高速公路 ETC 特情處理終端系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

作者簡介：

盧國華（1986—），工程師，主要從事交通機(jī)電工程施工、運營管理、設(shè)備的應(yīng)用維護(hù)保養(yǎng)工作。

摘要：隨著電子不停車收費系統(tǒng)（ETC）的廣泛運用，ETC特情處理成為保障高速公路通行效率和服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。文章提出高速公路ETC特情處理終端系統(tǒng)設(shè)計方案，以提高ETC特情處理效率和準(zhǔn)確性、降低運營成本，為高速公路智能化管理提供有力支持。同時，結(jié)合實際案例展示終端系統(tǒng)在解決特情問題中的出色表現(xiàn)，展望未來發(fā)展趨勢，為推動技術(shù)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；ETC；特情處理；終端設(shè)計

中圖分類號：U495文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 57 189 3

0 引言

隨著高速公路交通流量的增長以及ETC的廣泛應(yīng)用，確保收費系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行已成為關(guān)鍵所在。ETC特情處理終端對于解決收費異常情況極為重要，然而現(xiàn)有的特情處理存在響應(yīng)遲緩、準(zhǔn)確性欠佳、功能單一等問題，其性能與功能的優(yōu)化對于提升服務(wù)質(zhì)量和通行效率具有重大意義［1］。

針對上述問題，本文致力于研究并設(shè)計高效智能的ETC特情處理終端。將綜合運用通信技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)分析以及人工智能等多學(xué)科的理論方法，構(gòu)建全新的特情處理終端架構(gòu)；通過優(yōu)化硬件配置、改進(jìn)軟件算法、增強(qiáng)安全防護(hù)機(jī)制，達(dá)成特情的快速精準(zhǔn)處理、實時監(jiān)控預(yù)警以及智能化數(shù)據(jù)分析。

1 ETC特情處理終端系統(tǒng)方案

1.1 總體設(shè)計理念

ETC特情處理終端系統(tǒng)的總體設(shè)計理念圍繞著高效性、智能化、穩(wěn)定性與安全性展開。在高效性方面，充分考慮業(yè)務(wù)流程和操作習(xí)慣，設(shè)計簡潔明了、便捷高效的交互界面，讓操作人員能夠迅速上手，快速處理特情。智能化是關(guān)鍵要素，通過引入先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)特情的自動識別、分類和初步診斷，為精準(zhǔn)處理提供有力支持。在穩(wěn)定性上，采用可靠的硬件架構(gòu)和冗余機(jī)制，保障系統(tǒng)在長時間運行中不出現(xiàn)故障，即便遇到突發(fā)狀況也能迅速恢復(fù)。在安全性方面，運用嚴(yán)格的加密手段和訪問權(quán)限控制，確保特情數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和可用性，防止數(shù)據(jù)被非法獲取或篡改［2］。

同時，系統(tǒng)還具備良好的擴(kuò)展性，能夠與新的技術(shù)和設(shè)備無縫銜接，以適應(yīng)未來業(yè)務(wù)的發(fā)展變化。

1.2 整體設(shè)計

ETC特情處理終端是為高速公路ETC車道提供的一種補充交易手段，具體架構(gòu)如圖1所示。其能夠向司機(jī)提供自助刷卡、掃碼支付、一鍵求助和可視對講的功能。當(dāng)ETC車道上無法正常通過ETC交易時，司機(jī)進(jìn)行自助刷卡方式或掃描支付二維碼完成交費，順利通過收費站，也可為司機(jī)提供一鍵啟動可視對講功能，避免因ETC自動設(shè)備工作異常時等待人工處理帶來的不便。ETC特情處理終端安裝部署在ETC車道上，是一種ETC車道比較方便的補充交易手段。

1.3 硬件設(shè)計

ETC特情處理終端是一個集成度高且功能豐富的設(shè)備，主要由機(jī)箱、讀寫器、控制主機(jī)、顯示屏、掃碼支付模塊、可視對講、無線對講移動終端、通信系統(tǒng)和電源系統(tǒng)組成。如圖2所示。

