http://alumni-voice.nctu.edu.tw/works/works_prose002.htm 高速公路收费站的故事 文／图　 杜荣福 几天来，电视报导不停地播放着高速公路即将改变收费方法的新闻，人工收费走入历史， 全改成电子收费，让我想起四十年前在台湾首家系统设计公司工作的往事，当时承包了高 速公路工程局汐止收费站的电子收费系统，从此展开了连续七年的高速公路收费站的设计 工作生涯。 话说民国 63 年，参加完交大电子研究所的毕业典礼後，在等服役的暑假期间，继续留住 在宿舍内，帮教授们做一些小型的研究计画。 毕业後第一个工作 有一天，有位先生跑到宿舍来找我，问我有没兴趣在服役以前先做些线路的设计工作。原 来是有几位交大教授成立了一家系统设计公司，想要设计桥梁的收费计数系统。在那个年 代，桥梁的收费站都是靠人工收费，收费员的工作是个大肥缺，若想当收费员，需要花十 多万元打通关节。当然，这些“投资”，大概不到一年就可回收。想想看，在那民国 60 年代，台湾电子业方开始萌芽，电子工厂的作业员月薪大约新台币七、八百元而已呢! 当 时报纸经常报导桥梁收费的弊案，但雷厉风行扫荡一阵子，没几个月後，云淡风轻，又故 态复萌。 交大教授们想替国家做些事情，解决这个头痛问题，当然也认为这是个大好商机，因而成 立了这家系统设计公司，拟从桥梁收费计数系统切入。对我来说，有两个多月的时间可好 好印证一下在交大六年所学，也是个很好的磨练机会，於是就欣然答应。这计画的主持人 是谢清俊教授，谢教授在当年名声如日当中，研究中文输入法有成，与另外一位中文输入 法的朱邦复先生同为当时研究中文电脑的两大泰斗。於是谢教授负责系统规划，我负责线 路设计。在研究所时曾修过谢教授的积体电路设计，谢教授也常交一些小型的设计计画让 我做；能趁此机会多向谢教授学些功夫，机会难得。设计此线路尚称顺利，在服役前大部 分都完成了。 一面服役，一面参与十大建设 公司向当时负责管理桥梁收费的公路局申请到在华江桥的一个车道进行道路实测。那时候 虽然个人远在左营的海军陆战队接受新兵训练，每到星期五晚上放大假，就风尘仆仆的坐 夜平快到台北，奋斗两天後，再搭星期天的夜平快赶回左营收假。 结果连续实地测试了三个月，成果丰硕，在电脑的计数之下，收费员总收费金额比以往多 了四分之一，建置这种收费计数系统的设备投资不必一年就可以全部回收。公路局也表现 出很浓厚的兴趣。 但是这种断人财路的生意那有这麽容易到手呢？由一群空有热血的书生组成的公司也不懂 得如何做政府生意，与公路局交涉了数个月，总有一些枝枝节节的小问题卡住待解决，桥 梁收费系统的生意毫无进展，遥遥无期地拖延下去。 那时行政院长蒋经国充满活力，急於推行十大建设，对於高速公路的收费方式仍然采用人 工收费，清明的蒋院长是绝对无法容忍高速公路的收费再重蹈桥梁收费的老路，决定采用 电脑计数系统。首先完工的台北到桃园这段高速公路中的泰山收费站，就决定使用全台第 一套电脑计数系统。但那时台湾没有会设计这种电脑系统的公司，於是就要求承包泰山收 费站地磅系统的美国 Toledo 公司把收费站的计数系统也顺便包下来。Toledo 是一家做 地磅的专业公司，为了地磅的生意，也就不得不连计数系统也一起接下来。 既然公路局的桥梁收费计数系统生意卡住了，於是转攻高速公路工程局，向高工局提出建 议书。高工局显然有意愿培植国内本土企业，对往後的售後服务也比较容易些，於是一拍 即合，将汐止收费站的工程与我们以约八百万元台币议价成功。