基于智能交通的高速公路收費系統設計研究

高藝瑋

摘要：智能交通系統的核心目的在于緩解交通擁堵，并優化高速公路的通行效率。基于對智能交通特性的深入剖析，詳細探討了高速公路收費系統的多個設計環節，涵蓋多車道收費、基于重量的費用計算、通行費用的數據預測、第三方支付數據的整合以及IC卡的發放等關鍵領域。旨在為智能交通的出行效率提升提供實踐指導與理論支持，并為未來的相關工作奠定堅實基礎。

關鍵詞：智慧交通；高速公路；收費系統；ITS

一、前言

高速公路作為國家交通網絡的重要組成部分，其運行效率直接關系到城市間的連接和生產運輸的流暢性。傳統的高速公路收費系統往往受到多種外部因素的干擾，這不僅影響了收費系統的設計質量，還可能導致高峰時段的交通擁堵，給人們的出行帶來不便。隨著社會的進步和經濟的發展，政府部門對高速公路建設的關注度日益提高，并出臺了一系列政策以推動高速公路收費系統的技術升級。旨在通過引入先進技術，構建一個自動化、智能化的收費系統，從而提升收費效率，滿足公眾的出行和繳費需求，有效解決交通擁堵問題。

二、智能交通內涵

（一）智能交通概述

近年來，我國高速公路事業蓬勃發展，相關部門已相繼推動路基工程、路面工程、橋梁工程等各項工程的標準化建設，顯著提升了高速公路的品質形象。特別是在信息化時代背景下，我國政府部門響應交通強國戰略，推出了一系列激勵政策，推動高速公路逐步向智慧化方向邁進。智慧高速的發展尤其依賴于機電設備的高效運行，這對高速公路收費工程提出了更高的要求。收費系統逐漸從幕后走向前臺，在社會經濟發展中扮演著越來越重要的角色。智能交通是將智能化車輛與道路管理技術完美融合，通過尖端技術實現對道路、車輛和人員的科學管理，旨在降低高速公路安全事故的發生率，確保路段的暢通無阻，有效緩解城市交通擁堵現象。例如，我國在2020年成功引入了ITS系統，并在某高速施工區域進行了應用。在短短一年內，該區域的交通事故發生率顯著降低。

（二）智能交通特征

隨著全球一體化經濟的深入發展，智能交通系統（ITS）在世界各國得到廣泛推廣。日本在這方面的發展尤為成熟，而加拿大、澳大利亞等國家也在不斷提升對ITS的重視程度，并積極推動其應用[1]。盡管我國在智能交通系統的應用上起步較晚，但已在北京、上海、廣州等地區取得了顯著的成效。然而，從收費系統的角度看，我國大部分城市仍然采用傳統的半自動化收費模式。盡管ETC全自動收費系統已在部分車道得到應用，但半自動化收費模式仍然占據主導地位，需要工作人員手動判斷車型并計算通行費。在信息化時代背景下，越來越多的駕駛員傾向于使用手機支付，而不再攜帶現金，這增加了收費過程的復雜性。為了解決高速收費站前的車流擁堵問題，管理部門正在積極探索新技術，如電子收費系統，以簡化繳費流程，從而提高通行效率。

三、高速公路系統的基本架構

（一）監控系統

監控系統在高速公路管理中扮演著重要角色，其主要負責對高速公路的交通流量進行實時監控。通過與地方交通部門緊密合作，該系統能夠有效輔助管理過往車輛的各類違章行為，如超載、違法掉頭、超速等，從而進一步規范高速公路的日常行車安全。該系統能夠實時發現路況問題和交通事故，使工作人員能夠迅速做出處理，確保行車安全。特別是在事故多發路段，監控系統的作用更為顯著[2]。該系統主要由以下幾個部分組成。

