基于云端的高速公路無(wú)感支付收費(fèi)系統(tǒng)

楊龍平，何增鎮(zhèn)，李寧萬(wàn)

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

2019年9月中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，提到了要大力發(fā)展智慧交通，推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級(jí)計(jì)算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合。2020年8月交通運(yùn)輸部印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出了要打造智慧公路的概念[1]。2021年2月中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，提到要提升智慧交通發(fā)展水平，加快提升交通運(yùn)輸科技創(chuàng)新能力，推進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化[2]。基于云端的高速公路無(wú)感支付(車(chē)牌付)屬于智慧高速公路發(fā)展方向的一部分，推動(dòng)其實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，將會(huì)加快智慧交通的建設(shè)步伐，有利于交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)構(gòu)思

1.1 智慧高速公路云端DT架構(gòu)

以大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等領(lǐng)域的技術(shù)為基礎(chǔ)，基于云端的智慧高速公路管理平臺(tái)，其基本技術(shù)架構(gòu)為云端(中心)-數(shù)據(jù)網(wǎng)(光纖+無(wú)線)-路側(cè)(邊緣云或智能站)-載運(yùn)工具的架構(gòu)，即云-網(wǎng)-邊-端一體的DT架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 高速公路云端DT架構(gòu)圖

利用基于云端的高速公路無(wú)感支付技術(shù)，通過(guò)在出入口ETC/MTC混合收費(fèi)車(chē)道安裝高清車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)并連接支付平臺(tái)，建立無(wú)感支付系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)收費(fèi)車(chē)道在線收費(fèi)。

1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)思路

針對(duì)ETC/MTC混合收費(fèi)出入口車(chē)道，以廣西高速公路路網(wǎng)目前使用的ETC/MTC混合收費(fèi)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，提出了高速公路無(wú)感支付收費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路。目前可采取兩種方式實(shí)現(xiàn)無(wú)感通行(車(chē)牌付)：(1)車(chē)輛領(lǐng)卡駛?cè)敫咚俟罚?chē)道將車(chē)輛信息推送到云端的移動(dòng)支付平臺(tái)，如果該車(chē)輛為已經(jīng)注冊(cè)綁定的無(wú)感通行用戶，當(dāng)車(chē)輛駛離高速公路出口，司機(jī)交通行卡時(shí)車(chē)道會(huì)直接依據(jù)車(chē)輛入口及路徑信息，計(jì)算出本次應(yīng)繳納的通行費(fèi)金額，計(jì)算結(jié)果提交給移動(dòng)支付平臺(tái)并快速完成其綁定賬戶的自動(dòng)扣費(fèi)操作，當(dāng)扣款成功后車(chē)道抬桿放行。(2)車(chē)輛不領(lǐng)卡駛?cè)敫咚俟啡肟谲?chē)道，直接由收費(fèi)車(chē)道的高清車(chē)牌識(shí)別器識(shí)別車(chē)牌信息，車(chē)道根據(jù)車(chē)牌信息并到云端進(jìn)行查詢，若發(fā)現(xiàn)該車(chē)輛為無(wú)感通行用戶，車(chē)道直接抬桿放行，并把車(chē)輛入口信息發(fā)至云端。當(dāng)無(wú)感通行車(chē)輛駛?cè)敫咚俟烦隹谲?chē)道時(shí)，車(chē)道會(huì)根據(jù)車(chē)道內(nèi)高清車(chē)牌識(shí)別器自動(dòng)識(shí)別的車(chē)牌，根據(jù)車(chē)牌信息由云端執(zhí)行扣費(fèi)處理操作，當(dāng)扣費(fèi)成功后則抬桿放行，若扣費(fèi)失敗則車(chē)輛進(jìn)行現(xiàn)金或掃碼交費(fèi)通行。

實(shí)現(xiàn)基于云端的高速公路無(wú)感支付(車(chē)牌付)需要執(zhí)行以下操作：(1)車(chē)主在云端根據(jù)車(chē)牌信息注冊(cè)為無(wú)感支付用戶，開(kāi)通無(wú)感支付功能(支持在個(gè)人終端手動(dòng)關(guān)閉或啟用該功能)；(2)車(chē)主在第三方支付平臺(tái)注冊(cè)車(chē)輛信息及綁定支付賬戶(如信用卡、儲(chǔ)蓄卡等)；(3)無(wú)感支付收費(fèi)出入口車(chē)道安裝高清車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)，收費(fèi)系統(tǒng)接入支付平臺(tái)。