由圖2的硬件設(shè)計圖可知，首先是機(jī)箱，其作為終端的外部保護(hù)結(jié)構(gòu)，具有出色的防護(hù)性能，能夠有效抵御外界環(huán)境帶來的干擾和損害。讀寫器也是關(guān)鍵部件之一，其能夠精準(zhǔn)地讀取和寫入ETC相關(guān)數(shù)據(jù)，從而保障信息交互的準(zhǔn)確性和及時性?？刂浦鳈C(jī)如同終端的“大腦”，負(fù)責(zé)對各項操作和數(shù)據(jù)處理進(jìn)行統(tǒng)籌安排與指揮，以確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定且高效地運行［3］。顯示屏的作用在于直觀地展示各種信息，例如特情處理的實時狀態(tài)、相關(guān)提示以及詳細(xì)的數(shù)據(jù)等。掃碼支付模塊的存在滿足了用戶多樣化的支付需求，為其提供了便捷的支付途徑?？梢晫χv功能實現(xiàn)了現(xiàn)場人員與后臺之間的實時可視化溝通，有助于及時有效地解決問題。無線對講移動終端賦予了工作人員更大的活動自由度，使其不受線纜的束縛，能夠在更廣泛的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行有效的溝通交流。通信系統(tǒng)為數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸提供了保障，確保信息能夠及時傳遞和共享。電源系統(tǒng)為整個終端持續(xù)、穩(wěn)定地供應(yīng)電力，使其在各種復(fù)雜的環(huán)境下都能可靠地運行。

1.4 軟件設(shè)計

本特情終端作為ETC車道的重要外設(shè)終端，在軟件設(shè)計方面展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢。

其軟件技術(shù)架構(gòu)采用了先進(jìn)的分層架構(gòu)模式，將系統(tǒng)清晰地劃分為多個功能模塊，如數(shù)據(jù)采集模塊、處理分析模塊、交互通信模塊等。這種分層架構(gòu)不僅使各個模塊的職責(zé)明確，而且極大地提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和擴(kuò)展性，便于后續(xù)的功能升級和優(yōu)化。

在軟件語言的選擇上，運用了高效且穩(wěn)定的編程語言，例如Java及C++。Java語言具有良好的跨平臺性和豐富的類庫，能夠確保軟件在不同操作系統(tǒng)上穩(wěn)定運行；C++則以其高效的性能在底層數(shù)據(jù)處理和算法實現(xiàn)方面發(fā)揮著重要作用。

數(shù)據(jù)庫方面，選用了MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。其能有效地存儲和管理大量的特情處理數(shù)據(jù)，通過合理設(shè)計數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)、建立索引等方式，實現(xiàn)了快速的數(shù)據(jù)存儲、檢索和更新操作。同時，為了應(yīng)對高并發(fā)的數(shù)據(jù)訪問，還采用了數(shù)據(jù)緩存和異步處理等技術(shù)手段，進(jìn)一步提升了數(shù)據(jù)庫的性能［4］。

此外，軟件具備完善的錯誤處理機(jī)制和詳細(xì)的日志記錄功能。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，能夠及時捕獲并進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時將錯誤信息和處理過程記錄到日志中，方便后續(xù)的問題排查和分析。特情終端系統(tǒng)的軟件工作流程通常如圖3、圖4所示。

特情終端支持靈活多樣的特情處置模式。當(dāng)特情發(fā)生時，既可以依據(jù)清晰明確的提示音進(jìn)行自助處理，也能夠由專業(yè)客服通過遠(yuǎn)程協(xié)助的方式進(jìn)行處理。ETC車輛駕駛員可借助自助設(shè)備自帶的雙工位麥克風(fēng)、高清攝像頭和清晰的液晶屏，與遠(yuǎn)程值守人員進(jìn)行流暢的可視對講。若出現(xiàn)無法繳費的情況，可按照簡潔易懂的提示音選擇刷卡支付或者便捷的手機(jī)掃碼支付，整個特情處置過程高效便捷又安全，最快僅需10 s即可完成。值得一提的是，ETC特情自助處置終端是通過AI對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和研究精心設(shè)計而成的，在行駛路徑和金額的選擇上，能夠憑借智能算法自動篩除不合常理的選項，從而有效避免多收費的狀況［5］。

