高速公路智能化無人收費技術(shù)探討

金雷 彭文 張云

摘要 隨著交通運輸部下發(fā)《取消高速公路省界收費站總體技術(shù)方案》，以“電子不停車收費（ETC）”技術(shù)為代表的智能化無人收費系統(tǒng)自國家層面逐步走上高速公路運營的舞臺。高速公路向“無人、非現(xiàn)金、高效通行”的方向快步發(fā)展，而目前國內(nèi)大部分高速公路公司仍使用傳統(tǒng)收費方式，尚未探尋具體無人收費方式。通過對比分析有人、無人收費的利弊，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)手段，探究智能化無人收費的實施方式，以期探尋高速公路運營降本增效的新型收費技術(shù)。

關(guān)鍵詞 無人化收費;智慧高速;降本增效

中圖分類號 U492.2+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0007-03

0 引言

截至2020年末，我國高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)16.1萬km，公路基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，大幅提高了公路通行能力和運輸效率。

與此同時，高速公路運營依舊保持傳統(tǒng)收費模式，對信息技術(shù)應(yīng)用缺乏重視，信息化平臺開發(fā)的技術(shù)支撐還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，相應(yīng)行政指導(dǎo)性文件亟待完善，以及全國高速公路網(wǎng)還未形成科學(xué)、有效的信息化共享平臺等問題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。

因此，加強(qiáng)對高速公路信息化管理建設(shè)的現(xiàn)狀分析，探究推進(jìn)信息化建設(shè)的優(yōu)化措施至關(guān)重要。該文以公開資料為指導(dǎo)、以各省發(fā)布的《高速智慧高速建設(shè)指南》為引，通過對比分析傳統(tǒng)收費方式及無人自動化收費方式及其利弊，簡單討論無人化智慧收費模式具有的現(xiàn)實意義，并據(jù)此探討智能化無人收費的實施方式。在提倡交通強(qiáng)國的時代背景下，高速公路智能化無人收費技術(shù)的研究應(yīng)用，是智慧高速發(fā)展的重要支撐，對當(dāng)前乃至未來十年的高速公路運營的降本增效具有重要價值。

1 高速公路收費現(xiàn)狀

目前，我國高速公路主要為出入口管控的人工收費結(jié)合ETC分段式計費的方式。自2019年撤站工程后，在原有收費站設(shè)備保持不變的情況下，增設(shè)ETC天線、感應(yīng)線圈、RSU控制器等設(shè)備。將部分車道由原人工收費車道改為ETC專用車道，撤銷原有收費人員，其余車道因政策、社會實際情況等因素，保留收費人員，改為“人工/ETC”混合收費模式進(jìn)行收費。

2 智能化無人收費技術(shù)意義

目前我國高速公路收費系統(tǒng)主要針對高速公路封閉式車道，采用人工收發(fā)、ETC門架階段式標(biāo)記的方式，以集5.8 GHz和13.56 MHz通信功能于一體的CPC卡、車載OBU+ETC卡、紙質(zhì)通行券（極少）為通行計費媒介的方式進(jìn)行計費、扣費動作[1]。由于部分高速公司對數(shù)據(jù)傳輸缺乏長期考量，未進(jìn)行大規(guī)模的擴(kuò)容升級改造，同時，現(xiàn)階段高速公路通行仍存在現(xiàn)金流交易，且大部分收費站混合收費車道數(shù)量高于ETC車道，通行速度、系統(tǒng)交易速度、數(shù)據(jù)傳輸速度，以及通信線路無疑阻礙了以自由流為核心的高速公路通行機(jī)制發(fā)展。

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(jìn)行收費，減少人工服務(wù)，提高車輛通行率。全國省界收費站撤除后，機(jī)電設(shè)備數(shù)量劇增，高速公路現(xiàn)有島面機(jī)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(jī)電維護(hù)人員處置故障難度提高。隨著收費系統(tǒng)進(jìn)一步升級改造，收費站更趨向少人化和無人化管理，對設(shè)備可知可控以及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穩(wěn)步前行。

3 新舊收費模式的優(yōu)劣分析

傳統(tǒng)收費方式主要為利用CPC卡、紙質(zhì)通行券的通行計費媒介，采用收費設(shè)備計量、人工核準(zhǔn)，進(jìn)行車型分類、重量識別、收發(fā)卡等動作，進(jìn)行出入口收費工作（以下簡稱半自動收費）。無人收費（自由流通行收費、“不停車收費”）則是采用以ETC自由流通收費行為代表的方式，利用工控機(jī)、服務(wù)器、RSU、ETC天線、收費數(shù)據(jù)軟件等進(jìn)行自動識別核準(zhǔn)進(jìn)行出入口收費工作（以下簡稱無人收費）[2]。兩種收費方式各有利弊，簡述如下：

