高速公路無人智能收費系統研究

楊朋成

（中咨泰克交通工程集團有限公司，北京 100080）

1 我國無人收費系統發展現狀

我國無人收費系統經過了20 多年的發展，目前，已經在北京、上海、南京等地區的高速公路上使用。無人收費系統的發展可以分為兩個階段：第一階段是從傳統人工收費系統到基于計算機網絡的自動收費系統；第二階段是從計算機網絡自動收費系統到無人值守的收費系統。我國的高速公路自動收費系統正處于第二個階段，即基于計算機網絡技術的無人值守智能收費系統。目前，我國高速公路主要采用“ETC+MTC”混合收費模式，即車輛在ETC 車道上完成無感支付后，由人工車道完成取卡、過路費征收、發放通行費等操作。但是，由于ETC車道存在卡內余額不足需要人工處理等問題，而MTC 車道存在車輛通行速度慢、不能自動繳費等問題，所以，目前我國高速公路主要采用“ETC+MTC”混合收費模式。

2 無人收費系統的特點及優勢

無人收費系統的主要特點為：（1）使用無人值守的方式，在車輛通過收費站前，可以不停車自動完成車牌識別、繳費等流程；（2）可以自動完成收費流程，免去了收費人員的操作，降低了工作人員的工作量；（3）實現了非接觸式、無接觸式支付功能，使收費過程更加安全可靠；（4）數據安全性更高，與其他信息系統可以有效銜接；（5）采用車輛檢測和車牌識別相結合的方式，使車輛信息更加準確可靠。

無人收費系統主要優勢有：（1）提高了車道通行效率；（2）減少了收費站工作人員數量，降低了工作強度；（3）提高了高速公路的智能化水平；（4）減少了收費站運營成本。

3 基于無人收費系統的高速公路管理模式

根據車輛的行駛路線，在車道內安裝自動識別系統，自動識別車輛信息；收費車道不停車交費。當車輛行駛至收費車道時，自動完成交費操作；車牌自動識別。通過網絡傳輸技術，將自動識別和計算的數據傳送至管理中心。管理中心可根據系統提供的數據，對高速通行費用進行計算和統計。

4 方案設計

高速公路無人智能收費系統的設計應根據各地區高速公路實際情況進行設計，要考慮到ETC 車道的建設，將ETC 車道與常規車道分開建設，同時要考慮管理的方便性。方案有兩種：一種是單入口單出口型。該系統采用兩車道和三車道為主入口，僅在車道間設置三條收費車道；另一種是雙入口雙出口型。該系統采用三車道和四車道為主入口，兩車道和四車道為出口，所有出口均設置收費崗亭。單入口雙出口型是在出入口收費站均設置一條ETC 自動車道和一條人工收費車道；雙出口型是在出入口收費站均設置一條ETC 自動車道和一條人工收費車道。該方案的優點是：收費站采用“兩進兩出”的布局，收費站采用“四進四出”的布局；兩個出口可以實現完全不停車收費。缺點是：占用空間大，且需要占用三條人工收費車道。

4.1 方案設計原則

無人智能收費系統的建設應符合國家標準規范，即無人智能收費系統必須滿足以下幾個原則：

（1）遵循標準化、開放性、先進性和實用性的設計原則。（2）按照“三個統一”和“一個目標”的建設原則進行設計。（3）遵循“整體規劃、分期實施”的建設原則。（4）遵循“高標準、高起點”的建設原則。（5）遵循“因地制宜、突出特色”的建設原則。（6）遵循“實事求是，安全可靠”的建設原則。同時要做到節能降耗，保護環境，減少施工難度，降低成本。

4.2 方案設計內容

建設無人智能收費系統主要內容包括以下幾個方面。

傳統的財務會計是在分權架構之上，以會計憑證為基礎的工作，這樣傳統的工作方式，已經不能在當下大數據資料共享的前提下得到滿足要求的工作效率，這不利于企業的進化和行業規范和標準的推廣。計算機的發展，使得當下可以借助計算機的幫助實現大數據的集中管控，隨后將數據交由管理會計進行數據的深度的分析，完成從海量信息中挖掘出對企業有價值的信息的工作，有著這些信息，可以更好的幫助企業進行以后的一系列決策。

