高速公路无人智能收费系统研究

杨朋成

（中咨泰克交通工程集团有限公司，北京 100080）

1 我国无人收费系统发展现状

我国无人收费系统经过了20 多年的发展，目前，已经在北京、上海、南京等地区的高速公路上使用。无人收费系统的发展可以分为两个阶段：第一阶段是从传统人工收费系统到基于计算机网络的自动收费系统；第二阶段是从计算机网络自动收费系统到无人值守的收费系统。我国的高速公路自动收费系统正处于第二个阶段，即基于计算机网络技术的无人值守智能收费系统。目前，我国高速公路主要采用“ETC+MTC”混合收费模式，即车辆在ETC 车道上完成无感支付后，由人工车道完成取卡、过路费征收、发放通行费等操作。但是，由于ETC车道存在卡内余额不足需要人工处理等问题，而MTC 车道存在车辆通行速度慢、不能自动缴费等问题，所以，目前我国高速公路主要采用“ETC+MTC”混合收费模式。

2 无人收费系统的特点及优势

无人收费系统的主要特点为：（1）使用无人值守的方式，在车辆通过收费站前，可以不停车自动完成车牌识别、缴费等流程；（2）可以自动完成收费流程，免去了收费人员的操作，降低了工作人员的工作量；（3）实现了非接触式、无接触式支付功能，使收费过程更加安全可靠；（4）数据安全性更高，与其他信息系统可以有效衔接；（5）采用车辆检测和车牌识别相结合的方式，使车辆信息更加准确可靠。

无人收费系统主要优势有：（1）提高了车道通行效率；（2）减少了收费站工作人员数量，降低了工作强度；（3）提高了高速公路的智能化水平；（4）减少了收费站运营成本。

3 基于无人收费系统的高速公路管理模式

根据车辆的行驶路线，在车道内安装自动识别系统，自动识别车辆信息；收费车道不停车交费。当车辆行驶至收费车道时，自动完成交费操作；车牌自动识别。通过网络传输技术，将自动识别和计算的数据传送至管理中心。管理中心可根据系统提供的数据，对高速通行费用进行计算和统计。

4 方案设计

高速公路无人智能收费系统的设计应根据各地区高速公路实际情况进行设计，要考虑到ETC 车道的建设，将ETC 车道与常规车道分开建设，同时要考虑管理的方便性。方案有两种：一种是单入口单出口型。该系统采用两车道和三车道为主入口，仅在车道间设置三条收费车道；另一种是双入口双出口型。该系统采用三车道和四车道为主入口，两车道和四车道为出口，所有出口均设置收费岗亭。单入口双出口型是在出入口收费站均设置一条ETC 自动车道和一条人工收费车道；双出口型是在出入口收费站均设置一条ETC 自动车道和一条人工收费车道。该方案的优点是：收费站采用“两进两出”的布局，收费站采用“四进四出”的布局；两个出口可以实现完全不停车收费。缺点是：占用空间大，且需要占用三条人工收费车道。

4.1 方案设计原则

无人智能收费系统的建设应符合国家标准规范，即无人智能收费系统必须满足以下几个原则：

（1）遵循标准化、开放性、先进性和实用性的设计原则。（2）按照“三个统一”和“一个目标”的建设原则进行设计。（3）遵循“整体规划、分期实施”的建设原则。（4）遵循“高标准、高起点”的建设原则。（5）遵循“因地制宜、突出特色”的建设原则。（6）遵循“实事求是，安全可靠”的建设原则。同时要做到节能降耗，保护环境，减少施工难度，降低成本。

4.2 方案设计内容

建设无人智能收费系统主要内容包括以下几个方面。

传统的财务会计是在分权架构之上，以会计凭证为基础的工作，这样传统的工作方式，已经不能在当下大数据资料共享的前提下得到满足要求的工作效率，这不利于企业的进化和行业规范和标准的推广。计算机的发展，使得当下可以借助计算机的帮助实现大数据的集中管控，随后将数据交由管理会计进行数据的深度的分析，完成从海量信息中挖掘出对企业有价值的信息的工作，有着这些信息，可以更好的帮助企业进行以后的一系列决策。

