基于信创平台的智慧收费系统在云茂高速的应用实践.pdf

168 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 基于信创平台的智慧收费系统在云茂高速的应用实践陈学文，王育忠（广东云茂高速公路有限公司，广东 茂名 510600）摘要：为响应国家核心技术自主创新的号召，实现高速公路机电系统国产化、标准化和数字化，云茂高速依托水口收费站建设，联合有关单位开发基于信创平台的ETC智慧收费柜设备、无人值守自助缴费终端设备、分布式集群架构车道收费系统、站级收费效能监测和评价系统，实现高速公路收费站“技术国产化、站务少人化、车道无人化、养护智慧化、管理云网化”。关键词：高速公路；智慧收费系统；信创平台；ETC 智慧收费柜；收费效能监测和评价中图分类号：U495 文献标识码：B 文章编号：1673-8098（2023）05-0168-040 引言随着我国各行业科技能力和信息化水平飞速发展，国家信息安全受到高度关注。我国需要应用真正自主开发、安全可控的信息化技术，方能保障国家信息安全1-2。为有效保障收费信息安全，推动高速公路机电系统核心技术自主创新，实现收费系统国产化，云茂高速水口收费站采用收费系统一体化思路，通过部署 ETC 智慧收费柜、分布式集群架构车道收费系统、站级收费效能监测系统和评价体系，与车道系统前端各关键设备进行“遥信、遥感、遥测”，构建自有知识产权的基于信创平台的智慧综合站，降低收费站建设和运营成本，同时为无人化站点运营、提高收费站服务水平做出积极探索。图 1 云茂高速水口收费站 水口收费站（如图 1）包含 4 条以 ETC 智慧收费柜为核心的 ETC 车道（出入口各 2 条）、2 条带自助发卡服务的入口混合车道（带称重）、2 条带自助缴费服务的出口混合车道（带称重），所有车道收费系统均基于信创平台开发，ETC车道具有“信创+数字化+智慧运维”的特点。1 主要技术1.1 基于信创平台的 ETC 智慧收费柜图 2 ETC 智慧收费柜 基于信创平台开发的 ETC 智慧收费柜（如图 2）将收费车道计算机、车道控制器、收费员终端、高清车牌识别仪控制器等169NO.5/OCTOBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 主要设备，与网关、交换机、防火墙等集成放置机柜中，主要采用超融合结构技术、容灾技术、健康洞察技术、智能防盗联网监控技术、多能源输入和多制式输出技术等。1.2 分布式微服务架构在车道收费系统上的应用微服务架构具有降低系统维护难度、提高模块独立性、技术性灵活等特点3，收费系统将该技术基于信创平台开发，支持主流的软硬件支撑平台。将收费业务处理功能拆分成微服务，部署于集群中，采用轻量高性能通信机制互相调用，以实现服务模块间彻底解耦，微服务模块可以单独更新或增加，降低模块更新成本、提高问题快速排查能力。1.3 自助缴费终端和入口自助发卡应用在车道上设置无人值守自助缴费终端，用于检测车辆到达和类别，提供相应交易处理服务；当车辆产生特情交易时，可发挥自助缴费终端的 AI 能力，识别特情类别，获取车辆信息，计算路径和费额，并用友好方式与用户进行确认，或接受用户进一步交互请求，最终通过层层场景嵌套和引导，实现车辆在无人介入情况下完成计费和放行处理。自助发卡机支持 5.8G 通行卡，与 ETC 天线结合，支持全国联网收费模式的自助发卡服务。技术上采用步进电机+开放式卡槽结构，通过无卡夹的开放式卡槽结构兼容多种规格通行卡，方便传统通行卡和 5.8G 复合卡装载，降低故障率，灵活设置上、下工位装卡量；根据卡类型灵活调整推卡力度，排除通行卡厚度不标准、摆放不整齐等影响。集成 ETC 天线和发卡系统，将 ETC 入口交易与 CPC 卡发放进行集成，对进入车道的车辆先进行 ETC 交易；在发卡前判断车辆是否已经 ETC 交易成功，避免通行卡流失。2 项目特点2.1 基于信创技术开发，构筑收费数据安全屏障水口收费站车道工控机采用国产龙芯 3A5000 芯片，能很好地保护收费数据安全。尤其在全国联网收费背景下，避免了国家高速公路收费信息外泄，保护了高速公路数据和客户信息安全，解决了中国芯片“卡脖子”问题，突破了国外芯片技术垄断高速公路收费业务的围堵局面，形成收费系统硬件的核心技术的自主品牌。水口收费站车道收费系统搭载国产 loongnix server 操作系统，支持国产的芯片、数据库、外设硬件设备、收费软件兼容互认，能更好地适应国内硬件和软件环境和需求，在收费系统应用中能够更快获得技术支持和更高效地解决问题，同时也能支持国产麒麟、统信 UOS 等主流操作系统。