（1）智能收費車道建設。收費站的建設主要是要滿足收費站無人值守、無感通行、自動收費等功能。具體的建設內容包括智能收費車道和無人值守車道的建設。（2）無人值守車道。主要包括自動發卡機、ETC 門架、車牌識別設備和攝像機等。其中，收費站內的ETC 門架系統和讀寫裝置組成，ETC 門架系統由路側單元和路側天線組成，讀寫裝置由車道設備和讀卡設備組成。（3）視頻監控設備。主要包括車牌識別攝像頭、車牌識別服務器、收費站監控室以及相關的監控錄像設備等。（4）ETC 系統建設。主要包括智能收費車道與路側單元之間的通信設備，以及ETC 車道內的電子標簽（OBU）等。

5 系統架構

高速公路無人智能收費系統由智能收費車道、視頻識別設備、電子標簽、車道控制設備和路網管理平臺等組成。主要設備包括車道控制器（ETC 車道）、電子標簽（ETC）、高清攝像頭等。

該系統是在現有ETC 車輛收費管理模式的基礎上，為滿足當前高速公路不停車收費需求而提出的一種新型無人值守的智能收費管理系統。在高速公路上行駛的車輛，當車輛駛入收費站入口時，由車道控制器自動識別車輛身份并發出扣費指令，同時，對車輛進行抓拍并自動記錄車牌號，并將抓拍的車牌號與數據庫中的車輛信息進行比對，如比對成功，則自動扣費；當車輛駛出收費站時，車道控制器根據系統檢測到的車牌信息和車輛信息與數據庫中的車輛信息進行比對，從而自動識別車輛身份并發出扣費指令，同時完成車牌拍照取證。該系統能夠在高速公路上實現無人值守、無人收費、自動繳費。

系統由車道控制器、視頻監控設備等組成。該系統與現有的收費系統采用TCP/IP 通信方式互聯互通，與路網管理平臺通過數據接口進行信息交換。該系統能夠實現對收費車道進行實時監控；實現收費站的遠程管理；實現對收費員的考核等功能。該系統分為前端設備和后臺設備兩個部分：前端設備包括入口車道控制器、高清攝像頭等；后臺設備包括服務器和數據庫。

5.1 前端設備

車道控制器：用于對進入收費站的車輛進行識別，并進行收費處理，實現對車輛的不停車收費。其作用是判斷車輛身份，并通過顯示屏顯示出車輛的車牌號。車道控制器能夠對進入收費車道的車輛進行圖像采集，并在顯示屏上顯示出車輛的車牌號。高清攝像頭用于采集車道控制器采集的圖像信息，并將該圖像信息通過網絡傳輸到后臺服務器。高清攝像頭能夠拍攝出車道控制器采集到的車牌號碼等信息。

5.2 后臺設備

（1）服務器負責管理系統運行所需的資源，主要包括數據庫、網絡服務等。系統具有多種操作模式，用戶可以根據自己的需求選擇合適的操作模式。同時服務器具有良好的容錯功能，當發生網絡故障時，可自動切換到備份狀態，保證系統穩定運行。（2）數據庫用于存儲用戶的信息數據，主要包括用戶的基本信息、車輛的信息等。（3）網絡服務為無人智能收費系統提供基礎服務，主要包括網絡通信服務和數據存儲服務。網絡通信服務用于提供網絡連接、交換信息資源等功能；數據存儲服務用于存儲各種業務數據和用戶信息數據。（4）客戶端主要功能是進行用戶操作和系統控制。客戶端由計算機、打印機、讀卡器、鼠標、鍵盤等組成。通過與計算機的連接，可完成用戶操作并對設備進行控制。（5）收費軟件由多種收費功能模塊組成，主要包括通行費計算模塊、發卡模塊、查詢打印模塊等。收費員可通過客戶端實時查詢通行費賬目和用戶信息并進行打印；財務人員可通過客戶端查詢各項通行費明細和用戶信息并進行打印；管理員可通過客戶端對收費工作進行監督和管理。

5.3 數據庫

數據庫是整個系統的數據中心，為無人智能收費系統提供數據支持。數據庫采用B/S（瀏覽器/服務器）結構，具有強大的數據存儲、查詢、分析功能。數據庫采用關系型數據庫，存儲形式為關系數據庫。用戶通過瀏覽器界面與系統進行交互，可查詢相關數據，還可以查看歷史數據。

