高速公路收费站智慧化提升之路.pdf

关注FOCUSDOI:10.13439/ki.itsc.2023.10.002高速公路收费站智慧化提升之路文/本刊记者刘睿健当前，新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，科技创新成为国际战略博奔的主要战场，科学研究范式正在发生深刻变革，学科交叉融合不断发展。在以信息技术、人工智能为代表的新兴科技快速发展的当下，交通运输领域迎来了数字化、智慧化发展的新机遇和新挑战。日前，交通运输部印发关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见，促进公路数字化转型，加快智慧公路建设发展，提升公路建设与运行管理服务水平。与此同时，在全国高速公路“一张网运行、一体化服务”的新形势、新要求背景下，利用新一代信息技术打造高速公路智慧收费站，已然成为行业发展的关注重点和趋势。2023年第1 0 期（总第2 8 8 期）中国交通信息化23CHINAITS JOURNALVOL.288 NO.1O2023WELLTRANS微创光电视频监控专家0ETC预交票关注FOCUS如何利用数字化、智能化技术手段，进一步实现高速公路收费站智慧化升级，加强大数据、互联网、人工智能等新技术与高速公路收费站的深度融合应用，在刚刚结束的2 0 2 3 全国高速公路智慧收费站技术研讨会上，与会专家有着自已的见解。以此为背景，本文对高速公路收费站智慧化提升之路进行探索。智慧收费站因何建？我国联网收费系统面临的痛点问题：土地受限，车道有限，扩容难；流量大的收费站，收费员工作强度大，岗位流动高；偏远小站，人员投入产出倒挂；特情车辆处理效率低：车道设备繁杂量多、形象不佳、成本高、维护难。我们为什么要建智慧收费站？为什么要对在役收费站进行智慧化升级改造？记者认为，除了相关的政策环境外，从发展的客观性来说，在联网收费的背景下，收费站的智慧化改造升级或建设，是实现高速公路全自由流收费的重要一环，通过不断地智慧化升级，收费站将逐步走向无人化、无亭化，进而走向无岛化，而最终当所有收费岛实体消失的那一天，便是高速公路自由流真正的开始。下文结合联网收费所面临的新形势与痛点问题，对收费站智慧化建设的必要性进行探讨。联网收费的新形势随着数字经济的发展，新一代信息技术在高速公路收费系统中的应用越来越广泛、深人，在自由流、无人化、稽核、绿通、智慧公路等领域的建设上，主动拥抱新技术是时代的声音。交通运输部公路科学研究院研究员孟春雷指出，数字经济下高速公路联网收费的核心要围绕公路基础设施建设的效率、经济和安全问题，实现收费的应收尽收，达到降本增效、开源节流、减少拥堵的目标。孟春雷分析，当前我国高速公路收费系统正朝着标准化、集约化、智能化和网联化的方向发展，如收费公路联网收费技术标准的制定、收费站窄岛化以实现土地资源的节约、收费机器人及自助缴费机的应用、云收费及匝道预交易的实现等等。在联网收费的这些新形势、新趋势下，建设智慧收费站已成为行业共识。交通运输部公路科学研究院北京交科设计院副总经理盛刚指出，当前我国高速公路采用基于5.8GHz专用短程通信技术（DSRC）的分段计费、出口统一收费的收费模式，在这种收费模式下，若要逐步送代到最终的自由流收费，实现收费站的消亡，必将经历一个收费技术持续送代和发展的过程，而在这个过程中，收费站的集约化、数字化和智慧化不可避免。联网收费面临的痛点问题孟春雷指出，目前我国联网收费系统仍然面临着以下几个现实的痛点问题：一是土地受限，车道有限，扩容难，需要实现收费站的窄岛化、去岛化，并增加车道数量；二是流量大的收费站，收费员工作强度大，岗位流动高，需要实现收费站的无人化、少人化，实现智能化收费，以及后台+移动特情处理；三是偏远小站，人员投人产出倒挂，需要实现机器人收费及自助操作和远程服务；四是特情车辆处理效率低，简单工作要无人化，初级特情处置要智能化，复杂的问题再进行人工化；五是车道设备繁杂量多、形象不佳、成本高、维护难，函需实现车道设备的模块化、集成化，变工程化为工业化。