若以今天的物价来推算， 这个价格或许可达到今天的四、五千万吧，可以说是相当昂贵的系统。但比起老美的承包 价来看，大概只有半价而已呢! 从海军陆战队学校完成了新兵训练，转到同在左营军区的海军电子学校受电子专业训练， 三个月後抽签到屏东东港的空军幼校当教官。在整个一年十个月的服役日子，每到周五晚 上赶回台北参与设计，周日晚上回部队销假，从初期的搭夜平快车往返，到後来公司有收 入了，就改搭飞机。年纪轻，体力足，如此奔波两地不以为苦。民国 65 年退伍後，全力 投入收费系统的设计工作。 汐止收费站 汐止站总共有十个车道，中间两车道可视南上或北下车流量多寡而改变行车方向。因此对 我们系统来说是十二个车道。每一个车道要有一套车辆的侦测系统以判断车子的经过次数 ；每一车道有一个控制箱，收费员上班时，可以用钥匙将控制箱上的电源开启，供电到车 辆侦测系统，并把屋顶上的红灯变换成绿灯。每一车道还有一个接线箱把车道上的侦测箱 信号转接到管理办公大楼地下室的电脑房。 电脑房内，有一台迷你电脑，车道过来的诸多讯号先经过我们自制的讯号转换器，再送到 迷你电脑中。讯号转换器另将车道上的各种讯号传到二楼站长室的状态显示板上，让站长 能随时了解车道上的运作情形。 http://alumni-voice.nctu.edu.tw/works/images/pic20140101_Du_BoothLane.jpg 为了保障电脑不会因停电而漏失车辆的计数，又设置了不中断供电系统 (UPS)、发电机、 与自动负载转接开关；还有一台定电压变压器来保障娇贵的迷你电脑可有稳定的交流电压 。这些电力系统的使用状况也随时送到迷你电脑中。站长室的状况显示器也可以随时显示 各电力设备的使用状况。 http://alumni-voice.nctu.edu.tw/works/images/pic20140101_Du_ComputerRoom.jpg 迷你电脑可以透过两台印字机，将每位收费小姐收班後应该上缴的金额打出，也随时将电 力系统的运作状况打出来。 这个系统的迷你电脑软体就是由谢教授操刀，後来他发现工作量太大，又找来了交大计算 机系的杜敏文教授协助。我则负责所有的系统与硬体规划与设计等工作。 车辆侦测器困难重重 一般的侦测车辆的方法都采用 Loop Detector(线圈回路)，就是在车道地上埋入一个大线 圈，再由一个电子线路去判断电感量的变化；当车辆通过线圈时，造成电感量大增，线路 就认定是一辆车走过。泰山站的计数系统就是采用这种方法。为了有别於这种传统方法， 我们当时在华江桥则采用光电的方法，在车道两侧安装数对光电箱，由光电箱被遮住的顺 序来判断是否为车子经过或是行人走过。我们就复制华江桥已经初步验证过的车辆侦测方 法到汐止收费站上。 这系统後来在汐止站使用一阵子後，才发现现我们方法比泰山站的设计高明些，原因是: 1. 电感式的侦测方法容易因为外物干扰而趋向算出比较多的车子；譬如说，当有工人拿 了个工具箱走过线圈回路时，马上就被误判为一部车子；又如，载着钢筋的货车，後面的 钢筋上下摆动时，一下子可能就多了好几部车到电脑里面。因此据说，泰山站的收费小姐 初期经常会因为电脑中的计数较多，她们收到的钱较少而要自掏腰包补足差额。 2. 光电的方法则刚好相反，会因为干扰而趋向漏计一些车子；譬如说，值勤员警有时没 注意会站在光电箱前，若刚好又另外有雨水污物挡住了某一光电箱，这相当於把人的两个 眼睛都遮住，就看不到车子了。 