高速公路匝道預交易系統研究

潘洪強 覃維業 蘇愛斌

摘要：在取消省界收費站后新的收費模式背景下，文章設計采用“匝道預收費+智能誘導+出口驗證”模式的匝道預交易，搭配智能誘導系統，優化現有收費車道和收費軟件，可實現ETC車輛快速通行，提升收費站通行效率，減少車輛碳排放，實現節能減排。

關鍵詞：預交易；匝道；智能誘導；準自由流

中圖分類號：U491A471613

0引言

ETC收費是目前高速公路聯網收費系統的重要通行手段，在2019年取消省界站收費工程后，ETC收費已經成為高速公路的主要收費方式。隨著ETC車端滲透率的不斷上升以及受到各種特情影響，提升收費站的ETC通行能力成了當前的高速公路運營單位的重中之重。本文提出采用“匝道預收費+智能誘導+出口驗證”模式的匝道預交易技術，可實現ETC車輛快速通行，解決收費廣場擁堵問題，提升公眾出行體驗。

1ETC通行現狀

自2020-01-01零時起，全國高速公路省界收費站全部取消，高速公路收費模式統一切換為分段自由流計費。ETC成為高速公路主要收費方式，實現收費車道全覆蓋，基于ETC的高速公路聯網收費系統初成規模。

截至2022年4月底，全網ETC用戶達到2.26億，共建成收費站10 601個、實體門架28 403個；收費車道78 113條，其中，ETC專用車道35175條、MTC車道4 888條、混合車道38 050條，占比分別為45.03%、6.26%、48.71%；主線收費站ETC車道覆蓋率為97.30%，匝道收費站ETC車道覆蓋率為98.35%。

在新收費模式下，迅猛增長的ETC車流量對ETC車道處理能力提出了更高要求。而目前收費站車輛通行主要存在以下痛點：

（1）ETC車流量大，特情多且處理時間長，車道容易擁堵，易造成免費放行，引起外省結算爭議。

（2）非ETC車輛誤闖ETC車道，“進退兩難”造成ETC車道擁堵。

（3）因車道分布原因，車輛在收費廣場連續變道，容易發生交通事故，造成收費站擁堵。

（4）ETC車道存在大量異常，如無標簽闖關車、無卡、OBU拆卸、余額不足、無入口等，此類異常目前在系統中無法完全杜絕。

（5）不同程度的鄰道干擾問題，將直接造成ETC專用車道的阻塞，導致通車效率下降。

綜上所述，提高ETC車道交易成功率、減少車道交易時間、減少特情產生率可以大幅度提升收費站通行能力，而在目前的ETC體系架構下，在收費車道上的優化效果不大。因此，可以將主要交易場所由原來的收費車道提前到匝道，采用匝道預交易技術，以空間換時間，再輔以特情誘導，提前分流特情車輛，保證ETC車道可直接驗證放行。

2匝道預交易系統設計

2.1設計思路

匝道預交易系統采用“匝道預收費+智能誘導+出口驗證”模式。其整體設計思路為：在收費廣場前匝道處部署預交易門架，將ETC車輛交易提前到門架處進行，相當于預設一條自由流通行的ETC交易車道。對經過預交易門架的ETC車輛進行提前交易，收費廣場的ETC和MTC車道只需要進行交易車輛名單核對或者補充交易，即可快速完成車輛收費。以距離換速度、以冗余交易換成功率，顯著提升收費效率，保障收費站暢通無阻。

2.2整體設計

在收費站匝道部署ETC預交易門架系統，并與收費站車道系統聯動，當ETC車輛經過匝道時通過ETC門架進行預交易和識別異常車輛，并采用誘導屏實時顯示交易狀態、進行精準車道誘導，實現ETC車輛快速通行和特情車輛快速處理。如下頁圖1所示。

主要流程包括：

（1）收費站前匝道設置預交易門架，對自由流通行的ETC車輛進行通行費扣費，并將實時車輛信息、交易數據上傳。

（2）預交易門架上部署車牌識別系統，對經過車輛進行車牌識別，與ETC交易數據進行融合。

（3）預交易系統根據車輛交易狀態，在路邊誘導屏上把交易失敗的車輛車牌號碼、異常情況進行顯示，引導特情車輛行駛至人工車道處理。

（4）收費站ETC車道采用前后雙天線部署方式，前置天線可采用島頭聯排門架部署，搭配車牌識別，提前識別進入車道車輛，驗證后正式確認過車流水，并通知車道抬桿放行。

（5）收費車道驗證不通過車輛，繼續進行ETC交易或者人工處理放行。

2.3系統組成及功能設計

匝道預交易系統主要由預交易門架、誘導系統、預交易平臺以及原收費系統升級組成，系統架構如圖2所示。

預交易門架上安裝預交易門架RSU以及牌識系統，數據可通過路側機箱內交換機進行匯聚后經光纖傳輸至收費廣場內以太網交換機。預交易平臺負責接收預交易門架ETC交易數據以及牌識數據，并對交易數據和牌識數據進行融合、處理和存儲。針對交易異常車輛，預交易平臺把相關誘導信息下發到誘導系統，提示異常車輛進入混合車道處理。

