蔡可祥

（福建省福泉高速公路有限公司，福州 350001）

1 概論

全國(guó)取消高速公路省界收費(fèi)站后， 原有以省為界的高速公路運(yùn)營(yíng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿珖?guó)高速公路全網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)行，收費(fèi)方式由封閉走向開(kāi)放， 車(chē)輛在高速公路可以直接快速通過(guò)，大幅提高通行效率，改善人民群眾出行體驗(yàn)，降本增效。與之相對(duì)應(yīng)的，ETC 門(mén)架、CPC 復(fù)合通行卡、貨車(chē)按車(chē)型收費(fèi)、 分段區(qū)間即時(shí)收費(fèi)等成為新的收費(fèi)業(yè)務(wù)管理技術(shù)核心，無(wú)論是通行方式、監(jiān)測(cè)手段、管理模式，還是通行車(chē)輛的數(shù)據(jù)稽核都與以往有很大的區(qū)別。

2018 年5 月16 日,國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議明確提出“推動(dòng)取消高速公路省界收費(fèi)站”，進(jìn)一步提升高速公路服務(wù)能力和水平，促進(jìn)物流降本增效，更好地服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民群眾安全便捷出行。

2019 年3 月5 日，十三屆全國(guó)人大二次會(huì)議政府工作報(bào)告明確：“兩年內(nèi)基本取消全國(guó)高速公路省界收費(fèi)站，實(shí)現(xiàn)不停車(chē)快捷收費(fèi)，減少擁堵、便利群眾。 ”

2019 年3 月15 日， 十三屆全國(guó)人大二次會(huì)議閉幕后的總理答記者問(wèn)中，再次提及了取消省界收費(fèi)站工作：“政府工作報(bào)告提出，兩年內(nèi)要基本取消省界高速公路收費(fèi)站，大家都很贊成。 這樣做有利于解決擁堵問(wèn)題，也有利于相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這個(gè)目標(biāo)我們要確保完成，同時(shí)我們要求有關(guān)部門(mén)力爭(zhēng)提前實(shí)現(xiàn)。 ”

2019 年5 月5 日， 國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議明確政策舉措：力爭(zhēng)2019 年年底前基本取消全國(guó)高速公路省界收費(fèi)站。將《政府工作報(bào)告》提出的兩年內(nèi)基本取消全國(guó)高速公路省界收費(fèi)站的任務(wù)提前至力爭(zhēng)2019 年年底實(shí)現(xiàn)。

2019 年5 月至6 月間，交通運(yùn)輸部分別下發(fā)《取消高速公路省界收費(fèi)站總體技術(shù)方案》（下稱：技術(shù)方案）與《收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)運(yùn)營(yíng)和服務(wù)規(guī)則（2019）》（下稱：運(yùn)營(yíng)和服務(wù)規(guī)則）。 并另附有《取消高速公路省界收費(fèi)站工程建設(shè)方案》（下稱：建設(shè)方案）等多項(xiàng)技術(shù)、工程等規(guī)范文件。

《技術(shù)方案》（4.5.1）指出，高速公路實(shí)現(xiàn)不停車(chē)快捷收費(fèi)，ETC 將成為高速公路主要的收費(fèi)方式，ETC 車(chē)輛的交易成功率和通行信息的準(zhǔn)確獲取， 關(guān)系到通行費(fèi)能否正常收取。

《運(yùn)營(yíng)和服務(wù)規(guī)則》（5.6） 對(duì)各項(xiàng)收費(fèi)業(yè)務(wù)做出具體的量化評(píng)估要求：ETC 門(mén)架系統(tǒng)交易成功率（5.6.1）、車(chē)道車(chē)牌識(shí)別準(zhǔn)確率 （5.6.10）、ETC 門(mén)架系統(tǒng)車(chē)牌準(zhǔn)確率（5.6.11）等等。

《建設(shè)方案》（6.4）對(duì)門(mén)架系統(tǒng)提出具體的監(jiān)測(cè)要求：主要包括但不限于系統(tǒng)程序版本號(hào)、門(mén)架相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)、車(chē)道控制器CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)占用率，關(guān)鍵設(shè)備(RSU、高清車(chē)牌圖像識(shí)別設(shè)備) 在線狀態(tài)及工作狀態(tài)(如RSU 發(fā)射、接收工作 狀態(tài))，機(jī)柜溫度、濕度、防盜，供電和通信網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)。