3.1 半自動收費的優(yōu)勢

自2019年撤站工程完成后，除ETC車道外，混合車道以半自動形式，通過稱重設(shè)備、輪軸識別設(shè)備、車牌識別設(shè)備等進(jìn)行車輛、車型、輪軸、重量識別，以人工核準(zhǔn)并收發(fā)卡形式進(jìn)行出入高速公路。其優(yōu)勢主要有以下幾點：

一是有利于對非法車輛、違章車輛的稽查。采用人工核準(zhǔn)、設(shè)備輔助的形式進(jìn)行收費工作，可利用收費系統(tǒng)出入口讀寫設(shè)備隨時檢驗車輛的實際信息，使用人工判別，對套牌、換卡、超重等違法、違章車輛的查處準(zhǔn)確性更強(qiáng)。

二是對收費設(shè)備的要求較低。相較于無人收費，半自動收費所需要的稱重設(shè)備、工控機(jī)、輪軸識別等收費設(shè)備早已趨于成熟，設(shè)備的采購、維護(hù)、維修成本較低，且對于通信傳輸?shù)囊蟛桓撸欣谶\營階段的維護(hù)保養(yǎng)。

三是有利于堵漏增收，保障顆粒歸倉。半自動收費方式，由于收費動作的主體為收費員，對于偷逃費用等情況的甄別準(zhǔn)確度較高，可有效減少此類情況的出現(xiàn)，對于高速公路運營公司的合法利益維護(hù)提供了有力保障。

3.2 半自動收費的劣勢

一是收費工作流程繁雜，出錯率較高。由于人工操作較多，收費流程較為復(fù)雜，為收費流程的錯誤提供了較多的空缺，經(jīng)驗欠缺或培訓(xùn)不足的收費員容易出現(xiàn)較多的收費錯誤[3]。同時，對于壞卡、通行卡缺失等突發(fā)狀況的解決無法有效做到標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，對于高速公路運營收益存在一定影響。

二是工作人員需求量較高。由于半自動收費以人為核心，收費站對收費員、管理人員的需求量較高[3]，對于人員的管理來說是不小的挑戰(zhàn)，且由于對人員的需求量較大，人工成本對公司也造成一定的壓力。

三是繳費時間較長，效率不高[4]。由于車輛出入站的減速、排隊等候、收發(fā)卡、繳費、駛離動作皆增加了通行時長，通行效率不高，且對于車流量較大的收費站易存在擁堵的隱患。

3.3 無人收費的優(yōu)勢

3.3.1 通行效率高

無人收費因設(shè)備的高度電子自動化，通過使用天線記錄、線圈感應(yīng)、高分辨率攝像機(jī)采集信息，通過光纜將各類信息匯總于收費終端，并進(jìn)行費用判別及扣費放行等工作[5]。車輛記錄、車型識別、重量核準(zhǔn)、扣費等動作都以毫秒為單位，可做到“不停車收費”，減少了等待延誤時間，提升了車輛的通行效率，有利于收費站高峰期擁堵情況的緩解。

3.3.2 降低人工成本

無人收費由于設(shè)備自動化程度高，無須收費人員值守即可完成出入口的放行及收費動作，僅需保留少量的收費人員現(xiàn)場處理突發(fā)事件，同時增強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)人員、管理人員[6]。目前，根據(jù)各高速公路公司的管理方式、收費站規(guī)模，收費站的普遍人數(shù)為15～25人之間，在采用無人收費后，收費站人數(shù)可減少至10人內(nèi)，人工作業(yè)成本大大降低。

3.3.3 面向未來的高適應(yīng)性

無人收費對于設(shè)備的自動化、通信效率要求較高[7]，根據(jù)目前國家出臺的相關(guān)政策，無人收費幾乎成為智慧高速中的一個重要環(huán)節(jié)，無人駕駛、車路協(xié)同、大數(shù)據(jù)平臺及物聯(lián)網(wǎng)交通互聯(lián)中需要有收費站的支持，而半自動收費無法滿足智慧交通的發(fā)展需要。也可以說是高速公路的發(fā)展趨勢，它對未來智慧交通的支持上適應(yīng)性更好，同時，更高的通信效率也為未來技術(shù)更迭提供了較為便捷的改造條件。