据说汐止站的收费小姐经常会有比电脑纪录超收的情况，不但表示小姐们尽忠职守，而且 诚实。因此，这两种车辆的侦测方法，土洋大战的结果，优胜立辨。後来陆续开通的冈山 、杨梅两站就是理所当然再交给我们做。 http://alumni-voice.nctu.edu.tw/works/images/pic20140101_Du_SensorBox.jpg 在测试光电式的车辆侦测器时，可就让我们吃尽了苦头；也许任何人都会怀疑说，判断车 子那有甚麽困难？那麽大的一辆车，有谁会看不见？或是把一辆车看成两辆？但是要由机 器去判断是不是车子确实是有许多原先想不到的挑战；首先，如前面举例的载运钢筋的货 车，钢筋随着刹车、起步而上下摇晃，光电箱时而看到，时而看不到，若刚好在光电箱造 成满足一辆车的的时序，极有可能就会判断是好几辆车子；又如货车起步放个黑烟，也有 可能会误判是有其他的车子跟着过去。再者，像联结车，其两车厢连接的杆子很细的时候 ，也很可能会误判为是两辆车子一起走过。於是判断车子的状态图的设计要根据车道的实 测结果不断的修正，加上一些计时器以过滤掉许多干扰信号。这些调校都是由硬体 TTL 线路上加上电容、电阻等零件去过滤，一片印刷电路板後来焊上了许多的违章建筑，真是 苦不堪言。若用微电脑的话，改改程式就可达到目，这工作会轻松很多。在当时微电脑刚 冒出土，知道的人甚少。好在经过数个月的调校，准确度总算到达可以接受的程度了。 或许您看到前文所说，要是有人故意将电眼围住，让几个侦测器瞎掉了，那不就让电脑的 车数大大减少，是否有弊案的疑虑？这点我们早就想到了，收费亭内的线路箱就有一“侦 测错误信号”送到电脑房，若有电眼被遮住超过一定时间，或是电眼有很奇怪的侦测时序 发生时，站长室的状态显示板该车道会有红灯闪烁，报表也打出此一错误讯息，若某一车 道的错误较多时，管理人员就会过去了解原因并排解之，交通部管理单位的稽查人员也会 注意到这个异常较多的收费站。 迷你电脑延迟交货 高工局沿用泰山站的设计，规定迷你电脑要采用闻名的“迪吉多”DEC (Digital Equipment Computer) ) 的 PDP-11。在当时，DEC 可是全世界排名前三名的电脑公司， 在迷你电脑的领域执世界牛耳。生意好得不得了，交货期长达 14 个月，若等到交货後， 我们的程式才能开始测试，正式启用就不知道又要拖到甚麽时候。汐止站的开通日不可能 等，而且按照合约规定，延误一天罚总价的千分之三。总价约台币八百多万的合约，若要 等到这迷你电脑正式启用，大概合约总价会被罚光光。与高工局商讨解决办法，我们提出 暂用微电脑取代数个月，直到 PDP-11 的程式完工可以上线为止，免得影响到汐止站的正 式营运。高工局也别无他法，不得不同意。 http://alumni-voice.nctu.edu.tw/works/images/pic20140101_Du_004.jpg 於是立刻买了一片名为 KIM-1 的 6502 微电脑板 (这是当年台湾第一片在市面上销售的 微电脑板，记得是向当时尚在荣泰电子上班的施振荣、邰中和学长买的。) 与两片 8 Mega Byte 的记忆板 (每片单价 NT15,000—同样价钱，今天在 PCHome，4GB DRAM 的价 格 NT1,000 元，价格相差 7500 倍)，自己再设计一片有两个序列埠(UART) 与并联输出 入(Parallel IO)的扩充版。