作者簡(jiǎn)介：龍維珍（1990—），工程師，主要從事智慧交通軟硬件研發(fā)工作。

摘要：文章基于無(wú)人值守收費(fèi)站建設(shè)的研究背景，結(jié)合國(guó)內(nèi)研究趨勢(shì)，分析了現(xiàn)有高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)體系及存在的主要問(wèn)題，并結(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，探討無(wú)人值守收費(fèi)系統(tǒng)的總體架構(gòu)、軟件架構(gòu)和車道布局等方面的技術(shù)問(wèn)題，提出適合我國(guó)國(guó)情的高速公路無(wú)人值守收費(fèi)站建設(shè)方案，為建設(shè)方案的制定提供理論支持。

關(guān)鍵詞：無(wú)人值守收費(fèi)站；高速公路收費(fèi)系統(tǒng)；智慧高速公路

中圖分類號(hào)：U491.2

0 引言

隨著智慧高速公路的快速發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)有的全國(guó)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的收費(fèi)效率已得到很大提升，但仍然無(wú)法滿足現(xiàn)代交通管理的需求，依然存在收費(fèi)效率低、交通擁堵、人工成本高等問(wèn)題。無(wú)人值守收費(fèi)站采用先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)手段和設(shè)備，通過(guò)車輛的自動(dòng)識(shí)別、計(jì)費(fèi)、預(yù)交易、聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)、自助繳費(fèi)等功能，實(shí)現(xiàn)窄島化建設(shè)，少人化乃至無(wú)人化運(yùn)營(yíng)，還可提高車輛通行效率，減少交通擁堵，降低運(yùn)營(yíng)管理成本。因此，研究高速公路無(wú)人值守收費(fèi)站建設(shè)方案具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國(guó)公路交通流量不斷增加，現(xiàn)有的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)管理的需求。同時(shí)，全球高速公路運(yùn)營(yíng)管理正朝著“自由流”的方向發(fā)展，其目的在于減少交通擁堵、提高通行效率、降低運(yùn)營(yíng)成本，這為無(wú)人值守收費(fèi)站的發(fā)展提供了廣闊的空間和機(jī)遇。

另外，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云邊端協(xié)同、AI識(shí)別、激光檢測(cè)、收費(fèi)機(jī)器人、智能運(yùn)維等新興技術(shù)與傳統(tǒng)高速公路機(jī)電和收費(fèi)系統(tǒng)充分融合應(yīng)用，也為高速公路無(wú)人值守收費(fèi)站的建設(shè)提供了可能性。

在實(shí)際應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了高速公路無(wú)人值守收費(fèi)站的試點(diǎn)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，例如山東孫家村收費(fèi)站、山西營(yíng)盤收費(fèi)站等試點(diǎn)運(yùn)行的無(wú)人值守收費(fèi)站。試點(diǎn)的建設(shè)單位^[1]，通過(guò)重構(gòu)收費(fèi)系統(tǒng)體系，設(shè)計(jì)新的收費(fèi)站建設(shè)方案，應(yīng)用多種新技術(shù)、新設(shè)備，開展了高速公路無(wú)人值守收費(fèi)站的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)，為高速公路行業(yè)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2 研究的目的與意義

2.1 國(guó)內(nèi)收費(fèi)公路發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路交通流量不斷增加，傳統(tǒng)的人工收費(fèi)模式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化交通管理的需求。因此，無(wú)人值守收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展是國(guó)內(nèi)收費(fèi)公路發(fā)展的必然選擇。

2.2 順應(yīng)高速公路自由流發(fā)展趨勢(shì)

自由流收費(fèi)模式是一種先進(jìn)的收費(fèi)模式，能夠提高車輛的通行效率，減少交通擁堵，并且降低收費(fèi)成本。無(wú)人值守收費(fèi)站的建設(shè)可以順應(yīng)高速公路的自由流發(fā)展趨勢(shì)。

2.3 解決傳統(tǒng)收費(fèi)站建設(shè)存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)收費(fèi)站建設(shè)存在建設(shè)成本高、管理難度大、對(duì)環(huán)境影響大等問(wèn)題。無(wú)人值守收費(fèi)站的建設(shè)可以有效地解決這些問(wèn)題，提高收費(fèi)站的運(yùn)營(yíng)效率和管理水平。

