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1、开放式无站自由流收费试点建设方案目录1 概述31.1 背景31.2 无站自由流收费系统需求31.3 ”云-管-边-端”系统架构需求41.4 云收费和云稽查需求41.5 车道工控机虚拟化需求42 准自由流收费系统总体方案52.1 技术路线52.2 收费方式53 收费站业务系统63.1 收费系统73.1.1 车道布局73.1.2 ETC收费系统103.1.3 混合车道收费系统113.1.4 自动卡机收费系统123.2 收费站运维监测系统133.2.1 设备监测133.2.2 收费数据监测133.2.3 网络监测133.3 广场稽核系统133.3.1 入口广场稽核143.3.2 出口广场稽核144
2、ETC一体化收费系统154.1 匝道ETC预收费服务154.1.1 基本功能154.1.2 门架收费流程154.2 ETC收费车道服务164.2.1 基本功能164.2.2 虚拟界面设计174.2.3 ETC入口车道流程184.2.4 ETC出口车道流程194.3 外设控制服务224.4 车道布局224.4.1 车道系统构成224.4.2 ETC车道布局设计234.4.3 匝道ETC门架布设原则231.l背景为适应“交通强省”的发展需求，指导推进准自由流收费系统建设要求，基于主线撤站后新收费管理形势，新技术发展趋势，本项目设计完成开放式自由流收费系统的总体方案。1.2 无站自由流收费系统需求全
3、国一张网的运营转变对收费站广场布局、收费系统架构、收费管理模式提出了新的要求，目前传统的收费系统建设方案已经不能满足高速公路运营管理的发展需求，建议开展准自由流收费的收费技术和收费模式的研究和应用，满足下一代收费系统的应用场景需求。自由流收费是指在无物理收费站模式下，采用电子收费技术自动完成对多条车道上自由行驶车辆完成收取通行费的方式。现阶段我国高速公路采用封闭式收费管理模式，不具备实施自由流收费的前提。因此开展准自由流收费，通过“匝道自由流收费+收费站车道联动”的方式，将ETe自由流收费提前到匝道进行，相当于预设一条自由流ETC交易车道。当ETC用户成为绝对主流、高速公路去现金化收费基本实现
4、，用户信用支付体系完善后，仅需拆除物理收费站，即可实现完全ETC自由流。准自由流收费模式由ETC车辆匝道自由流收费、收费站出口车道验证两个步骤实现。收费站匝道处以龙门架方式部署ETC设备，对经过匝道的ETC车辆提前交易。收费广场的ETC和MTC车道只需要进行交易车辆名单核对和补充二次冗余交易（一次交易未成功前提下）即可快速完成车辆收费。该模式在无法增扩建ETC车道的情况下，不仅能够提升广场ETC车道的通行能力，还能大大缩减MTC处理ETC用户的时间，从而从整体上提升整个收费广场的通行效率。1.3 云管-边一端”系统架构需求准自由流收费模式下，收费站、匝道门架、车道之间需要在最短的响应时间内完成
5、数据交换和数据共享。流量越大，对系统的实时性要求更高。现有模式下收费站、匝道门架、车道系统彼此独立的系统架构不再适用自由流收费场景。新一代收费系统运用云平台、物联网、边缘计算等前沿技术，结合路网的管理需求和发展形势，设计基于“云-管-边-端”的新一代收费站收费系统。“云”是指现有的联网中心云平台，云平台负责路网内数据的存储和大数据应用分析，包括收费管理业务、云计费和云稽查等业务功能。“管”则是指有线/无线通讯方式，“边”是指收费站系统。新一代的收费系统架构中，仅用一套“边”系统实现传统收费站系统中站级系统、车道收费系统和ETC门架系统的所有功能，并对系统中的多源数据进行融合和边缘计算。“端”是
