高速公路收费站治超劝返系统改造探析

高速公路收费站治超劝返系统改造探析
摘要：基于甬莞高速公路塘溪收费站治超劝返系统的观察，本文对该系统的原理进行阐述，并就其在运行过程中的一些不足,进行了一定的技术改造，可以使该系统更好发挥作用，有效降低劝返系统的故障率，确保系统稳定，同时也提高了高速公路经营单位的经济和社会效益。

关键词：高速收费站；治超劝返系统；改造升级
高速公路收费站的治超劝返系统，主要由称重子系统、治超控制子系统、治超监控子系统、供电子系统等部分组成。

其中称重子系统在治超劝返系统中，起到最为关键的作用，它的检测结果直接决定了该车辆能否进入高速公路通行。

如果称重数据不准确，会导致不能驶入高速公路的车辆进入高速，或者使能驶入高速公路的车辆被劝返系统拦截。

前者会给行驶在高速公路上的司乘人员，带来安全隐患；后者则会引发高速公路路网节点的瘫痪。

此外，还会产生车主与收费工作人员之间的矛盾。

在其不知情的情况下，还可能出现不可预料的麻烦，造成收费工作现场的混乱，使整个收费站形象受损。

因此，称重子系统的可靠性是确保治超劝返系统正常工作的关键。

本文根据称重子系统的原理，及影响其正常工作的原因，进行改造探析。

一、治超劝返系统的原理
当车辆驶入劝返车道触发感应线圈后，整个劝返系统便会开始工作。

首先，系统对车牌进行识别抓拍，并将获取的数据，上传到服务器，同时车辆开始分离。

其次，当车辆通过劝返车道秤台时，秤台开始识别车辆的轴数、速度并计算车辆的轴重。

最后，车辆全部通过感应线圈后，车辆分离结束。

其驶出称重平台后，劝返工控机采集到计重信息，并上传至服务器。

服务器数据处理完成后，如有超重车，其会把车辆的相关检测信息，发送到劝返车道显示屏上并开启报警，提醒违规驾驶人员，尽快地驶离车道，并禁止其驶入高速公路。

如该车辆没有超重，服务器也会把车辆的相关检测信息发送到劝返车道显示屏上，这时车辆可以正常
通行，岗亭收费系统的显示屏上也会收到劝返服务器发出的检测信息，经工作人员核对后，给司机发放通行卡，让车辆通行。

二、技术改造前存在的问题
感应线圈车辆检测器是传统的车辆检测器，其工作原理是在劝返车道上埋设感应线圈，并与车辆检测器连接。

当车辆通过线圈时，线圈电感量的变化，使得车辆的通过状态发生的变化将被及时检测到，并将信号传输给检测器进行采集和计算。

治超劝返系统在实际使用过程中，受到感应线圈检测原理的影响，使得系统的准确性得不到保证。

当前车还没有驶出感应线圈，后车又驶入时，系统就会认为这两辆车是同一辆车，导致前后两车出现不能分离的现象，从而使得称重数据出现错误，影响高速公路的正常通行。

另外，由于铺设感应线圈时需要切割路面，这会降低道路使用寿命，增加维护成本，且其容易受到路基下沉和气候条件的影响而受到损坏。

三、技术改造后的效果及优势
基于以上分析，收费站入口劝返系统使用感应线圈来分离前后车辆，存在一定的局限性。

当前后两车同时存在于劝返车道感应线圈上方时，就会出现两车不能分离的现象，造成称重数据错误，使整个劝返系统陷入瘫痪。

为此，我们组织了相关技术力量，对感应线圈存在的分车缺陷进行了技术改造。

经过一段时间的研究与试验，我们发现采用激光雷达分车技术，可以有效的解决上述问题。

在实际改造过程中，我们把激光雷达安装在劝返车道，距离公路边缘的立柱或杆子上，使激光雷达的扫描方向垂直于车辆行驶道路，安装高度应在距离地面1.5米至2米左右处，且必须高于轮胎最高处。

