智慧收費系統在全椒西收費站的應用

一、引言

截至2020年末，我國高速公路通車里程已達16.1萬千米，高速公路運營依舊保持傳統收費模式，信息化平臺開發的技術支撐還有待進一步加強，相應的行政指導性文件亟待完善[，并且全國高速公路網迄今為止沒有搭建出結構完善、功能全面的信息共享平臺，成為了目前高速公路運營的短板。而取消省界收費站工程實施以來，ETC的推廣使得高速公路運營管理迎來新的轉折，運營效率逐漸與快速發展的高速公路運輸能力矛盾初顯[2]。在這樣的發展局勢下，有關部門更要客觀地分析實際的高速公路信息化管理建設水平，立足于現實情況，摸索提升信息化建設效能多種可行辦法。

二、高速公路收費站智慧收費意義

2019年5月16日，交通運輸部正式下發的《取消高速公路省界收費站總體技術方案》中明確提出，依托電子不停車收費（ETC）技術進行收費，減少人工服務，提高車輛通行率[3]。全國省界收費站撤除后，機電設備數量劇增，高速公路現有島面機電設備多、位置分散，多數控制協議無法兼容，設備供電和控制方式復雜，導致線井雜亂，機電維護人員處理故障難度提高。隨著收費系統進一步升級改造，收費站更趨向少人化和無人化管理，對設備可知可控和運維管理提出更高要求。收費模式也應由以人工收發CPC卡、紙質通行券為代表的半自動收費，向以ETC通行為代表的全自動收費轉型[4]

三、智慧收費系統在全椒西收費站的應用

合寧高速全椒西收費站位于合寧高速 K525+000 處，于2019年建成通車，年平均日交通量為6200輛。收費站土建車道數為5進9出，機電車道數為5進8出，出口1車道為預留回轉車道。ETC專用車道為1進2出，其余車道均為混合車道[5]。

基于現代科技搭建“云、邊、端”一體式協同組織架構，利用其替代傳統的“收費站-收費車道”的運作機制，針對部署在收費車道上的設施加大網絡化、智能化改造力度，努力打造契合高速公路收費實際情況的扁平化架構，以上過程中要創建入口自助發卡／自助繳費車道，確保全天24h收費能實現無人值守。其中，建造出口時要增設出口ETC預交易系統，通過落實該項措施能進一步增加ETC車道的實際通行效率。除此之外，也要將應急收費系統建設作為一項重要工作嚴格抓起，利用其持續強化收費系統的運行的穩定性與可靠度。

（一）監控設施

監控設施分為計算機與CCTV控制／顯示系統、監控外場設備、信息傳輸系統等子系統。

1.計算機與CCTV控制／顯示系統

本項目利用收費站現有計算機系統及CCTV控制/顯示系統進行綜合管理，收費站現有設備可滿足本項目新增監控設備的管理需求，僅需對原有系統軟件進行監控視頻、數據的接人調試[。

2.監控外場設備

信息采集設備：本項目內新增的信息采集設備主要是監控攝像機，在門架大型可變情報板前方各設置1套監控攝像機，新增的攝像機和門架情報板是配合入口預處理與出口預交易使用的，情報板提示有OBU車輛通過L桿天線位置時的交易狀態。

信息發布設備：信息發布系統主要設備為門架式大型可變情報板，根據ETC門架收費情況引導車輛行駛分流。在情報板上增設傾角傳感器，用以測量情報板橫梁的水平度與立柱豎直度。

（二）收費設施

1.系統改造目標

本次收費系統改造主要實現以下目標：通行自助化：為通行收費站的MTC車輛提供入口自助取卡、出口自助收卡／繳費的通行方式選擇，同時兼容ETC車輛快速通行。

空間換時間：推動各項業務運行實現一體化、集成化。為達成以上自標，有關部門要加強落實建設高速公路匝道預處理、預交易系統等舉措，力爭在邏輯層面上有效地拓展車道的使用功能，對于往返通行車輛均能做到提前計費、扣費、處理特殊情況、調整交通流及組織稽核工作等，并有效打通數據流、信息流、業務流等方式，不僅能對通行車輛做出科學引導，也能精準地計費扣費、處理特殊情況及疏導交通等，確保以上各項處理工作內容的一體化、智能化實施。

應用系統集中化：升級當前收費車道、收費站兩級收費應用系統部署模式，將出入口匝道系統、站級交易系統、站級管理系統等在收費站集中部署，為收費現場的設備簡化和集約化提供基礎。

設備網絡化、集約化：通過具備接口轉換及物聯網管理能力的設備實現收費車道外設的拓撲優化，實現車道外設的網絡化監測、控制及數據交互，同時，在自助車道引人集約化、一體化設備，以優化車道布局，并對ETC車道實現無亭化改造。