2 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)感用戶領(lǐng)卡方式出入高速公路流程

(1)無(wú)感用戶領(lǐng)卡方式駛?cè)敫咚俟妨鞒蹋很?chē)輛駛?cè)敫咚俟啡肟跁r(shí)，收費(fèi)車(chē)道將其入口信息寫(xiě)入通行卡，司機(jī)領(lǐng)取通行卡后，車(chē)道起桿放行車(chē)輛，車(chē)輛離開(kāi)后欄桿落下。在這一過(guò)程中車(chē)道異步處理是否為無(wú)感注冊(cè)車(chē)輛，車(chē)道自動(dòng)發(fā)送車(chē)輛入口信息到云端，由云端智能判別是否為無(wú)感注冊(cè)車(chē)輛。其流程如圖2所示。

圖2 無(wú)感用戶領(lǐng)卡方式駛?cè)敫咚俟妨鞒虉D

(2)無(wú)感用戶領(lǐng)卡方式駛出高速公路流程：領(lǐng)卡車(chē)輛駛?cè)敫咚俟烦隹谲?chē)道，上交通行卡給收費(fèi)員，收費(fèi)系統(tǒng)通過(guò)車(chē)牌識(shí)別標(biāo)識(shí)點(diǎn)信息查詢服務(wù)接口，查詢車(chē)輛注冊(cè)信息。若注冊(cè)車(chē)輛不是無(wú)感支付用戶則按現(xiàn)有收費(fèi)流程進(jìn)行收費(fèi)；若注冊(cè)車(chē)輛是無(wú)感支付用戶，系統(tǒng)繼續(xù)判斷該用戶是否關(guān)閉了無(wú)感支付，若已關(guān)閉無(wú)感支付則進(jìn)行現(xiàn)金交費(fèi)或掃碼支付交費(fèi)；若未關(guān)閉無(wú)感支付車(chē)道通過(guò)車(chē)輛通行卡的入口信息計(jì)算出通行費(fèi)用，通知云端移動(dòng)支付平臺(tái)進(jìn)行扣費(fèi)處理。云端扣費(fèi)失敗則由司機(jī)進(jìn)行現(xiàn)金交費(fèi)或掃碼支付交費(fèi)；若云端扣費(fèi)成功則起桿放行并將車(chē)輛離開(kāi)信息發(fā)送給云端。其流程如圖3所示。

圖3 無(wú)感用戶領(lǐng)卡方式駛出高速公路流程圖

2.2 無(wú)感用戶不領(lǐng)卡方式出入高速公路流程

(1)無(wú)感用戶不領(lǐng)卡方式駛?cè)敫咚俟妨鞒蹋寒?dāng)車(chē)輛駛?cè)敫咚俟啡肟谲?chē)道時(shí)，車(chē)道將車(chē)牌識(shí)別信息及車(chē)道信息發(fā)送給云端，系統(tǒng)如果嘗試多次未收到云端的反饋信息則轉(zhuǎn)領(lǐng)通行卡方式進(jìn)行處理。系統(tǒng)若收到云端的反饋信息，則根據(jù)反饋結(jié)果中的允許通行標(biāo)志進(jìn)行后續(xù)處理，若允許通行則收費(fèi)車(chē)道起桿放行，否則轉(zhuǎn)領(lǐng)通行卡方式進(jìn)行處理。其流程如下頁(yè)圖4所示。

