高速公路無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)研究與應(yīng)用

文章結(jié)合廣西高速公路收費(fèi)業(yè)務(wù)的實(shí)際情況，介紹了高速公路無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)的研究、應(yīng)用和發(fā)展情況，以及涉及的關(guān)鍵技術(shù)和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用后表明，無(wú)人值守收費(fèi)能夠提高車輛通行效率，改善收費(fèi)員工作體驗(yàn)，提升收費(fèi)業(yè)務(wù)的管理水平。

高速公路；收費(fèi)系統(tǒng)；無(wú)人值守；信息化

U491.1+16A511773

作者簡(jiǎn)介：

鄭旭平（1986—），碩士，工程師，主要從事交通行業(yè)相關(guān)的軟件研發(fā)工作。

0" 引言

2020年取消高速公路省界收費(fèi)站后，全國(guó)高速公路進(jìn)入了“一張網(wǎng)運(yùn)行、一體化服務(wù)”的新階段，為公路交通數(shù)字化、智能化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著高速公路路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，收費(fèi)站運(yùn)營(yíng)和維護(hù)需要的人力和財(cái)力資源不斷高漲，對(duì)整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)迭代的需求變得迫切。同時(shí)，隨著汽車保有量的不斷增加，高速公路通行車輛也不斷增長(zhǎng)，這對(duì)高速公路收費(fèi)站通行效率提出了更高的要求。近年來(lái)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)得到了快速發(fā)展。這些技術(shù)能夠減少高速公路收費(fèi)業(yè)務(wù)中不同環(huán)節(jié)的人工介入程度，達(dá)到少人化甚至無(wú)人化，無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)的概念應(yīng)運(yùn)而生［1-4］。本文將介紹自2001年起廣西高速公路無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，主要包括車道級(jí)和收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守技術(shù)，并對(duì)未來(lái)的路段級(jí)和路網(wǎng)級(jí)無(wú)人值守技術(shù)進(jìn)行展望。

1" 車道級(jí)無(wú)人值守

1.1" 方案設(shè)計(jì)

近年來(lái)，基于深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別技術(shù)得到快速發(fā)展，車牌、車型和車軸數(shù)量的識(shí)別技術(shù)已日趨成熟，原本需要收費(fèi)員在收費(fèi)亭內(nèi)手動(dòng)輸入的信息，都可由圖像采集和識(shí)別設(shè)備獲??；收費(fèi)員的發(fā)卡和回收卡行為也能通過(guò)機(jī)械設(shè)備控制實(shí)現(xiàn)。綜合應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，可以通過(guò)增加設(shè)備和改進(jìn)軟件的方式，將傳統(tǒng)的ETC/MTC混合車道改造成無(wú)人值守自助車道，實(shí)現(xiàn)車道級(jí)無(wú)人值守，要點(diǎn)如下：

（1）入口設(shè)置自助發(fā)卡機(jī)，集成發(fā)卡設(shè)備、卡讀寫(xiě)器、揚(yáng)聲器等；出口設(shè)置自助繳費(fèi)機(jī)，集成卡回收設(shè)備、卡讀寫(xiě)器、二維碼掃描儀、揚(yáng)聲器等。發(fā)卡機(jī)和繳費(fèi)機(jī)取代傳統(tǒng)混合車道的收費(fèi)亭功能。在發(fā)卡機(jī)/繳費(fèi)機(jī)的語(yǔ)音提示下，司機(jī)按鍵領(lǐng)卡通行，插卡后展示付款碼繳費(fèi)并領(lǐng)取發(fā)票離開(kāi)高速公路。

（2）車道入口端設(shè)置車型識(shí)別器，用于識(shí)別車牌、車型和車軸數(shù)；車道費(fèi)顯附近的相機(jī)用于識(shí)別車牌；司機(jī)按鍵領(lǐng)卡或者插卡后，綜合車型識(shí)別器和相機(jī)的車牌信息判定車牌，并確定車型和車軸數(shù)。

（3）收費(fèi)員配備平板電腦，通過(guò)內(nèi)置無(wú)人值守軟件處理特情，幫助司乘人員順利通行。

（4）車道仍設(shè)置RSU天線，ETC車輛也能通行，使得無(wú)人值守車道能完成傳統(tǒng)ETC/MTC混合車道的全部功能。

1.2" 與傳統(tǒng)混合車道的區(qū)別

無(wú)人值守自助車道和傳統(tǒng)的ETC/MTC混合車道有明顯的區(qū)別。

（1）對(duì)于物理車道，如圖1所示，黑框所示為無(wú)人值守車道新增的車型識(shí)別器和自助發(fā)卡機(jī)/繳費(fèi)機(jī)。對(duì)于既有站車道，可在收費(fèi)亭后方設(shè)置發(fā)卡機(jī)/繳費(fèi)機(jī)；對(duì)于新站，可在車道僅設(shè)置發(fā)卡機(jī)/繳費(fèi)機(jī)而不設(shè)置收費(fèi)亭。

