基于智能交通的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

高藝瑋

摘要：智能交通系統(tǒng)的核心目的在于緩解交通擁堵，并優(yōu)化高速公路的通行效率?；趯?duì)智能交通特性的深入剖析，詳細(xì)探討了高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的多個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，涵蓋多車道收費(fèi)、基于重量的費(fèi)用計(jì)算、通行費(fèi)用的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)、第三方支付數(shù)據(jù)的整合以及IC卡的發(fā)放等關(guān)鍵領(lǐng)域。旨在為智能交通的出行效率提升提供實(shí)踐指導(dǎo)與理論支持，并為未來的相關(guān)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智慧交通；高速公路；收費(fèi)系統(tǒng)；ITS

一、前言

高速公路作為國(guó)家交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其運(yùn)行效率直接關(guān)系到城市間的連接和生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)牧鲿承浴鹘y(tǒng)的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)往往受到多種外部因素的干擾，這不僅影響了收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，還可能導(dǎo)致高峰時(shí)段的交通擁堵，給人們的出行帶來不便。隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，政府部門對(duì)高速公路建設(shè)的關(guān)注度日益提高，并出臺(tái)了一系列政策以推動(dòng)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)。旨在通過引入先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)自動(dòng)化、智能化的收費(fèi)系統(tǒng)，從而提升收費(fèi)效率，滿足公眾的出行和繳費(fèi)需求，有效解決交通擁堵問題。

二、智能交通內(nèi)涵

（一）智能交通概述

近年來，我國(guó)高速公路事業(yè)蓬勃發(fā)展，相關(guān)部門已相繼推動(dòng)路基工程、路面工程、橋梁工程等各項(xiàng)工程的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，顯著提升了高速公路的品質(zhì)形象。特別是在信息化時(shí)代背景下，我國(guó)政府部門響應(yīng)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，推出了一系列激勵(lì)政策，推動(dòng)高速公路逐步向智慧化方向邁進(jìn)。智慧高速的發(fā)展尤其依賴于機(jī)電設(shè)備的高效運(yùn)行，這對(duì)高速公路收費(fèi)工程提出了更高的要求。收費(fèi)系統(tǒng)逐漸從幕后走向前臺(tái)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著越來越重要的角色。智能交通是將智能化車輛與道路管理技術(shù)完美融合，通過尖端技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)道路、車輛和人員的科學(xué)管理，旨在降低高速公路安全事故的發(fā)生率，確保路段的暢通無阻，有效緩解城市交通擁堵現(xiàn)象。例如，我國(guó)在2020年成功引入了ITS系統(tǒng)，并在某高速施工區(qū)域進(jìn)行了應(yīng)用。在短短一年內(nèi)，該區(qū)域的交通事故發(fā)生率顯著降低。

（二）智能交通特征

隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，智能交通系統(tǒng)（ITS）在世界各國(guó)得到廣泛推廣。日本在這方面的發(fā)展尤為成熟，而加拿大、澳大利亞等國(guó)家也在不斷提升對(duì)ITS的重視程度，并積極推動(dòng)其應(yīng)用[1]。盡管我國(guó)在智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用上起步較晚，但已在北京、上海、廣州等地區(qū)取得了顯著的成效。然而，從收費(fèi)系統(tǒng)的角度看，我國(guó)大部分城市仍然采用傳統(tǒng)的半自動(dòng)化收費(fèi)模式。盡管ETC全自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)已在部分車道得到應(yīng)用，但半自動(dòng)化收費(fèi)模式仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，需要工作人員手動(dòng)判斷車型并計(jì)算通行費(fèi)。在信息化時(shí)代背景下，越來越多的駕駛員傾向于使用手機(jī)支付，而不再攜帶現(xiàn)金，這增加了收費(fèi)過程的復(fù)雜性。為了解決高速收費(fèi)站前的車流擁堵問題，管理部門正在積極探索新技術(shù)，如電子收費(fèi)系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化繳費(fèi)流程，從而提高通行效率。

