李 旭,蒙敏剛
(廣西交科集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530007)
隨著2020年全國(guó)高速公路取消省界收費(fèi)站工程順利完成,全國(guó)高速公路實(shí)現(xiàn)“一張網(wǎng)”收費(fèi)。由于采用各省門(mén)架獨(dú)立計(jì)費(fèi),出口統(tǒng)一收費(fèi)的模式,單次收費(fèi)金額增大,計(jì)費(fèi)異常導(dǎo)致漏收少收的風(fēng)險(xiǎn)也在增大。例如,車(chē)輛在某些互通立交或收費(fèi)站掉頭導(dǎo)致收費(fèi)金額異常、硬件故障或改擴(kuò)建施工導(dǎo)致門(mén)架停用產(chǎn)生二義性路徑等。與此同時(shí),高速公路收費(fèi)技術(shù)也在不斷發(fā)展,由“ETC+MTC半自動(dòng)收費(fèi)(人工處理MTC車(chē)輛)”向“ETC+自助收費(fèi)終端(人工僅處理特情)”演進(jìn),最終逐漸過(guò)渡到自由流收費(fèi)的模式,自動(dòng)化程度不斷提高[1]。其中,“北斗技術(shù)+4G/5G+ETC”是未來(lái)自由流收費(fèi)的主要技術(shù)方向。
已有相關(guān)研究[2-5]是基于高速公路取消省界收費(fèi)站前的收費(fèi)模式開(kāi)展的,各省獨(dú)立計(jì)費(fèi)收費(fèi),不適用于取消省界收費(fèi)站后全國(guó)“一張網(wǎng)”的收費(fèi)環(huán)境。此外,還存在如下不足:(1)需要將高清地圖下載到OBU中實(shí)現(xiàn)精確定位,而地圖數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)更新困難;(2)沒(méi)有考慮與現(xiàn)有收費(fèi)模式的切換過(guò)渡問(wèn)題;(3)沒(méi)有考慮車(chē)輛在車(chē)道中的通行順序控制、跟車(chē)控制等特情。本文結(jié)合取消高速公路省界收費(fèi)站之后的收費(fèi)環(huán)境,提出兼容現(xiàn)有收費(fèi)模式、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)過(guò)渡的北斗自由流省級(jí)收費(fèi)方案。
與傳統(tǒng)收費(fèi)控制不同,云收費(fèi)的業(yè)務(wù)處理部署在站級(jí)邊緣云的收費(fèi)車(chē)道系統(tǒng)集群,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與出入口車(chē)道設(shè)施遠(yuǎn)程交互實(shí)現(xiàn)車(chē)輛通行控制。北斗自由流云收費(fèi)通行原理如下:
如圖1所示,當(dāng)安裝北斗自由流車(chē)載終端的車(chē)輛駛?cè)肴肟谲?chē)道,車(chē)道設(shè)備識(shí)別車(chē)輛并將車(chē)輛數(shù)據(jù)上傳至站級(jí)邊緣云;為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)兼容過(guò)渡,站級(jí)邊緣云的收費(fèi)車(chē)道系統(tǒng)集群控制入口RSU天線將ETC入口信息寫(xiě)入車(chē)載終端的ETC模塊中并控制入口欄桿機(jī)起桿放行;車(chē)載設(shè)備ETC模塊記錄ETC入口信息后,打開(kāi)北斗定位功能,開(kāi)始記錄行駛定位數(shù)據(jù)。
車(chē)輛在高速公路行駛過(guò)程中,車(chē)載終端通過(guò)北斗定位模塊獲取定位信息,通過(guò)4G/5G通信模塊定時(shí)上傳定位數(shù)據(jù)至省級(jí)云平臺(tái);省級(jí)云平臺(tái)根據(jù)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑還原,映射到收費(fèi)單元,完成通行費(fèi)計(jì)算,實(shí)時(shí)同步計(jì)費(fèi)結(jié)果到車(chē)輛通行方向最近收費(fèi)站的站級(jí)邊緣云。
車(chē)輛行駛至出口車(chē)道,車(chē)道設(shè)備識(shí)別車(chē)輛并將車(chē)輛數(shù)據(jù)上傳至站級(jí)邊緣云;收費(fèi)車(chē)道系統(tǒng)集群檢索從省級(jí)云平臺(tái)同步北斗計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù),若該車(chē)輛的北斗計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)正常,則生成出口流水并控制車(chē)道起桿放行車(chē)輛,省級(jí)云平臺(tái)接收到出口流水后,從綁定的賬戶自動(dòng)扣費(fèi)并推送扣費(fèi)信息給用戶;若查不到北斗計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)異常,則控制出口RSU天線進(jìn)行ETC出口交易,生成出口流水并控制車(chē)道起桿放行。出口交易完成后,車(chē)載終端關(guān)閉北斗定位功能。