（2）對(duì)于車道軟硬件設(shè)計(jì)和人機(jī)交互設(shè)計(jì)，無(wú)人值守收費(fèi)系統(tǒng)需要做較多的升級(jí)和優(yōu)化。如下頁(yè)圖2所示展示了傳統(tǒng)ETC/MTC混合車道和無(wú)人值守自助車道的軟硬件配置和交互情況。在傳統(tǒng)混合車道中，收費(fèi)員通過(guò)PC屏幕展示的收費(fèi)界面軟件實(shí)現(xiàn)入口發(fā)卡和出口收費(fèi)功能，車道收費(fèi)軟件實(shí)現(xiàn)入口車道和出口車道交易功能，并且和各類設(shè)備進(jìn)行通信，完成收費(fèi)業(yè)務(wù)。無(wú)人值守自助車道中，平板無(wú)人值守軟件取代收費(fèi)界面軟件成為收費(fèi)員與收費(fèi)系統(tǒng)交互的界面。司機(jī)可直接與發(fā)卡機(jī)/繳費(fèi)機(jī)進(jìn)行交互實(shí)現(xiàn)入口發(fā)卡和出口插卡繳費(fèi)。車道收費(fèi)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)包括發(fā)卡機(jī)/繳費(fèi)機(jī)在內(nèi)的設(shè)備的控制，完成收費(fèi)業(yè)務(wù)。

（3）收費(fèi)員不需要在崗?fù)?nèi)值班，可在崗?fù)ね獗O(jiān)管各車道運(yùn)行情況。由于人工智能設(shè)備的使用，大部分車輛的通行都不需要收費(fèi)員介入，收費(fèi)員得以從長(zhǎng)期機(jī)械的信息核對(duì)和錄入等工作中解放出來(lái)，僅需要通過(guò)平板收費(fèi)軟件對(duì)少量特情車輛進(jìn)行處理，給收費(fèi)員營(yíng)造了輕松愉悅的工作氛圍。由于單一車道需要人工介入的頻率不高，通常情況下一位收費(fèi)員即可管理多條車道。

（4）司機(jī)到達(dá)車道后，僅需要在語(yǔ)音提示下進(jìn)行按鍵領(lǐng)卡或插卡繳費(fèi)的操作，由于減少了收費(fèi)員的介入，領(lǐng)卡和繳費(fèi)的速度變快，既能減少司機(jī)的等待時(shí)間，又能提高收費(fèi)站的通行效率。

1.3" 應(yīng)用情況

從2021年起，車道級(jí)無(wú)人值守收費(fèi)方案在靈川西、桂林北、南寧南等收費(fèi)站陸續(xù)啟用，并不斷完善和推廣。截至2024年1月，全廣西已有200余條無(wú)人值守車道。與傳統(tǒng)的ETC/MTC混合車道相比，車輛在自助車道領(lǐng)卡和繳費(fèi)的時(shí)間能縮短20%以上，通行效率提升明顯。收費(fèi)員普遍反映在自助車道上班有更輕松愉悅的工作體驗(yàn)。

2" 收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守

2.1" 提出背景

車道級(jí)無(wú)人值守模式在使用過(guò)程中逐步顯現(xiàn)出一些亟待優(yōu)化和改善的問(wèn)題：司機(jī)的部分請(qǐng)求仍需要收費(fèi)員進(jìn)行當(dāng)面溝通；收費(fèi)員需要穿梭于各條車道；部分特情的處理不能通過(guò)平板軟件上簡(jiǎn)單操作解決等。這些問(wèn)題給高速公路無(wú)人值守方案提出了新的更高的要求。交通運(yùn)輸部于2021年11月發(fā)布的《加快推進(jìn)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)實(shí)施方案》（交辦公路函〔2021〕1744號(hào)）要求各省收費(fèi)系統(tǒng)要提升計(jì)費(fèi)、業(yè)務(wù)、服務(wù)和智能化等多個(gè)方面的水平。在這樣的背景下，需對(duì)無(wú)人值守收費(fèi)方案進(jìn)行了全面思考、更新和升級(jí)，設(shè)計(jì)收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守技術(shù)方案。

2.2" 方案設(shè)計(jì)