三、高速公路系統(tǒng)的基本架構(gòu)

（一）監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路管理中扮演著重要角色，其主要負(fù)責(zé)對(duì)高速公路的交通流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過與地方交通部門緊密合作，該系統(tǒng)能夠有效輔助管理過往車輛的各類違章行為，如超載、違法掉頭、超速等，從而進(jìn)一步規(guī)范高速公路的日常行車安全。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)發(fā)現(xiàn)路況問題和交通事故，使工作人員能夠迅速做出處理，確保行車安全。特別是在事故多發(fā)路段，監(jiān)控系統(tǒng)的作用更為顯著[2]。該系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成。

1.信息采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過車輛檢測(cè)器、緊急電話和火災(zāi)報(bào)警器等設(shè)備，全面收集路面上的各類信息。

2.信息發(fā)布系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用車道信號(hào)燈、可變情報(bào)板和大屏幕投影儀等設(shè)備，及時(shí)向駕駛員傳遞重要信息。

3.計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)作為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的“大腦”，負(fù)責(zé)對(duì)收集到的所有信息進(jìn)行高效處理。

4.信息傳輸系統(tǒng)

包括程控交換、光纖線路和SDH光傳輸設(shè)備，確保信息能夠準(zhǔn)確、迅速地傳輸?shù)街付ㄎ恢谩?/p>

（二）收費(fèi)系統(tǒng)

高速公路的收費(fèi)系統(tǒng)類似于過路費(fèi)的概念，它記錄車輛上高速的時(shí)間、行駛的路程，并據(jù)此計(jì)算相應(yīng)的費(fèi)用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，高速收費(fèi)方式也在持續(xù)創(chuàng)新。例如，入口反超限檢測(cè)系統(tǒng)能夠在車輛上高速時(shí)檢測(cè)其是否超重，若超重則禁止其上高速。此外，還有MTC車道收費(fèi)系統(tǒng)和ETC車道收費(fèi)系統(tǒng)等多種收費(fèi)方式。這種收費(fèi)方式具有較強(qiáng)的便捷性，能有效防止高速公路堵車（如圖1所示）。

（三）通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)在高速公路管理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它負(fù)責(zé)控制收費(fèi)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)外的高效互聯(lián)互通。通信系統(tǒng)是提升交通運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是收費(fèi)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)不可或缺的一部分。通過應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)，高速公路收費(fèi)系統(tǒng)正逐步向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展，從而全面提高收費(fèi)辦公的執(zhí)行效率。監(jiān)控系統(tǒng)的工作人員通過安裝不同的設(shè)備、發(fā)布正確的管理方案以及引導(dǎo)高速公路正常運(yùn)行等方式，確保高速公路的暢通無阻。為了實(shí)時(shí)采集路況信息并提出應(yīng)對(duì)措施，相關(guān)工作人員還需將相關(guān)信息存入數(shù)據(jù)庫，以供相關(guān)管理部門充分利用這些豐富的數(shù)據(jù)資源（如圖2所示）。

四、高速公路收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)近年來取得了顯著的發(fā)展成果，智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用以及管理部門對(duì)收費(fèi)系統(tǒng)管理方法的不斷優(yōu)化，都極大地提升了高速公路的通行效率和服務(wù)質(zhì)量。例如，紅外夜視攝像機(jī)、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等先進(jìn)硬件設(shè)備以及高精度軟件系統(tǒng)的引入，使得收費(fèi)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平得到了全面提升。

然而，從國(guó)內(nèi)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用來看，仍存在一些亟待完善的問題。

第一，部分地區(qū)管理體系相對(duì)薄弱。高速公路收費(fèi)系統(tǒng)涉及的管理范圍廣泛，對(duì)管理人員的職業(yè)素養(yǎng)要求較高，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能的統(tǒng)一調(diào)度難度較大，這無形中增加了日常管理的難度系數(shù)。盡管科技發(fā)展迅速，但部分地區(qū)尚未形成統(tǒng)一的管理制度，缺乏規(guī)范的設(shè)備維修流程。一些管理部門對(duì)系統(tǒng)維護(hù)管理不夠重視，未能對(duì)相關(guān)資料和設(shè)備進(jìn)行科學(xué)分類，從而在管理工作中增加了任務(wù)內(nèi)容，降低了管理效能[3]。