1.1 配套收費(fèi)設(shè)施

（1）入口車(chē)道（《建設(shè)方案》5.2.1.2），包括ETC 專(zhuān)用道、ETC/MTC 混合道。由車(chē)道控制器、RSU、高清車(chē)牌圖像識(shí)別設(shè)備、自動(dòng)欄桿、報(bào)警設(shè)備、信息顯示屏、雨棚信號(hào)燈、車(chē)道信號(hào)燈、車(chē)輛檢測(cè)器、車(chē)道攝像機(jī)、收費(fèi)員終端(顯示器、鍵盤(pán))、非接觸式IC 卡讀寫(xiě)器、車(chē)型識(shí)別設(shè)備（可選）等組成。

(2)出口車(chē)道（《建設(shè)方案》5.2.2.2），包括ETC 專(zhuān)用道、ETC/MTC 混合道。 由車(chē)道控制器、RSU、高清車(chē)牌圖像識(shí)別設(shè)備、自動(dòng)欄桿、報(bào)警設(shè)備、信息顯示屏、雨棚信號(hào)燈、車(chē)道信號(hào)燈、車(chē)輛檢測(cè)器、車(chē)道攝像機(jī)、車(chē)型識(shí)別設(shè)備（可選）、收費(fèi)員終端(顯示器、鍵盤(pán))、非接觸式IC 卡讀寫(xiě)器、自動(dòng)收卡機(jī) （ETC/MTC 混合道）、 票據(jù)或發(fā)票打印機(jī)（ETC/MTC 混合道）、移動(dòng)支付掃碼終端（ETC/MTC 混合道）、語(yǔ)音報(bào)價(jià)器（ETC/MTC 混合道）等組成。

(3)ETC 門(mén)架系統(tǒng)（《建設(shè)方案》6.3），主要由以下設(shè)備和設(shè)施組成：車(chē)道控制器、RSU、高清車(chē)牌圖像識(shí)別設(shè)備（含補(bǔ)光設(shè)備）、高清攝像機(jī)、門(mén)架服務(wù)器、防雷接地設(shè)施、通信設(shè)備、供電設(shè)備、車(chē)輛檢測(cè)器（可選）、氣象檢測(cè)設(shè)備（可選）、溫控設(shè)備（可選）、斷面稱重檢測(cè)設(shè)備（可選）、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備等，應(yīng)采用IP55 等級(jí)機(jī)柜，具備條件的可采用一體化系統(tǒng)。

1.2 主要技術(shù)指標(biāo)摘選

《運(yùn)營(yíng)和服務(wù)規(guī)則》（5.4.2.2） 指出：MTC/ETC 混合入口車(chē)道，其入口收費(fèi)數(shù)據(jù)車(chē)輛車(chē)牌準(zhǔn)確率應(yīng)達(dá)到100%，車(chē)型準(zhǔn)確率應(yīng)達(dá)到100%。

《建設(shè)方案》（5.4.6） 要求：ETC 門(mén)架系統(tǒng)車(chē)牌圖像識(shí)別準(zhǔn)確率：在車(chē)速為0～220km/h 的條件下，≥95%（分子為正確識(shí)別車(chē)牌的數(shù)量，分母為實(shí)際通行車(chē)輛總數(shù)，車(chē)牌缺失、污損、遮擋等人眼不能準(zhǔn)確識(shí)別除外）。

《建設(shè)方案》（5.4.8） 車(chē)道攝像機(jī):…（2）視頻相關(guān)指標(biāo)： 視頻分辨率與幀率：分辨率≥720P，幀率≥30 幀/秒…。

《建設(shè)方案》(5.4.9) 北斗定位與授時(shí)設(shè)備:…PPS 授時(shí)精度：≤1us。 …NTP 授時(shí)精度：1～10ms…。

《建設(shè)方案》(6.5):…（2）CPC 卡計(jì)費(fèi)成功率≥99.9%?！?（4）單片式OBU:交易成功率≥99.9%，車(chē)輛信息獲取成功 率≥99.99%。 （5） 雙片式OBU: 交易成功率≥98.0%，車(chē)輛信息獲取成功 率≥99.5%。