2020年取消全國(guó)高速公路省界收費(fèi)站之后,收費(fèi)模式變成“全國(guó)一張網(wǎng)”,即ETC門(mén)架計(jì)費(fèi)、出口收費(fèi)站收取全程通行費(fèi)、交通運(yùn)輸部路網(wǎng)中心統(tǒng)一拆分給各省。因此,各省只能確定本省的通行費(fèi),對(duì)于多省通行的車(chē)輛必須通過(guò)全國(guó)“一張網(wǎng)”統(tǒng)一計(jì)費(fèi)、統(tǒng)一拆分。在全國(guó)“一張網(wǎng)”的模式下,北斗自由流最終需要交通運(yùn)輸部路網(wǎng)中心統(tǒng)一技術(shù)方案實(shí)施,才能實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)通行。
因此,北斗自由流云收費(fèi)的探索只能在省級(jí)路網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)施,安裝北斗自由流車(chē)載終端的車(chē)輛在省內(nèi)通行時(shí),可基于北斗定位信息在云端進(jìn)行路徑擬合完成收費(fèi)。同時(shí),北斗自由流的車(chē)載終端還需要兼容現(xiàn)有的ETC交易業(yè)務(wù),保障車(chē)輛在多省通行時(shí)能正常收費(fèi)。
圖2 北斗自由流省級(jí)云收費(fèi)總體架構(gòu)圖
1.3.1 車(chē)載終端
(1)北斗模塊:與北斗系統(tǒng)通信,實(shí)時(shí)獲取定位信息。
(2)4G/5G模塊:通過(guò)VPN將車(chē)輛實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、ETC數(shù)據(jù)回傳至省中心平臺(tái)。
(3)ETC模塊:實(shí)現(xiàn)ETC功能,兼容現(xiàn)有收費(fèi)模式。
1.3.2 高速公路收費(fèi)站改造
(1)土建車(chē)道不再部署車(chē)道收費(fèi)工控機(jī)及系統(tǒng)。ETC天線、車(chē)牌識(shí)別儀、車(chē)道攝像機(jī)、分流屏等設(shè)備通過(guò)TCP/IP以太網(wǎng)連接到部署在站級(jí)邊緣云的收費(fèi)車(chē)道系統(tǒng)集群;使用IO及RS232連接的設(shè)備先匯聚到外設(shè)接入層設(shè)備,經(jīng)過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換后,通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議連接到站級(jí)邊緣云。
(2)通過(guò)云收費(fèi)系統(tǒng)控制車(chē)道設(shè)備。部署在站級(jí)邊緣云的收費(fèi)車(chē)道系統(tǒng)集群實(shí)現(xiàn)收費(fèi)業(yè)務(wù)處理并實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制車(chē)道設(shè)備,降低運(yùn)維成本。
(3)手持收費(fèi)終端通過(guò)4G VPN連接到省級(jí)云平臺(tái),遠(yuǎn)程控制車(chē)道設(shè)備,處理收費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)特情。
1.3.3 站級(jí)邊緣云收費(fèi)系統(tǒng)
(1)收費(fèi)車(chē)道系統(tǒng)集群:實(shí)現(xiàn)收費(fèi)業(yè)務(wù)處理并實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制車(chē)道設(shè)備,減少車(chē)道系統(tǒng)與站級(jí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互,提高系統(tǒng)的運(yùn)維效率。
(2)省中心-收費(fèi)站數(shù)據(jù)傳輸:實(shí)時(shí)同步車(chē)輛北斗自由流計(jì)費(fèi)結(jié)果到收費(fèi)站,實(shí)現(xiàn)收費(fèi)參數(shù)同步、收費(fèi)數(shù)據(jù)上傳、運(yùn)行監(jiān)控、手持收費(fèi)終端遠(yuǎn)程控制等功能。
(3)部中心-收費(fèi)站數(shù)據(jù)傳輸:滿足部中心數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)要求,實(shí)現(xiàn)收費(fèi)業(yè)務(wù)和收費(fèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
(4)密鑰授權(quán):實(shí)現(xiàn)密鑰授權(quán)與監(jiān)控。
1.3.4 省級(jí)云平臺(tái)
(1)行駛路徑擬合模塊:接收車(chē)載終端實(shí)時(shí)回傳的北斗定位數(shù)據(jù),根據(jù)路網(wǎng)收費(fèi)單元基礎(chǔ)數(shù)據(jù)還原收費(fèi)路徑,并將擬合后的路徑提供給通行費(fèi)計(jì)算模塊輸出車(chē)輛通行費(fèi)金額。
(2)通行費(fèi)計(jì)算模塊:根據(jù)路徑擬合結(jié)果,計(jì)算車(chē)輛通行費(fèi)金額;實(shí)時(shí)同步通行費(fèi)計(jì)算結(jié)果到車(chē)輛行駛最近收費(fèi)站,作為車(chē)輛通行識(shí)別與費(fèi)用展示的數(shù)據(jù)支撐。
