襄荊高速智慧收費(fèi)站的建設(shè)與探索

摘要 智慧收費(fèi)站建設(shè)是指在收費(fèi)站現(xiàn)有用地范圍內(nèi)對(duì)機(jī)電設(shè)備設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，以提高車輛通行能力和效率，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)站少人化運(yùn)營。文章首先通過對(duì)2入3出大車流量收費(fèi)站進(jìn)行現(xiàn)狀分析，采用窄化擴(kuò)道的設(shè)計(jì)思路，加寬車道寬度，提升大貨車的通行能力；然后應(yīng)用行業(yè)成熟的自助通行設(shè)備，提高機(jī)電設(shè)備的集約化、智能化程度，實(shí)現(xiàn)“1人2道”或“1人N道”的特情干預(yù)模式；最后結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢，探索其他智能化設(shè)備在該路段應(yīng)用的適配性。

關(guān)鍵詞 智慧收費(fèi)站；自助；智能化

中圖分類號(hào) U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）24-0040-03

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，高速公路運(yùn)營管理者對(duì)進(jìn)一步提升收費(fèi)站通行效率，提高公眾出行滿意度和便捷度，降低收費(fèi)站日常運(yùn)營成本及收費(fèi)人員工作強(qiáng)度有了更現(xiàn)實(shí)的需要。借鑒行業(yè)成熟技術(shù)，積極推動(dòng)智慧收費(fèi)站建設(shè)勢在必行[1]。

自2019年全國實(shí)施入口治超政策以來，入口貨車須行駛?cè)斯せ旌宪嚨郎险荆啾瓤蛙囃ㄐ行视兴档?，而襄荊路段入口貨車流量大、跨地域物流貨車多的特點(diǎn)，對(duì)收費(fèi)站入口的疏通保暢提出了更高要求。特別是2入3出大車流量收費(fèi)站，在車道數(shù)量有限及寬度不夠的情況下，有必要進(jìn)行升級(jí)改造，提升其通行效率和智能化水平，同時(shí)為下一步智慧收費(fèi)站建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)。

1 現(xiàn)場分析及改造方案

自207國道團(tuán)林收費(fèi)站營運(yùn)以來，五里收費(fèi)站車流量由原先的日均1 200輛左右激增至3 600輛左右，部分周末或重大節(jié)假日高峰期更可達(dá)到6 000輛以上，其中貨車占比約為75%，大型貨車（貨5、貨6）占比達(dá)80%。

五里收費(fèi)站車道分布從入口方向從右到左依次為入口1號(hào)道（ETC/MTC超寬混合車道）、入口2號(hào)道（ETC專道）、出口3號(hào)道（ETC專道）、出口4號(hào)道（ETC/MTC混合車道）、出口5號(hào)道（ETC/MTC超寬混合車道），收費(fèi)島寬度為2.2 m，普通車道寬度為3.2 m，超寬車道寬度為4.5 m。

目前的入口通行能力為每次1輛貨車和1輛ETC客車，出口現(xiàn)有通行能力為每次1輛大型貨車和2輛小型貨車或客車，在現(xiàn)有條件下無法及時(shí)疏通廣場滯留車輛，導(dǎo)致入口貨車排隊(duì)擁堵。針對(duì)上述情況，采取以下設(shè)計(jì)方案：

1.1 窄島化

為避免新增收費(fèi)車道造成的征遷費(fèi)用高、施工周期長、工程造價(jià)高等問題，采取收費(fèi)島窄化擴(kuò)道的設(shè)計(jì)思路。首先利舊1、4號(hào)安全島，延長費(fèi)亭基礎(chǔ)，將2、3號(hào)島的寬度由2.2 m縮減為1.2 m，保持首尾長度不變；其次重做2號(hào)島，將2號(hào)道寬度由3.2 m擴(kuò)寬至4.2 m；最后對(duì)3號(hào)島左右各縮減0.5 m，將3、4號(hào)道的寬度由3.2 m擴(kuò)至3.7 m。改造完成后，5個(gè)車道均能通行大型貨車。

1.2 潮汐車道+入口冗余秤臺(tái)

潮汐車道一般適用于單向少于3車道的收費(fèi)站，以緩解入/出口廣場高峰期擁堵。而五里收費(fèi)站呈現(xiàn)入口車流量大于出口、貨車流量大于客車的特點(diǎn)，需在2號(hào)道前側(cè)新裝稱重平臺(tái)，在3號(hào)道尾部新增ETC潮汐車道，當(dāng)入口貨車流量增加時(shí)，可將入口1、2號(hào)道作為貨車專用通道，ETC客車從入口3號(hào)道通行。

