基于智能交通的高速公路收费系统设计研究.pdf

2023 年 7 月基于智能交通的高速公路收费系统设计研究许华武（广东新粤交通投资有限公司，广东 广州 510000）【摘要】传统高速公路收费系统多采用人工收费的模式袁需耗费大量人力袁对高速公路行业运行与收费效率产生影响袁并且袁驾驶员在缴费过程中必须停车袁极易引发高峰期车辆拥堵问题袁很难满足现代高速公路发展要求遥 随着信息技术水平的持续提升袁高速公路收费系统开始应用智能技术袁以实现无人收费目标袁有助于提升高速公路收费效率袁 对高速公路收费系统可持续发展具有促进作用遥 基于智能交通分析如何科学设计高速公路收费系统袁希望能够为实现我国高速公路稳步发展提供借鉴遥【关键词】高速公路曰收费系统曰智能交通曰设计【中图分类号】U495【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）07-0166-030 引言作为我国城市建设、社会经济发展的重要交通枢纽，高速公路对区域经济发展的贡献不言而喻。但是，近年来我国车辆数量的不断增加，高速公路收费站管理压力也随之加大。为提升高速公路收费站管理效率，开发了智能收费系统1。传统收费系统必须停车才能缴费，极易引发高峰期车辆拥堵问题，而将智能技术用于高速公路收费系统中，不仅满足了智能收费需求，而且有助于提升高速公路管理效率，对我国高速公路收费系统发展具有推动作用。1 智能交通概述1.1 智能交通发展历程自 20 世纪 90 年代起，我国就已开始发展智能交通，其早期发展主要是理念认知与创建基本框架。科技部在 20 世纪 90 年代末期立项支持中国智能交通技术体系框架研究 中国智能交通体系标准框架体系研究 两大课题，为我国智能交通发展奠定基础。智能交通在“十五”期间得到初步发展，当时国家大力支持发展智能交通技术，并基于智能公交、智能交通信息平台等开展大量项目建设2。进入 21 世纪后，我国智能交通开始接轨国际，到 2020 年，我国智能交通已建成在国际上存在标志意义且影响深远的应用体系。截至目前，我国智能交通产业已经相当成熟，在城市交通、公路、民航以及铁路等领域，形成研究规划、系统集成以及设计咨询等完善的产业生态体系。1.2 智能交通发展成绩当前，我国高速公路已实现监控、收费以及通信系统的全覆盖目标，同时，公路主要节点都建立了卡口系统，全程记录公路状态、过往车辆以及运行情况。交通运输部积极推进智慧公路建设，使高速公路设施朝着智能化的方向发展3。而在智能铁路方面，增设了智能化调度系统，我国每日运行约 5 000 对旅客列车，可见该系统效率比较高、规模比较大。1.3 智能交通创新方向现阶段，技术革新推动着交通运输系统的转型升级，新技术不仅衍生新的概念和新的服务模式，也催生出新的发展业态。未来公共交通领域会向智能交通产业全面转型，在智能交通产业体系已经不单是原来传统交通背景的建设企业，会有越来越多的互联网企业加入。在智能化改进大众出行服务方式领域，未来的主要方向是发展网联化与车联网设施，而且交通设施智能化与道路智慧化服务，也是我国高速公路的发展方向。2 高速公路收费系统的设计要求我国高速公路建设较为复杂，除了前期施工和后期维护工作，高速公路收费系统同样非常重要，其主要涉及通信、运输以及计算机等诸多行业。由于收费方式不同，因此衍生出一系列收费系统，包括开放式、封闭式、混合式等。从驾驶者的角度分析，高速公路缴费主要采用现金和储蓄卡、信用卡等，实际应用过程中，当前收费系统具有优良的应用效果，不仅适用性强，而且具有较高自动化程度。图 1 为高速公路收费系统管理框架。高速公路收费系统具有较高工作效率要求，所以必须确保自动化服务水平，不断提升高速公路联专题综述1662023 年 7 月网管理效率。高速公路收费系统还要具备提升通行效率和调节公路行车状况的能力。