現場少人化：具體是基于提高通行效率、自助化通行、服務后臺化等多種方式減少傳統人力資源的調配使用，取得降本增效的成果，為企業的高質量發展提供強勁動力

2.總體方案

（1）收費車道

全椒西收費站收費車道共5進9出，已開通5進8出（其中包括了1進2出ETC專用車道）、本次設計中給人口、出口分別增設了自助發卡車道、自助繳費車道各1條，相應新增稱重設備。將入口2車道由客車專用混合車道改造為ETC客車專用車道。

拆解撤離運行數年之久的ETC專用車道及自助發卡/繳費車道收費亭設施，將綜合機柜增設到入口1、出口3收費島處，其功能主要集中在兩個方面，一是全面采集車道運行期間的有關數據，二是聚集梳理車道視頻資料，以光纖作為載體將其統統傳輸至收費站機房內部。自助發卡和自助繳費車道的RSU控制器和小交換機等設備放置在自助發卡/繳費設備內部空間。收費機房設置2套收費數據容錯服務器，部署收費系統云平臺。入口1綜合機柜設置1臺收費數據服務器作為備用服務器，備用服務器利用現有閑置服務器

（2）人口ETC預處理系統

入口收費廣場前道路設置入口ETC預處理系統，覆蓋3條車道。

（3）出口匝道

出口匝道合流點處建設出口ETC預交易系統，覆蓋兩條匝道，匝道1為2條行車道，匝道2為1條行車道和1條應急車道。

（4）收費廣場組網

收費車道至收費匯聚交換機之間采用交錯連接的方式，可以保證其中一臺匯聚交換機故障時只影響部分車道運行，仍可保證收費業務的基本運行。收費數據匯聚交換機至收費站機房核心交換機采用雙鏈路冗余方式，增強網絡可靠性。

（5）BTC車道改造

拆除入口ETC車道（1、2）、出口ETC車道（2、3）ETC專用車道收費亭，對保留的設備進行網絡化改造，原收費亭內RSU天線控制器和小交換機，以及新增多接口網絡轉換設備放置在車道對應數據交換機所在的綜合機柜內。

（6）ETC/MTC混合車道改造

針對現有混合車道，對原設備進行網絡化改造，保留收費亭及亭內設備，一旦發生故障導致站級交易系統無法正常運行，自動切換至車道控制器收費系統。

（7）入口自助發卡和出口自助繳費車道改造

拆除入口3、出口7車道收費亭、費顯、車牌識別和欄桿機，布設一體化欄桿機，其上集成自動欄桿、費顯、車牌識別器。對車道設備進行網絡化改造，新增自助發卡/繳費設備。自助發卡和自助繳費車道的RSU控制器和小交換機等設備放置在自助發卡/繳費設備內部空間中。

（8）站級智慧收費系統升級

在收費站部署站級交易系統和站級管理系統，站級交易系統與入口匝道預處理設施、出口匝道預交易設施、ETC車道設施、ETC/MTC混合車道設施、人口自助發卡設施、出口自助繳費設施配合完成車輛的誘導、通行控制、出口收費和應急收費等業務。站級管理系統主要實現收費站財務管理、票據管理、統計分析、智能運維監控等業務。

3.智慧收費整體架構

收費站智慧收費系統主要由兩大分布構成，分別是

站級交易系統和站級管理系統組成。前者的構成頗為復雜，主要有計費服務、參數管理、交易服務、入口ETC預處理、出口ETC預交易、數據傳輸、流水處理、遠程值守、廣場誘導、設備控制等。站級管理系統包括：智能運維監控軟件、ETC門架收費稽核、財務管理、票據管理、統計報表、查詢服務、數據共享服務。

4.ETC預交易系統

（1）入口ETC預處理系統

入口ETC預處理系統設備配置：每條車道上方設置1套RSU天線，共3套；每臺900W像素車牌識別設備抓拍2條車道，共設置2套車牌識別設備，每條車道上方設置1套補光燈，共3套補光燈。

入口ETC預處理系統功能要求：人口ETC預處理系統收費業務部署在站級收費服務器上。在網絡正常的情況下，所有業務均調取站級服務器的收費業務服務進行處理，站級服務器直接與前端設備通信，以實現設備控制，并承載名單查詢、標簽異常判斷、車輛引導、數據生成等服務。

與站級收費服務聯動：人口ETC預交易系統能精準、自動化地辨識ETC車輛的簽卡、車牌信息等，快速啟用站級交易服務平臺接口功能，檢測ETC通行的有效性，并判斷其合法合規性，智能生成完整的ETC車輛預交易流水。參照流水內的ETC有效標識信息，廣場誘導系統會精準地調用誘導屏接口，嚴格按照一定規程發布誘導資訊，對車輛的通行過程做出合理引導。廣場誘導系統還能全面錄入誘導信息病發布日志，輔助后續有關部門檢測分析誘導信息的精準度，并確保誘導發布過程安全、可靠。

