一、引言

截至2020年末，我國高速公路通車里程已達16.1萬千米，高速公路運營依舊保持傳統(tǒng)收費模式，信息化平臺開發(fā)的技術(shù)支撐還有待進一步加強，相應(yīng)的行政指導(dǎo)性文件亟待完善[，并且全國高速公路網(wǎng)迄今為止沒有搭建出結(jié)構(gòu)完善、功能全面的信息共享平臺，成為了目前高速公路運營的短板。而取消省界收費站工程實施以來，ETC的推廣使得高速公路運營管理迎來新的轉(zhuǎn)折，運營效率逐漸與快速發(fā)展的高速公路運輸能力矛盾初顯[2]。在這樣的發(fā)展局勢下，有關(guān)部門更要客觀地分析實際的高速公路信息化管理建設(shè)水平，立足于現(xiàn)實情況，摸索提升信息化建設(shè)效能多種可行辦法。

二、高速公路收費站智慧收費意義

2019年5月16日，交通運輸部正式下發(fā)的《取消高速公路省界收費站總體技術(shù)方案》中明確提出，依托電子不停車收費（ETC）技術(shù)進行收費，減少人工服務(wù)，提高車輛通行率[3]。全國省界收費站撤除后，機電設(shè)備數(shù)量劇增，高速公路現(xiàn)有島面機電設(shè)備多、位置分散，多數(shù)控制協(xié)議無法兼容，設(shè)備供電和控制方式復(fù)雜，導(dǎo)致線井雜亂，機電維護人員處理故障難度提高。隨著收費系統(tǒng)進一步升級改造，收費站更趨向少人化和無人化管理，對設(shè)備可知可控和運維管理提出更高要求。收費模式也應(yīng)由以人工收發(fā)CPC卡、紙質(zhì)通行券為代表的半自動收費，向以ETC通行為代表的全自動收費轉(zhuǎn)型[4]

三、智慧收費系統(tǒng)在全椒西收費站的應(yīng)用

合寧高速全椒西收費站位于合寧高速 K525+000 處，于2019年建成通車，年平均日交通量為6200輛。收費站土建車道數(shù)為5進9出，機電車道數(shù)為5進8出，出口1車道為預(yù)留回轉(zhuǎn)車道。ETC專用車道為1進2出，其余車道均為混合車道[5]。

基于現(xiàn)代科技搭建“云、邊、端”一體式協(xié)同組織架構(gòu)，利用其替代傳統(tǒng)的“收費站-收費車道”的運作機制，針對部署在收費車道上的設(shè)施加大網(wǎng)絡(luò)化、智能化改造力度，努力打造契合高速公路收費實際情況的扁平化架構(gòu)，以上過程中要創(chuàng)建入口自助發(fā)卡／自助繳費車道，確保全天24h收費能實現(xiàn)無人值守。其中，建造出口時要增設(shè)出口ETC預(yù)交易系統(tǒng)，通過落實該項措施能進一步增加ETC車道的實際通行效率。除此之外，也要將應(yīng)急收費系統(tǒng)建設(shè)作為一項重要工作嚴格抓起，利用其持續(xù)強化收費系統(tǒng)的運行的穩(wěn)定性與可靠度。

（一）監(jiān)控設(shè)施

監(jiān)控設(shè)施分為計算機與CCTV控制／顯示系統(tǒng)、監(jiān)控外場設(shè)備、信息傳輸系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

1.計算機與CCTV控制／顯示系統(tǒng)

本項目利用收費站現(xiàn)有計算機系統(tǒng)及CCTV控制/顯示系統(tǒng)進行綜合管理，收費站現(xiàn)有設(shè)備可滿足本項目新增監(jiān)控設(shè)備的管理需求，僅需對原有系統(tǒng)軟件進行監(jiān)控視頻、數(shù)據(jù)的接人調(diào)試[。

2.監(jiān)控外場設(shè)備

信息采集設(shè)備：本項目內(nèi)新增的信息采集設(shè)備主要是監(jiān)控攝像機，在門架大型可變情報板前方各設(shè)置1套監(jiān)控攝像機，新增的攝像機和門架情報板是配合入口預(yù)處理與出口預(yù)交易使用的，情報板提示有OBU車輛通過L桿天線位置時的交易狀態(tài)。

信息發(fā)布設(shè)備：信息發(fā)布系統(tǒng)主要設(shè)備為門架式大型可變情報板，根據(jù)ETC門架收費情況引導(dǎo)車輛行駛分流。在情報板上增設(shè)傾角傳感器，用以測量情報板橫梁的水平度與立柱豎直度。

（二）收費設(shè)施

1.系統(tǒng)改造目標

本次收費系統(tǒng)改造主要實現(xiàn)以下目標：通行自助化：為通行收費站的MTC車輛提供入口自助取卡、出口自助收卡／繳費的通行方式選擇，同時兼容ETC車輛快速通行。