現有車道系統識別進入車道的車牌信息，并在預交易平臺數據庫進行查詢，根據查詢結果放行車輛或啟動車道內收費流程。系統主要功能設計如下：

2.3.1ETC匝道預交易

實現對ETC車輛的自動識別與預收費交易，車輛自由流通行，無須刻意減速，若車輛未能完成交易，則由廣場ETC/MTC車道對其進行處理。

2.3.2車輛智能誘導

通過信息發布，將預交易的結果顯示在誘導屏上，將預交易成功的車輛引導入ETC車道快速通行，預交易未成功的車輛則被引導入人工車道處理。

同時，如果進入車道的車輛發生特情，車道島頭情報板發布特情提示，提示后續車輛免入。

2.3.3車道快速通行

車道可采用雙天線部署，前置天線和車牌識別相機部署在島頭門架，可按照實際需要進行配置。已完成預交易的車輛驗證MAC ID和車牌后放行，無須操作卡片，校驗成功后快速抬桿放行，校驗不成功的車輛繼續啟動扣費流程或者進行人工處理。

2.4整體布局設計

2.4.1匝道預交易門架布局設計

匝道預交易門架按照“N+1”模式部署，每個車道部署一臺門架RSU，同時，按照車道數量部署對應的900萬像素的高清車牌識別攝像機。路側部署機箱，用于放置控制器、交換機、供配電單元等設備，如圖3所示。

2.4.2誘導系統設計

車輛誘導系統主要依托路側情報板對交易異常車輛進行異常提示，提醒異常車輛駛入對應MTC車道處理，避免其進入ETC車道產生特情。誘導系統根據匝道實際情況采用一級/二級誘導，使用路側F桿懸臂LED情報板或者門架式情報板。

2.4.3車道布局設計

收費車道采用前后雙天線部署方式，島頭部署聯排門架，在門架上安裝RSU、車牌識別設備，對即將進入ETC車道的車輛進行提前識別和驗證，驗證成功后將其快速放行，達到車輛不減速通過的目的。如圖4所示。

2.5業務流程設計（圖5）

（1）匝道預交易后生成預交易流水，同時通過高清攝像機抓拍生成牌識流水。

（2）流水上傳到預交易平臺。

（3）預交易平臺融合交易、牌識流水，并根據交易結果下發誘導信息。

（4）誘導系統把交易異常車輛車牌信息、異常狀態發布到LED情報板，提示對應車輛進入人工車道。

（5）車輛行駛到車道，RSU獲取車輛信息，并向預交易平臺驗證是否已經進行匝道交易。

（6）交易成功情況下，顯示交易信息，生成過車流水并放行。

（7）校驗失敗情況下，車道重新按照普通車進行正常交易流程。

（8）正常交易完成后，抬桿放行。

（9）交易失敗車輛，車道報警提示，同時島頭車道情報板顯示前車異常，提示后車繞行。

3系統性能要求

通過匝道預交易系統，可提升整個收費廣場的通車速度與通車效率，整個系統性能指標如表1所示。

4結語

匝道預交易系統應用對于提升當前ETC收費系統通行能力有著極大的作用，同時匝道預交易系統屬于準自由流通行系統，可為以后全自由流應用進行提前驗證?；诖耍矠樵训雷杂闪鞫唐诩伴L期未來應用做如下展望：

（1）出口CPC在線計費。目前匝道預交易系統主要針對ETC用戶，后續可對CPC用戶進行匝道提前識別，并采用在線計費模式提前擬合路徑并計費。當車輛行駛到車道時，可直接采用已有計費結果，減少兜底費率使用，提升計費準確性。

（2）入口匝道自由流。當出口匝道自由流已經達到一定的驗證應用效果，后續可針對ETC車輛進行入口匝道自由流通行場景驗證，提前對ETC車輛在自由流狀態下寫進入口信息，使其經專用車道快速通行。

（3）出口無桿自由流。當完善防逃體系以及車輛誠信體系建立后，出口也可采用無桿自由流方式，通過專用車道對ETC車輛進行無欄桿方式通行。

參考文獻［1］龍開紅，周玲，湯成，等.匝道ETC自由流解決方案及應用效果分析［J］.中國交通信息，2019（2）：118-121，125.

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［3］江威.高速公路準自由流收費系統探究［J］.中國交通信息化，2021（11）：110-113.

基金項目：廣西重點研發計劃項目“智慧高速車路一體技術研究與示范項目”（編號：桂科AB21196008 ）

作者簡介：潘洪強（1986—），工程師，主要從事高速公路運營管理及智能化建設工作。