高速公路匝道預交易系統(tǒng)研究

潘洪強 覃維業(yè) 蘇愛斌

摘要：在取消省界收費站后新的收費模式背景下，文章設計采用“匝道預收費+智能誘導+出口驗證”模式的匝道預交易，搭配智能誘導系統(tǒng)，優(yōu)化現(xiàn)有收費車道和收費軟件，可實現(xiàn)ETC車輛快速通行，提升收費站通行效率，減少車輛碳排放，實現(xiàn)節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：預交易；匝道；智能誘導；準自由流

中圖分類號：U491A471613

0引言

ETC收費是目前高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)的重要通行手段，在2019年取消省界站收費工程后，ETC收費已經(jīng)成為高速公路的主要收費方式。隨著ETC車端滲透率的不斷上升以及受到各種特情影響，提升收費站的ETC通行能力成了當前的高速公路運營單位的重中之重。本文提出采用“匝道預收費+智能誘導+出口驗證”模式的匝道預交易技術(shù)，可實現(xiàn)ETC車輛快速通行，解決收費廣場擁堵問題，提升公眾出行體驗。

1ETC通行現(xiàn)狀

自2020-01-01零時起，全國高速公路省界收費站全部取消，高速公路收費模式統(tǒng)一切換為分段自由流計費。ETC成為高速公路主要收費方式，實現(xiàn)收費車道全覆蓋，基于ETC的高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)初成規(guī)模。

截至2022年4月底，全網(wǎng)ETC用戶達到2.26億，共建成收費站10 601個、實體門架28 403個；收費車道78 113條，其中，ETC專用車道35175條、MTC車道4 888條、混合車道38 050條，占比分別為45.03%、6.26%、48.71%；主線收費站ETC車道覆蓋率為97.30%，匝道收費站ETC車道覆蓋率為98.35%。

在新收費模式下，迅猛增長的ETC車流量對ETC車道處理能力提出了更高要求。而目前收費站車輛通行主要存在以下痛點：

（1）ETC車流量大，特情多且處理時間長，車道容易擁堵，易造成免費放行，引起外省結(jié)算爭議。

（2）非ETC車輛誤闖ETC車道，“進退兩難”造成ETC車道擁堵。

（3）因車道分布原因，車輛在收費廣場連續(xù)變道，容易發(fā)生交通事故，造成收費站擁堵。

（4）ETC車道存在大量異常，如無標簽闖關(guān)車、無卡、OBU拆卸、余額不足、無入口等，此類異常目前在系統(tǒng)中無法完全杜絕。

（5）不同程度的鄰道干擾問題，將直接造成ETC專用車道的阻塞，導致通車效率下降。

綜上所述，提高ETC車道交易成功率、減少車道交易時間、減少特情產(chǎn)生率可以大幅度提升收費站通行能力，而在目前的ETC體系架構(gòu)下，在收費車道上的優(yōu)化效果不大。因此，可以將主要交易場所由原來的收費車道提前到匝道，采用匝道預交易技術(shù)，以空間換時間，再輔以特情誘導，提前分流特情車輛，保證ETC車道可直接驗證放行。

2匝道預交易系統(tǒng)設計

2.1設計思路

匝道預交易系統(tǒng)采用“匝道預收費+智能誘導+出口驗證”模式。其整體設計思路為：在收費廣場前匝道處部署預交易門架，將ETC車輛交易提前到門架處進行，相當于預設一條自由流通行的ETC交易車道。對經(jīng)過預交易門架的ETC車輛進行提前交易，收費廣場的ETC和MTC車道只需要進行交易車輛名單核對或者補充交易，即可快速完成車輛收費。以距離換速度、以冗余交易換成功率，顯著提升收費效率，保障收費站暢通無阻。

2.2整體設計

在收費站匝道部署ETC預交易門架系統(tǒng)，并與收費站車道系統(tǒng)聯(lián)動，當ETC車輛經(jīng)過匝道時通過ETC門架進行預交易和識別異常車輛，并采用誘導屏實時顯示交易狀態(tài)、進行精準車道誘導，實現(xiàn)ETC車輛快速通行和特情車輛快速處理。如下頁圖1所示。

主要流程包括：

（1）收費站前匝道設置預交易門架，對自由流通行的ETC車輛進行通行費扣費，并將實時車輛信息、交易數(shù)據(jù)上傳。

（2）預交易門架上部署車牌識別系統(tǒng)，對經(jīng)過車輛進行車牌識別，與ETC交易數(shù)據(jù)進行融合。

（3）預交易系統(tǒng)根據(jù)車輛交易狀態(tài)，在路邊誘導屏上把交易失敗的車輛車牌號碼、異常情況進行顯示，引導特情車輛行駛至人工車道處理。

（4）收費站ETC車道采用前后雙天線部署方式，前置天線可采用島頭聯(lián)排門架部署，搭配車牌識別，提前識別進入車道車輛，驗證后正式確認過車流水，并通知車道抬桿放行。

（5）收費車道驗證不通過車輛，繼續(xù)進行ETC交易或者人工處理放行。

2.3系統(tǒng)組成及功能設計

匝道預交易系統(tǒng)主要由預交易門架、誘導系統(tǒng)、預交易平臺以及原收費系統(tǒng)升級組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