用角铝锯成支架，以螺丝组装了个克难的电脑箱，又自制了 个电源供应器，把微电脑板、记忆板、扩充板等固定在角铝架内。KIM-1 的键盘太小，操 作不易，又自行制造个十六进位 (Hex) 输入键盘，采用六个七结数字管当显示器，来做 为程式的输入装置。为了怕停电，装上铅酸电池，保证停电後能继续撑个五、六小时。还 是不放心，再买台手提录音机当程式的备份储存装置。於是，一台克难的电脑就此完成； 以不到台币五万元的微电脑，想要取代一、两百万台币的迷你电脑的功能，是不是痴人梦 话？当时也没绝对的把握，但是过河卒子，没有退路，只能硬着头皮干了。 软体还是由谢教授负责操刀。那时候买台微电脑的发展系统至少都在台币百万以上，若要 折算成今天的物价来看，应该相当於今天的好几百万台币，小公司那有这麽多的财力买昂 贵的发展系统？想都不用想。那时的微电脑也没有高阶语言，只能采用组合语言 (Assembly) 撰写程式 -- 真正的“撰写”程式 -- 先写在纸上，用自己的脑袋编译 (compile) 成机器码(Machine code)，再写在纸上，然後用人工以十六进位的键盘将其机 器码打入电脑中。经常是教授念出程式的机器码，由我负责从键盘输入 ，两人合作，以 提高程式的输入效率。 整个程式到完工时已经超过 20kbytes，每天晚上要收工时，需要花上三十多分钟将程式 存入录音带中，这录音机是手提音响用，可靠度堪虑，只存一卷怕不够保险，万一读出时 错误时就完了，存两卷录音带就要花一个小时以上，每天的录音带都要保留下来，以防万 一读不出来时海可追朔到几天前的程式。 今天就算是要用 C 语言来写这 20kbyte 的程式也算是个大工程，何况是用组合语言？这 年头，要开发微电脑程式，便宜的开发板，只要花台币一、两百块就可以买到一片，以个 人电脑连接，就可以开始开发；再大的程式，几秒钟内就可以存妥好几个拷贝；我们当时 的开发环境，今天的工程师们看来，大概是很匪夷所思的神话吧？ 这个代用的电脑居然还挺争气，在汐止站通车後，使用了将近一年，才由 DEC 的 PDP-11 取代，功成身退。假如继续用下去，或许可以再撑好多年吧？这应该是第一台由 台湾人土制的电脑，也是微电脑在台湾产业界的第一个应用，而且是用在不得有丝毫差错 ，与金钱攸关的管理工作上！ http://alumni-voice.nctu.edu.tw/works/images/pic20140101_Du_HexKeyboard.jpg 自制的十六进位键盘 (用以输入程式码) 可怕的电力系统 电脑怕停电，合约规定采用 7.5KVA 的不断电 UPS；今天的这种规格的 UPS 可能就像张 椅子般大小。当年技术尚不纯熟，这 UPS 是一台宽与高都约一米六，深约八十公分的庞 然大物。在其外还有三大排镍镉电池。运作时滋滋作响，听起来觉得随时会让你触电的样 子。停电时，这 UPS 至多可以撑个 20 分钟，於是另外有一间发电机室，装上 45KVA 的 柴油发电机，它也是一台庞然大怪物；发动起来惊天动地。为了能在台电停电，发电机启 动後把电力送给电脑，要有一台「自动负载转接开关」来切换台电或发电机至电脑 ，其 转接时，会发出巨大的“嘣”一声，在旁边经常会被吓到。学校中没学过、也没接触过这 些电力设备，刚开始安装时心里压力蛮大的，既怕触电危险，又怕没搞好是否有爆炸或烧 起来的疑虑？