整车式汽车衡ETC称重技术方案研究

传统的汽车衡每次只能计量一辆车，会严重影响收费站的通行效率，因此既能保证必要的计量精度，又不影响通行效率的货车不停车计重收费是一个重要的研究课题。本文探讨了货车整车式 ETC 称重在高速公路计重收费的可行性，提出了系统的架构模块和技术实现的方法。
1.引言
计重收费作为遏制超限超载的一种手段，自2000 年至今，已在国内几乎所有省份进行了应用，取得了较大的成就，但仍然存在一定的问题，其中最主要的问题在于进一步加剧了收费站拥堵，降低了高速公路的服务水平。
电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection,简称 ETC）是一种先进的道路收费系统，其优势在于迅速完成收费，可提高收费的效率和准确性。要实现货车不停车收费，提高通行效率，最有效的办法就是把货车动态称重和 ETC 相结合，达到快速通行的效果。
整车称重能从根本上提高计量的准确度，杜绝作弊行驶行为的发生，但是传统的地磅每次只能计量一辆车，会严重影响收费站的通行效率，因此既能保证必要的计量精度，又不影响通行效率的可连续跟车整车式动态地磅适合我国的计重收费系统。
货车 ETC 计重收费系统基于整车式计重收费，具有通行效率高、称量精度高、能准确检测车辆轴重及轴数、轴组等特点。
2.系统组成

如图 1 所示，货车 ETC 计重称重系统由整车式秤台、称重及车辆识别控制模块（称重控制器、轮胎识别器、车辆分离器）信息交换模块（入口及出口栏杆机、车辆预读天线、交易天线、费额显示器）等组成。
2.1整车式秤台
特殊设计的秤台，轴组式秤台长度一般为21m，宽度适合车道，含附加的车轴识别装置。在秤台两端安装带方向识别的数轴器。这种结构的优点是方向判别由硬件实现，又保留了传统的软件方向识别，大大减少了由此引起的丢轴、不传数据或较大误差的可能性。台面采用翼式防滑结构，断续的花纹板可以大大提高刹车阻力，而向中心的翼面可以使车辆打滑时自动向中心而不是边缘滑动。在断续花纹板中间加石英砂防滑，综合防滑效果与原水泥路面相当。
2.2称重及车辆识别控制模块
这是系统的大脑部分，由多个微处理器协同完成，负责处理秤台、轮轴识别器、车辆分离器的信息，向计算机发送称重数据，给控制计算机发送电动栏杆控制信号。轮轴识别器用于识别通过的车辆轴型，是否配置由系统需求决定。车辆分离器用于提示当前车辆是否已完全上秤台，通常使用红外线光幕，也可用地感线圈或类似设备。
2.3信息交换模块
信息交换模块包含称重费额显示器、车辆顶预读天线、入口栏杆机和交易天线等组成。称重费额显示器接受车道控制机的控制，显示计重车辆的车型、费轴型和车型。额、总轴重、超限重和余额等。车辆预读天线用于读取车辆信息，判别客车与货车类型。
入口栏杆机确保货车称重时达到最高精度，客车或客货混合时达到最大通行能力。称重仪表通过交易天线传送重量计算相应的通行费，从车辆通行卡账户中扣除。
3.检测流程
3.1检测车辆为客车时
如图 2 所示，当车辆预读天线检测到通过车辆为客车时，若秤台上无货车，则前置栏杆抬起，车辆连续通过。若秤台上有货车，则待货车完成称重后，栏杆抬起，客车进入。
3.2检测车辆为货车时

如图 3 所示，当车辆预读天线检测到通过车辆为货车时，若秤台上无其他货车，则前置栏杆抬起，车辆直接驶入。若秤台上有其他货车，则待该货车完成称重后，栏杆抬起车辆驶入。
以上流程中，除称重结果需与车道计算机通信外，其余全部由称重系统负责控制。
4.货车 ETC 计重系统相比普通计重系统的特殊问题
4.1在普通计重收费系统中，为了实现最高的称重准确度，采用了二车一杆模式，这在人工收费条件下达到了准确度与效率的良好统一，但
ETC 系统中，由于交易速度远快于人工收费，若仍采用这种模式将降低车辆通行效率。由于目前仅货车需要准确称重而客车无需准确称重，为实现最大流量，对客车和货车我们采用了不同的称重策略。货车采用二车一杆模式，客车采用连续跟车模式。需要控制仪表在车辆上秤前确认客车 / 货车，因此称重控制器需要增加接收客车 / 货车指令，按照客车 / 货车发出相应的控制指令控制入口栏杆并调整入口栏杆的控制逻辑。
4.2对客车，只要有 ETC 通行卡立即开启入口栏杆，并在车辆收尾后立即上传重量数据，这个重量可能误差稍大，也可设置为快下秤台时发送数据，这可明显提高称重精度，但由于客车不计重收费，对计费不产生影响。
4.3对货车，若秤台上无其它货车（允许有客车），立即开启入口栏杆，并在其它车辆完全离开秤台后再上传称重数据从而达到最高的准确度。最迟在车辆前轮接触到秤台下沿时完成称重。为尽可能给交易天线留下交易时间，建议有条件时，秤台安装适当多前置一些距离，即离收费亭远一些。
4.4有其它货车时，需要等待前一辆货车完成称重（最迟前车的前轮到达秤台下沿）才打开入口栏杆以实现二车一杆称重。
4.5对无 ETC 通行卡车辆，入口栏杆不打开，但对强行闯入的车辆，称重系统按货车处理。
4.6为确保不停车收费，必须保证车辆到收费亭前称重数据已上传收费计算机，有些厂家简单加快数据产生时间解决这个问题，这并不可取（客车除外）。因为这意味着没有充分利用秤台的有效长度实现最高准确度。正确的做法是适当加大前置式秤台的前置量，当然这会延长岛头长度。若由于环境限制无法进一步延长岛头时，缩短秤台长度其效果也优于人为提前发送数据。需要设计合理的入口电动栏杆控制逻辑实现称重精度和通行效率的高度统一。
4.7 必须确保轴型的 100%准确。人工收费时发生轴型错误造成计量误差可以通过复秤修正，ETC 无法人工修正，因此数轴效果必须 100%可靠。
5.结语
本文将整车式动态称重方法应用于 ETC 不停车收费系统中，设计了整车式称重与 ETC 集成的方案。系统将集成方案分成三个模块，探讨了系统实现过程中重点可能出现的客车和货车混合过程中车辆的识别问题提出了技术实现方法，并对系统实施中可能的问题进行了归纳并提出解决办法。基于整车式 ETC 动态称重系统，对提高货车通行效率和提升货车重量的计量精度方面有较高的推广价值

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