2.4 智能收費(fèi)站建設(shè)節(jié)約投資

無(wú)人值守收費(fèi)站建設(shè)可以節(jié)約投資，通過(guò)采用先進(jìn)的技術(shù)手段和設(shè)備，有效地降低建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本，提高收費(fèi)站的效率和安全性，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 主要研究?jī)?nèi)容

無(wú)人值守收費(fèi)系統(tǒng)是一個(gè)集成了多種技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，本文對(duì)其系統(tǒng)架構(gòu)、軟件架構(gòu)、車道布局三個(gè)部分進(jìn)行研究。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文研究重點(diǎn)在于如何設(shè)計(jì)和構(gòu)建一個(gè)完整、穩(wěn)定、高效的無(wú)人值守收費(fèi)系統(tǒng)。從高速公路收費(fèi)業(yè)務(wù)需求出發(fā)，設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)安全系統(tǒng)等的整體布局。

3.2 軟件架構(gòu)

在無(wú)人值守收費(fèi)系統(tǒng)中，軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。本文設(shè)計(jì)收費(fèi)站的軟件系統(tǒng)，涵蓋高速公路收費(fèi)、站級(jí)收費(fèi)廳管理、視頻對(duì)講、稽核打逃等功能，并研究網(wǎng)絡(luò)通信和安全傳輸技術(shù)，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定和數(shù)據(jù)安全^[2]。

3.3 車道布局

車道布局是無(wú)人值守收費(fèi)站設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面，合理布局車道，可使車輛高效通過(guò)收費(fèi)站，避免擁堵。

4 收費(fèi)系統(tǒng)

4.1 傳統(tǒng)收費(fèi)系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示為全國(guó)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)架構(gòu)，該收費(fèi)系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)^[3]，但各省份、各業(yè)主之間，也存在著車道布局、系統(tǒng)功能不統(tǒng)一，流程不規(guī)范，管理支撐能力低，互不兼容等突出的問(wèn)題。

在當(dāng)前的全國(guó)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)中，收費(fèi)車道級(jí)系統(tǒng)的控制核心是車道控制器，通過(guò)車道控制器I/O端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)車道設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集等功能；聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)費(fèi)率表等全局?jǐn)?shù)據(jù)均存儲(chǔ)于工控機(jī)上，確保當(dāng)收費(fèi)車道系統(tǒng)與上級(jí)系統(tǒng)通信聯(lián)絡(luò)中斷時(shí)，能獨(dú)立完成通行費(fèi)計(jì)算和收取。

4.2 傳統(tǒng)收費(fèi)系統(tǒng)主要存在的問(wèn)題

當(dāng)前全國(guó)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)主要存在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)兩個(gè)方面的問(wèn)題。

4.2.1 建設(shè)方面

（1）車道布局、系統(tǒng)功能五花八門。

（2）流程不規(guī)范，管理支撐能力低。

（3）ETC交易成功率不高。

（4）收費(fèi)島占用空較大，車輛通行效率低。

（5）車道設(shè)備種類多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，軟件調(diào)試工作量大。

4.2.2 運(yùn)營(yíng)方面

（1）收費(fèi)站標(biāo)配三班次收費(fèi)員值班，人工成本高。

（2）車流高峰擁堵嚴(yán)重，服務(wù)壓力大。

（3）特情處理基本靠人解決，效率低下。

5 無(wú)人值守收費(fèi)站建設(shè)方案

5.1 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖2所示，在整體系統(tǒng)架構(gòu)中，云端由綜合管理中心、收費(fèi)數(shù)據(jù)中心、收費(fèi)機(jī)電設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)中心、部中心系統(tǒng)和省中心系統(tǒng)構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)收費(fèi)、機(jī)電運(yùn)維、稽核打逃等數(shù)據(jù)的匯聚與共享。部中心系統(tǒng)和省中心系統(tǒng)由國(guó)家交通運(yùn)輸部和省級(jí)交通運(yùn)輸管理部門分別建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚與共享功能。

