 下载原图

2 天线控制器数量的问题

原先RSU设备安装在车道上时,由于要区分通过车辆的所属车道,所以要将RSU天线进行物理上的区分,同时为了保证交易速度,所以将每个天线配置了一个独立的控制器。从数据传输和处理上来说,天线控制器在RSU进行短程通信时,是主要的数据处理设备,而RSU的天线只是一个数据的通道,用于覆盖所有车道,确保行驶过的车辆能够完成数据交换。那么,是否一个控制器就能满足所有的数据处理,这在技术上能否可以实现。

首先先看目前通信区域对交易时间限定的情况,按照通信区域长度30m计算,如果车辆按照120km的速度通过,那么有效通信时间:

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按照《收费公路联网收费技术要求》中规定的ETC交易时间,单台车辆应控制在270ms内,那么在0.9s这同一时间段内,单台RSU控制器理论上即使不支持并发通信的话,也能够处理3台车辆,再加上支持并发,所以理论上单台控制器已经能够支持一个车道的所有通信处理,同时按照《公路工程技术标准》的要求,行驶速度为120km/h时,车辆的停车视距应保持在210m左右,所以理论上在0.9秒的时间内,单向通过所有车道的车辆是不会超过3辆的。那么对于2车道的高速公路,其实设置一个RSU控制器也是能够满足使用要求的。

3 对向车道门架安装距离和临道干扰问题

《取消高速公路省界收费站总体技术方案》(交公路函[2019]320号)中规定设置在非省界的路段ETC门架系统,上/下行方向各设置一个门架。每个门架应具备关键设备(RSU、车牌图像识别设备等)冗余设置,当主设备发生故障时,备用设备可立即启用工作。技术方案中要求了对于省界ETC门架系统,同向车道上的两个门架必须间隔在500m以上,但是技术方案中并没有说明这两个对向门架在前后距离上有一定的要求,只要求了错开设置,是否存在可能对于上/下行方向在建设时直接放在同一水平线上,这样带来的好处是每个门架系统的天线控制器和车道控制器可以互为主备,这样也可以节省设备。

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图2 安装在一起的门架系统主要控制器可互为主备 下载原图

在这种情况下,技术文件里面特别强调了误交易控制必须将ETC门架系统通信区域宽度应调整在本方向行车道宽度范围内,严控RSU发射功率不得超出标准规定的指标范围,必要时在本方向行车道与对向行车道或相邻道路之间设置信号隔离设施(如微波信号隔离墙),严格控制RSU波瓣宽度。

其实由于目前的交易规则还没有颁布,按照门架系统主要功能,写入路径信息,完成扣费交易,对于每个门架系统,车辆的来车方向是否只与该门架系统物理路径上的前一个门架和后一个门架有相关关系,这种逻辑只要求OBU能够一直记录自身路径信息和门架系统不断上传通过车辆的信息,每次在服务器上完成数据校验,那么我们忽略上下行的区别,只把门架系统当作一个数据处理节点,其实并不用控制对象车辆的误交易,我们直接规定好每个门架系统的可能路线逻辑关系校验,只要是行驶通过该门架系统的车辆全部完成交易,这样还能筛分出交易存在问题的车辆。

例如:对于门架系统B,能够和它直接产生联系的只有路径上上一个或下一个可能的门架系统A1~A4和C1~C4,如果在每个门架系统的软件中都写好了可能的对应关系,一旦出现非正常关系,那么这辆车即可判定为可疑车辆,通过这种关系检验一方面能够核查车辆,另一方面也能够核查出是否存在偷逃费情况。

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图3 门架系统逻辑关系判定示意图 下载原图

4 结语

目前已经开始建设的工程基本都是按照交通部发布的技术指导进行建设,这种节约版本的门架系统还无法进行试验,只能通过车道ETC设备的经验来借鉴。有待于今后积累经验,逐步提高该方案的可实现水平。

参考文献

[1] 《收费公路联网收费技术要求》(交通部2007年第35号公告)

[2] 《收费公路联网电子不停车收费技术要求》(交通运输部2011年第13号公告)

[3] JTG B10—2014.公路电子不停车收费联网运营和服务规范.

[4] 《交通运输部办公厅关于印发<取消高速公路省界收费站试点技术方案><高速公路省界虚拟站技术要求(试行)><高速公路通行费快速计算参考指南(试行)>的通知》(交办公路函[2018]1728号)。

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