圖4 無(wú)感用戶不領(lǐng)卡方式駛?cè)敫咚俟妨鞒虉D

(2)無(wú)感用戶不領(lǐng)卡方式駛出高速公路流程：無(wú)卡車(chē)輛駛?cè)敫咚俟烦隹谑召M(fèi)車(chē)道，車(chē)道根據(jù)車(chē)輛通行信息(含車(chē)輛信息及請(qǐng)求駛出信息)到云端進(jìn)行查詢用戶相關(guān)信息(包含入口信息和注冊(cè)信息)。云端反饋請(qǐng)求駛出信息，判斷入口是否已領(lǐng)卡，若已領(lǐng)卡則按領(lǐng)卡流程進(jìn)行處理，若未領(lǐng)卡則進(jìn)行后續(xù)操作。系統(tǒng)判斷車(chē)輛是否為無(wú)感支付注冊(cè)用戶，若不是無(wú)感支付用戶則按現(xiàn)有收費(fèi)流程處理，若為無(wú)感支付用戶則判斷車(chē)道是否已鎖定。若車(chē)道鎖定則進(jìn)行現(xiàn)金交費(fèi)或掃碼支付交費(fèi)，若車(chē)道未鎖定，車(chē)道則通過(guò)云端反饋的入口信息計(jì)算本次通行費(fèi)用并通知云端進(jìn)行扣費(fèi)處理，云端反饋扣費(fèi)結(jié)果信息給車(chē)道。若扣費(fèi)失敗則進(jìn)行現(xiàn)金交費(fèi)或掃碼支付交費(fèi)，若扣費(fèi)成功則起桿放行，系統(tǒng)將車(chē)輛已離開(kāi)信息發(fā)送給云端。其流程如下頁(yè)圖5所示。

圖5 無(wú)感用戶不領(lǐng)卡方式駛出高速公路流程圖

2.3 云端處理車(chē)道上傳信息的主要流程

(1)處理車(chē)道入口駛?cè)胝?qǐng)求：云端處理車(chē)道入口駛?cè)胝?qǐng)求流程如下頁(yè)圖6所示。云端針對(duì)領(lǐng)卡或無(wú)卡車(chē)輛接收其車(chē)道上傳的入口請(qǐng)求信息，通過(guò)TAC碼驗(yàn)證用戶及數(shù)據(jù)的合法性。若TAC碼非法，根據(jù)領(lǐng)卡和不領(lǐng)卡用戶的請(qǐng)求返回相應(yīng)的入口請(qǐng)求應(yīng)答。若TAC碼合法，云端到第三方無(wú)感支付注冊(cè)平臺(tái)查詢?cè)撥?chē)輛信息并判斷其是否為無(wú)感支付注冊(cè)用戶，若不是無(wú)感支付注冊(cè)用戶則無(wú)須保存該車(chē)輛信息。若為無(wú)感支付注冊(cè)用戶則判斷是否存在多條相同車(chē)牌的入口信息，若不存在則保存車(chē)輛的入口信息并通過(guò)FTP地址獲取車(chē)牌圖片，若存在則系統(tǒng)還需要鎖定所有相同車(chē)牌的記錄。

(2)處理車(chē)道出口駛出請(qǐng)求：云端處理車(chē)道出口駛出請(qǐng)求流程如下頁(yè)圖7所示。云端首先接收收費(fèi)車(chē)道上傳的無(wú)卡駛出請(qǐng)求或有卡駛出請(qǐng)求，通過(guò)TAC碼驗(yàn)證車(chē)輛用戶及數(shù)據(jù)的合法性。若合法則同時(shí)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和第三方無(wú)感支付注冊(cè)平臺(tái)查詢?cè)撥?chē)輛信息，云端查詢出該車(chē)輛的入口信息及是否為無(wú)感支付用戶等信息，按照定義好的車(chē)道駛離請(qǐng)求應(yīng)答內(nèi)容接口反饋給車(chē)道進(jìn)行后續(xù)處理，若TAC碼非法則無(wú)須到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和第三方無(wú)感支付注冊(cè)平臺(tái)進(jìn)行車(chē)輛信息查詢操作。

圖7 云端處理車(chē)道出口駛出請(qǐng)求流程圖

3 車(chē)道與基于云端的無(wú)感支付的信息交互設(shè)計(jì)

3.1 功能設(shè)計(jì)

基于云端的高速公路無(wú)感支付車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)如下功能：(1)無(wú)感支付云端與車(chē)道之間以HTTPS方式進(jìn)行通信；(2)無(wú)感支付云端具有HTTPS證書(shū)的下發(fā)及自動(dòng)更新功能；(3)消息封裝為JSON的形式，車(chē)道以POS的方式將其推送給云端，云端以同樣的形式返回應(yīng)答；(4)無(wú)感支付云端收到車(chē)道推送的入口車(chē)輛信息后，要將該車(chē)輛是否為無(wú)感通行注冊(cè)用戶的信息及按事先約定好的其他車(chē)輛信息反饋給收費(fèi)車(chē)道；(5)收費(fèi)車(chē)道和無(wú)感支付云端通過(guò)3DES算法對(duì)出口收費(fèi)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)執(zhí)行TAC驗(yàn)證以保證數(shù)據(jù)的安全性；(6)無(wú)感支付云端根據(jù)無(wú)感注冊(cè)用戶通行高速公路的出入口信息，調(diào)用手機(jī)短信通知接口，實(shí)時(shí)向車(chē)主推送出入高速公路的相關(guān)數(shù)據(jù)信息；(7)車(chē)道及云端應(yīng)該有相應(yīng)的扣款回撤接口功能。

