基于自由流交易诱导式的高速公路收费系统

　　摘要：文章以自由流收费、广场前车辆诱导行驶为目标，提出了自由流交易诱导式的高速公路收费系统的一种思路，实现了框架以及可行性分析。实践证明，自由流交易诱导式的高速公路收费系统可以大幅提升车辆通行能力，具有一定的应用实践价值，能产生良好的社会效益和经济效益。 近年来，高速公路的通行量不断增加，收费方式变得复杂多样，一些收费站逐渐暴露出弊端。为了更好地服务公众出行，达到收费站快速便捷通行的目标，需要对收费站进行改造。

　　1.研究背景

　　1.1高速公路收费的现状

　　以中等流量收费站为例，每辆车通过ETC车道的正常时间约6s，一般情况下不会出现拥堵，高峰期出现拥堵的原因是车流量大、车辆误入ETC车道或OBU标签异常等原因停车或倒车处理；广场交织区短，车辆被迫变线导致车流延迟。

　　1.2现存系统的问题与不足

　　收费站系统大多都是独立运作的系统，数据互相隔离，信息难以共享，缺乏有机的关联和互动，产生了大量的业务孤岛和数据孤岛，当出现异常、突发事件时降低了收费站应急调度指挥效率；缺乏能够实现对各个业务系统无缝关联对接的综合指挥决策平台，无法对主要业务系统进行统一管理，做不到打通各个数据通道并在统一界面进行直观的展示和调用。

　　2.方案

　　基于以上背景，本文提出一种基于自由流交易诱导式的高速公路收费系统，以较低的成本达到较高的收费效率，提高司机的高速支付、通行体验。

　　2.1整体架构

　　本方案采用自由流ETC提前交易结合智能标定诱导云行系统、出口混合车道+自由流验证ETC及配套事后稽查系统，实现提前收费、分类诱导、高效管控及事后稽查，从而提高收费站服务水平和车主体验。

　　总体布局在出口闸道，建自由流ETC门架，部署相控阵天线及高清摄像机，在收费站前200m左右设门架，部署900万高清摄像机及车辆诱导屏，结合高点的超级云眼，通过云行平台实现对通行车辆的智能诱导；基于AR增强现实技术，通过标签的形式将视频画面中的车辆信息进行结构化描述，使车辆信息可搜索、可定位，并能实现GPS坐标映射、方位感知、视频联动等功能，增强实时图像与信息的结合，建立诱导警示走廊并展示给广场管控人员，以便现场对异常车辆的快速疏通；在收费广场前设广播系统，方便现场人员进一步管控，现场管控区设置复式混合车道、自由流快速验证ETC车道。

　　所有ETC车道控制设备集中在右侧收费岛的机柜进行管理，天线、摄像机及费显采用吊装方式进行部署；ETC车道岛尾设置CPC防逃费监测，防止MTC车辆逃费及CPC卡流失。智慧通道系统由4大系统构成，包括匝道自由流ETC收费系统、智能标定诱导云行平台、出口混合车道+自由流验证ETC系统及后台收费后台管理系统，通过数据共享融合处理，实现对车辆从主线到广场的全程掌控及快速放行。

　　2.2自由流ETC系统

　　自由流ETC简单来说就是“提前交费，车道超快放行”。主线或匝道上以龙门架方式安装ETC设备，相当于预设一个ETC交易车道，与现行的ETC实时扣费的模式不同，自由流ETC收费系统是在进入收费站车道之前对ETC车辆完成无感通行费扣费。一旦车辆扣费成功，后台服务器立即将已扣费车辆信息下发给本收费站的所有收费车道的车道控制器，已扣费车辆可以从收费站的任何车道快速驶出，ETC车道的交易效率理论可提高3倍以上。虽然自由流收费模式无法保证通过该主线或匝道的所有车辆都扣费成功，但经过收费站时还会通过车道收费软件补漏，所以只要做到OBU车辆在通过主线或匝道时最大程度完成交易即可。

　　本方案依赖激光对车辆高精度的定位，以RSU对存有OBU的车辆RSU高精度定位为基础，辅以OBU车牌信息及视频车牌识别信息，能够确保车辆匹配率高达99.5%以上。每条车道配置1台RSU天线及高清车牌视频识别设备，RSU天线由1台匝道自由流控制器控制，在路侧或门架上安装集成车道控制器、天线控制器、交换机、防雷器、UPS后备电源等设备的室外机柜。RSU天线与自由流控制器之间通过专用高速数据接口连接，构成以自由流控制器为中心的星型结构。