基于上述痛点问题，加快建设高速公路智慧收费站，进一步提升收费站通行效率和异常应对能力、提高出行者满意度、降低收费站日常运营成本及收费人员工作强度，是行业的心声。2023年第10 期（总第2 8 8 期）1中国交通信息化25CHINAITSJOURNALVoI.288 No.1O 2023WELLTRANS微创光电视频监控专家智慧收费站依何建？既然建设智慧收费站是联网收费智慧化发展的客观要求，那么其实施的具体原则和技术内容是否有章可循、有标可依呢？盛刚指出，高速公路智慧收费应采用云计算、大数据、人工智能等新技术，逐步实现设施的集约化、车道的无人化、收费的精准化，以及特情处理的高效化和车辆通行自由流等，提高通行效率、提升服务水平、保障通行安全，实现便捷管理、节约成本等，最终达到无人化、精准化、自由流收费通行。通过对高速公路智慧收费站技术标准的研究探索，盛刚对智慧收费站建设所依主要技术内容及实施原则等做了详细阐述。盛刚指出，智慧收费站的实施原则主要包括以下五点：一是智慧收费站应根据收费广场征地、交通流量、运营管理、安全、服务、成本等情况和需求合理选择实施内容；二是常发性拥堵收费站可采用预交易系统、潮汐车道、收费土建集约化等措施；三是应积极采用收费岛集约化智能设施，提高服务水平，减少运营成本；四是特情处理方式宜与管理模式配套，采用广场出口统一处理时可与智慧云舱结合；五是已选择实施的内容，应与联网收费系统相互兼容，无缝衔接。盛刚介绍，建设智慧收费站，所依主要技术内容应包括：预交易系统、云化站级系统、数字李生平台、收费岛智慧设施、潮汐车道、特情处理系统、智慧云舱、收费土建及天棚集约化等。预交易系统匝道预交易系统宜分为ETC预交易和CPC预交易两类。其中，ETC预交易分为人口ETC预交易和出口ETC预交易；CPC预交易是指出口预交易，包括预计费+自助缴费机器人、预计费+APP/扫码支付+CPC卡验证。该技术在实施上应遵循以下原则：适用于每天每次拥堵时长大于15分钟，累计超过2 小时，且不具备增加土建车道解决拥堵的收费广场；收费站ETC专用出口收费车道常发性拥堵，可设置ETC预交易系统；因ETC特情车辆或非ETC车辆引起ETC专用人口车道常发性拥堵时，人口可设置ETC预交易系统；ETC/MTC混合出口收费车道常发性拥堵且非ETC车辆占比较大，可设置CPC预交易系统；CPC预交易系统可根据运营管理需要配套CPC预计费系统、CPC预缴费后台、CPC预缴费小程序等模块，或CPC预计费系统与智能收费机器人配套应用。云化站级系统云化站级系统应承载的业务包括：站级收费管理系统、站级收费服务系统、设备管理系统、运行监测及工况保障系统（含设备监测、业务监测）等。在系统建设上，云化站级系统宜支持通过虚拟化技术对算力、内存、数据、网络等资源统一管理；宜采取微服务架构搭建应用和基础能力，具备站级系统应用的容器化管理，支持通过容器工具进行部署和更新，支持应用的容器编排部署；应采用高可用方式部署，确保站级系统具有健壮性，在单点故障下有保障业务正常开展的应对举措。智慧收费站的实施原则：应根据收费广场征地等情况和需求合理选择实施内容；常发性拥堵收费站可采用预交易系统等措施；应积极采用收费岛集约化智能设施；特情处理方式宜与管理模式配套：?已选择实施的内容，应与联网收费系统相互兼容。数字李生平台数字李生收费站以高精度地图数据为基础，构建三维场景，实现收费广场基础设施与周边环境的静态数字李生，再通过激光雷达、高清摄像机等设备对收费站各要素实现全息感知，利用边缘计算、李生引擎和时空同步技术实现交通状态的动态数字李生，实现实体收费站在数字空间中的同步呈现。