当激光雷达对劝返车道的车辆进行扫描测量后，把采集到的数据通过交换机发送到激光雷达工控机，经其数据处理后再发送到串口固态继电器模块，串口固态继电器模块触发车辆分离信号，并把抓拍图片直接上传到服务器，称台采集到的重量由劝返工控机处理后再传送到服务器。

激光雷达车辆分离系统，通过激光雷达发射高频激光脉冲对劝返车道进行反射式扫描测量，可对密集连续行驶的车辆进行高效检测，有效提升高峰时期车辆进入劝返车道时的测量可靠性。

（一）激光雷达的原理
激光雷达是激光、大气光学、目标和环境特性、雷达、光机电一体化和计算机等技术相结合的产物。

它主要由两部分组成，一是激光发射系统。

发射系统发射激光时，要求发射的发散角要小，激光光束的能量不能发散；二是激光接收系统，用于探测和接收照射到目标物体上的反射、散射等回波信号。

通过计算发射和接收信号的时间差，可以计算出被测物体的空间位置。

劝返系统分车激光雷达是以激光测距技术为基础，利用激光脉冲来测量目标物体距离的技术，其原理是：激光发射系统通过光学系统对准被测量物体，发射激光脉冲时，同步触发电信号送入时间数字转换芯片的开始计时端；激光脉冲碰到目标物体后发生反射，其中一部分激光返回到探测接收光学系统中，该信号经过接收电路处理后，再通过光电转换后，所形成的电信号发送到时间数字转换芯片结束计时端，即完成激光雷达测量目标物体的全过程。

激光雷达把对距离的测量转变为对时间差的测量，在脉冲式激光雷达探测中，只需要计算发射与接收激光的时间差，就可以计算出目标物体的空间位置。

（二）激光雷达的相关优点
劝返系统的激光雷达具有以下几个方面的优点。

第一，激光雷达具有响应速度快，车辆分离准确的优点。

激光雷达在工作时，其一直在发射高频率的激光脉冲，当有车辆高速通过激光雷达检测区域时，可以被其快速捕捉到，通过激光主动测量车辆外形轮廓尺寸变化实现车辆分离，分辨率高，车辆分离准确。

第二，激光雷达具有高可靠性探测的优点。

激光雷达发射激光脉冲时，遇到了被测量的车辆以后，会根据车辆的通过的时间，快速测定接收发射光束所需要的时间，并转换为距离方式，通过数字信号处理技术计算时间，可以得到精确的测量结果。

第三，激光雷达具有精确测量低误报率优点。

根据激光雷达的工作原理可以精准地分离经过劝返系统的前后车辆，并且采用了科学的算法，可以根据被测车
辆的外形和通行范围，以及通过速度等综合来反馈数据，可以排除因外界干扰等因素所引起的误报情况。

第四，激光雷达具有自动恢复记忆功能的优点。

当激光雷达开始正常工作后，即使电源出现了故障，其设定的相关参数值，也不会丢失，等电源恢复以后，不需要重新设置相关参数，可继续进行探测工作。

四、经济社会效益
劝返系统经过技术改造后，在经济和社会效益上得到了明显提高。

在经济效益方面，减少人力成本，增加营运收入。

经人力资源部门测算，应用此技术后，收费站每年至少可以减少2个人的人力开支成本。

按照2020年本地交通行业人均工资121531元计算，每年一共可以节约243062元。

此外，也可以提高高速公路的通行效率，增加经营收入。

在社会效益方面，提升劝返系统的可靠性，可以使得整个高速公路路网的使用率得到提高，从而直接加快城市间的经济互联，促进全国各地区的经济发展。

结束语
为确保劝返系统的正常运行，我们对其存在的问题进行了仔细的分析，并找到了高峰时期车辆通过劝返车道时，经常出现无称重数据的原因，其原因是前后车辆没有正确的分离。

在之后的系统改造过程中，我们使用先进的激光雷达车辆分离技术，来代替传统的线圈触发分离，有效的解决了车辆分离信号不准确的问题，同时劝返系统的运行效率得到了提高，维护成本得到了降低，经济和社会效益也得到了增长。

参考文献：
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