空間換時間：推動各項業(yè)務(wù)運行實現(xiàn)一體化、集成化。為達成以上自標，有關(guān)部門要加強落實建設(shè)高速公路匝道預(yù)處理、預(yù)交易系統(tǒng)等舉措，力爭在邏輯層面上有效地拓展車道的使用功能，對于往返通行車輛均能做到提前計費、扣費、處理特殊情況、調(diào)整交通流及組織稽核工作等，并有效打通數(shù)據(jù)流、信息流、業(yè)務(wù)流等方式，不僅能對通行車輛做出科學(xué)引導(dǎo)，也能精準地計費扣費、處理特殊情況及疏導(dǎo)交通等，確保以上各項處理工作內(nèi)容的一體化、智能化實施。

應(yīng)用系統(tǒng)集中化：升級當前收費車道、收費站兩級收費應(yīng)用系統(tǒng)部署模式，將出入口匝道系統(tǒng)、站級交易系統(tǒng)、站級管理系統(tǒng)等在收費站集中部署，為收費現(xiàn)場的設(shè)備簡化和集約化提供基礎(chǔ)。

設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、集約化：通過具備接口轉(zhuǎn)換及物聯(lián)網(wǎng)管理能力的設(shè)備實現(xiàn)收費車道外設(shè)的拓撲優(yōu)化，實現(xiàn)車道外設(shè)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測、控制及數(shù)據(jù)交互，同時，在自助車道引人集約化、一體化設(shè)備，以優(yōu)化車道布局，并對ETC車道實現(xiàn)無亭化改造。

現(xiàn)場少人化：具體是基于提高通行效率、自助化通行、服務(wù)后臺化等多種方式減少傳統(tǒng)人力資源的調(diào)配使用，取得降本增效的成果，為企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供強勁動力

2.總體方案

（1）收費車道

全椒西收費站收費車道共5進9出，已開通5進8出（其中包括了1進2出ETC專用車道）、本次設(shè)計中給人口、出口分別增設(shè)了自助發(fā)卡車道、自助繳費車道各1條，相應(yīng)新增稱重設(shè)備。將入口2車道由客車專用混合車道改造為ETC客車專用車道。

拆解撤離運行數(shù)年之久的ETC專用車道及自助發(fā)卡/繳費車道收費亭設(shè)施，將綜合機柜增設(shè)到入口1、出口3收費島處，其功能主要集中在兩個方面，一是全面采集車道運行期間的有關(guān)數(shù)據(jù)，二是聚集梳理車道視頻資料，以光纖作為載體將其統(tǒng)統(tǒng)傳輸至收費站機房內(nèi)部。自助發(fā)卡和自助繳費車道的RSU控制器和小交換機等設(shè)備放置在自助發(fā)卡/繳費設(shè)備內(nèi)部空間。收費機房設(shè)置2套收費數(shù)據(jù)容錯服務(wù)器，部署收費系統(tǒng)云平臺。入口1綜合機柜設(shè)置1臺收費數(shù)據(jù)服務(wù)器作為備用服務(wù)器，備用服務(wù)器利用現(xiàn)有閑置服務(wù)器

（2）人口ETC預(yù)處理系統(tǒng)

入口收費廣場前道路設(shè)置入口ETC預(yù)處理系統(tǒng)，覆蓋3條車道。

（3）出口匝道

出口匝道合流點處建設(shè)出口ETC預(yù)交易系統(tǒng)，覆蓋兩條匝道，匝道1為2條行車道，匝道2為1條行車道和1條應(yīng)急車道。

（4）收費廣場組網(wǎng)

收費車道至收費匯聚交換機之間采用交錯連接的方式，可以保證其中一臺匯聚交換機故障時只影響部分車道運行，仍可保證收費業(yè)務(wù)的基本運行。收費數(shù)據(jù)匯聚交換機至收費站機房核心交換機采用雙鏈路冗余方式，增強網(wǎng)絡(luò)可靠性。

（5）BTC車道改造

拆除入口ETC車道（1、2）、出口ETC車道（2、3）ETC專用車道收費亭，對保留的設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)化改造，原收費亭內(nèi)RSU天線控制器和小交換機，以及新增多接口網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換設(shè)備放置在車道對應(yīng)數(shù)據(jù)交換機所在的綜合機柜內(nèi)。

（6）ETC/MTC混合車道改造

針對現(xiàn)有混合車道，對原設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)化改造，保留收費亭及亭內(nèi)設(shè)備，一旦發(fā)生故障導(dǎo)致站級交易系統(tǒng)無法正常運行，自動切換至車道控制器收費系統(tǒng)。