建设数字李生平台，应实现收费站数据的分析、预测，制定决策和控制方案，为收费站运营管理提供高效、智能的服务。应实现车辆的高精定位和跟踪，结合预交易、收费车道数据等，对CPC车辆、预交易成功/失败的ETC车辆、危化品车辆、特关注FOCUS智慧收费站主要技术内容包括：预交易系统；云化站级系统：数字李生平台收费岛智慧设施潮汐车道：特情处理系统：智慧云舱；收费土建及天棚集约化：智慧收费站国产化。潮汐车道潮汐收费车道适用于以下三种情况：一是收费车道单向不少于3 条车道；二是收费站拥堵严重；三是车流量较大，高峰周期明显，呈时间对称、空间往复分布。特情处理系统特情处理方式宜分为远程处理和现场处理两类。其中，现场处理又分为车道现场处理、出口广场现场处理。特情处理系统架构应包含PC端（含特情处理和集中授权处理）、移动终端（含特情处理APP和应急收费APP）、配套语音设施、一体PC机、ETC特情处置终端等。特情处理在实施上应遵循以下原则：应支持全车道业务特情的处理，包括ETC车道、自助车道、ETC/MTC混合车道；应具备收费业务所产生的回控事件、确认事件、求助事件和授权回控的采集功能，且转化为具体的任务工单供坐席人员查阅和处理；结合特情分类、收费站场情况、人员配置等，收费站宜同时具备远程处理及现场处理等能力；对于日均车流量超过10 0 0 0 车次且特情占比超过2%导致无法集中处理的收费站，宜采用车道现场特情处理方式；对于日均车道特情少于2 0 0 车次的收费站宜通过远程集中特情处理方式进行特情处理；特情远程坐席宜每人监管不超过10 条车道，现场协管人员情车辆等进行标识和跟踪，实时监测和预警，提升特情预判、预警和预处置能力。收费岛智慧设施收费岛智慧设施应由自动关道机、岛头智能设备、岛尾智能设备、人口发卡机器人、出口缴费机器人、智能车型识别设备、车道状态监测设备、轻型折叠车道控制标志、车道诱导设备等组成。针对车道诱导设备，收费车道可配置引导灯带，灯槽应与路面平行安装，灯槽中心位置距车道路面高0.15米。灯槽从岛头末端依次布设到岛尾智能节点处（内置自动栏杆），相邻灯槽的间距为0.15米。负责的车道数量宜每人不超过5条；具备智慧云舱的收费站，采用广场出口特情处理方式时宜与智慧云舱合并建设。智慧云舱智慧云舱建设适用于以下情形：收费站房建用地面积不足；场地限制，采用模块化组装建设办公区；支持无人化管理，便于广场特情处理；项目工期段，快速施工需求高；个性化需求；非集中居住收费站或多广场收费广场。此外，智慧云舱宜设置在收费广场出口侧路肩边缘处，用于收费监控、交接班管理、财务管理等收费运营管理业务。在配置方面，智慧云舱一般包含监控室、机房、交接班室、财务室四个功能区域；应采用钢结构架，使用高强度方管型材整体焊接，焊接处表面涮防锈漆并做防腐处理；云舱内部系统应包含装饰装修、电气工程、通风与空调系统、智能化系统、综合布线系统、消防系统等；智慧云舱设计应满足防尘、防水、防锈、抗电磁干扰和抗震等防护要求，设计使用年限应不小于2 0 年。收费土建集约化针对收费土建集约化，根据实际情况，收费岛可分为标准型收费岛、无亭紧凑型收费岛、有亭紧型收费岛、无岛收费车道。