收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守方案的核心是在實(shí)現(xiàn)車道級(jí)無(wú)人值守的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)收費(fèi)站所有車道進(jìn)行集中監(jiān)控與管理。方案設(shè)置無(wú)人值守平臺(tái)，平臺(tái)接入收費(fèi)站的所有車道，收費(fèi)員可通過(guò)無(wú)人值守平臺(tái)的PC端或者移動(dòng)端監(jiān)管所有車道，并進(jìn)行遠(yuǎn)程特情處理。如圖3所示為收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守方案的示意圖。

相比車道級(jí)無(wú)人值守方案，收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守方案有幾點(diǎn)明顯的改進(jìn)：

（1）設(shè)置無(wú)人值守平臺(tái)，平臺(tái)不僅接入了無(wú)人值守自助車道，還接入了ETC車道、廣場(chǎng)治超車道，使得收費(fèi)站能夠通過(guò)一個(gè)平臺(tái)處理收費(fèi)業(yè)務(wù)。

（2）無(wú)人值守平臺(tái)還將接入車道和廣場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備以及其他設(shè)備，同時(shí)監(jiān)控設(shè)備支持特殊事件檢測(cè)上報(bào)功能，如車輛沖卡、欄桿砸車、人員闖入、貨物散落等事件。

（3）無(wú)人值守自助車道設(shè)置語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)并接入云值守平臺(tái)，在車道監(jiān)控的配合下，收費(fèi)員能夠通過(guò)無(wú)人值守平臺(tái)的PC端遠(yuǎn)程處理車道特情，不需要在車道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的無(wú)人值守。當(dāng)然，收費(fèi)員仍可以通過(guò)無(wú)人值守平臺(tái)移動(dòng)端在車道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行特情處理。

上述收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守方案既適用于新收費(fèi)站的建設(shè)，也適用于已經(jīng)使用車道級(jí)無(wú)人值守方案的收費(fèi)站進(jìn)行升級(jí)改造。

交通運(yùn)輸部路網(wǎng)監(jiān)測(cè)與應(yīng)急處置中心編制的《高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)工程方案（征求意見(jiàn)稿）》提出了建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化收費(fèi)站的概念，采用“云-邊-端”架構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)。收費(fèi)站以站級(jí)邊緣云進(jìn)行建設(shè)，車道作為“端”側(cè)保留必要的設(shè)備。原先車道上的收費(fèi)軟件移入站級(jí)邊緣云，并劃分為多項(xiàng)服務(wù)：外場(chǎng)服務(wù)對(duì)接車道，進(jìn)行設(shè)備控制；交易服務(wù)實(shí)現(xiàn)入口和出口車輛交易基本功能；計(jì)費(fèi)服務(wù)實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)功能；流水服務(wù)處理車道生成的流水入庫(kù)功能；數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)實(shí)現(xiàn)收費(fèi)站與省中心和部中心的數(shù)據(jù)傳輸。所有服務(wù)通過(guò)容器化方式進(jìn)行部署和維護(hù)。該模式下的收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守方案可稱為收費(fèi)站級(jí)云值守方案，如圖4所示。新建設(shè)的收費(fèi)站或者需要對(duì)收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)的收費(fèi)站可采用此方案。

2.3 "應(yīng)用情況

榜圩收費(fèi)站位于巴馬—平果高速公路段，于2022年12月竣工通車。該站采用收費(fèi)站級(jí)云值守方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，真正實(shí)現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)全面接管收費(fèi)站的所有日常業(yè)務(wù)。榜圩收費(fèi)站已于2023年8月正式運(yùn)營(yíng)，情況良好。自助車道提升了車輛通行效率，云值守平臺(tái)便于收費(fèi)員進(jìn)行車道管理和特情處理。目前，廣西區(qū)內(nèi)還有天峨、向陽(yáng)、大新北、防城港西和上思南等收費(fèi)站采用收費(fèi)站級(jí)云值守收費(fèi)方案。普通收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守收費(fèi)方案正在龍勝北和芙蓉兩個(gè)收費(fèi)站進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。