1.3 設(shè)備集成化

原車道設(shè)備種類繁多且位置分散，設(shè)備品牌較多，比如自動(dòng)欄桿機(jī)選用蘇州德亞，費(fèi)額顯示器選用南京金曉，霧燈選用天津協(xié)力等，設(shè)備布線管道多，與車道工控機(jī)的接線點(diǎn)多，導(dǎo)致線井雜亂無章，出現(xiàn)故障不易排查。而采用同一品牌的高集成化設(shè)備，可有效解決后期維護(hù)效率低、維護(hù)成本高等問題，也可提升安全島的整潔度和收費(fèi)站形象，減輕站內(nèi)機(jī)電巡檢工作量。

1.4 自助通行+車道遠(yuǎn)程控制

入口特情車輛約占入口總車流量的60%，主要包括復(fù)核貨3以上軸限、軸重、減免車、黑名單、專項(xiàng)作業(yè)車；出口特情車輛約占出口總車流量的50%，主要有綠通車查驗(yàn)、減免車、車牌不符、車型不一致等；其余車輛通行可通過部署自助發(fā)卡機(jī)/自助繳費(fèi)機(jī)實(shí)現(xiàn)無人值守。另外，在1號(hào)嵌入式自助發(fā)卡車道安裝6對(duì)HDMI光端機(jī)和1對(duì)8+1KVM控制器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)2至5號(hào)道（含ETC專道、潮汐）的遠(yuǎn)程操控。在大夜班無特情時(shí)，只需安排1名收費(fèi)人員值守1號(hào)亭，核對(duì)入口治超信息，同時(shí)兼顧處理其他自助車道的特情，可實(shí)現(xiàn)“1人2道”或“1人N道”的特情干預(yù)模式，不僅可減輕現(xiàn)場收費(fèi)人員來回穿梭車道帶來的工作強(qiáng)度與安全隱患，還可減少人員投入。

1.5 照明節(jié)能化

針對(duì)收費(fèi)站夜間車流量少的情況，在車道頂棚前后安裝智能感應(yīng)燈具，感應(yīng)距離7～12 m，它通過平面天線發(fā)射電磁波，當(dāng)車輛進(jìn)入電磁波環(huán)境時(shí)，波形反射折回，燈會(huì)自動(dòng)開啟，離開后默認(rèn)60 s自動(dòng)關(guān)閉。同時(shí)，它可以配合車道常開頂棚燈，在夜間為車輛提供足夠照明，此舉可降低全年照明能耗。

1.6 應(yīng)急處置系統(tǒng)

當(dāng)廣場存在滯留車輛時(shí)，收費(fèi)員在收費(fèi)廣場使用移動(dòng)手持式收費(fèi)設(shè)備提前進(jìn)行預(yù)發(fā)卡/交易，該設(shè)備在入口支持ETC客貨車過車處理，也支持對(duì)無法通行ETC車道或混合車道的客貨車輛發(fā)放CPC卡，貨車實(shí)現(xiàn)入口治超；出口實(shí)現(xiàn)OBU、CPC客車及普通貨車的收費(fèi)功能，同時(shí)提供特情收費(fèi)功能，支持無卡、ETC卡交易失敗，OBU讀取失敗或卡黑名單處理，支持OBU、現(xiàn)金、ETC刷卡及移動(dòng)支付等多種支付方式，手持機(jī)交易后與車道無縫銜接進(jìn)行聯(lián)動(dòng)抬桿放行車輛，且不影響車道收費(fèi)系統(tǒng)正常處理過車交易。

2 智能化設(shè)備應(yīng)用及改造效果

2.1 混合車道一體化欄桿機(jī)

該設(shè)備將黃閃報(bào)警燈、費(fèi)額顯示器（含通行燈）、高清車道攝像、車牌識(shí)別儀、液晶信息發(fā)布屏、雷達(dá)車檢線圈等多種產(chǎn)品融合到高速欄桿機(jī)上，改造后的收費(fèi)島將變得簡潔美觀，在簡化設(shè)備安裝的同時(shí)，也簡化了系統(tǒng)管線的布放。

2.2 多業(yè)務(wù)光端機(jī)