6、指车道和预收费门架前端的各类设备，主要包括门架天线、门架牌识、车道天线、车道牌识、自动栏杆机以及显示屏等。基于“云-管-边-端”的新一代收费站收费系统将实现ETC门架、ETC车道、MTC车道业务的全融合，以收费数据线上化运营，智能化、精准化、人性化的收费服务为设计目标，对收费模式和收费技术进行重构，将架构与业务融合，满足扁平化收费系统的要求。1.4 云收费和云稽查需求云收费和云稽查系统包括前后收费广场的门架、出入口车道智能设备和后台的云平台，通过前端智能设备，加强车道通行和容错能力；后端充分发挥路网大数据平台作用，通过云端路径拟合准确计费和自动挖掘异常数据、自动生成证据链、自动下发审核，解决人
7、工稽核效率低等问题。1.5 车道工控机虚拟化需求采用“云+边+端”系统架构的收费系统，车道和匝道ETC门架系统的外围设备辅以收费云架构的云边交互，与收费站系统协同工作。系统可将原本分布在多个设备上的系统集成部署在一台机器，通过后台虚拟化集中式控制的方式，经过配置管理后虚拟运行多条虚拟车道软件与门架系统软件，负责所有过往车辆的通行与设备的控制。车道设备接入收费站网络系统，中间没有其他转换或传输设备，站级系统直接对设备进行集中管理与自动分配资源。从建设角度出发，减少硬件设备的投入和施工成本，从功能角度出发，改变收费站原有的被动单一的收费模式，收费站系统实现稽查以及值机等多业务与数据融合，有利用深化
8、边缘计算，发展大数据云平台，增加数据赋能。2准自由流收费系统总体方案2.1 技术路线总体技术路线如下：(1)新一代收费系统架构为“云平台-站级边缘云-车道节点”的架构。采用松耦合，收费业务服务化，“收费”与“控制”隔离，形成一个可扩展的交易服务和通用统一化的控制服务。(2)前端轻量化，ETC车道取消工控机，实现ETC车道收费站边缘云交易。MTC车道保留工控机，提供离线收费功能。车道外设全部一体化、IP化，通过统一协议控制和管理，实现软件定义设备。(3)匝道ETC门架对通行的ETC车辆完成通行费收费。(4)收费站将ETC门架、收费车道与稽查门架与收费站业务整合，综合应用稽查功能。站级业务全部通过
9、PC工作站以B/S架构或者远程云平台虚拟工作站进行日常管理。2.2 收费方式准自由流收费模式：”匝道门架预收费+出口验证”。本方案整体思路为：在收费站匝道以龙门架方式部署ETC设备，将ETC收费提前到匝道进行，相当于预设一条无隙碍ETC交易车道。对经过匝道的ETC车辆提前交易，收费广场的ETC和MTC车道只需要进行交易车辆名单核对和补充交易，即可快速完成车辆收费。(1)收费站匝道汇流处设置预收费ETC门架，对自由流通行的ETC车辆进行通行费计费和扣费，并将实时车辆信息、交易数据保存。(2)ETC车道对ETC车辆进行交易状态验证，己缴费成功的直接放行，缴费失败或未缴费的ETC车辆进行扣款后放行。
10、(3)ETCMTC混合出口车道支持现金、ETC卡、手机移动支付等多种支付方式供用户选择。其中ETC车辆进行交易状态验证，己缴费成功的直接放行，缴费失败或未缴费的ETC车辆进行扣款后放行。(4)自助缴费车道支持ETC卡、手机移动支付等多种支付方式供用户选择。其中ETC车辆进行交易状态验证，己缴费成功的直接放行，缴费失败或未缴费的ETC车辆进行扣款后放行。(5)手持终端实现异常交易ETC车辆或特殊情况下的收费，支持ETC、手机移动支付等支付方式。(6)车辆驶出收费站，收费广场的稽查ETC门架采集到通行的车辆信息和车辆牌识信息，在站级的数据中心进行“边缘计算十大数据分析”，实现实时稽查和事后核查，对
11、车辆进行识别和预警。3收费站业务系统边缘计算云平台就是采用“边+端”系统架构的收费站边缘计算平台，通过结合省中心云平台的各类接口服务和微服务协同工作。边缘计算云平台实际是通过站级虚拟化服务和物联网协议，将原本分布在多个服务器上的收费系统集成部署在一台云服务器上，通过集中式控制方式和配置管理，虚拟运行多个虚拟车道收费系统与门架系统，实现车辆的交易和验证放行，以及对与收费相关所有机电设备进行控制和数据融合。收费站边缘计算云平台就是采用“边+端”系统架构的收费站边缘计算平台，结合中心云平台协同工作。边缘计算云平台实际是通过站级虚拟化服务和物联网协议，实现ETC车辆的预收费和验证放行、MTC混合车道的