2 ETC特情處理終端的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 智能識別技術(shù)

采用先進(jìn)的圖像識別和射頻識別技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛信息的快速且精準(zhǔn)識別，并涵蓋車牌號碼、車輛類型等重要內(nèi)容。這一技術(shù)優(yōu)勢使終端在高速公路收費站繁忙的交通環(huán)境中，展現(xiàn)出了高效處理車輛通行的卓越能力。

現(xiàn)以車輛識別和標(biāo)簽識別為例進(jìn)行詳細(xì)說明。在車輛識別方面，可采用基于深度學(xué)習(xí)的算法。對于這種算法的識別精度，可以通過以下公式進(jìn)行量化評估：R=A/T（其中，R表示識別精度，A表示準(zhǔn)確識別的特征數(shù)，T表示總特征數(shù)）。

當(dāng)A的數(shù)值越大，即準(zhǔn)確識別的特征數(shù)越多，而T的數(shù)值相對穩(wěn)定時，R的值就會越高，意味著識別精度也就越高。通過不斷優(yōu)化算法模型，增加訓(xùn)練數(shù)據(jù)量，以及提升硬件設(shè)備性能等手段，可以有效提高A的值，從而顯著提升車輛識別的精度和效率，確保在各種復(fù)雜的交通場景下都能準(zhǔn)確無誤地獲取車輛信息。

2.2 實時數(shù)據(jù)安全加密及傳輸技術(shù)

ETC特情處理終端系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是系統(tǒng)高效運行和準(zhǔn)確處理特情的核心。其基于先進(jìn)的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如4G/5G專用網(wǎng)絡(luò)，能在短時間內(nèi)傳輸大量數(shù)據(jù)。假設(shè)每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為D，傳輸時間為t，傳輸速率為v，則D=v×t。

采用循環(huán)冗余校驗（CRC）算法進(jìn)行校驗。假設(shè)原始數(shù)據(jù)為M，生成多項式為G（x），M左移r位得到M′，M′除以G（x）得到余數(shù)R（x），則計算后的待傳輸數(shù)據(jù)為M′+R（x）。在接收端，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相同的除法運算，如果余數(shù)為0，則認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸正確；否則，認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸錯誤，請求重傳［6］。

數(shù)據(jù)加密是保障ETC特情處理終端系統(tǒng)安全的核心手段之一。采用高強(qiáng)度的加密算法，如AES（高級加密標(biāo)準(zhǔn)）等，對傳輸和存儲的敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。這些敏感數(shù)據(jù)包括用戶的個人信息、車輛信息、交易記錄等。通過加密，即使數(shù)據(jù)在傳輸過程中被截獲或在存儲設(shè)備中被非法獲取，攻擊者也難以解讀其中的內(nèi)容。

在身份認(rèn)證方面，運用數(shù)字證書、動態(tài)口令等技術(shù)，確保只有合法的用戶和設(shè)備能夠訪問和操作ETC特情處理終端系統(tǒng)。數(shù)字證書為用戶和設(shè)備提供了唯一的身份標(biāo)識，經(jīng)過嚴(yán)格的認(rèn)證流程頒發(fā)和驗證，有效防止身份冒用。

數(shù)據(jù)加密采用高強(qiáng)度算法，如AES加密，密鑰長度越長安全性越高。同時具備數(shù)據(jù)壓縮功能，壓縮比為r，壓縮后數(shù)據(jù)量為原數(shù)據(jù)量的1/r，有效提高傳輸效率并降低網(wǎng)絡(luò)帶寬占用。此外，引入緩存機(jī)制，緩存容量為C，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷或延遲時暫存數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)不丟失?？傊摷夹g(shù)通過多種手段的綜合運用，保障了數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確、安全和穩(wěn)定傳輸，支撐著系統(tǒng)的高效運行。