在替換原車道收費(fèi)匯聚交換機(jī)和辦公匯聚交換機(jī)時(shí)，在各車道分別放置一臺(tái)多業(yè)務(wù)光端分機(jī)（含8個(gè)網(wǎng)口），各網(wǎng)口之間物理隔離，使用其中2個(gè)網(wǎng)口分別連接POS機(jī)和收費(fèi)工控機(jī)，通過一根光纖連接至通信機(jī)房內(nèi)的一臺(tái)多業(yè)務(wù)光端主機(jī)，該主機(jī)卡槽安裝的6張數(shù)據(jù)板卡（含8個(gè)網(wǎng)口）分別對(duì)應(yīng)6個(gè)車道。將車道POS機(jī)和收費(fèi)工控機(jī)對(duì)應(yīng)網(wǎng)口分別連接至辦公網(wǎng)、收費(fèi)網(wǎng)，所有卡槽均支持熱插拔，當(dāng)其中某個(gè)板卡出現(xiàn)故障時(shí)無須斷電即可替換，具備可靠的維護(hù)性。相比改造前2對(duì)2的傳輸模式，改造后的各車道均可獨(dú)立傳輸所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)至機(jī)房匯聚交換機(jī)，形成6對(duì)6的傳輸模式，提高了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.3 可變折疊屏

6個(gè)車道（含入口3號(hào)道潮汐車道）全部替換原出、入口正向雨棚信號(hào)燈，每套屏由上豎屏與折面屏（尺寸均為480 mm高×2 240 mm寬）組成，上豎屏與水平面垂直，折面屏向后翻折角度0°～30°可調(diào)。上豎屏顯示通行車種、車型，例如客/貨車道、七座客車車道、綠通/超寬車道等，折面屏顯示ETC車道、混合車道或自助車道等，收費(fèi)站可根據(jù)現(xiàn)場通行情況自定義設(shè)置供司乘人員選擇。當(dāng)車道維修時(shí)，燈珠變?yōu)榧t色的“車道關(guān)閉”，引導(dǎo)司乘人員在廣場快速選擇車道通行。此舉可有效降低廣場發(fā)生堵塞的時(shí)間。

2.4 開道一體化欄桿機(jī)

將開道一體化欄桿機(jī)安裝在原車道島頭的“霧燈”位置，替換霧燈及手動(dòng)欄桿，由黃閃報(bào)警燈、霧燈、電動(dòng)欄桿、信息發(fā)布屏等部分組成。日常關(guān)道只需使用按鈕開關(guān)，簡單快捷，節(jié)省了收費(fèi)員手動(dòng)關(guān)道時(shí)間約15 s。

2.5 車型智能識(shí)別

在安全島頭安裝車型識(shí)別設(shè)備，可在無人值守下采集直行駛?cè)胲囕v的正面、側(cè)面及車尾圖片，通過內(nèi)置AI算法準(zhǔn)確識(shí)別車輛特征，生成車種、車型、軸數(shù)軸型等。經(jīng)現(xiàn)場測試，車型識(shí)別準(zhǔn)確率高達(dá)99%以上，可大幅降低車型不一致、車牌識(shí)別不符等特情車輛的發(fā)生概率，減少人工干預(yù)時(shí)間，提高1人N車道的值守效率。

2.6 亭外式自助發(fā)卡/繳費(fèi)設(shè)備

取消原2、3號(hào)道雙向亭，在2、4號(hào)道分別安裝亭外式自助發(fā)卡和繳費(fèi)機(jī)（投卡式），并在2號(hào)道新增入口治超秤臺(tái)。自助發(fā)卡機(jī)上下各1個(gè)CPC發(fā)卡工位，方便客貨司機(jī)便捷取卡，同時(shí)支持ETC車輛感應(yīng)通行。現(xiàn)場配有收費(fèi)鍵盤和人工操作顯示屏，收費(fèi)班長只需對(duì)4型及以上貨車確認(rèn)軸型、重量后放行，其余客貨無論哪種通行介質(zhì)都可直接上站。入口車道通行能力由1輛貨車/次提升為2輛貨車/次，效率翻倍。

4號(hào)道自助繳費(fèi)機(jī)同樣配置上下兩個(gè)工位，同時(shí)配備遠(yuǎn)距離二維碼掃碼槍、ETC儲(chǔ)值卡專用刷卡區(qū)和求助按鈕。支持“B掃C”方式，即司機(jī)出示付款碼，由掃碼槍掃碼后完成支付。掃碼方式支持微信、支付寶等多種支付手段。在無特情發(fā)生時(shí)，持CPC卡或ETC卡的司機(jī)可直接在設(shè)備上完成付款，無需人工干預(yù)。出口車道大型貨車通行能力由1輛/次提升為2輛/次。

