高速公路無人值守收費技術(shù)研究與應(yīng)用

文章結(jié)合廣西高速公路收費業(yè)務(wù)的實際情況，介紹了高速公路無人值守收費技術(shù)的研究、應(yīng)用和發(fā)展情況，以及涉及的關(guān)鍵技術(shù)和未來的發(fā)展趨勢。經(jīng)實際應(yīng)用后表明，無人值守收費能夠提高車輛通行效率，改善收費員工作體驗，提升收費業(yè)務(wù)的管理水平。

高速公路；收費系統(tǒng)；無人值守；信息化

U491.1+16A511773

作者簡介：

鄭旭平（1986—），碩士，工程師，主要從事交通行業(yè)相關(guān)的軟件研發(fā)工作。

0" 引言

2020年取消高速公路省界收費站后，全國高速公路進入了“一張網(wǎng)運行、一體化服務(wù)”的新階段，為公路交通數(shù)字化、智能化發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。隨著高速公路路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，收費站運營和維護需要的人力和財力資源不斷高漲，對整個收費系統(tǒng)進行升級迭代的需求變得迫切。同時，隨著汽車保有量的不斷增加，高速公路通行車輛也不斷增長，這對高速公路收費站通行效率提出了更高的要求。近年來，云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)得到了快速發(fā)展。這些技術(shù)能夠減少高速公路收費業(yè)務(wù)中不同環(huán)節(jié)的人工介入程度，達到少人化甚至無人化，無人值守收費技術(shù)的概念應(yīng)運而生［1-4］。本文將介紹自2001年起廣西高速公路無人值守收費技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，主要包括車道級和收費站級無人值守技術(shù)，并對未來的路段級和路網(wǎng)級無人值守技術(shù)進行展望。

1" 車道級無人值守

1.1" 方案設(shè)計

近年來，基于深度學習的圖像識別技術(shù)得到快速發(fā)展，車牌、車型和車軸數(shù)量的識別技術(shù)已日趨成熟，原本需要收費員在收費亭內(nèi)手動輸入的信息，都可由圖像采集和識別設(shè)備獲取；收費員的發(fā)卡和回收卡行為也能通過機械設(shè)備控制實現(xiàn)。綜合應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，可以通過增加設(shè)備和改進軟件的方式，將傳統(tǒng)的ETC/MTC混合車道改造成無人值守自助車道，實現(xiàn)車道級無人值守，要點如下：

（1）入口設(shè)置自助發(fā)卡機，集成發(fā)卡設(shè)備、卡讀寫器、揚聲器等；出口設(shè)置自助繳費機，集成卡回收設(shè)備、卡讀寫器、二維碼掃描儀、揚聲器等。發(fā)卡機和繳費機取代傳統(tǒng)混合車道的收費亭功能。在發(fā)卡機/繳費機的語音提示下，司機按鍵領(lǐng)卡通行，插卡后展示付款碼繳費并領(lǐng)取發(fā)票離開高速公路。

（2）車道入口端設(shè)置車型識別器，用于識別車牌、車型和車軸數(shù)；車道費顯附近的相機用于識別車牌；司機按鍵領(lǐng)卡或者插卡后，綜合車型識別器和相機的車牌信息判定車牌，并確定車型和車軸數(shù)。

（3）收費員配備平板電腦，通過內(nèi)置無人值守軟件處理特情，幫助司乘人員順利通行。

（4）車道仍設(shè)置RSU天線，ETC車輛也能通行，使得無人值守車道能完成傳統(tǒng)ETC/MTC混合車道的全部功能。

1.2" 與傳統(tǒng)混合車道的區(qū)別

無人值守自助車道和傳統(tǒng)的ETC/MTC混合車道有明顯的區(qū)別。

（1）對于物理車道，如圖1所示，黑框所示為無人值守車道新增的車型識別器和自助發(fā)卡機/繳費機。對于既有站車道，可在收費亭后方設(shè)置發(fā)卡機/繳費機；對于新站，可在車道僅設(shè)置發(fā)卡機/繳費機而不設(shè)置收費亭。

（2）對于車道軟硬件設(shè)計和人機交互設(shè)計，無人值守收費系統(tǒng)需要做較多的升級和優(yōu)化。如下頁圖2所示展示了傳統(tǒng)ETC/MTC混合車道和無人值守自助車道的軟硬件配置和交互情況。在傳統(tǒng)混合車道中，收費員通過PC屏幕展示的收費界面軟件實現(xiàn)入口發(fā)卡和出口收費功能，車道收費軟件實現(xiàn)入口車道和出口車道交易功能，并且和各類設(shè)備進行通信，完成收費業(yè)務(wù)。無人值守自助車道中，平板無人值守軟件取代收費界面軟件成為收費員與收費系統(tǒng)交互的界面。司機可直接與發(fā)卡機/繳費機進行交互實現(xiàn)入口發(fā)卡和出口插卡繳費。車道收費軟件實現(xiàn)對包括發(fā)卡機/繳費機在內(nèi)的設(shè)備的控制，完成收費業(yè)務(wù)。