（2）出口ETC預交易系統

出口ETC預交易系統點位布設：出口匝道合流點位置建造了出口ETC預交易系統，其服務對象以匝道1的2條行車道，以及匝道2的1條行車道和1條應急車道為主。每個車道新建1套L型桿件。

出口ETC預交易系統構成：RSU、車牌圖像識別設備、車型識別設備、補光燈、供電設備等，在外場和收費站機房分別新增1套交換機用于數據傳輸。

出口ETC預交易系統設備配置：在每條車道上方設置1套RSU天線，共4套；每盒 900W 像素車牌識別設備抓拍2條車道，共設置2套車牌識別設備。另外，在每車道側裝1套門架車型識別設備，共4套，每條車道上方設置2套補光燈，共8套補光燈。

出口ETC預交易系統功能要求：出口合流點建設主線ETC龍門架和匝道L桿，安裝RSU天線、車牌識別及誘導屏，在ETC車輛通過匝道時對車輛進行交易預處理，判定車輛是否為ETC正常車輛。若滿足交易條件，提前扣費交易，系統生成交易流水并上傳至收費站服務系統。ETC車輛到達車道后，系統通過OBU信息及車牌信息進行比對判斷，核對成功后無須進入扣款流程即可抬桿放行。這有助于提升ETC的通行效率。

與站級收費服務聯動：出口ETC預交易系統識別ETC車輛簽卡信息，車牌信息、車型信息，調用站級收費服務平臺接口，進行ETC通行有效性校驗，生成ETC車輛預交易扣費流水和預交易異常流水。預交易系統根據流水中的有效性標識，調用誘導屏接口，按照誘導顯示規則內容，展示誘導信息，引導車輛駛入推薦車道。預交易系統記錄誘導發布日志，用于誘導信息核實，誘導系統發布異常監測。

5.收費系統改造

（1）ETC專用車道

針對現有ETC專用車道，對原設備進行網絡化改造，取消車道控制器，將費額顯示器、自動欄桿機的接口進行轉換。不具備條件則可在每條車道新增1臺多接口網絡轉換器，實現串口、I0接口到網絡接口的轉換。由于現有ETC專用車道和混合車道RSU天線均為后置式，為了提高通行效率，本次將2進2出ETC專用車道RSU天線前置，安裝在已有車道顯示屏門架上。現有車道顯示屏為固定文字式，顯示內容固定，且設備老化嚴重，本次更換為點陣式LED顯示屏。安裝在門架上方位置。為了滿足RSU天線的安裝要求，入口2車道原車道顯示屏同樣移動到原門架上方，保證RSU天線安裝凈空高度不小于5.5米。

（2）混合車道

對于現有混合車道原有設備進行網絡化改造，將費額顯示器、自動欄桿機、CPC卡讀卡器的接口進行轉換。不具備條件的，可在每條車道新增1臺多接口網絡轉換器，實現串口、IO接口到網絡接口的轉換。保留車道控制器，一旦發生故障導致收費系統無法正常運行，自動切換至車道控制器收費系統。

（3）自助發卡/自助繳費車道

對于新增入口自助發卡和出口自助繳費車道，拆除原有自動欄桿機、費顯、車牌識別設備，增設一體化欄桿機（集成費顯、車牌識別和自動欄桿）。對于稱重控制器，利用多接口網絡轉換器進行網絡轉換，實現所有設備的網絡化。

6.站級智慧收費系統

拆解撤離運行數年之久的ETC專用車道及自助發卡/繳費車道收費亭設施，將綜合機柜增設到人口1、出口3收費島處，其功能主要集中在兩個方面，一是全面采集車道運行期間的有關數據，二是聚集梳理車道視頻資料，以光纖作為載體將其統統傳輸至收費站機房內部。收費車道至收費匯聚交換機之間采用交錯連接的方式，可以保證其中一臺匯聚交換機故障時只影響部分車道運行，仍可保證收費業務的基本運行。收費數據匯聚交換機至收費站機房核心交換機采用雙鏈路冗余方式，增強網絡可靠性。入口自助發卡和出口自助繳費車道收費島分別設置1套小型機柜，用于放置RSU控制器和小交換機等設備。

四、結束語

目前，國內大部分高速公路公司仍使用傳統收費方式，尚未采用智慧收費方式。本文結合現有技術手段及全椒西收費站智能化改造經驗，探究智能化智慧收費的實施方式，以期探尋助力高速公路運營實現降本增效的新型收費技術。

作者單位：張君安徽省高等級公路工程監理有限公司

參考文獻

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