这些设备都是远从美国买来，搞坏了可能在台湾找不到人修，也有可能得运 回美国修理，除了担心需花大把银子外，万一耽误到开通日期更是担当不起。好在猛 K 使用说明书後，谨慎的让每个设备都能顺利运作，通过验收。 承包系统工作真不是人干的 从签约前的计画书就不知道做过多少个版本，再三与高公局讨论、修正。签约後，一口气 有十多个不同产品要设计，整个系统中全部自制的大大小小铁箱接近 100 个，两个箱子 之间要如何连接都要想得清清楚楚，从线路板设计、接线图、机构图等，全部都要以铅笔 在半透明纸上画，整天就趴在制图桌上画图；然後蓝晒出一叠叠的副本，画出上百张图面 ，要修改设计的话，就得用橡皮擦慢慢地清除後重画。线路板则需要用黑胶点带贴在透明 片上，再拿去翻印成底片才能去洗线路板。在今天的话，全部都可以在电脑上做，工作量 应该可以节省一半以上，全部的设计时间可以大大缩减。 设计完成後一项项进入生产阶段，从全部的纸上作业进入加工作业，突然要制造 100 个 各式各样的铁箱子，生产出来之後，还要先在公司内把全部系统连接在一起，进行系统测 试，将可能的问题事先挖掘出来，整个公司内塞爆了大大小小铁箱，满地的电线到处连结 ，整整试验、改进了两个月，才把大部分的问题解决掉。 到了现场安装期间，每天早上到汐止站上工，把一个个的箱子安装上、接线，工作繁多， 车道上的光电箱更是大工程。每车道要在安全岛上装五对与人同高的光电箱，每个光电箱 内要装上七、八个红外线光源与红外线侦测器，红外线看不到，要让它对准五、六米外的 接收器还真不容易。每天都得做到晚上九点以後，才拖着疲惫的身子开车回家。 就在一个冬天黑夜的十点多，从汐止开到快到内湖交流道时，忽然听到鸣笛声，正想不通 是那来的声音，突然正前方有一个黑影出现，本能地把刹车踏板踩到底，尖锐的刹车声停 止後，看到车前方有一黑衣人的两手两脚都努力往旁冲，只是整个身体还停留在车子前面 ，原来是位警察在取缔闯上当时还没开通国道的违规车子；全身穿黑色冬天制服的警察先 生，也没有手电筒等灯号，就站在车道正中间勇敢的以手挡车，在黑夜里有那个驾驶者看 得到？算他命大，我的国产车开不快，年纪轻反应较灵敏，车子就在他身边三十公分处停 住。吓得我双脚发软，心理扑通扑通地跳好久。这是一段终生难忘的经验。 汐止段通车时，在站长室内看着玻璃窗外的一辆辆车子通过收费亭後，墙壁上的状况显示 板上对应车道黄灯就闪一下，一部车子就计入电脑中，从车道下班的收费小姐刚关掉车道 控制箱上的钥匙，电脑房内的打字机就打出一行字，显示出她从几点几分工作到几点几分 ，总共有多少辆车，应该收到多少钱，一切就如我们所设计的一样。验收工作整整进行了 三天，由於是议价的工程，除了高速公路工程局外、审计部也派人参与验收工作 (以防有 包庇议价厂商的不法事)、与我们公司三方派人在车道上各按各的马表，共同算一辆辆车 子。每个车道有三个人坐在椅子上，看着一辆车子走过，随手按一下码表，看起来是多麽 轻松愉快的工作吧？没错，前一、二十分钟是很轻松，过了一个钟头後，就不一样了，单 调、枯燥，不聚精会神的话，脑中一想东想西，稍一恍惚，就会发生“刚才那辆车到底按 了没？”的困扰。三方派出人员痛苦的连续按了三天，众多人脑与一部土制微电脑比赛谁 比较精确，人仰马翻，苦不堪言。好在三方面的数字都证明了我们系统的精确度达到合约 所规定的万分之三误差以内，一次就顺利通过验收程序。 两年来，每天工作十二小时以上与每周工作六天半的努力，总算没有白费，很是欣慰。 