第二，部分地區(qū)在高速公路收費(fèi)使用過程中，收費(fèi)系統(tǒng)的使用效果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)未能充分考慮項(xiàng)目的具體需求，導(dǎo)致項(xiàng)目管理與項(xiàng)目環(huán)境的變化脫節(jié)，降低了項(xiàng)目管理的效率，增加了成本。在使用系統(tǒng)過程中，若僅關(guān)注其性能而忽視主動(dòng)調(diào)整與優(yōu)化，則可能導(dǎo)致系統(tǒng)的反饋和調(diào)控功能存在問題。

五、高速公路收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）第三方支付數(shù)據(jù)接入

隨著我國(guó)科技的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已深刻影響人們的生活方式，支付方式的變革即為顯著例證。新興支付手段如微信、支付寶、手機(jī)銀行等，已對(duì)傳統(tǒng)現(xiàn)金交易方式產(chǎn)生顛覆性影響，極大地便利了人們的日常生活。在高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中，引入第三方支付數(shù)據(jù)勢(shì)在必行。例如，司機(jī)在通過收費(fèi)站時(shí)，常詢問能否使用聯(lián)網(wǎng)繳費(fèi)方式。目前，在我國(guó)多個(gè)區(qū)域，如大廣、京港澳、連霍等高速公路，已實(shí)施第三方支付體系的接入，滿足了駕駛者的日常出行需求，并提升了高速服務(wù)的便捷性。通過掃描司機(jī)手機(jī)上的支付二維碼進(jìn)行收費(fèi)，工作人員利用紅外線掃描裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扣費(fèi)，整個(gè)交易流程由司機(jī)自行操作完成。交易結(jié)束后，收費(fèi)站桿自動(dòng)升起，免去了工作人員與司機(jī)溝通、找零等繁瑣流程，進(jìn)一步提高了收費(fèi)效率。

（二）IC卡發(fā)放和管理

IC卡（如圖3所示）的發(fā)行與管理是現(xiàn)代高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中的重要組成部分。目前我國(guó)通行的IC卡種類趨于多樣化，其中最常見的包括：儲(chǔ)值卡，用戶可預(yù)先將電子金額存儲(chǔ)至卡內(nèi)，充值后即可正常使用；通行卡，在入口發(fā)放，作為車輛通過高速路段的重要憑證，出口交費(fèi)后回收，不單獨(dú)發(fā)放給個(gè)人；優(yōu)惠卡，針對(duì)特定高速公路路段，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可享受打折優(yōu)惠，由高速公路管理部門和銀行聯(lián)合發(fā)放；還有身份卡和鑰匙卡等。為確保交通流暢，通行卡的發(fā)放量需控制在24小時(shí)內(nèi)該路段車流量的1.5-2倍之間。根據(jù)車流量實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，優(yōu)化收費(fèi)系統(tǒng)并提升管理水平，以確保系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的合理性。

（三）重量分析計(jì)算扣費(fèi)

老式高速公路收費(fèi)系統(tǒng)在高峰時(shí)段常出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，嚴(yán)重影響人們出行。為優(yōu)化收費(fèi)系統(tǒng)，部分高速公路已采用電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)[4]。該系統(tǒng)通過車上安裝的身份識(shí)別裝置，自動(dòng)識(shí)別駕駛證和車輛信息，并從賬戶中自動(dòng)扣除過路費(fèi)。該系統(tǒng)還能與路邊設(shè)備、ETC車道設(shè)備關(guān)聯(lián)，通過計(jì)算車重判斷費(fèi)用并進(jìn)行自動(dòng)扣費(fèi)，有效節(jié)約時(shí)間成本并解決堵車問題。目前，國(guó)內(nèi)最常用的ETC系統(tǒng)采用電子稱重方式，在高速公路出口處收費(fèi)。只要車輛通過ETC專用通道，感應(yīng)設(shè)備即可自動(dòng)識(shí)別車輛的基本信息、行駛里程和實(shí)際載貨情況，實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)（如表1所示）。