3.3.4 提升管理水平

無人收費的工作主要集中于電子化的數(shù)據(jù)處理，利用無人收費終端的數(shù)據(jù)傳輸，高速公路公司相關(guān)管理人員可利用相應(yīng)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨區(qū)域調(diào)閱、實時查詢、數(shù)據(jù)分析等功能，并針對性地進(jìn)行管理[6]，對于提升公司的管理水平有一定的幫助。

3.4 無人收費的劣勢

3.4.1 交易感應(yīng)時間對設(shè)備的要求較高

在無人收費場景應(yīng)用中，主要是通過ETC自由流交易，以欄桿機(jī)、ETC天線、RSU、OBU、感應(yīng)裝置等設(shè)備組成無人收費設(shè)備群組進(jìn)行車輛的放行、記錄、交易等動作的控制[8]。由于高速公路普遍存在著車流量大、車輛行駛速度快的特點，意味著車輛在交易區(qū)域內(nèi)停留的時間短，留給RSU與OBU進(jìn)行交易通信的時間很短，對設(shè)備的通信傳輸、數(shù)據(jù)處理能力要求較高。

3.4.2 鄰道干擾情況普遍存在

與交易成功率相關(guān)的另一個重要問題是鄰道收費公路的干擾，根據(jù)現(xiàn)階段采用的通信技術(shù)的特性，如果自由流信號的傳輸性能過高，系統(tǒng)中的RSU之間會存在干擾[6]。因此，鄰道干擾問題成為一個普遍現(xiàn)象，對于“不停車收費”來說存在一定的挑戰(zhàn)。

3.4.3 前期投入較大

無人收費由于對設(shè)備、通信傳輸效率要求較高，且設(shè)備數(shù)量較多，擴(kuò)大了收費設(shè)備的規(guī)模，增加了工程的投資成本，對于現(xiàn)存收費站的升級改造是一個不小的挑戰(zhàn)[3]。同時，設(shè)備精度的提升，對于日常的設(shè)備維保人員質(zhì)量要求變高，工作量也相應(yīng)增加，運營成本也因此上升。

3.4.4 缺乏核準(zhǔn)機(jī)制

由于我國的無人收費尚處于初級階段，目前，CPC卡與車輛的實際身份在技術(shù)層面并不存在絕對綁定的關(guān)系[3]，且由于偷逃過路費的方式多種多樣，無人收費無法很好地核查車輛的準(zhǔn)確通行費用，協(xié)助進(jìn)行自動化清分校核的相關(guān)系統(tǒng)亟待實施應(yīng)用。

3.5 綜合分析

總的來看，半自動收費有著較低的技術(shù)、設(shè)備投入，且校核準(zhǔn)確性較高，但人員編制臃腫，無法精簡，致使人工成本高的特點貫穿整個運營期，同時通行效率較低，易造成車輛擁堵。而無人收費盡管在前期建設(shè)投入較大，且對于設(shè)備、技術(shù)要求較高，但能夠強(qiáng)化公路運營公司管理質(zhì)量，且通過減少人工作業(yè)開支，降低部分運營成本，是具備更好地面對高速公路未來發(fā)展條件的收費方式。

4 無人收費的實施舉措

目前，浙江省、江蘇省和山東省已發(fā)布《智慧高速公路建設(shè)指南》，均提出要發(fā)展支持全天候通行、全路段感知、全過程管控的交通感知網(wǎng)，降低各類潛在通行影響及路網(wǎng)運行負(fù)荷、提高路段通行能力。通過發(fā)展、應(yīng)用以ETC技術(shù)、電子車牌、機(jī)器視覺、北斗高精度定位等多種技術(shù)實現(xiàn)的自由流收費管理（無人收費），為智慧高速建設(shè)中的全過程管控及全路段感知補(bǔ)齊短板。

由于目前尚處于智慧高速探索階段，由收費管理與計算平臺、收費站車道系統(tǒng)、ETC門架系統(tǒng)等組成的ETC技術(shù)為現(xiàn)階段自由流收費的主要手段，對于無人收費的未來發(fā)展進(jìn)行了一定程度的展望。根據(jù)目前三省的《智慧高速公路建設(shè)指南》相關(guān)指導(dǎo)意見，無人收費的實施應(yīng)著力于以下幾個部分：