基于开源代码开发的 loongnix server 操作系统，对比 Windows 系统，无需加载杀毒软件，对病毒木马实现自我免疫，避免了收费数据遭受远程攻击的风险；同时，无需病毒查杀和扫描，释放了工控机的物理内存，提高了工控机运行效能，为收费软件高效、安全和稳定运行提供了条件。2.2 分布式集群收费系统提升收费站效能和智慧化水平水口收费站收费系统采用基于信创平台的分布式集群收费系统，支持 ETC 车道、混合车道、入口自助发卡车道和出口自助缴费车道等多种收费终端的应用，由点到面，内外兼修，构建了一套全新的、有自主知识产权的国产软硬件收费体系，满足车辆个性化收费需求。基于信创平台的分布式集群收费系统有别于传统的收费软件，采用基于开发运维一体化的 DevOps 容器编排技术，实现了收费软件部署、功能新增和删减、配置更新等功能在云端一键完成，降低了程序故障发生概率，减少了车道程序的维护成本，提高了维护效率。相对于 Windows 操作系统在部分系统文件丢失或者损坏后，收费软件将无法运行的情况，基于信创平台的分布式集群收费系统采用了容器环境隔离技术，在操作系统存在部分文件损坏的情况下，依然不影响系统和收费软件的正常运作。基于信创平台的分布式集群收费系统，采用了分布式微服务架构技术，通过系统重构技术打造信创收费平台，前端车道系统以虚拟化的形式部署，后端以分布式集群化的形式部署，将收费业务处理功能拆分成多个微服务，微服务和后端分布式集群采用轻量高性能通信机制互相调用，节约收费数据处理的时间，微服务技术有效增强了收费车道系统效能，提高单位时间内处理车辆的效率。基于信创平台的后台收费服务器能实现收费数据自动上传和参数自动下发，可减少人为干预。2.3 可实现收费站全天候无人值守智慧收费柜包括工控机和车道收费软件等软硬件产品，均基于龙芯 CPU+Loongnix 操作系统等信创平台研发，通过将ETC 交易与入口自助发卡、出口自助缴费服务相结合，辅以移动车道终端和云上收费厅等支持平台，根据现场车流量和路段营运管理需求，可以将收费站场切换为无人值守模式（如图 3）。系统能够实现全自动车型识别、车牌识别、自助收费，具有操作简单、兼容现阶段各种收费系统等优点。能通过加载 AI识别获取交易异常事件的信息，以高度“仿人”智能化引导处理特情，实现智能语音客服和视频对讲交互，为司乘寻求远端云控170 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 客服平台协助，有针对性地解决特殊情况，减少现场站场人工介入，实现智能化处理收费特情。图 3 无人值守自助缴费终端设备2.4 站级收费效能监测和评价2.4.1 收费效能监测对车道收费设备兼容接入，同时实现对车道设备和系统状态的监控，通过收费站综合监控系统对车道软硬件系统进行数字化控制，实现收费效能监测功能（如图 4）。(1)收费系统监测：车道流水、车道系统软件版本和费率版本、对应门架费率版本等。(2)收费设备监控：对收费车道和门架的主要设备状态进行监测，发现问题可以远程重启控制。及时解决大部分问题，降低运维成本，提高主要设备正常运行效率。(3)监控设备控制：对广场的监控摄像头、情报板等路侧单元设备状态进行实时监控，设置设备自动运行参数，确认情报板显示信息，查看收费广场监控视频。(4)数据指标分析：对流水、车道日志等原始资料进行数据分析，自动形成各项关键指标（例如 ETC 通行成功率、旁道干扰率、车辆处理平均时间等），在指标异常时提出预警，并为营运单位优化车道系统提供数据支撑。2.4.2 收费效能评价目前，全国各省均在无人化收费系统和车道自助缴费机器人的研发上进行了诸多尝试4-7，使高速公路通行的信息化、数据化有了明显提升，但对于收费站收费效能评价的研究与应用较少，往往片面地通过拥堵率高低来评价收费站效能，尚无将收费系统数据与收费效能相联系的评价体系和评价方法，导致无法对车道级和站级收费系统提升提出有针对性的改进建议。对此，针对目前国内在收费系统客观评价机制上的缺失，基于现代综合评价理论和方法，从收费系统繁忙指数、收费效率指数、关键设备运行指数、特情响应因子等指数着手，创新性地提出收费站站级数字化收费效能评价体系，将对收费站的拥堵程度和服务效率提供客观评价指标。该体系依托车道监控设备、视频监控设备的车辆感知能力，基于影响通行效率的关键数据，通过应用数据建模和数字孪生技术，建立收费站通行指数，构建收费站可视化仿真模型，实时“投影”车道通行状况，方便现场管理人员根据车流量变化情况动态调整车道管理策略，为收费站运营管理工作提供决策依据和数据支撑。图 4 收费站效能监测界面3 项目效益云茂高速基于信创技术的智慧收费系统应用，具有较好的经济效益和社会效益。