技术领域 本发明涉及大型公路收费站， 特别是一种斜线布局的大型收费站的结构。这 种结 构适用于交通流量非常大， 需要单向 30个以上收费通道的大型收费站系统。 通 过沿交通流方向径向排布多达数十个收费通道 的方式获得与交通流量完全匹配 的收费处理能力。

背景技术 传统的收费站通常设计为与行车方向垂直的、 一字排列的形式， 所有的收费通道 并排面对驶入的车辆。 如果要增加收费站的收费处理能力， 除了利用 ETC等技 术手段提高单个收费通道的效率外， 只有增加收费通道的数量； 要增加收费通道 的数量， 通常只能通过横向增加收费站的占地宽度， 以获得更大的场地空间。这 种思路在很多现实条件限制下难以付诸实践。

PCT/CN2012/086469， 以及后续 PCT/旧 2013/060849禾 P PCT/IB2013/060886 国际申请披露了一种多层收费站结构。这种结 构可以在不需要很宽的收费站场地 的情况下， 利用相对廉价的径向空间排布多层收费通道， 实现了收费通道数量的 大幅度增加， 而且各个收费层 /收费组之间几乎互不干扰、 独立并行， 能够应对 大的交通流量。 同时， 通过调整某些收费组的方向， 还可以应对潮汐变化的交通 流， 以及突发的单向巨量交通流。 图 1是这种三层收费站的结构示意图。右侧由下� �上行驶的车辆将面对分布在三 层的收费组 11、 12、 13; 在交通指示牌的引导下， 货车将通过快速入口通道 130 进入收费组 13; 部分客车通过快速入口通道 120进入到收费组 12; 剩余的客车 进入收费组 11。 三个收费组并行工作， 互不干扰。 同样， 左边的三层收费组 21、 22、 23也是这种情况。 但是， 这种多层结构仍然存在下面这些问题：

1 ) 每个收费组的收费通道的数量基本接近，而通 常每个收费组都独享一条快速 入口通道和一条出口通道； 这样就难以平衡各个收费组的综合收费能力， 特 别是当 ETC收费通道全部聚集在一个收费组后，就会显 著提高这个收费组的 处理能力。

2 ) 车辆通过某些收费通道的过程需要经过两个 " S"形的变向转弯， 增加了通 行难度。

3 ) 多层结构导致层级之间栅栏多， 调整困难。

4) 难以通过直接观察来了解整个收费站的运行情 况；难以针对各个收费组的拥 堵情况做出及时响应和调整。

5 ) 随着层数的增加， 与收费组并行的快速通道的数量也同步增加， 进而压缩了 每层收费组中收费通道的空间。实际上当层数 增加到一定情况下， 收费通道 的总数反而开始减少。 下表例举了收费通道数量随着层数增加的变化 情况。假设所有收费通道和快 速通道的宽度一样； 每个收费组只有一条入口通道和一条出口通道 。

每层收费通道数量 8 7 6 5 4 3 收费通道总数 （∑) 16 21 24 25 24 21 收费通道增加值 7 5 3 1 - 1 -3 每层最大通道数 （N) 10 (以单个方向计）

收费站层数 （M) 2 3 4 5 6 7 每层收费通道数量 9 8 7 6 5 4 收费通道总数 （∑) 18 24 28 30 30 28 收费通道增加值 8 6 4 2 0 -2

每层最大通道数 （N) 11 (以单个方向计）

收费站层数 （M) 2 3 4 5 6 7 每层收费通道数量 10 9 8 7 6 5 收费通道总数 （∑) 20 27 32 35 36 35 收费通道增加值 9 7 5 3 1 -1 每层最大通道数 (N) 12 (以单个方向计）

收费站层数 （M) 2 3 4 5 6 7 每层收费通道数量 11 10 9 8 7 6 收费通道总数 （∑) 22 30 36 40 42 42 收费通道增加值 10 8 6 4 2 0 可以看出： 当 M^N/2时， ∑取最大值∑max。 具体地， ∑max = (N+ 1 ) ² / 4， 当 N为奇数；

∑max = ( (N+ 1 ) ² —1 ) / 4， 当 N为偶数。 为实现单向 30条以上的收费通道，采用多层结构时， 收费站的占地宽度（单向） 必须满足下面的条件：