2.7 嵌入式自助發(fā)卡/繳費(fèi)設(shè)備

利用舊1、4號(hào)安全島，在1、5號(hào)收費(fèi)亭分別安裝嵌入式自助發(fā)卡和自助繳費(fèi)機(jī)，與原混合車道收費(fèi)系統(tǒng)搭配使用?，F(xiàn)場只需安排1名收費(fèi)人員值守1號(hào)道，將5號(hào)人工混合車道切換為自助車道；另外1名收費(fèi)人員負(fù)責(zé)外場設(shè)備的處理，同時(shí)配合綠通進(jìn)行查驗(yàn)，可減少班組成員1名。

2.8 ETC專道一體機(jī)

取消原雙向ETC車道系統(tǒng)，在3號(hào)道安全島兩側(cè)各安裝一臺(tái)ETC專道智慧一體機(jī)。該設(shè)備采用“模塊化拼裝設(shè)計(jì)”，包含費(fèi)額顯示器、車道攝像機(jī)、車牌識(shí)別儀、IP可視對(duì)講、廣告信息發(fā)布屏、高速欄桿機(jī)、雷達(dá)車檢線圈、工業(yè)空調(diào)、車道控制器、天線控制器等，不占用安全島寬度。相比傳統(tǒng)ETC車道，可有效提升大貨車通行ETC車道的能力，同時(shí)降低了購置多種機(jī)電設(shè)備的采購成本。

2.9 車道跑馬燈

在收費(fèi)島邊緣內(nèi)嵌與車道欄桿機(jī)聯(lián)動(dòng)的LED跑馬燈，設(shè)置晚上19時(shí)定時(shí)開啟。當(dāng)交易確認(rèn)、欄桿抬起后，跑馬燈由紅色變?yōu)榫G色流水燈，為司乘人員提供醒目提示，提升其智慧出行體驗(yàn)感。

2.10 智能燈光系統(tǒng)

在每個(gè)車道頂棚前后應(yīng)用一盞智能感應(yīng)燈具，設(shè)置18：00—6：00開啟，夜間通過平面天線發(fā)射電磁波，當(dāng)有人或車輛進(jìn)入電磁波環(huán)境時(shí)，波形反射折回，燈會(huì)自動(dòng)開啟，離開后則自動(dòng)關(guān)閉。它不僅能夠配合車道頂棚燈，在夜間提供足夠照明，還能夠節(jié)約頂棚燈的開啟數(shù)量，按5個(gè)收費(fèi)車道每個(gè)3盞100 W頂棚燈進(jìn)行測算，前后更換2盞100 W智能照明燈具后，預(yù)計(jì)每年降低能耗2 000 kW·h。

2.11 移動(dòng)手持終端

針對(duì)入口車流量激增，班長持該設(shè)備對(duì)入口廣場車輛進(jìn)行預(yù)發(fā)卡，可將入口放行速度提升至每次2輛貨車和2輛ETC客車。

3 下一步探索

基于目前智慧收費(fèi)站的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，以及收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備分布和房建面積情況，后續(xù)對(duì)其他傳統(tǒng)收費(fèi)站進(jìn)行智能化改造時(shí)應(yīng)結(jié)合行業(yè)主流發(fā)展趨勢和國內(nèi)智慧收費(fèi)站的建設(shè)現(xiàn)狀，對(duì)此次改造內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化并參考以下技術(shù)路線，進(jìn)一步提升收費(fèi)站的通行效能和服務(wù)水平。

3.1 匝道預(yù)交易系統(tǒng)

適用于出口ETC車道擁堵時(shí)長大于15 min/次，每天累計(jì)超過2 h，且不具備增加土建車道解決擁堵的收費(fèi)廣場。在收費(fèi)站下匝道匯流鼻處，安裝預(yù)交易門架+信息誘導(dǎo)屏，信息誘導(dǎo)屏提示ETC車輛的預(yù)交易狀態(tài)；對(duì)正常ETC車輛提前扣費(fèi)，在ETC出口專用車道直接抬桿放行，據(jù)了解平均交易時(shí)間可由原來的250 ms降至30 ms；

對(duì)于特情車輛，通過信息誘導(dǎo)屏和OBU蜂鳴的方式，將其引導(dǎo)至指定混合車道進(jìn)行人工處理，可對(duì)車輛進(jìn)行有效分流，避免交易異常時(shí)車輛駛?cè)隕TC車道造成的擁堵[2]。

3.2 特情自助處理系統(tǒng)