3.1 经济效益（1）减少收费站建设用地，节省建设成本采用智慧收费柜和自助交易设备的智慧综合站方案可以快速建道，每条车道的收费岛基础浇筑、线缆管道铺设工作量大大减少；收费岛宽度可以由当前 2.2 米减少为 0.5 米，收费岛占地面积减少 70%以上，收费站整体占地面积大幅减少，降低建设成本，缩短建设周期。（2）减少营运管理成本水口收费站共 4 条混合车道，按照配备 20 名收费员（4 个工班，每个工班 4 名收费员+1 名值班长）测算，在切换为无人值守模式时，收费站场每个工班只需配备 2 3 名值班人员处理异常情况（夜班车流量少，可配备 1 名值班人员），人力成本至少降低 50%。无人值守自助收费系统的引入，减少了收费站管理人力成本，提高了管理效率和服务质量。3.2 社会效益（1）为智慧综合站技术验证与推广应用奠定基础，形成标准体系，引导产业发展。171NO.5/OCTOBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 水口智慧收费站建设将成为高速公路收费广场建设样板，对收费站标准化装备关键技术、基于物联网和大数据效能监测示范工程的验证及全面推广起到推动作用，为广东省智慧公路推广以及全国智慧公路建设提供技术和经验积累。通过项目示范验证，将项目的创新成果智慧收费站效能评价指标体系、智慧收费站系统关键技术要求纳入标准体系，为智慧交通背景下的公路收费业务标准化发展做出贡献。（2）推进高速公路智慧建设和数字化转型，加快“新基建”建设。本项目采用新的分布式微服务集群技术对车道收费系统进行重构，适配龙芯 CPU、统信 UOS 等操作系统，基于信创平台开发的智慧收费柜和自助交易设备收费系统，能实现快速建道部署，具有可推广、可复制的特点，有望大大加快高速公路“新基建”建设，推进高速公路智慧建设和数字化转型，促进信创产业生态建设和发展。4 结语当前，智慧高速公路建设方兴未艾。云茂高速水口收费站基于信创平台的高效能综合收费站关键技术的应用，实现了收费系统快速建造和部署、远程安全防范、智慧运维，降低了收费设施建设和运营成本，提升高速公路收费系统核心软硬件的自主创新能力，实现收费系统安全自主可控，是高速公路收费系统国产化和收费站无人化运营的积极探索，为智慧公路建设提供了丰富的技术和经验积累。参考文献1 郑少波，徐伟，石彬.工业控制系统安全现状 J.网络安全技术与应用，2020（5）：111-113.2 Ping H,Huiting Y.THOUGHTS ON CHINESE INFORMATION SECURITY INDUSTRY IN THE BACKGROUND OF “PRISM”INCIDENTC/东北亚学术 论 坛 2014/1.02023-08-11.DOI:ConferenceArticle/5af3132dc095d70f18aea1d5.3 阳盛庆.微服务在智慧高速公路收费系统中的应用研究 J.中国建设信息化，2022（19）：74-75.4贺钊，杨欣，李广，等.基于智慧收费云的无人收费站系统J.科学技术与工程，2022（25）：11235-11240.5 程镇，胡先全.基于“集中监控+机器人”的无人收费系统设计方案 J.中国交通信息化，2022（S1）：204-207.6 雷袁欧忆，詹鑫钢.高速公路无人值守收费管理系统设计与应用 J.中国交通信息化，2021（8）：30-31+97.7 郭自强.高速公路无人值守自助收费系统的设计与实现 D.沈阳：东北大学，2015.岩须严格按照爆破设计来控制药量；爆破飞石则通过刚性防护与柔性防护组合的箱型窗帘式防护体系来克服，确保施工过程中安全、质量、进度、成本可控。参考文献1 中交一公局集团有限公司.公路隧道施工技术规范：JTG/T 36602020S.北京：人民交通出版社，2020.2 中交三公局集团有限公司.公路路基施工技术规范：JTG/T 36102019S.北京：人民交通出版社，2019.3 中国交通建设股份有限公司，中交第四公路工程局有限公司.公路工程施工安全技术：JTG/T F902015S.北京：人民交通出版社，2015.4 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建设工程施工现场供用电安全规范：GB 501942014S.北京：中国计划出版社，2014.5 刘殿中，杨仕春.工程爆破实用手册 M.北京：冶金工业出版社，2003.6 中华人民共和国公安部.爆破作业项目管理要求：GA 9912012S.北京：中国标准出版社，2012.7 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.爆破安全规程：GB 67222014S.北京：中国标准出版社，2014.（上接第 155 页）