(3)清分結(jié)算模塊:根據(jù)車(chē)輛通行信息、綁定賬戶信息自動(dòng)結(jié)算通行費(fèi)用,支持ETC賬戶與移動(dòng)支付賬戶,完成通行費(fèi)清分。
(4)收費(fèi)稽查模塊:車(chē)輛通行費(fèi)用稽查。
(1)通行費(fèi)計(jì)算能力要求高。取消省界收費(fèi)站之后,大部分通行費(fèi)計(jì)算功能由途經(jīng)ETC門(mén)架及出口收費(fèi)站完成,少部分無(wú)法正常計(jì)費(fèi)的,通過(guò)在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)完成計(jì)費(fèi)。采用北斗自由流收費(fèi)方式,由省級(jí)云平臺(tái)處理車(chē)輛的北斗定位數(shù)據(jù)還原路徑并計(jì)算通行費(fèi),對(duì)省級(jí)的通行費(fèi)計(jì)算能力要求較高,需提高并發(fā)計(jì)算處理能力。
(2)收費(fèi)模式兼容性。目前主流收費(fèi)模式是“ETC+MTC”封閉式收費(fèi),收費(fèi)模式的變化是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程,因此在推行北斗自由流時(shí)需要考慮新舊多種收費(fèi)模式共存的情況,車(chē)道前端收費(fèi)系統(tǒng)以及后臺(tái)相關(guān)系統(tǒng)都要考慮收費(fèi)模式的兼容性,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡。尤其是車(chē)道前端收費(fèi)系統(tǒng),需要考慮不同收費(fèi)模式車(chē)輛混合通行的情況,減少跟車(chē)或偷逃通行費(fèi)情況的發(fā)生。
使用北斗自由流收費(fèi)的車(chē)輛需安裝具備北斗定位、移動(dòng)通信模塊的專(zhuān)用車(chē)載終端,而目前大量使用的車(chē)載終端是ETC,所以這些ETC用戶需更換升級(jí)車(chē)載終端才能使用北斗自由流收費(fèi)服務(wù)。由此,設(shè)備更換成本也是一個(gè)值得考慮的問(wèn)題。
北斗自由流車(chē)載終端與車(chē)輛綁定,并且?guī)в腥蚨ㄎ还δ?,定位?shù)據(jù)及行駛路線可以實(shí)時(shí)獲取,個(gè)人隱私存在風(fēng)險(xiǎn)。若個(gè)人隱私問(wèn)題得不到解決,那么北斗自由流收費(fèi)模式的推廣也會(huì)受到極大的限制,因此要從多個(gè)層面探索解決:在法律層面,加強(qiáng)交通數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的立法與執(zhí)法;在技術(shù)層面,對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù),車(chē)載終端在駛離高速公路后主動(dòng)關(guān)閉北斗定位功能;在運(yùn)營(yíng)層面,首先在貨運(yùn)、客運(yùn)、?;愤\(yùn)輸、特種車(chē)輛等具有公共屬性的車(chē)輛上推廣安裝,以積累運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)。
本研究基于北斗技術(shù)的高速公路自由流省級(jí)云收費(fèi)應(yīng)用具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)將北斗實(shí)時(shí)定位、云收費(fèi)架構(gòu)與高速公路收費(fèi)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)通行車(chē)輛路徑的精確還原與實(shí)時(shí)準(zhǔn)確計(jì)費(fèi),同時(shí)提高高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)維效率。
(2)兼容取消省界收費(fèi)站收費(fèi)模式,不影響現(xiàn)有通行車(chē)輛的收費(fèi)業(yè)務(wù),業(yè)務(wù)模式可以平穩(wěn)切換。后續(xù)將逐步開(kāi)展試點(diǎn)探索,為產(chǎn)業(yè)化落地提供依據(jù)。
未來(lái)隨著高速公路朝無(wú)人化、自由流不斷演進(jìn),還有許多方面值得關(guān)注。在技術(shù)方面,北斗自由流與車(chē)路協(xié)同、自動(dòng)駕駛相結(jié)合,有廣大的發(fā)展空間;在政策法規(guī)層面應(yīng)制定與技術(shù)發(fā)展相符合的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī),保障高速公路各參與者的合法權(quán)利與利益;在用戶體驗(yàn)方面,不斷加強(qiáng)與車(chē)路協(xié)同、智慧高速的業(yè)務(wù)融合,提高司乘人員的通行體驗(yàn);在經(jīng)濟(jì)效益方面,促進(jìn)高速公路自由流收費(fèi)技術(shù)的推廣應(yīng)用,對(duì)于自由流收費(fèi)的車(chē)載設(shè)備、路側(cè)設(shè)備、稽查設(shè)備等都有希望形成新的制造產(chǎn)業(yè)。