針對(duì)部分ETC車輛在預(yù)交易失敗后仍會(huì)駛?cè)隕TC車道的情況，在ETC車道左側(cè)安裝特情處置終端。特情終端帶有的刷卡、掃碼支付、語音播報(bào)、信息顯示等功能，可以提示司機(jī)使用終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)大部分特情的自助處理。司乘人員也可通過設(shè)備的“求助”按鍵呼叫，站所運(yùn)營工作人員通過視頻語音設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)、遠(yuǎn)程操控，減少司乘人員在收費(fèi)處的滯留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)現(xiàn)場少人化管理[3]。

3.3 云收費(fèi)

目前，省內(nèi)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)架構(gòu)采用“省聯(lián)網(wǎng)中心—路段分中心—收費(fèi)站”三級(jí)管理模式，即收費(fèi)車道產(chǎn)生通行數(shù)據(jù)，先上傳至收費(fèi)服務(wù)器保存，再上傳至省中心；黑名單及程序版本號(hào)下發(fā)順序反之?；谖謇锸召M(fèi)站已應(yīng)用的移動(dòng)手持收費(fèi)終端系統(tǒng)架構(gòu)，后續(xù)宜采用“終端+后臺(tái)”的模式，通過虛擬化技術(shù)對(duì)算力、內(nèi)存、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)等資源統(tǒng)一管理，將所有車道收費(fèi)系統(tǒng)、站級(jí)數(shù)據(jù)庫部署在省聯(lián)網(wǎng)中心[4]。車道終端以WEB方式登錄收費(fèi)系統(tǒng)軟件，不再存儲(chǔ)交易流水，徹底解決車道流水上傳不及時(shí)、車道黑名單離線同步不及時(shí)等問題。如遇收費(fèi)設(shè)備損壞，仍可配合移動(dòng)終端完成收費(fèi)業(yè)務(wù)。

3.4 數(shù)字孿生系統(tǒng)

數(shù)字孿生系統(tǒng)主要包括毫米波雷達(dá)、廣場攝像頭、高精度GIS數(shù)據(jù)庫、AR仿真引擎等，其通過采集收費(fèi)廣場動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)，在后臺(tái)融合處理建模，將收費(fèi)廣場設(shè)備設(shè)施和車輛轉(zhuǎn)化為可展現(xiàn)的三維虛擬目標(biāo)。結(jié)合門架預(yù)交易、收費(fèi)車道數(shù)據(jù)等，將CPC/ETC車輛交易情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的可視化展示，搭建現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界并行處理的“數(shù)字孿生”體系[4]，從而對(duì)CPC車輛、預(yù)交易成功/失敗的ETC車輛、?；奋囕v、特情車輛等進(jìn)行標(biāo)識(shí)和跟蹤，實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警，提升特情預(yù)判、預(yù)警和預(yù)處置能力。

4 結(jié)束語

該文依托五里收費(fèi)站機(jī)電智能化改造的設(shè)計(jì)方案、設(shè)備應(yīng)用和實(shí)施效果，詳細(xì)介紹了收費(fèi)站自助通行技術(shù)，為類似2入3出收費(fèi)站的智能化改造提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其次分析比選了適合傳統(tǒng)收費(fèi)站智能化改造的主流技術(shù)路線，主要得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)車道數(shù)量有限、貨車流量較大的收費(fèi)站進(jìn)行智能化改造，可大幅提升大貨車通行效率和收費(fèi)站整體服務(wù)形象，提高收費(fèi)站疏通保暢能力，降低人員投入。

（2）在對(duì)五車道以上收費(fèi)站進(jìn)行智能化改造時(shí)，應(yīng)考慮車道分布、設(shè)備利舊等情況，并對(duì)出、入口車流量，各車道通行車流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇合適車道部署自助通行設(shè)備，提高投資效益。

（3）匝道預(yù)交易系統(tǒng)和特情自助處理系統(tǒng)適用于主要通行客車的大車流量、多車道收費(fèi)站，比如臨近高鐵、機(jī)場等。

參考文獻(xiàn)

[1]劉睿健.高速公路收費(fèi)站智慧化提升之路[J].中國交通信息化， 2023（10）：22-30.

[2]鐘達(dá).高速公路智慧收費(fèi)站建設(shè)及未來發(fā)展路徑思考[J].中國交通信息化， 2024（S1）：312-314.

[3]李明，聞峰，李志昌.高速公路收費(fèi)站智慧化運(yùn)營新模式探[J].中國交通信息化， 2023（S1）：138-141.

[4]江威.高速公路智慧收費(fèi)站建設(shè)淺析[J].中國交通信息化， 2024（1）：75-78.