12、人机交互，以及机电设备的管控、状态名单管理、车道和门架数据融合、交易授权管理等。将原本分布在多个服务器上的收费系统集成部署在一台云服务器上，通过集中式控制方式和配置管理，虚拟运行多个虚拟车道收费系统与门架系统,实现车辆的预收费和验证放行，以及对与收费相关所有机电设备进行控制和数据融合。系统结构图如下:省中心平台手持机系统交易支撑服务.收费站边缘云EMTC系统卡机系统S外场设备ETc虚拟花系统路公司管理平台3.1 收费系统3.1.1 车道布局3.1.1.1 收费车道土建方案收费车道数根据收费新政策，对初步设计给出的宝应南收费站收费车道数重新进行计算，确定施工图收费车道数为4入4出。宝应南收费广场
13、效果图收费车道宽度对收费车道宽度进行调整，入口车道1至入口车道4的车道宽度分别为3.5m、3.5m、3.2m、4.5m,出口车道1至入口车道4的车道宽度分别为4.2m、35m、32m、411)o收费岛宽度调整部分收费岛宽度，入口车道2和出口车道2对应的收费岛宽为1.5m,其余收费岛宽度均为2.2m。3.1.1.2收费车道布局入口车道1为ETC专用入口车道，安装收费亭；入口车道2为ETC专用入M车道；入口车道3为计重混合车道，安装自动发卡机；入口车道4为计重混合车道，安装收费亭。出口车道1、2为ETe专用出口车道；出口车道3为计重混合车道，安装自动收卡机；出口车道4为计重绿优混合车道，安装收费亭
14、。混合车道+入口拒超计重比CU曰丁一，u_二X：混合车道(无人自助车道)+自动发卡+入口拒超计重U一一i.F%0.ETC专用入口DX.Hi第一3ETC专用入口Paad样I二;ETC专用出口SORI；1.1.1 3:1Oa,口一一第混客抚人自助车道)+自动收卡百耐遍r遁一：1.IC屈F混合车道+印重病检11宝应南收费广场平面布置图3.1.1.21入口车道混合车道(入口)收费岛上设备：雾灯、入口拒超摄像机、手动栏杆机、车道车牌识别一体机、自动栏杆机、信息显示屏。另：(1)在入口车道4对应收费岛上安装单向收费亭；(2)在入口车道3对应收费岛上安装自助发卡机；(3)在入口车道3、4均安装入口拒超轴组称
15、，对应收费岛上安装相应的光栅、称重设备控制箱。门架安装：岛尾安装ETC门架，横跨入口车道3、4,门架上对应安装两套ErC天线。ETC专用车道(入口)收费岛上设备：雾灯、手动栏杆机、车道车牌识别一体机、自动栏杆机、信息显示屏。另：(1)在入口车道1对应收费岛上安装双向收费亭。门架安装：岛头安装ETC门架，横跨入口车道1、2,门架上对应安装两套ErC天线。1.1.2 1.1.2.2出口车道岛头安装ETC门架，横跨出口车道1、2、3、4,门架上对应安装四套ETC天线。混合车道(出口)收费岛上设备：雾灯、出口抽检摄像机、手动栏杆机、车道车牌识别一体机、自动栏杆机、信息显示屏。另：(1)在出口车道4对应
16、收费岛上安装单向收费亭；(2)在出口车道3对应收费岛上安装自助收卡机；(3)在出口车道3、4均安装出口抽检轴组称，对应收费岛上安装相应的光栅、称重设备控制箱。门架安装：ETC天线。大棚吊装：在出口车道4岛尾吊装一套ETC天线。ETC专用车道(出口)收费岛上设备：雾灯、手动栏杆机、车道车牌识别一体机、自动栏杆机、信息显示屏。门架安装：ETC天线。1.1.3 ETC收费系统ETC车道系统应具有以下基本功能：(1)同时支持对双片式OBU、单片式OBU的处理。(2) ETC车辆交易状态验证，已在匝道门架交易过的直接放行，交易失败或未交易的ETC车辆进行扣款。(3)管控外接设备，包括RSU、车牌识别器、