又接下了冈山、杨梅与其他的六站 有前例可循，其後的冈山、杨梅两站的第二包工程就比较驾轻就熟了，当然车辆侦测判断 就由 TTL 线路改用微电脑来判断车子，把侦测车子的方法做得更完美些，总共只花了一 年多时间就顺利安装、验收完毕。 再过来一口气承包下了剩下的六个站，也在民国七十年内陆续完工。在这系统公司的七年 时间，与中山高速公路结下不解之缘。後来每次驾车通过收费站，看到一排排整齐的光电 侦测铁箱，都会百感交集，回忆起那些年在每个收费站工作的点点滴滴。 这九个站的设备运作了十多年後都陆续退休更新系统了。由於技术进步，电感式的回圈侦 测线路应该实用些了，全部收费站都把光电箱拆掉了改用回圈式侦测器。也说实在的，我 们做的那一排排的光电箱的雄壮景观实在不是那麽好看，後来的收费站看起来就清爽很多 。 七年练了一身基本功，受用一辈子 在这段日子的磨练，可是札实得很；自谢清俊与杜敏文两位教授偷学到一些软体技巧，也 自当时的厂长江昭彦学长 (与谢教授同为交大电研同学) 学到一些处理工业产品的严谨关 念，从此中了微电脑毒瘾而无法自拔，往後的工作生涯都在与微电脑相关的产品上打转， 一开始从八位元切入，往下做到四位元与一位元电脑(没说错，是一位元！做成了一个训 练机，用以教高工学生微电脑的基本概念)，又做到 16 位元与 32 位元电脑。靠着这一 招半式走唱江湖四十年，从台湾不到十家电脑公司(全都是美国的公司)，到现在有几千家 。至於，这个微电脑生涯要做到甚麽时候才退休呢？可能要再等 20 年吧！ 後记 年初写完了这篇文章，本来想这高速公路的收费方法的变迁将很快为世人淡忘；没想到每 天都有大量的新闻报导占据媒体大幅版面，居然还因此产生了群众运动抗争。远东电通公 司也成了家喻户晓的知名公司；相对照我们当年九个站都顺利验收过，连上个报的机会都 没有；默默无闻的营运了十多年才被替换掉，印证了「没有消息就是好消息」这句名言。 徐大老板财大气粗，深信「有钱就能摆平一切」的道理。但做这种系统工程，是一步一脚 印没有捷径，若从系统规画之初，就只盘算一年要赚多少，一切以成本、赚钱挂帅，抱着 「反正出了状况，花点小钱摆平的心态」，而不能完全尊重专业团队的意见的话，产生今 天的结果也就不足为奇。当然，投下去的几十亿，就算完全砸锅的话，相对他的财力来说 ，也不过是九牛一毛而已，无关痛痒。更何况合约上明订，若政府要接收，政府得付他 45 亿元，当然是有恃无恐。 当年政府对我们的要求是万分之三的准确度，现在对 ETC 系统的要求却放宽到千分之一 ，实在有点奇怪。三十多年前，这些交大穷教授们，纷纷把房地产拿出来当履约保证，若 系统不够完善，不但工程款拿不到，还可能导致倾家荡产，被银行扫地出门的窘境。大家 在没有退路之下，只有尽全力地将系统做好。 今天想起来，不知道当年我们怎麽敢签下这万分之三误差的合约？我们用光电的方法侦测 车子是全世界首创，也没有长期使用的经验，要是事先知道侦测车子有这麽多困难的话， 大概也不敢包下这系统。小公司接下这门大生意，不成功便成仁，没有退路，只能硬着头 皮干下去，与今天 ETC 的结果相较，这或许是造成两个不同结局的最大原因吧。 做完了九个高速公路收费站後，就一直认为这些工程本来就该做得好好的才对。对照起这 些日子的纷纷扰扰，倒还觉得当年的顺利完成还真是不简单呢！也庆幸当年没有把交大的 金字招牌砸掉。 --

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