當車輛進入收費站時，系統實時獲取車輛信息（車牌號、車型、顏色等）；當車輛駛離收費站時，系統可實時獲取車輛信息（車牌號、顏色等）。在整個收費過程中，系統采用實時數據存儲方式進行記錄，每輛車的通行狀態和繳費金額等數據信息均能夠實時存儲至數據庫中。

在無人智能收費系統中使用數據庫的主要目的，就是為了保證用戶信息和數據安全。當發生數據丟失等異常情況時，能夠及時發現并將相應信息上報到數據庫服務器。

在實際應用中，還可以對數據庫進行一定的擴展，比如，可以增加新的收費項目，如ETC 通行費電子發票、ETC 與現金混合收費等。考慮用戶對查詢功能的需求，數據庫還可以提供二級查詢功能，即當用戶想查詢某條收費記錄時，可以先查詢到該記錄的二級菜單，然后，通過點擊相應菜單項實現查詢功能。

5.4 管理平臺

管理平臺主要包括兩部分：服務器和數據庫。服務器上安裝有無人收費系統管理軟件，該軟件分為三個模塊如下。

（1）數據采集模塊。提供對前端設備和后臺管理設備的數據采集功能，并把采集的相關信息存儲在數據庫中。（2）數據管理模塊。提供對數據庫和服務器進行監控、維護和更新的功能，同時，為各子系統提供與服務器交互的接口。（3）數據服務模塊。主要功能是對數據庫中的各種數據進行維護，提供相關的查詢、統計和報表功能。

管理平臺是一個獨立于收費業務之外的軟件，它并不直接參與收費業務，它是系統內部各子系統間共享信息、共同完成交易處理和資源分配等工作的平臺。管理平臺主要完成以下功能：（1）提供收費業務及相關數據接口；（2）實現與收費站前端設備及后臺管理設備間的互聯互通；（3）提供交易數據查詢服務。

6 收費流程

在車輛進入高速公路時，通過自動識別設備檢測，獲取車牌信息和相關參數信息，并將其發送到車輛管理中心服務器中；車輛管理中心服務器根據車牌信息和參數信息，向高速公路收費員發送通行費用；用戶完成繳費后，系統自動扣取相應的費用；系統根據用戶賬戶中的余額進行自動扣款。

6.1 無人智能收費系統的優勢

（1）減少人員投入。傳統人工收費時，收費員需對大量的車輛進行檢查、測量、計算，不僅效率低下，而且勞動強度大；而無人智能收費系統則是通過先進的機器視覺技術，通過在高速公路收費區域安裝攝像機來識別車輛信息和參數，能夠大大提高工作效率，降低勞動強度。（2）提升通行速度。無人智能收費系統可以有效減少高速公路收費站的排隊車輛數量，從而降低整個收費站的通行速度，提高通行效率。（3）節約人力成本。傳統人工收費模式下，需要大量的收費員來完成收費工作，不僅無法提高工作效率，而且需要投入大量人力物力來完成相關工作。

6.2 無人智能收費系統應用在高速公路收費中的實現方法

無人智能收費系統的實現是需要在高速公路收費站出口位置安裝無人智能收費系統的硬件設施，該設施主要包括兩部分：（1）用于完成車輛自動識別的硬件設備，包括車牌識別設備、車牌自動識別設備等；（2）用于完成數據傳輸的通訊硬件設備，包括網絡設備、通信設備等。通過智能化管理和收費來提升高速公路的整體管理水平與效率，使高速公路的整體性能得到全面提升。

7 結語

高速公路無人智能收費系統是以智能識別和網絡技術為基礎，實現無人值守、無人收費、自動繳費的系統。該系統是在傳統人工收費模式的基礎上，結合現代信息化技術，利用計算機及網絡技術，實現對車輛的自動識別和自動收費。該系統不僅具有智能化、信息化特征，而且具有高效性和安全性。隨著社會經濟的發展，高速公路建設也在不斷地發展，在未來一段時間內，高速公路無人智能收費系統將成為高速公路建設發展的必然趨勢。