高速公路收费系统通常由若干子系统组成，各子系统间密切联系，系统数据必须遵循可靠、精确的原则，支持收费系统正常运行，可及时解决高速公路的突发情况，为系统平稳运行提供保障4。高速公路收费系统正式运营时，如果要深度改造和优化高速公路收费系统，必须重视子系统之间的协同关系，使各子系统能够处于融合状态，将可靠、智能化的服务提供给驾驶员，提升高速公路收费系统适用能力。此外，设计高速公路收费系统过程中，应用集成电路（IC）卡技术，该技术具有非接触性，而且安全、稳定，可满足驾驶员应用需求。3 基于智能交通的高速公路收费系统设计3.1 收费方式当前，高速公路收费系统的收费方式主要为电子不停车收费（electronic toll collection,ETC），是当前全球最先进的一种收费技术形式。采用 ETC 方式，每辆车均设有独特电子标签，能够在专用车道接收微波信号，及时、高效地传输信息，同时，通过互联网连接银行后台，车辆在经过收费站时不需要停车缴费，大幅提升了高速公路的运行效率。ETC 可保证车辆快速通行，有效降低收费站工作者的工作强度，其通行效率明显高于普通车道，达到人工车道的 5 倍。ETC 于 2019 年开始在全国范围推广，至 2019 年底，我国高速公路 ETC 使用率超过 90%。ETC 具有以下特点：淤实现资源优势的有效发挥，能够实现多种技术组合收费；于实现弹性组合收费，有利于增强试点实施效果；盂提升人工收费效率，节约高速公路管理成本；榆安全性较高。通常情况下，ETC 可分为 3 类，分别是储值卡、信用卡、记账卡。其中，储值卡是最早产生的，近年来已逐渐被淘汰。储值卡与手机号类似，办理储值卡并充值后即可实现高速公路支付功能，车辆通行时当场扣费，如果余额不足，则不能通行；信用卡是专门关联高速公路 ETC 的卡片，在通过收费站时，信用卡会自动进行扣费；记账卡与信用卡类似，区别在于记账卡与用户已有的银行账户绑定，扣费会有延迟。ETC 可线下办理，也可线上办理，线下可在 ETC 管理机构、银行等进行办理，方便快捷5。而线上办理则利用官方小程序、微信或者支付宝等进行办理。综合来看，ETC 方式极大地减少了收费站工作人员的工作量，给驾驶员出行带来便利。3.2 计算机系统计算机系统由硬件和软件组成。高速公路收费系统的硬件中，收费站操作台设置终端设备，对车辆检测器和接口板具有驱动作用，控制柜连接外部相关设备，控制柜门上锁，以避免非维修人员接触高速公路收费系统的设备6。高速公路收费站系统软件由通信管理、参数浏览、交接班、报表管理、数据备份和恢复、发票管理、车牌和卡号查询、收费监控、IC 卡管理等子系统构成，可实现收费数据上传和运营参数下发等功能。高速公路收费站软件系统功能设计如图 2 所示。3.3 智能计重收费系统设计计重收费系统采用电子称台、红外车辆识别设备等对车辆进行称重，根据车辆重量收取通行费，有效限制超重运输，以减少对高速公路的破坏。在设计智能计重收费系统时，需要结合高速公路运行特点，图 1 高速公路收费系统管理框架通行卡/电子标签用户代理发行点/储值卡充值点充值及代理发行合同用户协议/服务章程省联合收费公司资金清算协议清算银行签订委托结算协议高速公路经营单位图 2 高速公路收费站软件系统功能设计通信管理子系统参数浏览子系统交接班子系统报表管理子系统数据备份和恢复子系统发票管理子系统车牌和卡号查询子系统收费监控子系统IC 卡管理子系统路段收费中心收费站收费数据上传营运参数下发收费车道专题综述1672023 年 7 月进行合理设计。首先，在设计智能计重收费系统时，应满足系统的应用需求，在 ETC 车道设置电子称台，采集车辆信息、称重信息等相关数据，进而计算车辆费用7。其次，在设计 ETC 车道时，设置红外车辆识别设备，自动识别车辆信息，采集车辆重量等数据。当车辆经过称台时，智能计重收费系统通过传感器获得车辆相关信息，并在信息显示屏上展示车辆的所有信息，进而对车辆进行扣费。