（7）入口自助發(fā)卡和出口自助繳費車道改造

拆除入口3、出口7車道收費亭、費顯、車牌識別和欄桿機，布設(shè)一體化欄桿機，其上集成自動欄桿、費顯、車牌識別器。對車道設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)化改造，新增自助發(fā)卡/繳費設(shè)備。自助發(fā)卡和自助繳費車道的RSU控制器和小交換機等設(shè)備放置在自助發(fā)卡/繳費設(shè)備內(nèi)部空間中。

（8）站級智慧收費系統(tǒng)升級

在收費站部署站級交易系統(tǒng)和站級管理系統(tǒng)，站級交易系統(tǒng)與入口匝道預(yù)處理設(shè)施、出口匝道預(yù)交易設(shè)施、ETC車道設(shè)施、ETC/MTC混合車道設(shè)施、人口自助發(fā)卡設(shè)施、出口自助繳費設(shè)施配合完成車輛的誘導(dǎo)、通行控制、出口收費和應(yīng)急收費等業(yè)務(wù)。站級管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)收費站財務(wù)管理、票據(jù)管理、統(tǒng)計分析、智能運維監(jiān)控等業(yè)務(wù)。

3.智慧收費整體架構(gòu)

收費站智慧收費系統(tǒng)主要由兩大分布構(gòu)成，分別是

站級交易系統(tǒng)和站級管理系統(tǒng)組成。前者的構(gòu)成頗為復(fù)雜，主要有計費服務(wù)、參數(shù)管理、交易服務(wù)、入口ETC預(yù)處理、出口ETC預(yù)交易、數(shù)據(jù)傳輸、流水處理、遠程值守、廣場誘導(dǎo)、設(shè)備控制等。站級管理系統(tǒng)包括：智能運維監(jiān)控軟件、ETC門架收費稽核、財務(wù)管理、票據(jù)管理、統(tǒng)計報表、查詢服務(wù)、數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

4.ETC預(yù)交易系統(tǒng)

（1）入口ETC預(yù)處理系統(tǒng)

入口ETC預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)備配置：每條車道上方設(shè)置1套RSU天線，共3套；每臺900W像素車牌識別設(shè)備抓拍2條車道，共設(shè)置2套車牌識別設(shè)備，每條車道上方設(shè)置1套補光燈，共3套補光燈。

入口ETC預(yù)處理系統(tǒng)功能要求：人口ETC預(yù)處理系統(tǒng)收費業(yè)務(wù)部署在站級收費服務(wù)器上。在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，所有業(yè)務(wù)均調(diào)取站級服務(wù)器的收費業(yè)務(wù)服務(wù)進行處理，站級服務(wù)器直接與前端設(shè)備通信，以實現(xiàn)設(shè)備控制，并承載名單查詢、標簽異常判斷、車輛引導(dǎo)、數(shù)據(jù)生成等服務(wù)。

與站級收費服務(wù)聯(lián)動：人口ETC預(yù)交易系統(tǒng)能精準、自動化地辨識ETC車輛的簽卡、車牌信息等，快速啟用站級交易服務(wù)平臺接口功能，檢測ETC通行的有效性，并判斷其合法合規(guī)性，智能生成完整的ETC車輛預(yù)交易流水。參照流水內(nèi)的ETC有效標識信息，廣場誘導(dǎo)系統(tǒng)會精準地調(diào)用誘導(dǎo)屏接口，嚴格按照一定規(guī)程發(fā)布誘導(dǎo)資訊，對車輛的通行過程做出合理引導(dǎo)。廣場誘導(dǎo)系統(tǒng)還能全面錄入誘導(dǎo)信息病發(fā)布日志，輔助后續(xù)有關(guān)部門檢測分析誘導(dǎo)信息的精準度，并確保誘導(dǎo)發(fā)布過程安全、可靠。

（2）出口ETC預(yù)交易系統(tǒng)

出口ETC預(yù)交易系統(tǒng)點位布設(shè)：出口匝道合流點位置建造了出口ETC預(yù)交易系統(tǒng)，其服務(wù)對象以匝道1的2條行車道，以及匝道2的1條行車道和1條應(yīng)急車道為主。每個車道新建1套L型桿件。

出口ETC預(yù)交易系統(tǒng)構(gòu)成：RSU、車牌圖像識別設(shè)備、車型識別設(shè)備、補光燈、供電設(shè)備等，在外場和收費站機房分別新增1套交換機用于數(shù)據(jù)傳輸。

出口ETC預(yù)交易系統(tǒng)設(shè)備配置：在每條車道上方設(shè)置1套RSU天線，共4套；每盒 900W 像素車牌識別設(shè)備抓拍2條車道，共設(shè)置2套車牌識別設(shè)備。另外，在每車道側(cè)裝1套門架車型識別設(shè)備，共4套，每條車道上方設(shè)置2套補光燈，共8套補光燈。