2 福泉高速公路通行車(chē)輛智能監(jiān)測(cè)與質(zhì)量分析思路

福泉高速公路是國(guó)家高速公路主干道沈海線的組成部分，從1999 年9 月26 日起正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，北起福州長(zhǎng)樂(lè)市營(yíng)前，與羅長(zhǎng)高速公路相接，南至泉州市西福，與泉廈高速公路相連， 全長(zhǎng)165.91 公里 （含連接線11.49 公里）。 2011 年1 月18 日經(jīng)過(guò)擴(kuò)建后，福泉高速公路由雙向4 車(chē)道拓寬為雙向8 車(chē)道。 根據(jù)取消省界收費(fèi)站工程建設(shè)統(tǒng)一部署， 福泉高速沿線共建設(shè)48 個(gè)門(mén)架、208 套R(shí)SU 天線、292 套高清車(chē)牌識(shí)別設(shè)備； 沿線共有12 個(gè)收費(fèi)所，入口車(chē)道79 條，出口收費(fèi)車(chē)道118 條。

在開(kāi)放式高速公路收費(fèi)模式 （保留入/出口收費(fèi)站）下，車(chē)輛分段計(jì)費(fèi)、ETC 分段（CPC 出口）收費(fèi)的關(guān)鍵在ETC 門(mén)架及出入口車(chē)道。 構(gòu)成車(chē)道及門(mén)架系統(tǒng)的眾多設(shè)備中，RSU（Road Side Unit）路側(cè)單元及高清車(chē)牌圖像識(shí)別設(shè)備是計(jì)費(fèi)的關(guān)鍵設(shè)備， 高清攝像機(jī)是重要的輔助設(shè)備。RSU、車(chē)牌識(shí)別設(shè)備及監(jiān)控?cái)z像機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到高速公路運(yùn)營(yíng)質(zhì)量，因此應(yīng)當(dāng)建立一套科學(xué)的、自動(dòng)的通行車(chē)輛智能監(jiān)測(cè)與質(zhì)量分析系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況監(jiān)控、周期性能評(píng)估，確保車(chē)輛通行狀態(tài)及通行情況能夠?qū)崟r(shí)、不間斷的監(jiān)測(cè)，提高高速公路管理智能化水平。系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集、業(yè)務(wù)建模、引擎分析、異常數(shù)據(jù)推送、可視化報(bào)表等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)機(jī)電設(shè)施的運(yùn)行監(jiān)測(cè)與質(zhì)量評(píng)估。

智能監(jiān)測(cè)與質(zhì)量分析系統(tǒng)內(nèi)容包括：RSU 信號(hào)強(qiáng)度（采集、檢測(cè)、異動(dòng)警示、質(zhì)量評(píng)估、趨勢(shì)分析）；車(chē)牌識(shí)別設(shè)備（車(chē)牌識(shí)別率統(tǒng)計(jì)、分析、異動(dòng)警示、質(zhì)量評(píng)估）；監(jiān)控?cái)z像機(jī)（畫(huà)面質(zhì)量評(píng)估、黑屏警示、OSD 字符疊加監(jiān)測(cè)）；硬盤(pán)錄像機(jī)（設(shè)備時(shí)鐘檢測(cè)、自動(dòng)校時(shí)、硬盤(pán)空間不足預(yù)警）。

3 智能監(jiān)測(cè)與質(zhì)量分析系統(tǒng)主要功能介紹

3.1 車(chē)牌抓拍設(shè)備識(shí)別率監(jiān)測(cè)

受設(shè)備、天氣、環(huán)境及過(guò)車(chē)等不同因素影響，車(chē)牌抓拍識(shí)別率總是會(huì)發(fā)生變動(dòng)。 常規(guī)的抓拍設(shè)備養(yǎng)護(hù)以故障申告、設(shè)備巡檢為主要手段，鑒于以往高速公路設(shè)備日常運(yùn)行維護(hù)情況，會(huì)產(chǎn)生修復(fù)周期長(zhǎng)、消耗大量的人力和物力等不足。為有效應(yīng)對(duì)新收費(fèi)模式下運(yùn)維管理需求，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)基本原理， 考慮通過(guò)對(duì)出入口流水的海量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，結(jié)合道口監(jiān)控錄像等媒體信息，實(shí)現(xiàn)車(chē)牌識(shí)別設(shè)備的自動(dòng)巡檢與異動(dòng)警示。