2.3 智能分析與決策技術(shù)

利用大數(shù)據(jù)分析，假設(shè)每分鐘收集到的車輛通行數(shù)據(jù)量為N，一天的總數(shù)據(jù)量則約為1 440 N。通過數(shù)據(jù)挖掘算法，如關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，可發(fā)現(xiàn)不同特情之間的潛在關(guān)聯(lián)。以車輛故障特情為例，假設(shè)故障類型為F1、F2、F3等，其出現(xiàn)的概率分別為P（F1）、P（F2）、P（F3）等。

運用人工智能算法，如決策樹算法，以車輛特征、行駛狀態(tài)等作為輸入特征，特情類型作為輸出標(biāo)簽，構(gòu)建決策模型。對于新的車輛通行情況，能夠快速預(yù)測可能出現(xiàn)的特情，并根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則自動生成處理方案。

通過這些技術(shù)手段，能夠快速處理大量特情數(shù)據(jù)并進(jìn)行準(zhǔn)確分析，顯著提高收費站的運行效率和服務(wù)質(zhì)量，為ETC特情處理提供智能化的支持。

2.4 遠(yuǎn)程控制技術(shù)

遠(yuǎn)程控制技術(shù)在ETC特情處理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。穩(wěn)定且高效的網(wǎng)絡(luò)連接是基礎(chǔ)，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)帶寬為B，數(shù)據(jù)傳輸量為D，傳輸時間為T，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，B=W×log2（1+S/N）（其中W為信道帶寬，S為信號平均功率，N為噪聲平均功率），足夠的帶寬才能確保數(shù)據(jù)的實時傳輸。

在功能實現(xiàn)方面，以收費標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為例，假設(shè)某路段根據(jù)交通流量需將收費標(biāo)準(zhǔn)從P1調(diào)整為P2，通過遠(yuǎn)程控制可迅速實現(xiàn)。

綜上所述，遠(yuǎn)程控制技術(shù)通過穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接、靈活的功能調(diào)整以及高效的診斷排除，有力地支持了ETC特情處理，提升了系統(tǒng)運行效率和可靠性。

3 ETC特情處理終端的應(yīng)用案例分析

為驗證系統(tǒng)的可行性，選取了廣西上防高速公路收費站的ETC車道開展實車測試，針對ETC特情處理終端的實際應(yīng)用成效加以分析。通過將使用特情處理終端之前與之后的特情處理時間、車輛通行效率、用戶滿意度等指標(biāo)進(jìn)行對比，驗證該終端的有效性與實用性，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

通過上述案例運行測試表明，該系統(tǒng)顯著縮短了異常特情車輛在車道的停留時間，最長停留時間約為12 s。異常車輛能夠根據(jù)語音提示，選擇退出重進(jìn)或改走M(jìn)TC車道。在沒有人工干預(yù)的情況下，ETC車輛能夠正常行駛，人工干預(yù)率lt;4.4%。

4 結(jié)語

本特情處理終端系統(tǒng)方案致力于為各類特情的高效、準(zhǔn)確處理提供全面且可靠的解決方案。在方案的設(shè)計過程中，充分融合了先進(jìn)的技術(shù)和理念，以滿足復(fù)雜多變的特情處理需求。

然而，方案在實際應(yīng)用中可能會面臨一些挑戰(zhàn)和需要改進(jìn)的地方。例如，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和技術(shù)的更新，系統(tǒng)的擴(kuò)展性和兼容性需要持續(xù)優(yōu)化；對于一些極端或罕見的特情，處理機(jī)制還需進(jìn)一步完善和驗證。

未來將持續(xù)關(guān)注系統(tǒng)的運行效果，不斷收集反饋信息，對方案進(jìn)行迭代升級。同時，積極探索新技術(shù)在特情處理中的應(yīng)用，以提升系統(tǒng)的性能和智能化水平，為保障業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運行和發(fā)展提供更有力的支持。

參考文獻(xiàn)

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