（四）車道同步自由收費(fèi)

車道同步自動(dòng)收費(fèi)技術(shù)是高速公路上的高科技收費(fèi)方式。當(dāng)車輛安裝電子車牌后，每次經(jīng)過收費(fèi)站時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)并記錄車輛行駛狀態(tài)。這些信息將被傳輸?shù)绞召M(fèi)控制中心，工作人員根據(jù)行駛路徑計(jì)算費(fèi)用。車輛通過時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)扣費(fèi)并拍攝車輛照片上傳到信息處理系統(tǒng)中，從而提高通行效率并減少堵車現(xiàn)象。

（五）數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)通行費(fèi)用

隨著現(xiàn)代化城市建設(shè)的深入，高速公路交通流量逐年遞增。電子收費(fèi)系統(tǒng)作為創(chuàng)新技術(shù)，在許多地方得到應(yīng)用[5]。該系統(tǒng)由自動(dòng)車牌識(shí)別、車型自動(dòng)分類和遠(yuǎn)程通信等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)非停車式費(fèi)用收取。與早期人工收費(fèi)方式相比，該自動(dòng)化系統(tǒng)大幅提升通行效率并降低運(yùn)營(yíng)成本。在節(jié)假日期間，該系統(tǒng)有效緩解交通擁堵并提升用戶體驗(yàn)。在智慧交通理念指導(dǎo)下，可利用大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)交通流量和費(fèi)用以提升收費(fèi)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。目前預(yù)測(cè)模型多處于測(cè)試階段，但未來有望利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)進(jìn)一步提升預(yù)測(cè)的時(shí)效性和精度。

六、結(jié)語

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)不僅是提升道路通行效率的關(guān)鍵，更對(duì)保障行車安全發(fā)揮著舉足輕重的作用。相關(guān)部門必須深思熟慮如何巧妙運(yùn)用前沿技術(shù)來不斷完善和優(yōu)化收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文已對(duì)高速公路系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)和當(dāng)前運(yùn)行狀況進(jìn)行了詳盡的分析，同時(shí)，針對(duì)現(xiàn)存問題，提出了一系列切實(shí)可行的解決方案。信息技術(shù)的有效利用對(duì)于優(yōu)化收費(fèi)系統(tǒng)、防范潛在問題以及確保高效的收費(fèi)流程具有不可替代的作用。相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)給予信息技術(shù)足夠的重視，以確保整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)的順暢運(yùn)行，避免因系統(tǒng)問題而對(duì)整體效率產(chǎn)生不利影響。

參考文獻(xiàn)

[1]高潮，楊劍凌，李陽.基于機(jī)動(dòng)車電子標(biāo)識(shí)的高速公路自由流收費(fèi)系統(tǒng)研究[J].科技風(fēng)，2022（25）：7-10.

[2]高原，王宇，閆爍，等.出高速公路ETC自由流收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)體系分析[J].通訊世界，2022，29（05）：193-195.

[3]李廣平，劉國(guó)強(qiáng)，瞿國(guó)權(quán)，等.城市高等級(jí)公路項(xiàng)目管理體制、收費(fèi)和治超系統(tǒng)方案研究[J].公路，2022，67（11）：40-43.

[4]楊海燕.簡(jiǎn)析高速公路ETC電子收費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)以及發(fā)展前景[J].商情，2022（32）：107-109.

[5]王紹臣，蘇家豪.基于在高速公路收費(fèi)站供配電系統(tǒng)中雙機(jī)備份UPS的應(yīng)用分析[J].低碳世界，2021，11（07）：186-187.

責(zé)任編輯：張津平