出口ETC預(yù)交易系統(tǒng)功能要求：出口合流點建設(shè)主線ETC龍門架和匝道L桿，安裝RSU天線、車牌識別及誘導(dǎo)屏，在ETC車輛通過匝道時對車輛進行交易預(yù)處理，判定車輛是否為ETC正常車輛。若滿足交易條件，提前扣費交易，系統(tǒng)生成交易流水并上傳至收費站服務(wù)系統(tǒng)。ETC車輛到達車道后，系統(tǒng)通過OBU信息及車牌信息進行比對判斷，核對成功后無須進入扣款流程即可抬桿放行。這有助于提升ETC的通行效率。

與站級收費服務(wù)聯(lián)動：出口ETC預(yù)交易系統(tǒng)識別ETC車輛簽卡信息，車牌信息、車型信息，調(diào)用站級收費服務(wù)平臺接口，進行ETC通行有效性校驗，生成ETC車輛預(yù)交易扣費流水和預(yù)交易異常流水。預(yù)交易系統(tǒng)根據(jù)流水中的有效性標識，調(diào)用誘導(dǎo)屏接口，按照誘導(dǎo)顯示規(guī)則內(nèi)容，展示誘導(dǎo)信息，引導(dǎo)車輛駛?cè)胪扑]車道。預(yù)交易系統(tǒng)記錄誘導(dǎo)發(fā)布日志，用于誘導(dǎo)信息核實，誘導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)布異常監(jiān)測。

5.收費系統(tǒng)改造

（1）ETC專用車道

針對現(xiàn)有ETC專用車道，對原設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)化改造，取消車道控制器，將費額顯示器、自動欄桿機的接口進行轉(zhuǎn)換。不具備條件則可在每條車道新增1臺多接口網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)串口、I0接口到網(wǎng)絡(luò)接口的轉(zhuǎn)換。由于現(xiàn)有ETC專用車道和混合車道RSU天線均為后置式，為了提高通行效率，本次將2進2出ETC專用車道RSU天線前置，安裝在已有車道顯示屏門架上?，F(xiàn)有車道顯示屏為固定文字式，顯示內(nèi)容固定，且設(shè)備老化嚴重，本次更換為點陣式LED顯示屏。安裝在門架上方位置。為了滿足RSU天線的安裝要求，入口2車道原車道顯示屏同樣移動到原門架上方，保證RSU天線安裝凈空高度不小于5.5米。

（2）混合車道

對于現(xiàn)有混合車道原有設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)化改造，將費額顯示器、自動欄桿機、CPC卡讀卡器的接口進行轉(zhuǎn)換。不具備條件的，可在每條車道新增1臺多接口網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)串口、IO接口到網(wǎng)絡(luò)接口的轉(zhuǎn)換。保留車道控制器，一旦發(fā)生故障導(dǎo)致收費系統(tǒng)無法正常運行，自動切換至車道控制器收費系統(tǒng)。

（3）自助發(fā)卡/自助繳費車道

對于新增入口自助發(fā)卡和出口自助繳費車道，拆除原有自動欄桿機、費顯、車牌識別設(shè)備，增設(shè)一體化欄桿機（集成費顯、車牌識別和自動欄桿）。對于稱重控制器，利用多接口網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器進行網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)所有設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。

6.站級智慧收費系統(tǒng)

拆解撤離運行數(shù)年之久的ETC專用車道及自助發(fā)卡/繳費車道收費亭設(shè)施，將綜合機柜增設(shè)到人口1、出口3收費島處，其功能主要集中在兩個方面，一是全面采集車道運行期間的有關(guān)數(shù)據(jù)，二是聚集梳理車道視頻資料，以光纖作為載體將其統(tǒng)統(tǒng)傳輸至收費站機房內(nèi)部。收費車道至收費匯聚交換機之間采用交錯連接的方式，可以保證其中一臺匯聚交換機故障時只影響部分車道運行，仍可保證收費業(yè)務(wù)的基本運行。收費數(shù)據(jù)匯聚交換機至收費站機房核心交換機采用雙鏈路冗余方式，增強網(wǎng)絡(luò)可靠性。入口自助發(fā)卡和出口自助繳費車道收費島分別設(shè)置1套小型機柜，用于放置RSU控制器和小交換機等設(shè)備。

四、結(jié)束語

目前，國內(nèi)大部分高速公路公司仍使用傳統(tǒng)收費方式，尚未采用智慧收費方式。本文結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)手段及全椒西收費站智能化改造經(jīng)驗，探究智能化智慧收費的實施方式，以期探尋助力高速公路運營實現(xiàn)降本增效的新型收費技術(shù)。

作者單位：張君安徽省高等級公路工程監(jiān)理有限公司

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