在实施原则上，收费车道可采用无人化、轻量化设计，配置集成化、智能化设备；有人ETCMTC混合车道可设置智慧收费亭，当收费亭后岛面空间受限时，智慧收费亭可内嵌车道智能终端；ETC专用车道和无人ETC/MTC混合车道可不设收费亭，车道设备可安装于岛尾或广场路侧机柜；有人ETC/MTC混合车道所在收费岛，应设有天棚立柱，其他不适合采用紧凑型的收费岛，应采用2.2 米宽标准型收费岛；新建收费广场或既有收费广场扩建受用地条件限制时，宜采用紧凑型收费岛，满足车道规模；既有收费广场，可将ETC专用车道和无人ETC/MTC混合车道改造为紧型收费岛，增加宽度；确保安全的前提下，ETC小车专用道可采用硬隔离、软隔离无岛收费车道；标准型收费岛宽应为2.2 米；无亭紧凑型收费岛尺寸采用0.6 1.0 米宽WELLTRANS微创光电视频监控2023年第10 期（总第2 8 8 期）1中国交通信息化27CHINAITSJOURNAL VO288No.1O 2023度；有亭紧凑型收费岛宽度宜不小于1.2 米；紧型收费岛宽度应确保行驶车辆和岛上安装的设备、设施的安全；收费天棚可采用简约化方案，仅设置在混合车道涉及人工停车缴费/取卡区域。智慧收费站国产化应大力推动实现智慧收费站硬件、软件国产化，包括操作系统、数据库、中间件、应用软件等的国产化。如数据库可采用南大通用（GBase8a数据库系列产品）、武汉达梦（DM8通用关系型数据库）、人大金仓（KingbaseES，关系型数据库）、神州通用（OSCAR）等国产产品；操作系统可采用中标型麟、中兴新支点、中科方德、银河麒麟、深度（deepin）、红旗Linux、鸿蒙、欧拉等国产产品。智慧收费站如何建？提到收费站智慧化这个话题，其实可以追溯到很早。盛刚表示，自有了收费站以来，就有收费站智慧化这个问题，但真正涉及业内近期所聚焦的收费智慧化、集约化这个课题，还要追溯到三年前广东省三元里收费站的智慧化建设。那么，智慧收费站究竟该如广东省三元里收费站（升级改造）李春杰介绍，广东省三元里收费站重点解决收费站快速通行问题，其车道包含复式混合车道、复式超宽车道和双天线双费显ETC智能化专用车道。收费站智慧化升级改造工作主要包括：建立人口ETC匝道自由流，实现提前感应交易；收费监测点较之前提前了1公里，ETC用户成功缴费后能够直接从出口中间的车道通过，未缴费成功的车辆，将在电子情报板的信息提示下，进人两侧人工收费站缴费。广东省广从收费站智慧化升级广东省（广州北环）收费站（升级改造）李春杰介绍，广东省（广州北环）收费站打造为无亭式全车型自助通行收费站，具备集自助发卡设备、自助缴费设备、电子发票系统、特情处理设备为一体的自助通行系统，并在全线多个收费站实现全车型自助通行设备全覆盖。该套设备支持支付宝、微信等主流电子支付方式，司乘人员在8 10 秒内就能完成整个支付流程。以广从收费站为例，在超大车流通行的情况下，自助车道日均通行车辆0.6 7 万，占比3 2%。何建？有没有相应的建设样板可依？盛刚在研讨会上回顾了国内近年来部分省份围绕智慧收费站建设工作所取得的成就（见附录），河北高速公路集团有限公司技术创新管理部部长李春杰、盛刚分别介绍了在全国具有典型影响力的收费站智慧化建设案例。广东省三元里收费站升级改造广东省三元里收费站重点解决了收费站快速通行问题，其车道包含复式混合车道、复式超宽车道和双天线双费显ETC智能化专用车道。-关注FOCUS广东省广州机场智慧收费站（升级改造）盛刚介绍，广东省广州机场主线站是广州市重要的门户收费站，始建于1999年，开通运营超过2 0 年，单日最高车流量达13.3 2 万辆，日均服务车流达10.9万辆，高峰时段（18:0 0-19:0 0）车流量高达10 540 辆/小时，属于超大交通量收费站。高峰时段及节假日时常出现2 0 0米以上拥堵，保畅压力大。2 0 2 1年10 月，完成智慧收费站升级改造。收费站智慧化升级改造工作包括：一是建立了数字李生管理平台，通过AR、雷达车牌识别技术等，对整个收费站广场区域每一辆车从人广场到出广场过程的状态进行监测，通过数字李生平台实现精准监管；二是对收费岛的设备进行集约化，建立三合一栏杆机等；三是针对ETC车道建立了一套预交易系统，并配备了诱导系统，对于预交易不成功新建青海省盘坡收费站项目附录：国国内部分智慧收费站建设时间表2020.4-2021.402042021.