高速公路无人智能收费系统研究

高速公路无人智能收费系统研究

白玉珠

云南省交通投资建设集团有限公司大理管理处

摘要：近年来，智能技术在交通领域的应用，促进道路交通管理实现信息化、智能化部门管理，我国因此进入智能交通时期。境内高速收费是交通秩序管理的关键构成。目前，大多数高速公路采取使用人工和半自动收费方式。机动车驾驶人经常应当需要中途停车等候收费，不但白白浪费了一部分时间，还增加了收费工作人员的总体工作负荷，更容易造成交通拥堵情况。鉴于此，本文对高速公路无人智能收费系统进行深入研究，为改良原有普通公路收费的标准，大幅度提升普通高速收费工作效率，改善和提高高速公路通行所需要求。

关键词：智能收费；高速公路；收费系统；分析研究

引言

“十四五”阶段是我国大力发展交通事业、加快建设交通强国的重要时期，也是推进高速公路高质量发展的关键时期。为了提高高速公路服务品质和运行效率，实现高速公路智能化收费，必须提高高速公路信息化建设领域的大数据分析能力，并加速深度应用的推广。在常态下的疫情防控形势下，引导高速公路智能自助无人收费系统完善“车-站-云”一体化通行服务，研发“零接触式”创新收费方案，为非ETC用户提供更智能的通行服务，降低人工和运营成本，提高收费管理水平，优化车辆通行流程。

一、高速公路收费现状

就目前而言，高速公路的收费方式主要有两种：一种是人工收费窗口，另一种是自动ETC收费模式。随着我国经济水平的不断提高，汽车数量急剧增加，交通拥堵问题日益加剧。目前，我国的高速公路ETC系统普遍采用封闭式单车道栏杆自动收费模式，该系统采用双片式电子标签。尽管CPU卡电子钱包支持多种消费模式，但由于需要一定的交易时间，因此在车速过快的情况下务必确保不超过30km/h。综上所述，ETC系统的发展主要受到系统交易速度、数据通信速率和微波通信距离等多种因素的影响。

二、无人智能收费存在的问题

1.交易时限问题

ETC自由流应用中，车流量大、车速较快，导致车辆在交易区内停留时间短，限制了RSU与OBU之间的通信时间。为解决此问题，可一方面通过技术手段缩短RSU与OBU交易时间；另一方面，适当扩大DSRC设备微波交易区域范围来缓解该局面。

2.邻近频率干扰难题

另一个影响交易成功率的重要问题是，相邻ETC收费车道的邻道干扰。由于DSRC传播的特点，如果自由流系统的信号发射功率过高，RSU之间就会发生干扰，导致误标。因此，采用动态跟踪0BU定位技术，从微波信号强度检测的角度解决邻道干扰问题。

3.信号的碰撞难题

在自由流状态下，多个RSU必须与多个OBU同时交易，这会增加DSRC信号碰撞的风险，导致数据重传及交易失败。为了应对这一问题，可以运用同步控制技术控制RSU下行信号的冲突，同时限制时间窗口以降低RSU和OBU之间的信号碰撞。

4.驾驶过程中多种状态存在问题

由于车辆状态的多样性，要在自由流应用中确保交易成功率相当困难。不过，只要以交通断面为单位动态跟踪OBU运动轨迹，确保RSU之间信号无缝接续，即可从根本上解决这一问题。另外，可以考虑采用45OBU定位技术。在多车道通行系统中，识别未交易的车辆是一大难题。为了实现对违规车辆的监控，需要精确定位已交易车辆的位置，并确定车载电子标签在通讯区域中的物理位置。然而，由于车辆自由行驶，多个车道的通讯区域可能会重叠，因此，很难确定车辆究竟从哪条车道通过。交易过程中，可结合有效定位算法，检测OBU发射微波信号的强度以进行精确定位。对未装OBU车辆的识别需配合车辆跟踪系统，实时识别存储车牌等信息，根据已识别车辆的信息推断已通过的未装OBU车辆。