17、栏杆机、费显等设备。通过读取车辆的车载标签信息、车牌、车道号等，将信息传输至收费站边缘计算云平台系统，根据边缘云平台返回的消息，控制收费车道的外接设备。(4)通过边缘计算云平台完成ETC车辆在线交易，根据在线交易结果，控制外设，并将交易数据正确写入到收费站服务器保存上传省中心。(5)货车入口拒超，通过接收入口治超的车辆检测数据，禁止超限货车通行，显示特情信息。(6)配置参数防篡改，系统启动后应对相关配置进行验证，发现配置被非法变更后应自动进入配置界面，并进行相应提示。(7)运行监测功能，除在收费界面上显示外，还具对外提供运行监测数据服务能力，监测内容主要有：车道运行状态、关键设备状态、过车数据
18、等。1.1.4 混合车道收费系统ETcZMTC混合车道系统应具有以下基本功能：(1)同时支持ETC、MTC车辆交易。ETC车辆参照ETC费显和清分结算系统优化工程实施方案(试行)中相关要求进行介质有效性判定，交易完成后清除OBU及ETC卡入出口信息文件。MTC车辆应判定CPC卡发行归属地是否为有效联网省份。(2)自动检测、准确识别通行车辆的车牌(车牌号、车牌颜色)、车型(如有)等信息，MTC车辆应支持人工校核、修正。(3)具备接收、更新收费参数(ETC状态名单、追缴名单、预约车辆名单等)功能。(4)所有出口ETOMTC混合车道均应参照ETC费显和清分结算系统优化工程实施方案(试行)相关要求对前
19、序漏收门架进行动态拟合，出口一次扣费并正常显示扣费信息。(5) 车道软件通过读取CPC卡内EFOl文件入口信息、EFO2文件内行省份个数判定通行车辆为本省交易或跨省交易。如为跨省交易，EF04文件内“最新ETC门架信息”为非省界门架的，或“路径拟合成功或失败标识”为失败(OXOI)的，通过省中心向部中心请求计费服务，并根据返回的计费结果信息进行收费。(6)具备接收、更新本省计费模块的功能，支持自动/手动更新，并至少保存新旧两个版本计费模块。计费模块对本省通行车辆进行前序漏收门架路径拟合及计费功能时，当输入信息一致，运算结果应与ETC省界门架计费模块保持一致，满足车辆计费、收费要求。(7)具备接
20、收、更新全网入出口可达路径最小费额计费服务的功能。(8)具备预约绿通车辆交易处理功能，使用部中心预约服务平台查验APP的，出口车道应准确生成通行交易二维码。(9)具备MTC特情车辆处理功能，包括CPC中无入口信息或发行归属地异常、无通行介质或CPC卡内入口信息无效、CPC卡内车牌信息、车型信息/轴数信息与实际车辆不一致的、CPC卡内各省省界路径信息和计费信息不完整、计费金额低于入出口可达路径最小费额或超过1.5倍的、入口时间超出当前时间7个自然日的，请求省/部中心后台计费服务进行路径还原及通行费计算的功能。(IO)具备节假日免费车辆参数配路及交易处理功能。(11)具备车道连接状态、参数状态和关
21、键设备状态的运行监测功能，并可根据监测情况，生成相应运行监测数据。1.1.5 自动卡机收费系统自助发卡机车道先行试点客车自助取卡通行，同时支持ETC车辆自动通行。发卡设备在出现异常或驾乘人员需要进行求助时，按面板求助按钮后，管理端可实时获取到该车道语音对讲和视频监控画面，并能实时查看到卡机系统界面且进行远程控制。自助缴费机车道在司机停车刷卡后，自动后台进行费额计算并显示计费结果，司机可使用移动支付、ETC卡电子钱包进行支付，在支付后可选择打印纸质发票。同时，自助缴费车道支持ETC车辆自动通行。3.2收费站运维监测系统收费站运维监测系统主要包括设备监测、收费数据监测、网络监测等。3.2.1 设备