3.4 多车道联网收费系统设计一般的收费站有多个车道，需设计多车道联网收费系统，以实现多个车道的车辆同时通行。多车道联网收费系统主要通过多车道自由流动方法，使高速公路中的车辆自由变更车道。当车辆路过检测系统时，多车道流联网收费系统可以对车辆的信息进行交互处理。多车道联网收费系统具有以下特点。（1）多车道联网收费系统采用高新天线，实现收费站信号完全覆盖，有效提高车辆信息处理和监测的有效性，避免出现高速公路收费盲区。（2）多车道联网收费系统使用同步控制方案，保证信号不会受到干扰，以解决重叠区域信号传输失败的问题。（3）多车道联网收费系统可以动态跟踪车辆的轨迹，保证车辆在最佳运行状态下完成交易，有效解决车辆在通信区域边缘信号不稳定所引发的问题，增强车辆行驶及运行状态的稳定性8。3.5 安全性设计安全性设计是高速公路收费系统的关键环节。通过用户识别系统，要求用户在登录高速公路收费系统账号时需正确输入密码，同时，设置密码输入错误限制次数为 3 次，如果用户输入错误密码超过 3次，系统将会自动退出并冻结账号，以保护用户的信息安全。高速公路收费系统还需设计闭路电视（closedcircuit television,CCTV）监视系统。CCTV 监视系统是一种通过摄像机等监控设备进行视频监控和录像的系统，通常由摄像机、视频录像机、显示器以及相关的电缆和配件组成。CCTV 监视系统的工作原理是通过摄像机将实时图像转换成电信号传输给视频录像机或显示器。摄像机可以安装在需要监控的区域内。视频录像机用于接收和记录摄像机传输的视频信号，并将图像存储在硬盘或其他存储介质中，以供管理人员查看和分析。同时，视频录像机还支持远程监控功能，管理人员可以通过互联网远程访问和查看实时的录像视频。显示器用于显示摄像机捕捉到的图像，管理人员可以实时观察监控区域的情况。CCTV 监视系统还可以配备报警装置，以便在检测到异常活动时发出警报通知。CCTV 监视系统在公共安全、安防管理、交通监管等领域发挥重要作用，可以提供实时监控和录像回放功能，帮助管理人员及时发现、应对突发事件和违规行为。同时，CCTV 监视系统的影像资料也可以作为证据，支持相关部门取证和调查。4 结语随着信息化技术的发展，社会各个行业在为大众提供便捷、优质服务的同时，也需要提高办事速率。随着社会的发展，我国车辆保有量剧增，人们越来越喜欢选择车辆出行，对高速公路收费系统提出了较高的技术要求，人工收费已无法满足现阶段社会发展的需求，传统高速公路收费系统在很大程度上影响到我国社会经济的发展。随着智能技术的应用越来越普遍，需进一步深入研究智能技术，采取基于智能交通的高速公路收费系统，紧抓现代化智能收费设计思想，实现高速公路收费系统健康、良性发展。参考文献1 吴尚岗.浅谈高速公路收费智能运维系统顶层设计J.中国交通信息化，2022（1）：131-133.2 吴云鹏，王宣，黄强.取消省界收费站后萍莲高速公路收费系统设计J.中国交通信息化，2021（7）：101-103.3 刘永.基于云管边端架构的高速 AI 稽查系统设计与实现J.电脑与信息技术，2021，29（1）：58-60，67.4 王丰，班伟杰，戴泽华.融合 ETC 及无感支付技术的高速公路收费系统设计J.现代电子技术，2021，44（3）：1-5.5 李丹.基于车牌识别+移动支付的高速公路收费系统设计与实现J.软件导刊，2020，19（8）：173-177.6 王立明.智能交通中高速公路收费系统的设计及应用J.低碳世界，2020，10（3）：170-171.7 宋烨.浅谈智能交通系统中高速公路收费系统的设计与实现J.人民交通，2019（8）：64-65.8 吕叠.高速公路一体化车道控制终端系统的研究J.广东交通职业技术学院学报，2019，18（2）：54-58.作者简介院许华武（1984），男，汉族，广东普宁人，本科，工程师，主要从事高速公路交通工程施工及管理方面的工作。专题综述168