畢如林

(中遠(yuǎn)海運(yùn)科技股份有限公司，上海 200135)

0 引 言

車(chē)輛超限超載運(yùn)輸不僅會(huì)威脅人們的出行安全，而且易對(duì)道路和橋梁等公共設(shè)施造成損壞，因此必須對(duì)車(chē)輛超限超載運(yùn)輸行為進(jìn)行嚴(yán)格治理。當(dāng)前公路管理部門(mén)仍主要通過(guò)人工執(zhí)法治理超限超載行為，該方法不僅效率較低，而且時(shí)常出現(xiàn)暴力抗法、暴力執(zhí)法、人情執(zhí)法和調(diào)度指揮不順等情況。此外，執(zhí)法人員在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法過(guò)程中，經(jīng)常受到違法當(dāng)事人的無(wú)理抗?fàn)帲瑘?zhí)法壓力巨大。針對(duì)以上問(wèn)題，需在以往工作的基礎(chǔ)上，研究新的治理措施。

采用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全天候在線(xiàn)即時(shí)監(jiān)督檢測(cè)的非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法模式，將科技信息化手段應(yīng)用到交通綜合執(zhí)法中，可有效解決當(dāng)前治超和道路行政執(zhí)法面臨的難題。建設(shè)公路超限非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法系統(tǒng)是新常態(tài)下交通行政執(zhí)法的新模式，是“互聯(lián)網(wǎng)+”在交通行業(yè)應(yīng)用的具體體現(xiàn)。非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法系統(tǒng)能從時(shí)間和空間上擴(kuò)大對(duì)超限車(chē)輛的監(jiān)管范圍，有效提高超限治理的水平。

當(dāng)前上海市違法超限運(yùn)輸治理急需新技術(shù)、新方式的支持，通過(guò)推進(jìn)治超非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法系統(tǒng)建設(shè)，逐步形成以“非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法治超為主，固定治超為震懾，流動(dòng)治超為補(bǔ)充”的超限治理體系，通過(guò)多種形式實(shí)現(xiàn)對(duì)貨運(yùn)車(chē)輛的有效監(jiān)控和管理部門(mén)間的信息共享，提升執(zhí)法效能。

為建立健全高速公路入口檢測(cè)、出口倒查和責(zé)任追究等治超執(zhí)法聯(lián)動(dòng)工作機(jī)制，2019年上海市全部收費(fèi)站都實(shí)現(xiàn)了入口治超，實(shí)現(xiàn)了治超系統(tǒng)與高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的全面對(duì)接，提升了貨車(chē)超限超載的精準(zhǔn)判別能力。

1 設(shè)備選型和方案優(yōu)化

交通運(yùn)輸部在《取消高速公路省界收費(fèi)站工程車(chē)道系統(tǒng)實(shí)施指南》中給出了分離式入口稱(chēng)重車(chē)道布局和一體式入口稱(chēng)重車(chē)道布局2種入口稱(chēng)重車(chē)道布局形式，共3種方案(見(jiàn)圖1～圖3)。

圖1 分離式入口稱(chēng)重車(chē)道布局形式(3車(chē)道)

圖2 分離式入口稱(chēng)重車(chē)道布局形式(多車(chē)道)

圖3 一體式入口稱(chēng)重車(chē)道布局(3 車(chē)道)

由于上海市土地資源較為緊張，交通流量較大，各收費(fèi)廣場(chǎng)的面積比較狹小，難以按交通運(yùn)輸部推薦的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置入口治超系統(tǒng)。對(duì)此，在考慮工程造價(jià)的情況下進(jìn)行設(shè)備選型和方案優(yōu)化，以高性?xún)r(jià)比滿(mǎn)足功能要求。