22、监测设备监测包含对ETC车道、ETC/MTC混合车道、手持终端、自动收发卡机等车道关键设备运行状态。关键设备包括：RSU、车牌识别设备、轮轴检测器状态（入口）、车检器、光栅状态、车道摄像机、费额显示屏、信息提示屏、通行信号灯等。3.2.2 收费数据监测收费数据监测包含ETC车道、ETC/MTC混合车道、自动收发卡机的程序版本、收费参数版本是否与部联网中心（或省联网中心）的状态名单一致。收费参数包括：计费服务版本、黑名单服务器ETC黑名单版本、黑名单服务器OBU黑名单版本、基础信息编码版本、预约车名单版本、大件运输车版本、最小费额版本、OBU应急黑名单全量版本、OBU应急黑名单增量版本等。3.2
23、.3 网络监测从各个方面对网络设备进行监测和管理，内容包括网络设备的可用性、设备性能、流量管理和业务分析等。3.2.4 3广场稽核系统广场稽核系统主要是利用边缘云平台进行边缘计算，通过入口广场和出口广场摄像机采集车辆信息，完成入口车牌比对，出口收费稽核等工作。3.3.1 入口广场稽核入口广场稽核系统主要是通过入口广场摄像机，完成车辆信息采集，通过边缘计算云平台提取车型、车牌等信息，与车道摄像机抓拍车牌信息进行比对，进一步提高入口流水车牌准确率。3.3.2 出口广场稽核出口广场稽核系统是通过出口广场摄像机，完成车辆信息采集，通过边缘计算云平台提取车辆车牌、车型信息，与出口车道收费流水数据进行比对
24、，将收费信息在出口广场视频上与车辆画面叠加，核验是否存在偷逃费等违法行为，进一步提高收费站管理水平。4ETC一体化收费系统4.1 匝道ETC预收费服务装有电子标签的ETC车辆途径匝道ETC门架时，由匝道ETC预收费系统按照国标规范提前完成计费、扣费整个交易过程，在卡片中保存交易状态，并将交易流水实时保存到收费站收费系统。当车辆到达出口广场任一条ETC或者ETCZMTC混合收费车道时，车道收费系统核查车辆交易情况，如果已交易成功，ETC车辆可直接快速放行，MTC车道通过系统和人工确认之后抬杆放行，未交易成功则执行正常ETC和MTC交易流程。4.1.1 基本功能当ETC车辆通过匝道ETC门架时，E
25、TC门架系统读取OBU中的车型、车牌号码、车牌颜色等信息，依据本路段费率计算费额，进行扣费并生成交易流水（对于单片式OBU,生成通行凭证；对于既有双片式OBU储值卡用户可进行零元扣费）及时上传至省联网中心和部联网中心。当MTC车辆通过ETC门架时，ETC门架系统读取CpC卡中的车型、车牌号码、车牌颜色，过站信息写入CPC卡内，形成CPC卡通行记录并及时上传省联网中心和部联网中心。4.1.2 门架收费流程预收费门架系统主要实现提前交易功能：对于检测到的可以进行ETC交易的OBU车辆进行交易，进行扣费写卡时将本次匝道交易信息写入卡片文件，交易成功则生成正常流水，失败则生成异常流水。4.2ETC收费
26、车道服务能够识别匝道自由流预收费成功车辆，并且不写卡不扣款，直接放行；对非预收费车辆按ETC车辆正常处理。前端车道控制软件本身不具备业务流程处理功能，所有业务功能（例如特殊车辆收费规则）、参数读取、流水生成等功能都是在站级收费管理一体化系统中实现。4.2.1基本功能ETC车道系统应具有以下基本功能：(1)支持对双片式OBU、单片式OBU的处理。(2)外设包括RSU、车牌识别器识别通行车辆的车载标签信息、车牌、所处车道地点，并将识别信息传输至准自由流收费站平台系统，接收并执行收费平台的指令，控制收费车道的外设。(3)具有车辆的状态名单判断、ETC车辆计费、收费、验证、放行功能，并将数据传输给收费
27、站保存交易数据。(4)具有车道配置界面，能够对各类配置信息进行配置，配置时具有授权验证机制。具有配置参数防篡改功能，系统启动后应对相关配置进行验证，发现配置被非法变更后应自动进入配置界面，并进行相应提示。(5)具有运行监测功能，除在收费界面上显示外，还具对外提供运行监测数据服务能力，监测内容主要有：车道运行状态，包括：车道联网状态、车道开闭状态、操作系统版本号、车道软件版本号、各类状态名单的版本信息、内存使用率、CPU使用率、硬盘使用率等；关键设备状态，包括：RSU状态、车牌识别设备状态、轮轴检测器状态(若有)、车检器状态、栏杆机状态、雨棚信号灯状态、光栅状态(若有)、车道摄像机状态、费额显示