　　2.3智能标定诱导云行系统

　　智能标定诱导云行系统，基于AR技术通过标签的形式将视频画面中的背景信息进行结构化描述，使背景信息可搜索、可定位，并能实现GPS坐标映射、方位感知、视频联动等功能，增强实时图像与信息的结合。系统通过高点摄像机的鸟瞰视角，监测收费站的整体交通状况，对进入收费站的车辆全程自动追踪及显示相关标签叠加信息，同时对接交通诱导信息发布系统，提前为出口车辆进行分流导流从整体提高收费站服务水平，提升收费站运行效率。

　　系统可分为接入层、支撑层、数据层、应用层4部分。接入层为设备接入管理和数据接入管理2大功能，包括新建的AR视频监控单元、车辆卡口单元，已建视频监控可通过现有视频监控平台级联接入、交通态势采集单元、信息发布单元、收费业务系统等关联对接；支撑层为数据加工、视频分析、地图引擎等底层支撑应用，包括流媒体存储转发服务、VGIS实景地图引擎、车辆识别跟踪算法、GIS地图引擎、系统对接服务、图像-数据关联网关；数据层把系统生成的价值密度高的应用数据进行统一存储管理，包括过车信息资源库、交通态势资源库、告警事件库、设备维护资源库；应用层为用户提供可用性高的业务应用，包括交通运行监测、高低联动、实景标注、值班布勤、联动诱导、逃费报警、车辆跟踪等功能。

　　2.4混合车道+自由流ETC验证系统

　　现场管控区设置双亭复式混合车道，自由流快速验证ETC车道，实现对车辆的快速交易、快速放行。直接驶离车道采用无栏杆设计，车道安装了ETC自由流车道软件，对未交易成功误入此区域的ETC车辆进行二次交易，防止漏收费，并记录通过车辆信息，发送至后台服务进行业务处理和分析。在现场管控区域后端加装CPC防逃费监测软件，对持有CPC卡误通过、偷逃费车辆进行监测，上送至后台服务进行业务处理和分析。

　　2.5收费后台管理系统

　　后台服务增加优化自由流流水接收、流水分发校验、实时查询接口、逃费流水接收、数据分析优化等功能。

　　（1）匝道ETC自由流流水接收。后台服务优化流水接收功能，增加ETC自由流流水接收。

　　（2）流水分发校验。根据最新文件要求，对匝道ETC自由流流水进行分发。

　　（3）实时查询接口。增加对各车道过车交易信息的实时查询功能，保障数据查询的实时性和准确性。

　　（4）逃费流水接收。接收CPC防逃费监测软件上传流水，校验合法性并与近期交易流水对比，防止出现误判并推送至相关业务系统。

　　（5）数据分析优化。对治理过的数据按一定业务思路，经过选择、编排、组装，从而得到一套业务分析方案。

　　2.6运行状态监测系统

　　自由流设备状态监测对数据的实时性要求较高，故障、告警及预警信息越早感知，对故障的处理及相应决策越有利。运行监测系统展示端与后端之间，需要建立实时通信通道，实时推送消息，达到消息毫秒级感知。运行监测系统不仅对各设备异常状态进行展示，更注重对异常行为进行预警处置，用户只需在前端填写预警的内容并规划好预警的警报级别，系统可自动生成用户所需的预警预案，用户确认生效后系统自动按预案执行相关业务流程。系统可集成短信、移动终端、邮件、大屏等多种发布手段于一体，实现多种规则、多种通信方式的综合发布控制渠道，为系统进行数据共享、事件处理提供强有力的业务支撑。

　　2.7稽查管理子系统

　　稽查管理系统实现CPC防逃费业务流程和逃费车辆比选分析功能。CPC防逃费业务流程主要根据预设的稽查分类，由稽查人员对稽查数据确认流水合法、证据链完整，可进行后续的管理工作。逃费车辆比选分析利用大数据挖掘，进行数据的筛选分析，并进行收费设施风险分析、收费行为风险分析、整合分析数据。根据自由流通行数据、CPC卡逃费数据等数据进行整合，根据提供的车牌号、通行时间段、ETC卡号或者CPC卡号等信息提取并解析车辆行驶轨迹数据，分析车辆异常行为。对异常车辆进行历史追踪，对其历史行车记录、交易异常及可疑线索提供分析服务，提供交易异常及可疑线索分析服务，根据车牌号、通行时间段等信息生成非法通行证据和欠费金额计算等非法车辆证据链。

　　3.结语

　　本方案通过增设AR超级云眼摄像机，实现对收费站的整体监控，并基于VGIS实景地图引擎，利用AR增强电子地图的信息标注与视频实景画面结合，形成AR视频实景地图，实现收费系统基于视频实景地图对异常扣费车辆的检测及快速导流，降低未成功扣费或无法成功扣费的车辆进入ETC通道的几率，提升了收费站的通行效率，同时也降低了车主恶意逃费的可能性。

　　（作者单位：中交机电工程局有限公司）

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