3" 路段級(jí)和路網(wǎng)級(jí)無(wú)人值守

目前，廣西有大量收費(fèi)站實(shí)現(xiàn)了車道級(jí)無(wú)人值守，并有少量收費(fèi)站實(shí)現(xiàn)了更高層次的收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守。隨著無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)的進(jìn)一步鋪開(kāi)，各收費(fèi)站需要的運(yùn)營(yíng)人員將會(huì)減少。此外，高速公路的建設(shè)逐漸深入到車流量較少的偏遠(yuǎn)地區(qū)，如果每個(gè)收費(fèi)站都建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理中心并配備運(yùn)營(yíng)人員，管理成本較高。因此，將收費(fèi)員集中起來(lái)，以路段為單位甚至跨路段進(jìn)行收費(fèi)管理成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。在此趨勢(shì)下，無(wú)人值守平臺(tái)的集中管理模式將從收費(fèi)站級(jí)別上升到路段甚至路網(wǎng)級(jí)別。從車道級(jí)，到收費(fèi)站級(jí)，再到路段級(jí)，甚至路網(wǎng)級(jí)，無(wú)人值守的層次逐步提高，收費(fèi)業(yè)務(wù)員個(gè)人能夠管控的范圍逐步擴(kuò)大，對(duì)人力的需求逐步減小，這將有利于高速公路收費(fèi)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)和管理。

4" 無(wú)人值守收費(fèi)方案面臨的問(wèn)題與應(yīng)對(duì)

無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)在廣西大量高速公路收費(fèi)站得到應(yīng)用，車道通行效率提升明顯，有利于運(yùn)營(yíng)管理的成本控制，但是也暴露出了一些待解決的問(wèn)題。本節(jié)將列舉典型的問(wèn)題并探討應(yīng)對(duì)方法。

4.1" 車道級(jí)和收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守

相比傳統(tǒng)人工收費(fèi)，無(wú)人值守收費(fèi)對(duì)硬件和設(shè)備有更高的要求。車道檢測(cè)線圈和通過(guò)線圈不能正常工作導(dǎo)致車輛交易無(wú)法正常啟動(dòng)和結(jié)束；發(fā)卡設(shè)備、卡回收設(shè)備和打印機(jī)都有機(jī)械部件，這些部件工作不正常會(huì)影響正常交易。解決這些問(wèn)題，不僅需要硬件設(shè)備供應(yīng)廠家對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行優(yōu)化提高，還需要提高收費(fèi)軟件系統(tǒng)的穩(wěn)健性。

現(xiàn)在車牌識(shí)別和車型識(shí)別兩種設(shè)備的準(zhǔn)確率已經(jīng)＞99.9%，但是仍有少量車輛識(shí)別錯(cuò)誤。無(wú)人值守入口車道單純依靠車型識(shí)別器難以保證絕對(duì)準(zhǔn)確。如果車輛領(lǐng)卡時(shí)缺乏收費(fèi)員監(jiān)督，車型的錯(cuò)誤可能導(dǎo)致收費(fèi)爭(zhēng)議的產(chǎn)生。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立車型數(shù)據(jù)庫(kù)，可根據(jù)車輛多次通行記錄推算出最可能的車型，提升入口車輛的車型準(zhǔn)確率。

4.2" 路段級(jí)和路網(wǎng)級(jí)無(wú)人值守

路段級(jí)和路網(wǎng)級(jí)無(wú)人值守在多方面都提出了新的挑戰(zhàn)。高速公路運(yùn)營(yíng)管理方需要設(shè)計(jì)新的收費(fèi)業(yè)務(wù)管理方式、遠(yuǎn)程特情處理方式、收費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)事件應(yīng)對(duì)方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)人員需要對(duì)整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行新的頂層設(shè)計(jì)，并對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)和改寫(xiě)，以支持新的業(yè)務(wù)需求。無(wú)人值守遠(yuǎn)程特情處理依賴于視頻傳輸，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)人員需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)和視頻傳輸做好規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。在無(wú)人值守模式下，系統(tǒng)更傾向于減少特情處理，確保通行暢通，基于文本、音視頻數(shù)據(jù)的多模態(tài)大數(shù)據(jù)挖掘分析的智能稽核將在交易異常行為的檢測(cè)中起到更為重要的作用。

5" 結(jié)語(yǔ)

高速公路通行、運(yùn)營(yíng)和管理的需求，以及云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的成熟推動(dòng)了無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展與進(jìn)步。目前，車道級(jí)和收費(fèi)站級(jí)無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)已經(jīng)在廣西得到了較廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐表明，無(wú)人值守收費(fèi)能夠提高車輛通行效率，改善收費(fèi)員工作體驗(yàn)，提升收費(fèi)業(yè)務(wù)的管理水平。未來(lái)無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)將向路段級(jí)和路網(wǎng)級(jí)進(jìn)行拓展延伸。無(wú)人值守收費(fèi)技術(shù)面臨的問(wèn)題需要相關(guān)的技術(shù)、運(yùn)營(yíng)和管理人員以開(kāi)放和創(chuàng)新的方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

［1］許" 俊，魏" 強(qiáng).高速公路無(wú)人值守混合車道系統(tǒng)［J］.中國(guó)交通信息化，2021（6）：130-131，141.

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20240304