1.信息采集系統

該系統通過車輛檢測器、緊急電話和火災報警器等設備，全面收集路面上的各類信息。

2.信息發布系統

該系統利用車道信號燈、可變情報板和大屏幕投影儀等設備，及時向駕駛員傳遞重要信息。

3.計算機信息處理系統

該系統作為整個監控系統的“大腦”，負責對收集到的所有信息進行高效處理。

4.信息傳輸系統

包括程控交換、光纖線路和SDH光傳輸設備，確保信息能夠準確、迅速地傳輸到指定位置。

（二）收費系統

高速公路的收費系統類似于過路費的概念，它記錄車輛上高速的時間、行駛的路程，并據此計算相應的費用。隨著技術的不斷進步，高速收費方式也在持續創新。例如，入口反超限檢測系統能夠在車輛上高速時檢測其是否超重，若超重則禁止其上高速。此外，還有MTC車道收費系統和ETC車道收費系統等多種收費方式。這種收費方式具有較強的便捷性，能有效防止高速公路堵車（如圖1所示）。

（三）通信系統

通信系統在高速公路管理中發揮著至關重要的作用。它負責控制收費系統的各個環節，確保整個系統的正常運行，并實現系統內外的高效互聯互通。通信系統是提升交通運輸服務質量的關鍵環節，同時也是收費系統和監控系統不可或缺的一部分。通過應用各種先進技術，高速公路收費系統正逐步向智能化、自動化方向發展，從而全面提高收費辦公的執行效率。監控系統的工作人員通過安裝不同的設備、發布正確的管理方案以及引導高速公路正常運行等方式，確保高速公路的暢通無阻。為了實時采集路況信息并提出應對措施，相關工作人員還需將相關信息存入數據庫，以供相關管理部門充分利用這些豐富的數據資源（如圖2所示）。

四、高速公路收費系統應用現狀

高速公路收費系統近年來取得了顯著的發展成果，智能設備的廣泛應用以及管理部門對收費系統管理方法的不斷優化，都極大地提升了高速公路的通行效率和服務質量。例如，紅外夜視攝像機、自動報警系統等先進硬件設備以及高精度軟件系統的引入，使得收費系統的自動化水平得到了全面提升。

然而，從國內高速公路收費系統的實際應用來看，仍存在一些亟待完善的問題。

第一，部分地區管理體系相對薄弱。高速公路收費系統涉及的管理范圍廣泛，對管理人員的職業素養要求較高，實現系統各功能的統一調度難度較大，這無形中增加了日常管理的難度系數。盡管科技發展迅速，但部分地區尚未形成統一的管理制度，缺乏規范的設備維修流程。一些管理部門對系統維護管理不夠重視，未能對相關資料和設備進行科學分類，從而在管理工作中增加了任務內容，降低了管理效能[3]。

第二，部分地區在高速公路收費使用過程中，收費系統的使用效果未達到設計要求。這主要表現在設計項目時未能充分考慮項目的具體需求，導致項目管理與項目環境的變化脫節，降低了項目管理的效率，增加了成本。在使用系統過程中，若僅關注其性能而忽視主動調整與優化，則可能導致系統的反饋和調控功能存在問題。

五、高速公路收費系統設計

（一）第三方支付數據接入

隨著我國科技的飛速發展，互聯網已深刻影響人們的生活方式，支付方式的變革即為顯著例證。新興支付手段如微信、支付寶、手機銀行等，已對傳統現金交易方式產生顛覆性影響，極大地便利了人們的日常生活。在高速公路收費系統中，引入第三方支付數據勢在必行。例如，司機在通過收費站時，常詢問能否使用聯網繳費方式。目前，在我國多個區域，如大廣、京港澳、連霍等高速公路，已實施第三方支付體系的接入，滿足了駕駛者的日常出行需求，并提升了高速服務的便捷性。通過掃描司機手機上的支付二維碼進行收費，工作人員利用紅外線掃描裝置實現自動扣費，整個交易流程由司機自行操作完成。交易結束后，收費站桿自動升起，免去了工作人員與司機溝通、找零等繁瑣流程，進一步提高了收費效率。