當(dāng)前動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設(shè)備主要有平板式、彎板式、小彎板式、窄條式和石英式等5種。結(jié)合前期示范工程的應(yīng)用情況，通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設(shè)備的基本特性、精度、施工條件和維護(hù)情況等進(jìn)行對(duì)比，最終選擇分離式入口稱(chēng)重車(chē)道布局。對(duì)于收費(fèi)廣場(chǎng)而言，其路面為混凝土路面，道路條件較好，稱(chēng)重設(shè)備和施工采用“窄條+環(huán)氧膠灌裝”方案；對(duì)于普通匝道公路而言，其路基為半剛性路基，綜合考慮施工時(shí)間、數(shù)據(jù)精度和可維護(hù)性，稱(chēng)重設(shè)備和施工采用“平板+高強(qiáng)速凝材料”方案。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)傳統(tǒng)治超系統(tǒng)的一些功能進(jìn)行集成和優(yōu)化，形成一套全新的方案，在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)治超系統(tǒng)功能的同時(shí)，節(jié)約成本。

入口治超系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)稱(chēng)重子系統(tǒng)、圖像抓拍子系統(tǒng)和信息發(fā)布子系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)的構(gòu)成和功能如下：

1)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重子系統(tǒng)由稱(chēng)重設(shè)備、車(chē)輛檢測(cè)設(shè)備、信號(hào)處理單元、稱(chēng)重儀表、通信接口和稱(chēng)重柜等組成，主要用于完成數(shù)據(jù)檢測(cè)、處理、計(jì)算和通信，以及對(duì)其他輔助設(shè)備進(jìn)行控制和管理。當(dāng)車(chē)輛行駛至傳感器位置時(shí)，由傳感器測(cè)得車(chē)輛軸重信息，由數(shù)據(jù)采集處理器對(duì)這些信息進(jìn)行預(yù)處理，由高速動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)根據(jù)云處理的信息計(jì)算出車(chē)輛的速度、軸重和軸數(shù)等數(shù)據(jù)，并將其實(shí)時(shí)傳輸給稱(chēng)重柜內(nèi)的預(yù)檢系統(tǒng)工控機(jī)。

2)圖像抓拍子系統(tǒng)由車(chē)頭抓拍相機(jī)、車(chē)尾抓拍相機(jī)、全景監(jiān)控相機(jī)和補(bǔ)光燈等組成，采用線(xiàn)圈或稱(chēng)臺(tái)等觸發(fā)方式。當(dāng)車(chē)輛通過(guò)線(xiàn)圈或稱(chēng)臺(tái)時(shí)，車(chē)輛識(shí)別攝像機(jī)抓拍車(chē)輛圖像，并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，將車(chē)牌識(shí)別結(jié)果、車(chē)牌圖像、車(chē)牌顏色、車(chē)輛前部圖像、車(chē)輛前側(cè)面圖像和車(chē)輛通過(guò)的視頻等信息上傳給預(yù)檢系統(tǒng)工控機(jī)，預(yù)檢系統(tǒng)工控機(jī)將車(chē)輛彩色大圖、車(chē)輛識(shí)別攝像機(jī)識(shí)別結(jié)果、車(chē)輛的重量和交通信息綜合成一條完整的車(chē)輛通過(guò)影像證據(jù)，寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

3)信息發(fā)布子系統(tǒng)由告知屏和網(wǎng)絡(luò)等組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向高速公路入口管理系統(tǒng)和高速公路入口治超檢測(cè)平臺(tái)等傳輸車(chē)輛信息，通過(guò)告知屏向車(chē)輛駕駛?cè)藛T發(fā)布車(chē)輛是否超限的信息，并引導(dǎo)其進(jìn)行下一步動(dòng)作。

該工程的稱(chēng)重設(shè)備有平板稱(chēng)重設(shè)備和窄條稱(chēng)重設(shè)備2種，其前端系統(tǒng)組成圖分別見(jiàn)圖4和圖5。

圖4 平板稱(chēng)重系統(tǒng)前端系統(tǒng)組成圖

圖5 窄條稱(chēng)重系統(tǒng)前端系統(tǒng)組成圖

平板稱(chēng)重設(shè)備采用平行布置方式，全路幅鋪滿(mǎn)式布置，防止被檢測(cè)的車(chē)輛繞行；窄條稱(chēng)重設(shè)備采用每個(gè)車(chē)道6根3排傳感器平行布置方式，選取不同長(zhǎng)度的設(shè)備盡可能地鋪滿(mǎn)式布置，以保障對(duì)異常車(chē)輛的檢測(cè)。由于不同收費(fèi)站的現(xiàn)場(chǎng)狀況不同，故其采用的稱(chēng)重設(shè)備有所差異，主要根據(jù)收費(fèi)站入口匝道的長(zhǎng)度和線(xiàn)性好壞進(jìn)行選型。長(zhǎng)度長(zhǎng)、線(xiàn)性好的匝道采用布設(shè)在匝道的平板稱(chēng)重設(shè)備；長(zhǎng)度短、線(xiàn)性差的匝道采用布設(shè)在收費(fèi)站島頭的窄條稱(chēng)重設(shè)備。