收费站名称：广东省三元里收费站智慧化建设成果：预交易系统（包括ETC引导系统）、数字李生平台、智能收费机器人、一体化收费岛设备、集约化收费岛（窄岛）2022.6收费站名称：浙江省上虞收费站智慧化建设成果：预交易系统(ETC+CPC)、云收费、一体化收费岛设备（投卡式缴费机器人、入口自动发卡机器人、车道栏杆一体机）、服务岗亭（云值守、特情处理）2022.4收费站名称：河南省郑州南收费站智慧化建设成果：潮汐车道、集约化收费岛（窄岛、软隔离无岛）2021.102021.10收费站名称：广东省广州机场收费站智慧化建设成果：预交易系统（包括ETC引导系统）、数字李生平台、智能收费机器人、一体化收费岛设备、智慧收费亭、车道诱导灯、集约化收费岛（窄岛、15厘米软隔离无岛）广东省广州机场智慧收费站升级改造的车辆，提示驾驶员走人工车道，避免其驶人ETC车道而发生特情，而ETC预交易成功的车辆，驶人ETC车道后，进行验证放行即可，从而提高ETC车道的通行效率；四是应用智能收费机器人，实现智能收费；五是安装车道诱导灯，通过红灯停绿灯行的方式，诱导车辆驶人正确的车道；六是通过窄岛、软隔离等方式，实现收费站的集约化。青海省盘坡收费站（新建）盛刚介绍，2 0 2 2 年10 月青海G0611扁都口至门源高速公路克图至浩门段建成通车。青海省首个模块化智慧无人收费站一一盘坡收费站正式上线试运行。收费站主要智慧化建设工作包括：引用智能收费设备，如智能收费机器人等；对收费站设备进行集约化；通过窄岛化实现收费岛集约化；收费天棚简约化；远程服务等。2022.8收费站名称：湖南省回龙铺收费站智慧化建设成果：收费岛窄岛化收费站名称：南田坪收费站智慧化建设成果：无亭收费车道收费站名称：干杉收费站智慧化建设成果：潮汐收费车道、出口缴费机器人、一体化收费岛设备、ETC特情处置终端OO-.2023年第10 期（总第2 8 8 期）中国交通信息化29CHINAITSJOURNAL VoI.288 No.1O2023WELLTRANS微创光电视频监控专家浙江省上虞智慧收费站（升级改造）盛刚介绍，浙江省上虞智慧收费站升级改造项目，围绕收费站流量大、征地资源有限、提高收费效率等问题，研究提出收费站系统云化、ETC/MTC预交易、特情处置、收费岛集约化等关键技术，大幅提高收费站通行效率、智能化水平。具体智慧化升级改造工作包括：设置智能收费机器人、建立ETC及CPC匝道预交易系统、收费岛设备智能化升级、形成一整套从收费站车道处理到甘肃省金城南智慧收费站(新建）盛刚介绍，甘肃省金城南收费站是甘肃省高速公路“开口子”工程的重点项目，也是甘肃省首个整体采用智慧云收费系统的智能化收费站，于2 0 2 2年12 月2 9日通车运营，出口连接在建的S104兰阿一级公路，占地约16 亩，建有6 人8 出共14条收费车道，其中智能机器人值守车道8 条，ETC专用车道4条，人工/ETC/智能机器人3 混1车道2 条，在收费广场南侧出口车道路肩处建有智慧云舱，采用双层4房间结构。具体智慧化建设工作包括：对收费岛设备进行集约化；通过云、边、端一体化协同，实现云收费；引用收费岛智能设备，包括针对ETC专用车道的ETC特情处置终端、针对自助混合车道的智2022.102022.10收费站名称：青海省盘坡收费站智慧化建设成果：一体化收费岛设备（一体机、入口自动发卡机器人、出口缴费机器人）、远程服务、无亭化、收费岛窄岛化、集约化收费天棚2023.4收费站名称：云南省云泉收费站智慧化建设成果：ETC预交易系统、云收费、机器人智能收费、收费岛窄岛化2022.12收费站名称：重庆城口收费站、巴南收费站、科学城收费站智慧化建设成果：预交易系统（ETC车道诱导+车道验证）、数字李生平台（AR全景）、收费岛窄岛化、车道诱导灯、智能自助车道、服务亭2022.122022.12收费站名称：四川省成都收费站智慧化建设成果：ETC预交易系统、龙芯车道控制器、云收费、特情自助终端2022.12收费站名称：甘肃省金城南收费站智慧化建设成果：云收费、一体化收费岛设备、智慧云舱、窄岛+少亭+窄棚虞浙江省上虞智慧收费站升级改造广场集约式处理的特情处理方案、建立智慧服务亭（智在亭）、车道设备轻量化集约等。