站級(jí)收費(fèi)廳由云收費(fèi)系統(tǒng)、站級(jí)管理系統(tǒng)、稽核打逃系統(tǒng)、收費(fèi)機(jī)電運(yùn)維系統(tǒng)、視頻業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)構(gòu)成。其中，云收費(fèi)系統(tǒng)、站級(jí)管理系統(tǒng)、視頻業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)保障收費(fèi)業(yè)務(wù)的開展，收費(fèi)機(jī)電運(yùn)維系統(tǒng)主要保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，稽核打逃系統(tǒng)為收費(fèi)拓展類應(yīng)用，服務(wù)于稽核打逃業(yè)務(wù)。

車道與外設(shè)通過(guò)車道融合網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)車道設(shè)備IP化，站級(jí)收費(fèi)廳通過(guò)車道融合網(wǎng)關(guān)進(jìn)行車道外設(shè)遠(yuǎn)程集中實(shí)時(shí)控制、管理和監(jiān)測(cè)。車道外設(shè)可采用集成的一體化設(shè)備降低系統(tǒng)集成復(fù)雜程度，通過(guò)智能自助發(fā)卡設(shè)備、智能自助繳費(fèi)設(shè)備等車道智能自助設(shè)備為用戶提供移動(dòng)支付、找零、開具發(fā)票等自助繳費(fèi)服務(wù)，減少現(xiàn)場(chǎng)值守收費(fèi)員人數(shù)。

5.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

如圖3所示，站級(jí)收費(fèi)廳、車道作為局域網(wǎng)，通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行連接，車道與站級(jí)收費(fèi)廳之間通過(guò)交換機(jī)堆疊和主備光纖冗余等手段，提供鏈路備份，保證網(wǎng)絡(luò)連接。站級(jí)收費(fèi)廳通過(guò)防火墻接入收費(fèi)專網(wǎng)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)安全策略，保證數(shù)據(jù)上傳下載的安全性。

在總體設(shè)計(jì)方案上，通過(guò)收費(fèi)軟件在車道和收費(fèi)站級(jí)冗余部署的方式保障收費(fèi)業(yè)務(wù)，車道融合網(wǎng)關(guān)日常支撐站級(jí)收費(fèi)軟件運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)可降級(jí)為車道收費(fèi)工控機(jī)使用。

5.3 軟件架構(gòu)

如圖4所示，軟件架構(gòu)邏輯上分為5層，從下往上分別是數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、通訊層、應(yīng)用層和展示層。

數(shù)據(jù)層能存儲(chǔ)所有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

服務(wù)層將應(yīng)用有關(guān)功能以服務(wù)的形式集成到支撐平臺(tái)中，為所有的上層業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的應(yīng)用支撐服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的整合集成，減少系統(tǒng)間的耦合度，便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和部署。

通信層實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，并基于Socket、HTTP/HTTPS等通信方式，實(shí)現(xiàn)前后端數(shù)據(jù)通信。通信相關(guān)接口開發(fā)應(yīng)符合交通運(yùn)輸部相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，隨部標(biāo)準(zhǔn)化收費(fèi)站規(guī)范發(fā)布而進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

應(yīng)用層包含各子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成特定的功能。

展示層為各子系統(tǒng)提供應(yīng)用入口。

5.4 車道布局

如圖5所示，在無(wú)人值守收費(fèi)站中，無(wú)人車道的全部業(yè)務(wù)功能以及有人車道的大部分業(yè)務(wù)功能都上傳至云端，在完成車道設(shè)備通信控制網(wǎng)絡(luò)化改造之后，云收費(fèi)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)車道設(shè)備的控制，云收費(fèi)車道系統(tǒng)通過(guò)與各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直連以及直連一體化欄桿機(jī)等方式實(shí)現(xiàn)車道設(shè)備的控制。典型的全新改造車道可分為ETC客車專用車道、ETC貨車專用車道、無(wú)人自助車道、混合車道四種，圖5所示為無(wú)人自助車道典型的車道布局。