（3）收費員不需要在崗亭內(nèi)值班，可在崗亭外監(jiān)管各車道運行情況。由于人工智能設(shè)備的使用，大部分車輛的通行都不需要收費員介入，收費員得以從長期機械的信息核對和錄入等工作中解放出來，僅需要通過平板收費軟件對少量特情車輛進行處理，給收費員營造了輕松愉悅的工作氛圍。由于單一車道需要人工介入的頻率不高，通常情況下一位收費員即可管理多條車道。

（4）司機到達車道后，僅需要在語音提示下進行按鍵領(lǐng)卡或插卡繳費的操作，由于減少了收費員的介入，領(lǐng)卡和繳費的速度變快，既能減少司機的等待時間，又能提高收費站的通行效率。

1.3" 應(yīng)用情況

從2021年起，車道級無人值守收費方案在靈川西、桂林北、南寧南等收費站陸續(xù)啟用，并不斷完善和推廣。截至2024年1月，全廣西已有200余條無人值守車道。與傳統(tǒng)的ETC/MTC混合車道相比，車輛在自助車道領(lǐng)卡和繳費的時間能縮短20%以上，通行效率提升明顯。收費員普遍反映在自助車道上班有更輕松愉悅的工作體驗。

2" 收費站級無人值守

2.1" 提出背景

車道級無人值守模式在使用過程中逐步顯現(xiàn)出一些亟待優(yōu)化和改善的問題：司機的部分請求仍需要收費員進行當面溝通；收費員需要穿梭于各條車道；部分特情的處理不能通過平板軟件上簡單操作解決等。這些問題給高速公路無人值守方案提出了新的更高的要求。交通運輸部于2021年11月發(fā)布的《加快推進高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)優(yōu)化升級實施方案》（交辦公路函〔2021〕1744號）要求各省收費系統(tǒng)要提升計費、業(yè)務(wù)、服務(wù)和智能化等多個方面的水平。在這樣的背景下，需對無人值守收費方案進行了全面思考、更新和升級，設(shè)計收費站級無人值守技術(shù)方案。

2.2" 方案設(shè)計

收費站級無人值守方案的核心是在實現(xiàn)車道級無人值守的基礎(chǔ)上，對整個收費站所有車道進行集中監(jiān)控與管理。方案設(shè)置無人值守平臺，平臺接入收費站的所有車道，收費員可通過無人值守平臺的PC端或者移動端監(jiān)管所有車道，并進行遠程特情處理。如圖3所示為收費站級無人值守方案的示意圖。

相比車道級無人值守方案，收費站級無人值守方案有幾點明顯的改進：

（1）設(shè)置無人值守平臺，平臺不僅接入了無人值守自助車道，還接入了ETC車道、廣場治超車道，使得收費站能夠通過一個平臺處理收費業(yè)務(wù)。

（2）無人值守平臺還將接入車道和廣場的監(jiān)控設(shè)備以及其他設(shè)備，同時監(jiān)控設(shè)備支持特殊事件檢測上報功能，如車輛沖卡、欄桿砸車、人員闖入、貨物散落等事件。

（3）無人值守自助車道設(shè)置語音對講系統(tǒng)并接入云值守平臺，在車道監(jiān)控的配合下，收費員能夠通過無人值守平臺的PC端遠程處理車道特情，不需要在車道現(xiàn)場進行處理，實現(xiàn)更高級別的無人值守。當然，收費員仍可以通過無人值守平臺移動端在車道現(xiàn)場進行特情處理。

上述收費站級無人值守方案既適用于新收費站的建設(shè)，也適用于已經(jīng)使用車道級無人值守方案的收費站進行升級改造。

交通運輸部路網(wǎng)監(jiān)測與應(yīng)急處置中心編制的《高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)優(yōu)化升級工程方案（征求意見稿）》提出了建設(shè)標準化收費站的概念，采用“云-邊-端”架構(gòu)設(shè)計整個收費系統(tǒng)。收費站以站級邊緣云進行建設(shè)，車道作為“端”側(cè)保留必要的設(shè)備。原先車道上的收費軟件移入站級邊緣云，并劃分為多項服務(wù)：外場服務(wù)對接車道，進行設(shè)備控制；交易服務(wù)實現(xiàn)入口和出口車輛交易基本功能；計費服務(wù)實現(xiàn)計費功能；流水服務(wù)處理車道生成的流水入庫功能；數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)實現(xiàn)收費站與省中心和部中心的數(shù)據(jù)傳輸。所有服務(wù)通過容器化方式進行部署和維護。該模式下的收費站級無人值守方案可稱為收費站級云值守方案，如圖4所示。新建設(shè)的收費站或者需要對收費系統(tǒng)進行全面升級的收費站可采用此方案。