(1)異動(dòng)預(yù)警

以蘭圃所2019 年三月的數(shù)據(jù)分析為例，各出口道的車(chē)牌識(shí)別率：

從數(shù)據(jù)分布圖中，我們可以得出如下基本結(jié)論：

①各道抓拍識(shí)別率基本維持在90%～95%的水準(zhǔn)上；

②在某些時(shí)候，會(huì)發(fā)生識(shí)別率驟減的情況，特別是八道和六道；

③六道的識(shí)別率在幾天的時(shí)間內(nèi)， 維持在20%左右的低水準(zhǔn)；

因此，通過(guò)對(duì)識(shí)別率數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)追蹤，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理的科學(xué)計(jì)算， 在設(shè)定的預(yù)警線上， 對(duì)設(shè)備異動(dòng)發(fā)起預(yù)警，防止設(shè)備故障的持續(xù)與蔓延。

（2）設(shè)備性能評(píng)估

同樣的， 以蘭圃所2019 年三月的頻率分布直方圖為例：

在這些參數(shù)中，“平均值” 體現(xiàn)設(shè)備的整體水平；“離散系數(shù)”體現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)定性。從圖中可見(jiàn)：蘭圃所28 道的識(shí)別率最高，8 道設(shè)備最穩(wěn)定。

在蘭圃所這一同樣地理環(huán)境、同樣設(shè)備類(lèi)型條件下，這些差異性可能是由于過(guò)車(chē)類(lèi)型不同、清潔程度不同、設(shè)備朝向方位不同造成的。如果對(duì)不同收費(fèi)站、不同類(lèi)型設(shè)備進(jìn)行橫向比較，就可能對(duì)設(shè)備類(lèi)型性能、設(shè)備老化程度進(jìn)行評(píng)估，從而為設(shè)備更新，招標(biāo)采購(gòu)提供科學(xué)的、量化的數(shù)據(jù)依據(jù)。

（3）遠(yuǎn)程媒體研判

數(shù)據(jù)分析是在一個(gè)宏觀的層面上展現(xiàn)事物發(fā)展的趨勢(shì)，凸顯存在的問(wèn)題。抓拍識(shí)別率的變化涉及到多種多樣的因素，具體的設(shè)備需要具體的分析。建議通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程出入口抓拍的具體圖片、 道口監(jiān)控錄像回放等功能進(jìn)行分析，相關(guān)人員在收到故障預(yù)警后，可以先調(diào)閱這些資料，研判問(wèn)題根源所在， 對(duì)于一些簡(jiǎn)單的如設(shè)備鏡頭清潔等問(wèn)題，可通過(guò)站所自行處理，從而提高抓拍識(shí)別率，確保數(shù)據(jù)正常。

3.2 8G/13.56M 雙頻信號(hào)強(qiáng)度分析

在新的收費(fèi)模式下，ETC 技術(shù)成為高速公路收費(fèi)的支撐手段，車(chē)道ETC、路面ETC 門(mén)架的RSU（Road Side Unit）路側(cè)單元與OBU（On board Unit）車(chē)載單元，及RSU與CPC（5.8G+13.56M）復(fù)合卡的DSRC（Dedicated Short Range Communication）微波通訊成為核心技術(shù)，其通信質(zhì)量直接關(guān)系到道口車(chē)輛通行率及收費(fèi)運(yùn)營(yíng)效果。

當(dāng)車(chē)輛高速通過(guò)ETC 道口及路面ETC 門(mén)架時(shí)，DSRC 通訊質(zhì)量會(huì)受OBU 安裝角、RSU 安裝距離、車(chē)輛擋風(fēng)玻璃等多種因素的影響。 考慮對(duì)海量RSU 與OBU（CPC）的通訊信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)、評(píng)估，以輔助高速公路機(jī)電維護(hù)部門(mén)、ETC 設(shè)備廠商進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，確保設(shè)備處于良好運(yùn)行狀態(tài)。 具體步驟包括：

（1）采集ETC（道口/門(mén)架）服務(wù)器的每次通訊信號(hào)強(qiáng)度。

（2）以小時(shí)為單位，計(jì)算平均通訊信號(hào)強(qiáng)度。

（3）以統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)、是否異動(dòng)（標(biāo)準(zhǔn)差門(mén)閥）。

（4）采用時(shí)間同比、設(shè)備同比的方法，對(duì)RSU 運(yùn)行性能及質(zhì)量做出評(píng)估。

3.3 監(jiān)控視頻質(zhì)量評(píng)價(jià)