平板稱(chēng)重系統(tǒng)和窄條稱(chēng)重系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置圖分別見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 平板稱(chēng)重系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置圖

圖7 窄條稱(chēng)重系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置圖

車(chē)輛通過(guò)稱(chēng)重傳感器之后，計(jì)算出輪軸載荷。當(dāng)被檢測(cè)車(chē)輛完全通過(guò)之后，系統(tǒng)將采集到的車(chē)輛信息實(shí)時(shí)傳輸給控制主機(jī)，控制主機(jī)接收車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，并將其與重量信息相匹配，形成完整的車(chē)輛信息，在本地存儲(chǔ)并上傳。通信機(jī)根據(jù)事前輸入的軸重和總重限值判斷被檢測(cè)的車(chē)輛是否超限，若確認(rèn)超限，將超限信息顯示在前方LED(Light Emitting Diode)大屏上。自此，整個(gè)系統(tǒng)的功能自動(dòng)化完成。

3 數(shù)據(jù)采集上傳

高速公路入口超限檢測(cè)系統(tǒng)具有以下功能：

1)對(duì)通過(guò)的車(chē)輛的重量、檢測(cè)軸、軸組和通過(guò)時(shí)間等信息進(jìn)行自動(dòng)采集，并形成完整的稱(chēng)重檢測(cè)信息；

2)存儲(chǔ)、顯示、查詢(xún)、導(dǎo)出和防篡改稱(chēng)重檢測(cè)信息，以及記錄運(yùn)行日志等功能；

3)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口將稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給市級(jí)治超監(jiān)管平臺(tái)、市級(jí)交警總隊(duì)平臺(tái)和高速公路收費(fèi)系統(tǒng)，并通過(guò)可變信息標(biāo)志提示超限超載車(chē)輛禁止駛?cè)敫咚俟贰?/p>

本文所述工程網(wǎng)絡(luò)由3部分組成，即：前端設(shè)備接入收費(fèi)站；前端設(shè)備接入治超系統(tǒng)；治超系統(tǒng)在政務(wù)外網(wǎng)內(nèi)應(yīng)用。入口治超與收費(fèi)系統(tǒng)通信界面位于收費(fèi)站交換機(jī)內(nèi)，將前端設(shè)備與收費(fèi)站已有的交換機(jī)相連接，通過(guò)收費(fèi)鏈路將車(chē)輛稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)、車(chē)牌數(shù)據(jù)和視頻信息等數(shù)據(jù)傳送給收費(fèi)站服務(wù)器、市交警總隊(duì)平臺(tái)和市治超中心平臺(tái)。

當(dāng)車(chē)輛駛?cè)霗z測(cè)區(qū)時(shí)，動(dòng)態(tài)稱(chēng)重子系統(tǒng)被觸發(fā)，獲得車(chē)輛拍照數(shù)據(jù)；當(dāng)車(chē)輛駛離檢測(cè)區(qū)時(shí)，所有輪軸均被識(shí)別，車(chē)輛軸重和總重等數(shù)據(jù)計(jì)算完成，將這些數(shù)據(jù)與車(chē)牌等數(shù)據(jù)匹配，判斷車(chē)輛是否超限，若超限，系統(tǒng)將多角度拍攝照片和視頻，將這些信息與車(chē)牌、車(chē)身和重量等數(shù)據(jù)組合起來(lái)，形成完整的電子證據(jù)鏈，并在車(chē)輛行駛前方可變情報(bào)板上發(fā)布超限信息。

