高速公路收費站系統設計分析

裴宇

摘 要：本文結合高速公路收費站系統現狀，對高速公路收費站系統框架進行設計與層次的劃分，提出了高速公路收費站系統設計方案，包括收費系統與ETC接口與通信設計、車輛識別與響應系統設計、申訴模塊的構建設計、圖像處理技術設計等，確保高速公路收費站系統設計的質量，促進高速公路收費站系統優化升級。

關鍵詞：高速公路;收費站系統;設計

中圖分類號：TP311.13;U495 文獻標識碼：A

0 引言

收費系統是高速公路機電體系的重要組成部分，現階段高速公路承載的汽車數量不斷增大，為了能夠適應這一需求，建立智能化的高效收費管理系統已經得到廣大學者的重視。而從當前技術發展情況來看，ETC支付已經在全國范圍內得到推廣，因此應該設計一套與之相對應的收費系統，進一步強化收費管理水平。

1 高速公路收費站系統現狀

隨著國家經濟快速發展，行駛在高速公路上的車輛通行量日益增大，收費站車道環境的惡化，傳統收費站逐漸呈現出一系列的不足。首先，傳統的收費站空間狹小、工作環境不舒適。車道上汽車產生的尾氣、揚塵、噪音和霧霾等環境直接影響到車道的空氣質量，對收費員的健康造成一定影響。其次，傳統收費站內部機電設備集成度低。傳統計費方式需要在站內安裝各種大小不一的機電設備，占用空間大，設備接線駁亂，穩定性差，給后期維護檢修造成較大困難。最后，傳統收費站功能結構簡陋單一。一般只設有冷暖空調調節，對站內空氣、噪音等無改善措施。如，某高速平鐘段主線全長90 km，具體施工內容包括路基工程、橋梁工程、隧道工程等。隧道采用的是上下行分離的四車道結構，設計行車速度80 km/h，最大埋深達到260 m，設計縱坡為3.03%。新的發展環境下，其瓶頸效應也變得越發突出，在一定程度上阻礙了當地高速公路網絡的發展，需要進行改擴建工作，而在這個過程中，必須高度重視高速公路機電工程的建設和完善。

2 高速公路收費站系統框架設計與層次劃分

2.1 系統框架設計

在本次高速公路收費系統設計中，通過融合ETC無線射頻技術以及智能化無感支付技術，形成一套組合式收費系統。與常規的ETC收費模式相比，本文所介紹的系統是在ETC通道的基礎上增添信號傳感器、無感支付以及圖像識別等，再利用相應的智能算法，確保能夠充分讀取車輛信息，保證能夠對車輛做出正確的識別，提高車輛通過效率，保證了駕駛人員的滿意度。該系統的整體框架如圖1所示。

按照圖1介紹的系統流程圖，當有車輛駛入ETC收費系統通信區域之后，經過微波傳感器快速感知信號并激活射頻鏡頭，此時系統也進入工作狀態，在射頻鏡頭下調取車輛的車牌號，并與車輛信息數據庫的資料做對比，匹配成功后開始向射頻卡發送代碼并調取車輛信息，根據地區高速公路收費方案計算司機應繳納數額，當系統成功扣款后車輛可以直接出高速;若無法自動扣款（或者扣款失敗）則系統激活門禁系統。在整個系統流程中，通過智能化技術能夠快速完成車輛信息的管理與儲存，并將與銀行、第三方交易平臺之間實現對接，形成繳費賬單。

2.2 層次劃分

根據智能技術特征，在本次系統設計中系統整體結構可以分為以下幾方面：（1）終端展示層。該功能層能夠為ETC繳費系統管理提供人機交互界面，能夠根據用戶的不同層次劃分使用權，具體為收費站層、稽查部門層、公司領導層等，每個職能層所對應的系統權責不同。在設計中注意保證工作人員操作便捷性，盡可能的降低使用難度。（2）應用業務層是系統的功能層，是系統建設核心，要求系統在收費系統中能夠對所有車輛的繳費業務進行信息識別，并根據后臺運算結果生成查詢信息并進行展示。（3）儲存層。在儲存層需要儲存車輛ETC繳費的信息，如車輛進出信息、視頻信息等。