（二）IC卡發放和管理

IC卡（如圖3所示）的發行與管理是現代高速公路收費系統中的重要組成部分。目前我國通行的IC卡種類趨于多樣化，其中最常見的包括：儲值卡，用戶可預先將電子金額存儲至卡內，充值后即可正常使用；通行卡，在入口發放，作為車輛通過高速路段的重要憑證，出口交費后回收，不單獨發放給個人；優惠卡，針對特定高速公路路段，在規定時間內可享受打折優惠，由高速公路管理部門和銀行聯合發放；還有身份卡和鑰匙卡等。為確保交通流暢，通行卡的發放量需控制在24小時內該路段車流量的1.5-2倍之間。根據車流量實時監控需求，優化收費系統并提升管理水平，以確保系統運營的合理性。

（三）重量分析計算扣費

老式高速公路收費系統在高峰時段常出現擁堵現象，嚴重影響人們出行。為優化收費系統，部分高速公路已采用電子不停車收費系統[4]。該系統通過車上安裝的身份識別裝置，自動識別駕駛證和車輛信息，并從賬戶中自動扣除過路費。該系統還能與路邊設備、ETC車道設備關聯，通過計算車重判斷費用并進行自動扣費，有效節約時間成本并解決堵車問題。目前，國內最常用的ETC系統采用電子稱重方式，在高速公路出口處收費。只要車輛通過ETC專用通道，感應設備即可自動識別車輛的基本信息、行駛里程和實際載貨情況，實現不停車收費（如表1所示）。

（四）車道同步自由收費

車道同步自動收費技術是高速公路上的高科技收費方式。當車輛安裝電子車牌后，每次經過收費站時，系統可自動檢測并記錄車輛行駛狀態。這些信息將被傳輸到收費控制中心，工作人員根據行駛路徑計算費用。車輛通過時，系統會自動扣費并拍攝車輛照片上傳到信息處理系統中，從而提高通行效率并減少堵車現象。

（五）數據預測通行費用

隨著現代化城市建設的深入，高速公路交通流量逐年遞增。電子收費系統作為創新技術，在許多地方得到應用[5]。該系統由自動車牌識別、車型自動分類和遠程通信等多個子系統構成，實現非停車式費用收取。與早期人工收費方式相比，該自動化系統大幅提升通行效率并降低運營成本。在節假日期間，該系統有效緩解交通擁堵并提升用戶體驗。在智慧交通理念指導下，可利用大數據預測交通流量和費用以提升收費預測的準確性。目前預測模型多處于測試階段，但未來有望利用數據挖掘和機器學習等技術進一步提升預測的時效性和精度。

六、結語

高速公路收費系統不僅是提升道路通行效率的關鍵，更對保障行車安全發揮著舉足輕重的作用。相關部門必須深思熟慮如何巧妙運用前沿技術來不斷完善和優化收費系統的設計。本文已對高速公路系統的核心結構和當前運行狀況進行了詳盡的分析，同時，針對現存問題，提出了一系列切實可行的解決方案。信息技術的有效利用對于優化收費系統、防范潛在問題以及確保高效的收費流程具有不可替代的作用。相關部門應當給予信息技術足夠的重視，以確保整個收費系統的順暢運行，避免因系統問題而對整體效率產生不利影響。

參考文獻

[1]高潮，楊劍凌，李陽.基于機動車電子標識的高速公路自由流收費系統研究[J].科技風，2022（25）：7-10.

[2]高原，王宇，閆爍，等.出高速公路ETC自由流收費系統運行監測體系分析[J].通訊世界，2022，29（05）：193-195.

[3]李廣平，劉國強，瞿國權，等.城市高等級公路項目管理體制、收費和治超系統方案研究[J].公路，2022，67（11）：40-43.

[4]楊海燕.簡析高速公路ETC電子收費系統的優勢以及發展前景[J].商情，2022（32）：107-109.

[5]王紹臣，蘇家豪.基于在高速公路收費站供配電系統中雙機備份UPS的應用分析[J].低碳世界，2021，11（07）：186-187.

責任編輯：張津平