28、屏状态、信息提示屏状态、通行信号灯状态等，设备状态可分为正常、异常、无配置及未知四种；过车收费状态，包括：按自然日统计的车辆通行记录数、车牌图像流水记录数、环检过车数、双片式OBU过车数、单片式OBU过车数、各类特情车数以及收费金额(具有代收费功能的ETC车道)等。(6)具备按自然日进行车道交易处理的合计数处理能力。4.2.2 虚拟界面设计系统在收费站服务器端发布虚拟车道操作桌面。终端用户可以在局域网内任何设备上访问、查看车道收费桌面。系统软件界面采用窗口界面系统，风格简洁，操作简单，界面含车道软件界面，以及各类交互界面。2A0HM12-ADl013.014.2.3 ETC入口车道流程普通ET
29、C入口车道、封闭路段收费的ETC入口车道业务处理流程如图6-2所示：4.2.4ETC出口车道流程ETC出口车道准自由流处理流程如图6-3所示；普通车辆业务处理流程如图6-4所示:C开始I一ETC车辆驶入通信区域图6-3准自由流处理流程图6-4:普通ETC车辆业务处理流程生3外设控制服务系统针对外场设备基于物联网标准协议，统一制定外场控制服务接口技术协议，完成外场设备控制服务，提供服务接口完成设备软件部署、固件升级等功能。运用标准化、轻量级的消息传输协议，设备可以很方便地连接到边缘云，管理设备并处理数据。外场控制服务与设备之间通过消息报文方式交换信息。每一条消息均以一个报文发送，不分包发送。 外
30、场控制服务作为服务端，启动后监听通信端口，等待连接；设备发起TCP连接请求，建立TCP连接后，外场控制服务与设备开始通讯： 外场控制服务发送信息帧至设备，两者之间采用同步指令机制，外场控制服务需等待设备返回应答指令，否则外场控制服务将重复发送原指令信息帧，直到达到最大重传次数（最大重传次数为3次），重传时间间隔为1Oms; 外场控制服务与设备建立连接后，每隔IOS发送一次心跳给设备，告诉设备TCP连接状态良好；设备不回复或者回复空应答。 不同设备的唯一标识为：设备类型编码+设备序号。4.4车道布局4.4.1 车道系统构成1.ETC入口车道系统构成Erc入口车道系统应由rsu、高清车牌图像识别设
31、备、自动栏杆、报警设备、信息显示屏、雨棚信号灯、车道信号灯、激光车辆检测器、车道摄像机、网络交换机等组成。2 .ETC出口车道系统构成ErC出口车道系统应由RSU、高清车牌图像识别设备、自动栏杆、报警设备、信息显示屏、雨棚信号灯、车道信号灯、激光车辆检测器、车道摄像机、网络交换机等组成。3 .ETC门架系统构成匝道ETC预收费门架系统主要由以下设备和设施组成：RSU高清车牌图像识别设备（含补光设备）、防宙接地设施、通信设备、供电设备组成。4.4.2ETC车道布局设计ETC车道布置采用“专用、前置、中置、低速”的原则。原则上ETC入口专用车道仅供客车通行，ETe出口专用车道支持客货车通行。图6-
32、1ETC专用车道布局方案4.4.3匝道ETC门架布设原则匝道ETC预收费门架原则上在互通立交、入/出口之间设立T形立柱或龙门架，由于匝道本身存在一定的物理局限，如面道弯度、悬空等，均对门架布设、天线有效覆盖范围造成一定影响，具体设置位置视现场实际情况而定。匝道自由流布设如下图所示。图7-1准自由流匝道预收费ETC门架布设图T形立柱的臂长、龙门架宽度和天线数量根据匝道数量、路面宽度进行布设,考虑到ETC交易过程中的实际需求，需要在匝道上选择合适的天线覆盖区域，最大限度发挥天线交易效率，在选择门架位置时应尽量避开弯位，确保门架来车前方有20米左右直线距离用作交易区域，且应该尽量避开主线。在立柱、龙门架的高度设计上，需要考虑实际需求，在满足ETC天线通信要求和车辆通行高度要求的基础上，尽量降低。具体龙门架的尺寸规格和安装方式，可根据面道实际情况而定。