如果各层收费组之间间距为 100米， 那么整个 5层收费站的长度就要达到 500 米以上。

发明内容 本发明的主要目的是设计一种新的收费站结构 ，能够轻松地实现在宽度有限的占 地面积上安置双向近百个收费通道的目标，可 以将收费站的单向收费处理能力增 加至 6000辆 I小时 （按单个收费通道平均 30秒一辆车计算）。 本发明的另一个目的是提供一种简便灵活的方 法以应对潮汐车流，以及突发的单 向剧增车流。 另外， 对收费站结构的进一步优化可以应对突发的局 部交通阻塞。 本发明所述的大型斜线式收费站， 进出收费站的道路为单向至少 3车道， 所有的 客车收费通道并列排成一条斜线； 所有的收费通道划分为若干个收费区， 每个收 费区对应一条快速入口通道和一条快速出口通 道；每个收费通道与收费站的中轴 线之间的倾斜夹角 Φ (针对不同车型的收费通道分别为 Φ3和 Φϋ满足： 15° Φ 45° ； 这条斜线与收费站的中轴线之间的偏移距离 W与所对应的快速通道的 总宽度 W ₂ 相同， 即 W = W ₂ 。 特别地， 当收费通道是针对客车等中小型车辆时， 建议 30° Φ3 45° ； 当收 费通道是针对货车等大型车辆时， 建议 15° Φ^^^ίΤ 。 因为大型车辆拐弯要 明显困难一些。

附图说明 图 1， 一种双向三层结构的复式收费站。 图 2， 大型斜线式收费站的全局简图。 图 3， 收费站的细部描述图。 其中， 10为收费区， 20为等待区， 30为禁停区；

40为收费分区引导牌， 50为安全岛， 60为调度指挥塔；

5100为收费站右侧中轴线， 5200为收费站左侧中轴线；

110为客车快速通道， 120为 ETC快速通道， 130为货车快速通道。 图 4， 显示了收费站右侧的局部结构。 其中， 客车收费区 11和 12里的收费通道的倾斜角度为 Φ ₅ ， 货车收费区 13 里的收费通道的倾斜角度为 Φ>_。 图 5， 偏移角度 β的计算示意图。 图 6， 偏移角度 β和偏移距离 W的关系示意图 图 7， 调整部分收费通道的方向以适应单向交通流的 剧增需求。 图 8， 在收费站前设置的收费分区引导牌的位置和显 示内容。 图 9， 一种平行移位式收费站的结构示意图。

实施方式 本发明的实施有多种方式。在本说明书中披露 的仅仅是其中的部分实施例。任何 其它没有在本说明书中披露的实施方式， 只要符合本发明所描述的技术特征， 就 应得到本发明的保护。 图 2是本发明的整体结构简图。收费区可以根据� �要在上下两个方向重复复制延 伸； 每增加一对收费区（两个方向）， 则收费站的宽度增加两条快速通道的宽度。 图 3显示了本发明的更多重要细节。 其中，

10为客车收费区， 收费区内收费通道的长度大约为 30— 40米；

20 为客车等待区， 在收费区和禁停区之间的区域， 可以容纳一辆车等待进 入收费区， 或在驶离收费区时等待进入出口通道， 避免在禁停区形成阻塞；

30 为 "带状"禁停区， 设置禁停区是为了防止车辆在进入和驶离收费 通道 时拥堵； 禁停区内画有禁停标识线； 禁停标识线为黄色， 并具备夜间可视能力；

40 为收费分区引导牌， 这个引导牌的主要目的是引导不同类型的车辆 进入 不同的快速通道； 当收费站内某局部出现交通事故导致某条快速 通道阻塞时， 还 可以通过引导牌及时做出警示， 并引导车辆适用临时调整后的车道； 图中右侧的 收费分区引导牌跨域了邻近的中轴线 5100 ;

50 为安全岛， 由于货车收费区和客车收费区的倾斜角度不同 ， 由此在两种 收费区衔接部自然空余出一个流线型的空间。 这个区域可以建设整个收费站的主 体承重立柱或立柱群， 可以建设调度指挥塔， 还可以安装一个上下楼梯， 方便工 作人员进入指挥塔以及其他收费站上层空间；