預交易門架上安裝預交易門架RSU以及牌識系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可通過路側(cè)機箱內(nèi)交換機進行匯聚后經(jīng)光纖傳輸至收費廣場內(nèi)以太網(wǎng)交換機。預交易平臺負責接收預交易門架ETC交易數(shù)據(jù)以及牌識數(shù)據(jù)，并對交易數(shù)據(jù)和牌識數(shù)據(jù)進行融合、處理和存儲。針對交易異常車輛，預交易平臺把相關(guān)誘導信息下發(fā)到誘導系統(tǒng)，提示異常車輛進入混合車道處理。

現(xiàn)有車道系統(tǒng)識別進入車道的車牌信息，并在預交易平臺數(shù)據(jù)庫進行查詢，根據(jù)查詢結(jié)果放行車輛或啟動車道內(nèi)收費流程。系統(tǒng)主要功能設計如下：

2.3.1ETC匝道預交易

實現(xiàn)對ETC車輛的自動識別與預收費交易，車輛自由流通行，無須刻意減速，若車輛未能完成交易，則由廣場ETC/MTC車道對其進行處理。

2.3.2車輛智能誘導

通過信息發(fā)布，將預交易的結(jié)果顯示在誘導屏上，將預交易成功的車輛引導入ETC車道快速通行，預交易未成功的車輛則被引導入人工車道處理。

同時，如果進入車道的車輛發(fā)生特情，車道島頭情報板發(fā)布特情提示，提示后續(xù)車輛免入。

2.3.3車道快速通行

車道可采用雙天線部署，前置天線和車牌識別相機部署在島頭門架，可按照實際需要進行配置。已完成預交易的車輛驗證MAC ID和車牌后放行，無須操作卡片，校驗成功后快速抬桿放行，校驗不成功的車輛繼續(xù)啟動扣費流程或者進行人工處理。

2.4整體布局設計

2.4.1匝道預交易門架布局設計

匝道預交易門架按照“N+1”模式部署，每個車道部署一臺門架RSU，同時，按照車道數(shù)量部署對應的900萬像素的高清車牌識別攝像機。路側(cè)部署機箱，用于放置控制器、交換機、供配電單元等設備，如圖3所示。

2.4.2誘導系統(tǒng)設計

車輛誘導系統(tǒng)主要依托路側(cè)情報板對交易異常車輛進行異常提示，提醒異常車輛駛?cè)雽狹TC車道處理，避免其進入ETC車道產(chǎn)生特情。誘導系統(tǒng)根據(jù)匝道實際情況采用一級/二級誘導，使用路側(cè)F桿懸臂LED情報板或者門架式情報板。

2.4.3車道布局設計

收費車道采用前后雙天線部署方式，島頭部署聯(lián)排門架，在門架上安裝RSU、車牌識別設備，對即將進入ETC車道的車輛進行提前識別和驗證，驗證成功后將其快速放行，達到車輛不減速通過的目的。如圖4所示。

2.5業(yè)務流程設計（圖5）

（1）匝道預交易后生成預交易流水，同時通過高清攝像機抓拍生成牌識流水。

（2）流水上傳到預交易平臺。

（3）預交易平臺融合交易、牌識流水，并根據(jù)交易結(jié)果下發(fā)誘導信息。

（4）誘導系統(tǒng)把交易異常車輛車牌信息、異常狀態(tài)發(fā)布到LED情報板，提示對應車輛進入人工車道。

（5）車輛行駛到車道，RSU獲取車輛信息，并向預交易平臺驗證是否已經(jīng)進行匝道交易。

（6）交易成功情況下，顯示交易信息，生成過車流水并放行。

（7）校驗失敗情況下，車道重新按照普通車進行正常交易流程。

（8）正常交易完成后，抬桿放行。

（9）交易失敗車輛，車道報警提示，同時島頭車道情報板顯示前車異常，提示后車繞行。

3系統(tǒng)性能要求

通過匝道預交易系統(tǒng)，可提升整個收費廣場的通車速度與通車效率，整個系統(tǒng)性能指標如表1所示。

4結(jié)語

匝道預交易系統(tǒng)應用對于提升當前ETC收費系統(tǒng)通行能力有著極大的作用，同時匝道預交易系統(tǒng)屬于準自由流通行系統(tǒng)，可為以后全自由流應用進行提前驗證?；诖耍矠樵训雷杂闪鞫唐诩伴L期未來應用做如下展望：

（1）出口CPC在線計費。目前匝道預交易系統(tǒng)主要針對ETC用戶，后續(xù)可對CPC用戶進行匝道提前識別，并采用在線計費模式提前擬合路徑并計費。當車輛行駛到車道時，可直接采用已有計費結(jié)果，減少兜底費率使用，提升計費準確性。

（2）入口匝道自由流。當出口匝道自由流已經(jīng)達到一定的驗證應用效果，后續(xù)可針對ETC車輛進行入口匝道自由流通行場景驗證，提前對ETC車輛在自由流狀態(tài)下寫進入口信息，使其經(jīng)專用車道快速通行。

（3）出口無桿自由流。當完善防逃體系以及車輛誠信體系建立后，出口也可采用無桿自由流方式，通過專用車道對ETC車輛進行無欄桿方式通行。

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基金項目：廣西重點研發(fā)計劃項目“智慧高速車路一體技術(shù)研究與示范項目”（編號：桂科AB21196008 ）

作者簡介：潘洪強（1986—），工程師，主要從事高速公路運營管理及智能化建設工作。