（1）智能收费车道建设。收费站的建设主要是要满足收费站无人值守、无感通行、自动收费等功能。具体的建设内容包括智能收费车道和无人值守车道的建设。（2）无人值守车道。主要包括自动发卡机、ETC 门架、车牌识别设备和摄像机等。其中，收费站内的ETC 门架系统和读写装置组成，ETC 门架系统由路侧单元和路侧天线组成，读写装置由车道设备和读卡设备组成。（3）视频监控设备。主要包括车牌识别摄像头、车牌识别服务器、收费站监控室以及相关的监控录像设备等。（4）ETC 系统建设。主要包括智能收费车道与路侧单元之间的通信设备，以及ETC 车道内的电子标签（OBU）等。

5 系统架构

高速公路无人智能收费系统由智能收费车道、视频识别设备、电子标签、车道控制设备和路网管理平台等组成。主要设备包括车道控制器（ETC 车道）、电子标签（ETC）、高清摄像头等。

该系统是在现有ETC 车辆收费管理模式的基础上，为满足当前高速公路不停车收费需求而提出的一种新型无人值守的智能收费管理系统。在高速公路上行驶的车辆，当车辆驶入收费站入口时，由车道控制器自动识别车辆身份并发出扣费指令，同时，对车辆进行抓拍并自动记录车牌号，并将抓拍的车牌号与数据库中的车辆信息进行比对，如比对成功，则自动扣费；当车辆驶出收费站时，车道控制器根据系统检测到的车牌信息和车辆信息与数据库中的车辆信息进行比对，从而自动识别车辆身份并发出扣费指令，同时完成车牌拍照取证。该系统能够在高速公路上实现无人值守、无人收费、自动缴费。

系统由车道控制器、视频监控设备等组成。该系统与现有的收费系统采用TCP/IP 通信方式互联互通，与路网管理平台通过数据接口进行信息交换。该系统能够实现对收费车道进行实时监控；实现收费站的远程管理；实现对收费员的考核等功能。该系统分为前端设备和后台设备两个部分：前端设备包括入口车道控制器、高清摄像头等；后台设备包括服务器和数据库。

5.1 前端设备

车道控制器：用于对进入收费站的车辆进行识别，并进行收费处理，实现对车辆的不停车收费。其作用是判断车辆身份，并通过显示屏显示出车辆的车牌号。车道控制器能够对进入收费车道的车辆进行图像采集，并在显示屏上显示出车辆的车牌号。高清摄像头用于采集车道控制器采集的图像信息，并将该图像信息通过网络传输到后台服务器。高清摄像头能够拍摄出车道控制器采集到的车牌号码等信息。

5.2 后台设备

（1）服务器负责管理系统运行所需的资源，主要包括数据库、网络服务等。系统具有多种操作模式，用户可以根据自己的需求选择合适的操作模式。同时服务器具有良好的容错功能，当发生网络故障时，可自动切换到备份状态，保证系统稳定运行。（2）数据库用于存储用户的信息数据，主要包括用户的基本信息、车辆的信息等。（3）网络服务为无人智能收费系统提供基础服务，主要包括网络通信服务和数据存储服务。网络通信服务用于提供网络连接、交换信息资源等功能；数据存储服务用于存储各种业务数据和用户信息数据。（4）客户端主要功能是进行用户操作和系统控制。客户端由计算机、打印机、读卡器、鼠标、键盘等组成。通过与计算机的连接，可完成用户操作并对设备进行控制。（5）收费软件由多种收费功能模块组成，主要包括通行费计算模块、发卡模块、查询打印模块等。收费员可通过客户端实时查询通行费账目和用户信息并进行打印；财务人员可通过客户端查询各项通行费明细和用户信息并进行打印；管理员可通过客户端对收费工作进行监督和管理。