60为建立在安全岛上的调度指挥塔，这个塔� ��工作空间应当高出地面至少 5 米以上、 方便观察收费站整体运行情况。两个指挥塔之 间、 指挥塔和各个交通信 号灯、 引导牌都有安全可靠的通信连接。 同时与收费站管理机构 （如站长室）、 交通指挥中心、急救中心都有应急高速通信通 道， 能够将指挥塔上观察到的现场 实时图像同步传输给这些机构。

5100为收费站右侧中轴线， 5200为收费站左侧中轴线， 它们相互平行。 所 有收费通道的倾斜角度都是以中轴线 5100或 5200为参照线衡量的； 在这个实施例中， 110为客车快速通道， 120为 ETC快速通道， 130为货车 快速通道。 图 4显示了收费站中不同收费区的倾斜角度。其� �， 客车收费区 11和 12里的收 费通道的倾斜角度为 Φ ₅ ， 货车收费区 13里的收费通道的倾斜角度为 图中， Φ 3 > Φ >_；这样方便了转弯难度比较大的载重货车� �� 收费区的长度也显著增加。 另外， 由于收费区 12为 ETC收费通道， 其收费通道的数量明显少于人工收费 ( MTC- Manual Toll Collection)的收费区 11中收费通道的数量。为防止非 ETC 车辆误入收费区 12后产生阻塞， 有必要将这个收费区的最远通道 （靠近安全岛 的通道）设置为 ETC/MTC混合通道， 以便误入 ETC收费区的非 ETC车辆能从 次通道通过。 图 5显示了偏移距离\^、 偏移角度 、 收费通道的宽度 D， 以及收费通道倾斜角 度 Φ之间的关系。 经过推导， 我们可以得出下列关系式，

W * (ctg (β) + ctg ) * sin = η * D 其中， n为偏移距离 W所覆盖的收费区中收费通道的数量； sin ( )为正弦函数; ctg ( ) 为正切函数。 实际上， 偏移距离 W是一个相对容易理解的参数。 以图 6为例， 两组收费区的 整体偏移距离 W刚好等于这两组收费区的快速出口通道的总� �度 W ₂ ， 也就是， w = w ₂ 图 7显示了如何调整收费站中部的分隔栅栏 5000的位置来平衡来自两个方向的 车流。 图 7中， 当快速通道 110上的车流压力比较大时， 可以调节分隔栅栏 5000， 将 其调整为 5000 ' ; 这样就可以从对面反向收费区 "借用 "几条收费通道。 当然这 些被借用的通道必须为双向可变的收费通道。 通过这种简单的调整可以根据车流 的潮汐变化相应地调节两个收费方向的处理能 力。 图 8显示了收费站入口位置上设置的一组收费分� �引导牌 40 (分流指示牌）， 架 空设置于道路之上。驾驶人员可以方便地看到 上面的提示信息， 在进入快速收费 通道之前就可以及时调整行车道。 这个实施例中， 该收费分区引导牌（分流指示牌）的内容包括 ： 信息块（41， 42， 43) 各自对应于图 7中的快速通道 （110， 120， 130)； 而信息块 41'则对应的是 反向的一条出口通道。 当需要将该通道调整为反方向时， 信息块 41'中将相应地 显示必要的信息。 图 9显示的是一种结构略有不同的收费站。 收费区 11、 12和 13并没有如图 2 所显示的方式， 形成一条连续的偏移斜线。 这里， 收费区 11、 12、 13内的各个 收费通道所形成的直线与中轴线 5200平行， 而各个收费区作为一个整体相对于 邻接的收费区有一个小的移位， 即相邻收费区的所述直线之间存在一个偏移距 离； 整体上形成一个瀑布式逐层平移的关系。这个 偏移距离等于一条快速入口通 道或一条快速出口通道的宽度。 基于和图 4同样的理由， 货车收费区 13内的收费通道的倾斜角度要小于客车收 费区的， 即 Φ δ ^^ ^ 优化地，

30 ° ^ Φ β 45 °

15 ° ^ Φ |_ 30 °