2.3 "應(yīng)用情況

榜圩收費站位于巴馬—平果高速公路段，于2022年12月竣工通車。該站采用收費站級云值守方案進行設(shè)計和建設(shè)，真正實現(xiàn)一個平臺全面接管收費站的所有日常業(yè)務(wù)。榜圩收費站已于2023年8月正式運營，情況良好。自助車道提升了車輛通行效率，云值守平臺便于收費員進行車道管理和特情處理。目前，廣西區(qū)內(nèi)還有天峨、向陽、大新北、防城港西和上思南等收費站采用收費站級云值守收費方案。普通收費站級無人值守收費方案正在龍勝北和芙蓉兩個收費站進行試點應(yīng)用。

3" 路段級和路網(wǎng)級無人值守

目前，廣西有大量收費站實現(xiàn)了車道級無人值守，并有少量收費站實現(xiàn)了更高層次的收費站級無人值守。隨著無人值守收費技術(shù)的進一步鋪開，各收費站需要的運營人員將會減少。此外，高速公路的建設(shè)逐漸深入到車流量較少的偏遠地區(qū)，如果每個收費站都建設(shè)運營管理中心并配備運營人員，管理成本較高。因此，將收費員集中起來，以路段為單位甚至跨路段進行收費管理成為未來的發(fā)展趨勢。在此趨勢下，無人值守平臺的集中管理模式將從收費站級別上升到路段甚至路網(wǎng)級別。從車道級，到收費站級，再到路段級，甚至路網(wǎng)級，無人值守的層次逐步提高，收費業(yè)務(wù)員個人能夠管控的范圍逐步擴大，對人力的需求逐步減小，這將有利于高速公路收費業(yè)務(wù)的運營和管理。

4" 無人值守收費方案面臨的問題與應(yīng)對

無人值守收費技術(shù)在廣西大量高速公路收費站得到應(yīng)用，車道通行效率提升明顯，有利于運營管理的成本控制，但是也暴露出了一些待解決的問題。本節(jié)將列舉典型的問題并探討應(yīng)對方法。

4.1" 車道級和收費站級無人值守

相比傳統(tǒng)人工收費，無人值守收費對硬件和設(shè)備有更高的要求。車道檢測線圈和通過線圈不能正常工作導致車輛交易無法正常啟動和結(jié)束；發(fā)卡設(shè)備、卡回收設(shè)備和打印機都有機械部件，這些部件工作不正常會影響正常交易。解決這些問題，不僅需要硬件設(shè)備供應(yīng)廠家對設(shè)備性能進行優(yōu)化提高，還需要提高收費軟件系統(tǒng)的穩(wěn)健性。

現(xiàn)在車牌識別和車型識別兩種設(shè)備的準確率已經(jīng)＞99.9%，但是仍有少量車輛識別錯誤。無人值守入口車道單純依靠車型識別器難以保證絕對準確。如果車輛領(lǐng)卡時缺乏收費員監(jiān)督，車型的錯誤可能導致收費爭議的產(chǎn)生。通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立車型數(shù)據(jù)庫，可根據(jù)車輛多次通行記錄推算出最可能的車型，提升入口車輛的車型準確率。

4.2" 路段級和路網(wǎng)級無人值守

路段級和路網(wǎng)級無人值守在多方面都提出了新的挑戰(zhàn)。高速公路運營管理方需要設(shè)計新的收費業(yè)務(wù)管理方式、遠程特情處理方式、收費現(xiàn)場突發(fā)事件應(yīng)對方案。系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)人員需要對整個收費系統(tǒng)進行新的頂層設(shè)計，并對原有系統(tǒng)進行重構(gòu)和改寫，以支持新的業(yè)務(wù)需求。無人值守遠程特情處理依賴于視頻傳輸，系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)人員需要對網(wǎng)絡(luò)和視頻傳輸做好規(guī)劃、設(shè)計和實現(xiàn)。在無人值守模式下，系統(tǒng)更傾向于減少特情處理，確保通行暢通，基于文本、音視頻數(shù)據(jù)的多模態(tài)大數(shù)據(jù)挖掘分析的智能稽核將在交易異常行為的檢測中起到更為重要的作用。

5" 結(jié)語

高速公路通行、運營和管理的需求，以及云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的成熟推動了無人值守收費技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展與進步。目前，車道級和收費站級無人值守收費技術(shù)已經(jīng)在廣西得到了較廣泛的應(yīng)用。實踐表明，無人值守收費能夠提高車輛通行效率，改善收費員工作體驗，提升收費業(yè)務(wù)的管理水平。未來無人值守收費技術(shù)將向路段級和路網(wǎng)級進行拓展延伸。無人值守收費技術(shù)面臨的問題需要相關(guān)的技術(shù)、運營和管理人員以開放和創(chuàng)新的方式進行應(yīng)對。

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20240304