入口治超數(shù)據(jù)傳輸流程見(jiàn)圖8。

圖8 入口治超數(shù)據(jù)傳輸流程

當(dāng)超限車(chē)輛到達(dá)收費(fèi)站入口時(shí)，收費(fèi)系統(tǒng)將車(chē)輛信息與入口治超系統(tǒng)數(shù)據(jù)相對(duì)比，若發(fā)現(xiàn)其超限且不是大件運(yùn)輸車(chē)輛，則拒絕向其發(fā)卡或不抬欄桿，將其勸返。

該系統(tǒng)建成之后有3個(gè)重要功能，即：交警總隊(duì)對(duì)進(jìn)入高速公路的質(zhì)量超過(guò)55 t的車(chē)輛作闖禁令處罰；交通執(zhí)法總隊(duì)進(jìn)行非現(xiàn)場(chǎng)超限超載處罰；收費(fèi)站入口拒超。

4 系統(tǒng)優(yōu)化

由圖4和圖5可知，平板稱(chēng)重系統(tǒng)與窄條稱(chēng)重系統(tǒng)是有區(qū)別的，前者是由線(xiàn)圈和車(chē)檢器分車(chē)的，而后者是由傳感器和軟件算法分車(chē)的，這一方案是在收費(fèi)站收費(fèi)廣場(chǎng)面積狹小和對(duì)稱(chēng)重系統(tǒng)廠(chǎng)家提供的軟件算法充分信任的情況下確定的。通過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)：對(duì)于自由流來(lái)說(shuō)，這2種方法判斷軸數(shù)的準(zhǔn)確率均比較高，但對(duì)于車(chē)流量大的收費(fèi)站入口而言，堵車(chē)和低速行駛是不可避免的，一旦出現(xiàn)這2種情況，軟件算法對(duì)該系統(tǒng)來(lái)說(shuō)基本失效，對(duì)通過(guò)判斷速度和底盤(pán)尺寸等特征數(shù)據(jù)分車(chē)的窄條稱(chēng)重系統(tǒng)的影響較大，而對(duì)依靠線(xiàn)圈和車(chē)檢器分車(chē)的平板稱(chēng)重系統(tǒng)的影響不是太大。

在未使用光幕的情況下，窄條稱(chēng)重系統(tǒng)的判斷邏輯見(jiàn)圖9。

圖9 未使用光幕的窄條稱(chēng)重系統(tǒng)的判斷邏輯

由圖9可知：在車(chē)輛正常行駛的情況下，需根據(jù)車(chē)輛的速度和軸型等信息延時(shí)判斷車(chē)輛是否已通過(guò)。某些前后分布的相似車(chē)型(如兩軸車(chē)、三軸車(chē))需在車(chē)距至少3～4 m的情況下才能分離開(kāi)，且在低速情況下，速度越低，分離車(chē)輛所需時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)車(chē)輛排隊(duì)通行時(shí)，在前后車(chē)距很短的情況下，2輛兩軸小型車(chē)易合并為1輛車(chē)，個(gè)別長(zhǎng)軸距的四軸車(chē)易分離成2輛兩軸車(chē)。

通過(guò)對(duì)窄條稱(chēng)重系統(tǒng)的軸型判別流程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該流程設(shè)計(jì)存在很大缺陷。研究發(fā)現(xiàn)，有視頻觸發(fā)和硬件觸發(fā)2種方式，由于視頻觸發(fā)存在諸多問(wèn)題，如在堵車(chē)的情況下無(wú)法分車(chē)，在車(chē)流量較大的情況下無(wú)法與稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)精確匹配等，故不作考慮。相比之下，硬件觸發(fā)可有效避免上述問(wèn)題，可采用3種方法，即：增加1組線(xiàn)圈；增加1組分車(chē)光幕；同時(shí)增加1組線(xiàn)圈和1組分車(chē)光幕。對(duì)這3種方法進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：線(xiàn)圈雖然價(jià)格較低，但施工時(shí)需花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間封閉道口，影響收費(fèi)站的通信效率，造成擁堵，且線(xiàn)圈占地面積比較大，無(wú)法滿(mǎn)足其對(duì)占地面積的需求；光幕雖然價(jià)格略高，但具有反應(yīng)靈敏、精度高、占地面積小和施工方便等特點(diǎn)，且分車(chē)效果遠(yuǎn)優(yōu)于線(xiàn)圈。由于收費(fèi)站入口情況比較特殊，車(chē)速慢、跟車(chē)緊是常態(tài)，線(xiàn)圈要實(shí)現(xiàn)分車(chē)功能，需要2輛車(chē)的間距為2～3 m，而分車(chē)光幕沒(méi)有這樣的限制。線(xiàn)圈與分車(chē)光幕配合使用的方式是最合理的，將分車(chē)光幕作為分車(chē)的主要依據(jù)，在光柵分車(chē)器發(fā)生故障時(shí)，采用線(xiàn)圈輔助實(shí)現(xiàn)車(chē)輛分離和收尾功能，二者能以一定的邏輯關(guān)系有效避免收費(fèi)站工作人員通過(guò)車(chē)道時(shí)遮擋光幕，對(duì)分車(chē)造成干擾。