無(wú)人自助車道的設(shè)備主要有：自動(dòng)關(guān)道機(jī)、車型識(shí)別、稱臺(tái)、車道信息屏、自動(dòng)發(fā)卡機(jī)/自助繳費(fèi)機(jī)（含IC卡機(jī)、移動(dòng)支付機(jī)具、票據(jù)打印機(jī)）、RSU、一體化欄桿機(jī)（含線圈、費(fèi)顯、車牌識(shí)別）、車道攝像機(jī)等^[4]。

6 無(wú)人值守收費(fèi)站建設(shè)方案的展望

6.1 業(yè)務(wù)與技術(shù)挑戰(zhàn)

雖然國(guó)內(nèi)各省份紛紛建設(shè)無(wú)人值守收費(fèi)站試點(diǎn)工程，各項(xiàng)技術(shù)也在突破行業(yè)限制，應(yīng)用到無(wú)人值守收費(fèi)站建設(shè)當(dāng)中，但在實(shí)際的高速公路運(yùn)營(yíng)工作中，也面臨著大量的業(yè)務(wù)與技術(shù)的挑戰(zhàn)，本文總結(jié)以下8點(diǎn)業(yè)務(wù)與技術(shù)上亟須解決的問(wèn)題：

（1）對(duì)沖卡、車跟車等非常規(guī)進(jìn)入高速公路的車輛的監(jiān)管處置。

（2）對(duì)行人、摩托、裝載不規(guī)范或存在安全隱患的車輛等的監(jiān)管處置。

（3）出口收費(fèi)無(wú)人工核對(duì)車型、漏收通行費(fèi)的風(fēng)險(xiǎn)增大的應(yīng)對(duì)措施。

（4）需解決兩客一危車輛，特別是不互通省份之間的兩客一危車輛，數(shù)據(jù)未全面與收費(fèi)系統(tǒng)互通，系統(tǒng)無(wú)攔截提示的安全隱患問(wèn)題。

（5）在特殊天氣由于入口無(wú)人員進(jìn)行提示，車輛上高速公路后發(fā)生交通事故的應(yīng)對(duì)措施。

（6）發(fā)現(xiàn)并制止超限貨車使用客車OUB進(jìn)入高速公路，避免因超限貨車進(jìn)入高速公路而發(fā)生事故的措施。

（7）收費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)現(xiàn)金繳費(fèi)時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。

（8）對(duì)節(jié)假日臨界點(diǎn)提前發(fā)放紙質(zhì)通行券，持紙質(zhì)通行券車輛的收費(fèi)措施。

6.2 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

借助更先進(jìn)的人工智能技術(shù)，無(wú)人值守收費(fèi)站將逐步全面智能化，逐步實(shí)現(xiàn)少人化乃至無(wú)人化全自動(dòng)運(yùn)營(yíng)。同時(shí)，為滿足司乘人員的不同需求，無(wú)人值守收費(fèi)站會(huì)提供更多元化的服務(wù)，比如多種支付方式、路況信息查詢、緊急救援等。

此外，無(wú)人值守收費(fèi)站會(huì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域化和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)，形成一個(gè)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，借助于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，無(wú)人值守收費(fèi)站將會(huì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化和平臺(tái)化管理，為公眾出行、精準(zhǔn)服務(wù)、道路管理、城市規(guī)劃等提供更多有價(jià)值的數(shù)據(jù)支持。

7 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)無(wú)人值守收費(fèi)站的深入研究和分析，可知無(wú)人值守的新型收費(fèi)聯(lián)網(wǎng)體系的建設(shè)，在提高道路通行效率、降低管理成本、提升用戶體驗(yàn)等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。然而，隨之而來(lái)的業(yè)務(wù)與技術(shù)挑戰(zhàn)也不容忽視。從設(shè)備可靠性、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、業(yè)務(wù)模式轉(zhuǎn)變到法律合規(guī)性要求，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行更深入的研究和實(shí)踐。本文研究以期能啟發(fā)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和業(yè)務(wù)模式的不斷優(yōu)化并實(shí)踐，推動(dòng)無(wú)人值守收費(fèi)站向更高效、更便捷、更安全的方向發(fā)展。

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