三、系统设计整体应用

1.车道系统

车道系统包含车道收费软件系统、ETC天线模块、自助卡机和车道外设等组成。车道收费软件系统负责车辆交易逻辑处理和车道通行队列控制，其中交易逻辑处理包括收费业务处理、外部设备上报消息处理、外设协同控制、生成交易数据以及上传交易数据等功能。ETC天线模块主要作用是接收车道收费软件系统的指令，并使用DSRC（Dedicated Short Range Communication）技术进行实现。RSU和车辆OBU进行交互，以完成ETC车辆信息的读取和写入操作。自助卡机设备包括收卡头、票据打印机、条码阅读器、液晶显示器、读写器、扬声器、拾音器和车型识别器等设备，具备高速公路复合通行卡的读写、回收、储存等功能，同时能够读取和进行交易，还支持移动支付。印刷票据和实现语音视频通讯。车道外设包括天棚信号灯、车型识别设备、车牌识别装置、计重设备、地感线圈、费额显示器和栏杆机。该系统配备人性化诱导和求助功能，支持自助通行诱导、特殊情况下的自动诱导、特殊事件和求助事件上报等功能。我们还开发了特定诱导语音和界面，以实现车辆的自助通行和部分特殊情况下的自助诱导。此外，我们与远程辅助系统对接，实现车辆方面的远程呼叫和与远程辅助人员的信息对接。该系统内置灵活配置通行费发票开具功能，允许用户通过参数配置实现“全开票”或“自助索票”两种模式的自主切换。该功能不仅解决了发票打印异常和卡票问题，还达到了环保低碳的目的。

2.车型云服务的大数据

为车道系统提供准确的车型识别服务，是大数据车型云服务的主要目标。它利用历史通行数据和ETC发行方的数据，运用机器学习和AI技术进行优化，提升判别和性能。因此，大数据车型云服务旨在提供“快速、高效”的云服务功能。道路系统会将车辆牌照识别装置所捕获的牌照信息发往云端进行车型数据检索，以便准确获得车型信息。通过将获取的车型、卡内车型以及识别车型进行校对，道路系统可以确保车型判别的准确性。如果这三个车型存在不一致情况，需要进行人工干预以正确识别车型。

3.智能驱动

智能诱导是自助无人收费系统中非常重要的辅助手段，可以让车主更加便捷地进行自助操作。对于ETC故障的车辆，自助无人收费车道会先通过费额显示器显示和播报交易失败原因，然后车辆继续前行到自助卡机处操作。通过LED液晶显示屏和语音诱导，自助卡机会指导车主进行入口车道的领卡操作以及出口车道的ETO卡刷卡操作。当ETC交易成功时，智能诱导会在费额显示器和语音提醒的基础上做出响应。自助卡机可与ETC交易联动，确认通行成功。助卡机操作提示避免了用户重复交易，提高卡机操作效率。

4.遥控协助系统

远程协助系统可接收车道收费软件、自助缴费机和车型识别设备发送的特情处理消息，实现特殊事件自助处理功能。消息含特情车辆信息、车型、车种、特情类型与描述，以及车牌、车型识别图片和车道界面等元素。当车道收费软件系统出现无卡、坏卡、通行介质异常，以及通行信息与车辆信息不符和计费异常等不正常情况时，车道收费软件系统会主动发送特殊情况通知，远程辅助系统会生成特殊情况处理工单。远程辅助人员通过推送的特殊情况通知并利用自助卡机设备的音视频对讲功能进行处理。已完成应急情况的处理。远程协助系统将结果发送至车道收费软件系统，后者完成即时的收费业务处理。远程协助系统依托B/S架构，涵盖音视频对讲、紧急事件辨识、工作指令提醒、以及差异化响应等优势，不仅可在收费站设立，同时能部署于路段控制中心，并提供“一个账户管理多个车道”功能，支持集中监管多条智能自助无人收费车道，以应对系统分布广泛、灵活升级、便于迭代的要求。

结语

在智能交通背景下，传统的高速公路收费制度发生了显着变化。本文设计的根据智能交通的无人高速公路收费系统在技术上是可行的，具备较强的收费管理功能，技术成熟。充分利用智能化等技术优势，满足未来高速公路管理系统的发展需求，具备推广价值。

参考文献：

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