綜合考慮各種因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況可知，只有第2種方案具備實(shí)施條件，且論證效果較好。因此，在第一組窄條稱(chēng)重系統(tǒng)位置處引入1組光幕(見(jiàn)圖10)。

圖10 具備光幕的窄條稱(chēng)重系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置圖

加入光幕之后會(huì)給稱(chēng)重主機(jī)一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，作為車(chē)輛駛?cè)牒婉偝龅呐袛嘁罁?jù)(見(jiàn)圖11)。引入光幕信號(hào)之后，增加了判斷邏輯，替代了原有的算法，使得分車(chē)更加精確和高效，具體判斷邏輯見(jiàn)圖12。

圖11 具備光幕的窄條稱(chēng)重系統(tǒng)前端系統(tǒng)組成圖

圖12 具備光幕的窄條稱(chēng)重系統(tǒng)的判斷邏輯

由此可見(jiàn)：在接收到車(chē)輛進(jìn)入信號(hào)之后開(kāi)始接收車(chē)輛輪數(shù)據(jù)，在接收到光幕離去信號(hào)之后可立即分離車(chē)輛，不受速度和車(chē)輛排隊(duì)等因素的影響。

為論證有光幕窄條稱(chēng)重系統(tǒng)的應(yīng)用效果，選取一個(gè)窄條站點(diǎn)作為試點(diǎn)實(shí)施該方案。對(duì)窄條稱(chēng)重系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行之后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 有無(wú)光幕運(yùn)行結(jié)果對(duì)比

由表1可知，在加入光幕之后，無(wú)論是數(shù)據(jù)的處理時(shí)間和精確度，還是系統(tǒng)的性能和設(shè)備的使用壽命，都有了很大改善，效果十分顯著。

5 結(jié) 語(yǔ)

入口治超系統(tǒng)上線(xiàn)試運(yùn)行期間，超載超限車(chē)輛數(shù)量同比下降了50%；經(jīng)過(guò)2～3個(gè)月的正式運(yùn)行和聯(lián)合執(zhí)法，超載超限車(chē)輛數(shù)量同比下降了90%；當(dāng)前超載超限車(chē)輛數(shù)量已不足0.5%，基本上達(dá)到了治超的目的。

入口治超的目標(biāo)是拒絕超限車(chē)輛進(jìn)入高速公路，以免給高速公路帶來(lái)安全隱患并損壞路面。在收費(fèi)站入口引入治超系統(tǒng)要解決的一個(gè)問(wèn)題是拒絕超載。在實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的同時(shí)，要注意4點(diǎn)，即：稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；軸數(shù)判別的正確性；數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性；對(duì)道口通行效率的影響。

通過(guò)對(duì)治超方案進(jìn)行優(yōu)化、實(shí)施和論證，將治超系統(tǒng)融入收費(fèi)系統(tǒng)中之后，拒超的目的已基本達(dá)到。但是，對(duì)于上述4點(diǎn)注意事項(xiàng)而言:保證稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和軸數(shù)判別的正確性是形成完整的電子證據(jù)鏈進(jìn)行執(zhí)法的必要條件;保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性既是實(shí)現(xiàn)入口拒超的關(guān)鍵，也是提高通行效率的前提。因此，對(duì)入口治超系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，還有很多工作要做。