4.1 提升視頻處理能力

車牌識別儀、路側(cè)及門架攝像機(jī)應(yīng)集高分辨率視頻記錄、視頻處理和車牌識別功能于一體，準(zhǔn)確捕捉車牌等車輛載荷的重要信息，視頻監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具備車身顏色識別、號牌識別、車標(biāo)識別、車型識別，尤其是新型車牌，以及事件檢測和特征抓取等功能[9]，實現(xiàn)收費數(shù)據(jù)的可靠性及用于分析排查數(shù)據(jù)，進(jìn)行車輛相關(guān)信息預(yù)處理。同時系統(tǒng)還應(yīng)具備校核功能，以確保識別的準(zhǔn)確性，減少車輛于收費站的等待延遲時間，并在必要時更精確地分析假冒車輛。

4.2 電子標(biāo)簽提供更多車輛信息，以確保裝載數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

利用RFID的技術(shù)特點，所有車輛上使用電子車牌，電子車牌作為車輛信息的載體，與個人銀行進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過裝射頻識別讀寫器，對各輛機(jī)動車電子車牌上的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集或?qū)懭隱10]，達(dá)到車輛與收費系統(tǒng)通信的目的。

4.3 完善多網(wǎng)融合通信系統(tǒng)建設(shè)

由于無人收費的特殊性，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化高速公路通信傳輸能力，采用有線光纜、無線傳輸（短距離+長距離）的多種通信技術(shù)，利用ZigBee、V2X等通信手段，將高速公路各類設(shè)備融合集成[11]。提供低延時、高可靠、全覆蓋的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸控制在毫秒級，強(qiáng)化數(shù)據(jù)處理能力。

5 結(jié)語

技術(shù)可以引領(lǐng)未來。在智能交通領(lǐng)域，以ETC技術(shù)為主的無人收費是一種面向未來，且步入眼前的高速公路收費管理技術(shù)。通過強(qiáng)化數(shù)據(jù)通信技術(shù)手段，融合電子車牌、智能識別系統(tǒng)等多種智能化產(chǎn)品，結(jié)合高速公路沿線的攝像監(jiān)控設(shè)備、ETC天線、路測RSU等相關(guān)設(shè)備，進(jìn)行圖像識別、數(shù)據(jù)記錄、信息處理，并實現(xiàn)收費結(jié)算管理的“不停車收費”（無人收費）已初顯端倪，具備實現(xiàn)的技術(shù)條件，且具有較高的經(jīng)濟(jì)意義，一定程度實現(xiàn)高速公路運營的降本增效，能夠很好地替代現(xiàn)有半自動收費方式，成為主流高速公路收費技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]許宏科， 趙祥模， 關(guān)可. 高速公路收費系統(tǒng)理論及應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2003.

[2]劉喜梅. 高速公路的幾種收費方式[J]. 交通世界， 2008

（16）： 98-99.

[3]吝滿盈， 張喜玲， 曹佳寶. 高速公路收費方式的優(yōu)化[J]. 中國交通信息化， 2010（12）： 36-38.

[4]黃文杰. 高速公路收費方式的比較[J]. 中國科技信息， 2009（14）： 182+184.

[5]宋蕾. 高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)分析[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)， 2004（3）： 157-158.

[6]孫羽. 我國高速公路電子智能收費系統(tǒng)ETC[J]. 科技展望， 2015（1）： 205-206.

[7]沈佳平， 李炳政， 孟軍波， 等. 高速公路收費站無人值守發(fā)卡機(jī)自動發(fā)卡系統(tǒng)[J]. 中國交通信息化， 2016（2）： 102-104.

[8]葉紅蕓， 張健. ETC多車道自由流實現(xiàn)方案[J]. 中國交通信息化， 2013（9）： 66-67.

[9]浙江省交通運輸廳. 浙江省智慧高速公路建設(shè)指南（暫行）[EB/OL]. （2020-03-12）http： //jtyst. zj. gov. cn/art/2020/3/12/art_1229114320_617395. html.

[10]山東省交通運輸廳. 山東省智慧高速公路建設(shè)指南（試行）[EB/OL]. （2021-07-01）http： //jtt. shandong. gov. cn/art/2021/7/1/art_12459_10291535. html.

[11]江蘇省交通運輸廳. 江蘇省智慧高速公路建設(shè)技術(shù)指南[EB/OL]. （2020-03-12）http： //jtyst. jiangsu. gov. cn/art/2020/11/30/art_41780_9585513. html.