監(jiān)控視頻對(duì)于高速公路后期稽核工作十分重要。由于視頻設(shè)備廣泛分布于各道口、門(mén)架、匝道、互通等處，設(shè)備的運(yùn)行及維護(hù)單獨(dú)依靠人工巡檢難以實(shí)現(xiàn)。 建議借助“計(jì)算機(jī)視覺(jué)CV”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多路視頻畫(huà)面自動(dòng)巡檢，發(fā)現(xiàn)異常，通過(guò)系統(tǒng)告警等方式通知技術(shù)人員維護(hù)，將極大提高運(yùn)維效率，降低人工成本。

(1)黑屏、遮擋檢測(cè)

遮擋檢測(cè)一般是攝像頭被異物遮擋， 呈現(xiàn)出整個(gè)場(chǎng)景或某一部分場(chǎng)景看不到的情況。 被遮擋住的部分一般都呈偏黑色。

①把彩色圖像二值化，偏黑的部分為前景，其他部分為背景。

②對(duì)前景進(jìn)行連通區(qū)域檢測(cè)， 求得最大連通區(qū)域面積。

③該面積整幅圖像面積的比較即為遮擋率。

(2)亮度異常、偏色檢測(cè)

亮度異常檢測(cè)一般包括偏暗檢測(cè)和偏亮檢測(cè)， 也有稱過(guò)暗過(guò)亮檢測(cè)。這算法簡(jiǎn)單，只需要一幀圖像的亮度值作為判斷就行：

①把彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像。

②求圖像的平均灰度值G（整幅或ROI 區(qū)域），該值就是圖像的亮度值。

③定義閾值A(chǔ)，B。 當(dāng)G∈[0,A]認(rèn)為圖像偏暗，當(dāng)G∈[B,255]認(rèn)為圖像偏亮。

3.4 硬盤(pán)錄像機(jī)參數(shù)監(jiān)測(cè)與自修復(fù)

在高速?gòu)?fù)雜的條件下硬盤(pán)錄像機(jī)經(jīng)常會(huì)因?yàn)橛脖P(pán)損壞、丟失、狀態(tài)異常等各種原因?qū)е聼o(wú)法審片，因此經(jīng)常需要人為的巡檢維護(hù)。 除此之外錄像時(shí)間偏差矯正也是今后日常維護(hù)的重點(diǎn)。

(1)硬盤(pán)狀態(tài)預(yù)警

以目前高速使用率最大的某品牌為例， 廠商提供了物理磁盤(pán)狀態(tài)監(jiān)測(cè)接口。 根據(jù)該接口可隨時(shí)了解硬盤(pán)錄像機(jī)的硬盤(pán)狀態(tài),如：硬盤(pán)數(shù)量、是否正常、是否已刪除、磁盤(pán)丟失、下線、次正常、異常、SMART 狀態(tài)異常、休眠、不存在等狀態(tài)信息。隨時(shí)了解硬盤(pán)使用情況，方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自巡查，為維護(hù)人員提供最新硬盤(pán)狀態(tài)信息。

(2)自動(dòng)時(shí)鐘校正

時(shí)間偏差隨時(shí)影響審片效率，是未來(lái)維護(hù)重點(diǎn)。建議搭建北斗時(shí)鐘授時(shí)服務(wù)器，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供精確、標(biāo)準(zhǔn)、安全、可靠和多功能的時(shí)間服務(wù)，能提供精確的同步時(shí)鐘信號(hào)，支持標(biāo)準(zhǔn)的NTP 和SNTP 網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)協(xié)議，用戶終端同步授時(shí)精度：0.5～2ms（局域網(wǎng)典型值），能極大的準(zhǔn)確收費(fèi)核心基準(zhǔn)時(shí)間，方便其他設(shè)備校時(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

取消高速省界收費(fèi)站，無(wú)疑會(huì)提高通行效率，降低物流成本，進(jìn)而改善民生，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但與此相對(duì)應(yīng)的，高速公路管理部門(mén)也需要根據(jù)新的管理模式， 不斷提升運(yùn)營(yíng)和管理水平。 探索建立的福泉高速公路車(chē)輛通行智能監(jiān)測(cè)與質(zhì)量分析系統(tǒng)，具有日常設(shè)備維護(hù)流程規(guī)范化、管理智能化、監(jiān)控自動(dòng)化的特點(diǎn)，通過(guò)圖示化直觀呈現(xiàn)，降低設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本、提高維護(hù)效率，能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障相關(guān)收費(fèi)政策安全高效落地，高速公路車(chē)輛通行有序。