新建甘肃省金城南智慧收费站项目能机器人、针对人工混合车道的智慧岗亭等；针对业务处理建立云坐席；建立收费监控融合平台；建立智慧云舱；通过窄岛化、无亭化，实现收费岛集约化；基于钢结构装配收费天棚；景观视觉形象设计等。2023.4收费站名称：云南省大叠水收费站智慧化建设成果：预交易系统、云收费、ETC车道引导灯、智能收费机器人、远程特情处理关注FOCUS智慧收费站待何建？面对高速公路收费站智慧化升级之题，未来需要做的工作还有很多，已建智慧收费站仍有待完善升级。那么，未来的智慧收费站有待如何去建设和完善呢？李春杰指出，在收费技术创新上，未来的收费站场景应主要集中在匝道预交易、CPC卡预计费、数字李生，以及收费岛的窄岛化、无亭化、云化等方面；要重点解决收费站拥堵时的发卡问题，通过数字CPC卡（虚拟CPC卡），实现人口无杆自由流；基于视频车牌、车型识别等技术，利用门架系统，对每辆车进行全程跟踪。除此之外，需要大幅提升车型、车牌识别精度；需要大范围、高可靠、低延时的通信能力支持；同时，需要各省协同、统一标准、统一行动，进一步推进主线门架的智慧化升级。针对当下行业最为关心的自由流收费问题，孟春雷强调，其真正的难点并不仅仅只是一个技术路线的问题，而是体现在五个纬度上：技术路线、法律法规、推广应用、信用体系、系统互联。孟春雷表示，当前我们做了很多验证自由流收费的项目，其难点实际并不在最后的技术逻辑上，例如，我们对逃费车辆的抓拍识别率能够达到90%以上，但有60%的通行费却根本追缴不回来，这就绝不仅仅是技术本身的问题，更多的难点是法律体系、信用体系层面上的，而法律上的逻辑闭合，甚至还将涉及到金融体系的构建、车辆用户身份的认证等一系列问题，而联网收费体系中，最难的是发行方、结算方、清算方、汇缴方、收益方，乃至个人银行账户之间的互联互通。浙江沪杭甬高速公路股份有限公司副总经理王炳炯指出，不为建设而建设，是收费站数字化转型发展的一个重要方面。要实现“三个转型”，在业务转型上，收费业务要从亭内向亭外和外广场转移，从现场向远程后台转移；在服务转型上，收费员的服务重心要偏向客服、营销工作；在管理转型上，收费操作业务、所务管理业务都发生了革命性改变，制度流程需要再造。要实现“三个升级”，在待遇升级上，收费流程的转变，使收费站按工作量计核薪酬变得可能，可实现薪酬包干；在管理升级上，管理正趋向扁平化、集约化发展，从一所多站转向一路一所多站发展，使得现场少人、远程值守统一管理变得可能，区域中心可统一管理收费业务，收费所只管理行政与党建等；在降本升级上，新建路段可不新招员工，现有收费站建设智能站后，收费员可分流到新收费站，真正实现提质降本增效。智慧收费，未来可期。记者认为，智慧收费站未来应加强完善相关服务功能和应用场景的拓展。可以无人收费站为起点，从用户体验、运营习惯上，让车主、管理者“尝鲜”，并以此为基础，进一步丰富智慧收费机器人的服务功能，如智能语音对话、车主情感分析、超时停留预警等。并依托智慧收费机器人的研究成果，基于视觉感知、智能语音、智能交互等，以及语言大模型（如ChatGPT）、视觉大模型等大模型技术应用，继续升级打造多应用场景的子代智慧收费机器人，如可升降收费机器人、投卡式收费机器人等。责任编辑王虹责任编辑：王虹