3 高速公路收費站系統設計方案

3.1 收費系統與ETC接口與通信設計

在收費系統設計中使用了復合系統模式，在設計中通過智能化軟件來融合無感支付以及ETC技術，這種設計方法能夠充分適用于車輛的不同收費場景來控制收費過程，所以在硬件設備運用中需要通過天線控制器、稱重顯示器、車輛檢測系統、信號指示燈。在該系統設計中，ETC與無感支付系統的結合采用了I/O接口以及串行結構模式，具體包括：（1）在I/O接口被應用在系統主控中心的邏輯控制上，在相關功能模塊的支持下能夠能快速的實現車輛信息檢測，實現系統報警以及分量信息分離等，判斷車輛是否可以正常通行等。（2）串行接口設計中選擇異步通信接口模式，并連接稱重顯示器、計費顯示器等。期間為強化通信質量，在系統設計中選擇RS485總線連接方法，在收費系統中融合主控技術與計算機科學、數據庫技術等是整個系統的“大腦”。并且在該系統中，對車輛的信息檢測成為核心內容，因此在本次系統設計環節選擇具有高靈敏度的車輛檢測器，該裝置能夠與系統中的ETC模塊、RS485總線等兼容。

3.2 車輛識別與響應系統設計

在本次高速公路收費系統設計中，為彰顯智能化技術優勢，本文構建了完整的車輛識別與響應系統，該系統的主要組成部分包括：（1）無感支付攝像機。該裝置可以快速提取測量的信息并與字符疊加器連接，能夠實現原始圖像處理以及圖像降噪等，并且當系統采集其中的關鍵數據之后能夠將視頻等加入特定的疊加字符并上傳到信息系統中。（2）通信模塊。通信模塊性能模塊的出現會進一步改變系統的通信模式，該模塊采用了RUS天線加天線控制器的模式，其中天線控制器能夠調整天線的開關情況，接收器在識別系統的請求之后能夠將對應的通信協議與通信信號等轉變為數據幀，并將其反饋給收費站。RUS天線能夠將天線控制器中的信號進行放大調制后，再輻射至周邊的互聯網基站上。（3）收費站管理系統與銀行、微信、支付寶等建立聯系，可以直接完成自動繳費。（4）GSMR的網絡設計。考慮到高速公路收費站的可能出現車流量復雜的問題，所以在該網絡上可以構建MSC節點，滿足大量車輛通行的要求。

3.3 申訴模塊的構建設計

在智能ETC收費系統中，可能會因為系統故障等問題造成系統收費異常，用戶在了解異常收費情況之后可以針對此項收費提出異議。針對這種特殊情況，在本次系統設計中建立申訴模塊。

關于ETC收費申訴任務是以列表的形式進行的，內容包括任務名稱、序號、時間、操作信息等;根據不同的申訴任務可以在申訴列表中顯示不同的內容，主要內容包括：（1）用戶通過第三方軟件等了解收費異常之后，可以直接在軟件中選擇“聯系客服”，并進入到申訴過程。（2）系統自動為員工分配用戶的申訴任務，任務進入到申訴列表中，工作人員開始認真識別用戶的申訴信息，并提交申訴決定。若人工審核認為用戶的申訴不合理，則可以將相關視頻、圖片資料一起反饋給用戶;若人工審核認為用戶的申訴是合理的，則可以將異常收費部分直接退還給支付賬戶，避免用戶的權益受到侵害。（3）在人工申訴結束后，系統開始第二次隨機分配本次深度任務，判斷人工申訴的反饋結果是否合理，并申訴結果記錄到系統中，方便公司查詢。

3.4 圖像處理技術設計

在智能ETC收費系統中，系統對圖像的處理能力已經成為決定系統收費合理性的重要因素，所以在系統設計中還需要引入強大的圖像處理技術，確保系統能夠精準無誤的讀取車輛信息。為實現這一目標，在本次設計中通過圖像壓縮以及編碼、小波變換的方法，進一步縮短識別圖像的時間，并利用小波函數來提高圖像信號的分辨率，在圖像處理中通過對圖像信號做正交以及壓縮分解后，能夠獲得更高質量的圖像信號，其中的處理過程主要可以分為兩個步驟：（1）在將分解的圖像做量化系數變化與分解之后，能夠獲得具有更高像素壓縮比的圖像（或視頻）。（2）根據人眼視覺機制調整圖像分辨率，此時小波系數之間保持著相互獨立的關系，圖像的關鍵信息主要集中在低頻分量中，且隨著小波分解層數的不斷提升，則圖像的清晰度越高，但是在實踐過程中要兼顧分解處理以及圖像壓縮的時長問題。

4 結語

在智能交通背景下，傳統的交通高速公路收費系統已經發生明顯變化，本文所設計的基于智能交通的ETC高速公路收費系統具有技術可行性，具有更強的收費管理能力，其技術成熟，充分利用智能化等技術的優勢，符合未來高速公路管理系統的發展要求，具有推廣價值。

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