3.2 信息交互流程設(shè)計(jì)

車(chē)道與基于云端的無(wú)感支付的信息交互流程如圖8所示。對(duì)于無(wú)卡進(jìn)入高速公路，車(chē)道POS無(wú)卡進(jìn)入高速公路請(qǐng)求給云端，云端返回應(yīng)答信息給車(chē)道；對(duì)于取卡進(jìn)入高速公路，車(chē)道異步POS有卡進(jìn)入高速公路請(qǐng)求給云端，云端反饋應(yīng)答信號(hào)給車(chē)道。

圖8 車(chē)道與基于云端的無(wú)感支付的信息交互流程圖

(1)對(duì)于無(wú)卡駛出高速公路，車(chē)道首先POS無(wú)卡駛離高速公路請(qǐng)求，云端返回應(yīng)答信息給車(chē)道；車(chē)道再POS無(wú)卡扣費(fèi)請(qǐng)求給云端，云端返回?zé)o卡扣費(fèi)應(yīng)答；車(chē)道最后POS無(wú)卡車(chē)輛離開(kāi)信息給云端，云端返回?zé)o卡車(chē)輛離開(kāi)的應(yīng)答信息給車(chē)道。

(2)有卡駛出高速公路的交互流程與無(wú)卡駛出高速公路流程類(lèi)似。

4 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

4.1 軟件編程開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境

基于云端的高速公路無(wú)感支付收費(fèi)系統(tǒng)的編程開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境：操作系統(tǒng)為L(zhǎng)inux Debian9.0；數(shù)據(jù)庫(kù)為MySQL8.0以及內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)；集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為Eclipse；系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C/C++。

4.2 系統(tǒng)的應(yīng)用

基于云端的高速公路無(wú)感支付收費(fèi)系統(tǒng)在高速公路收費(fèi)站中得到測(cè)試應(yīng)用，已經(jīng)成為高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。在廣西壯族自治區(qū)高速公路發(fā)展中心的監(jiān)管下，該系統(tǒng)在近一段時(shí)間的測(cè)試、試運(yùn)行及正式運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行狀態(tài)保持良好。在如今的高速公路收費(fèi)管理信息系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的部署和實(shí)施可以有效降低高速公路運(yùn)營(yíng)成本，提高車(chē)輛通行效率，從而提升高速公路運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)水平，為人們出行創(chuàng)建舒適良好的道路環(huán)境，進(jìn)一步提高大眾的高速公路出行滿意度。

5 系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

基于云端的高速公路無(wú)感支付收費(fèi)系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有兩點(diǎn)：(1)基于云端的無(wú)感支付(車(chē)牌付)在高速公路的應(yīng)用，相比較目前的ETC技術(shù)，車(chē)牌付技術(shù)不需要車(chē)主安裝OBU設(shè)備，收費(fèi)站也不需要安裝ETC設(shè)備，從而可大大降低高速公路運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)由于對(duì)收費(fèi)設(shè)備依賴的減少，可進(jìn)一步提高收費(fèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(2)基于高清車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的車(chē)輛特征智能識(shí)別，主要是通過(guò)采用基于線圈觸發(fā)或視頻觸發(fā)的高清車(chē)牌圖片抓拍技術(shù)，結(jié)合車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)的基于小波分析的車(chē)牌提取算法，系統(tǒng)對(duì)車(chē)牌圖片中的車(chē)牌數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高精度提取，最終獲取精確的車(chē)牌信息。

6 結(jié)語(yǔ)

采用基于云端的高速公路無(wú)感支付收費(fèi)系統(tǒng)是促進(jìn)高速公路收費(fèi)方式多元化發(fā)展、降低高速公路運(yùn)營(yíng)成本并提高運(yùn)營(yíng)效益的一個(gè)有效手段。通過(guò)無(wú)感支付收費(fèi)在高速公路收費(fèi)站中的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高高速公路服務(wù)水平，為人們帶來(lái)更好的出行體驗(yàn)，推動(dòng)高速公路和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的和諧發(fā)展。