5.3 数据库

数据库是整个系统的数据中心，为无人智能收费系统提供数据支持。数据库采用B/S（浏览器/服务器）结构，具有强大的数据存储、查询、分析功能。数据库采用关系型数据库，存储形式为关系数据库。用户通过浏览器界面与系统进行交互，可查询相关数据，还可以查看历史数据。

当车辆进入收费站时，系统实时获取车辆信息（车牌号、车型、颜色等）；当车辆驶离收费站时，系统可实时获取车辆信息（车牌号、颜色等）。在整个收费过程中，系统采用实时数据存储方式进行记录，每辆车的通行状态和缴费金额等数据信息均能够实时存储至数据库中。

在无人智能收费系统中使用数据库的主要目的，就是为了保证用户信息和数据安全。当发生数据丢失等异常情况时，能够及时发现并将相应信息上报到数据库服务器。

在实际应用中，还可以对数据库进行一定的扩展，比如，可以增加新的收费项目，如ETC 通行费电子发票、ETC 与现金混合收费等。考虑用户对查询功能的需求，数据库还可以提供二级查询功能，即当用户想查询某条收费记录时，可以先查询到该记录的二级菜单，然后，通过点击相应菜单项实现查询功能。

5.4 管理平台

管理平台主要包括两部分：服务器和数据库。服务器上安装有无人收费系统管理软件，该软件分为三个模块如下。

（1）数据采集模块。提供对前端设备和后台管理设备的数据采集功能，并把采集的相关信息存储在数据库中。（2）数据管理模块。提供对数据库和服务器进行监控、维护和更新的功能，同时，为各子系统提供与服务器交互的接口。（3）数据服务模块。主要功能是对数据库中的各种数据进行维护，提供相关的查询、统计和报表功能。

管理平台是一个独立于收费业务之外的软件，它并不直接参与收费业务，它是系统内部各子系统间共享信息、共同完成交易处理和资源分配等工作的平台。管理平台主要完成以下功能：（1）提供收费业务及相关数据接口；（2）实现与收费站前端设备及后台管理设备间的互联互通；（3）提供交易数据查询服务。

6 收费流程

在车辆进入高速公路时，通过自动识别设备检测，获取车牌信息和相关参数信息，并将其发送到车辆管理中心服务器中；车辆管理中心服务器根据车牌信息和参数信息，向高速公路收费员发送通行费用；用户完成缴费后，系统自动扣取相应的费用；系统根据用户账户中的余额进行自动扣款。

6.1 无人智能收费系统的优势

（1）减少人员投入。传统人工收费时，收费员需对大量的车辆进行检查、测量、计算，不仅效率低下，而且劳动强度大；而无人智能收费系统则是通过先进的机器视觉技术，通过在高速公路收费区域安装摄像机来识别车辆信息和参数，能够大大提高工作效率，降低劳动强度。（2）提升通行速度。无人智能收费系统可以有效减少高速公路收费站的排队车辆数量，从而降低整个收费站的通行速度，提高通行效率。（3）节约人力成本。传统人工收费模式下，需要大量的收费员来完成收费工作，不仅无法提高工作效率，而且需要投入大量人力物力来完成相关工作。

6.2 无人智能收费系统应用在高速公路收费中的实现方法

无人智能收费系统的实现是需要在高速公路收费站出口位置安装无人智能收费系统的硬件设施，该设施主要包括两部分：（1）用于完成车辆自动识别的硬件设备，包括车牌识别设备、车牌自动识别设备等；（2）用于完成数据传输的通讯硬件设备，包括网络设备、通信设备等。通过智能化管理和收费来提升高速公路的整体管理水平与效率，使高速公路的整体性能得到全面提升。

7 结语

高速公路无人智能收费系统是以智能识别和网络技术为基础，实现无人值守、无人收费、自动缴费的系统。该系统是在传统人工收费模式的基础上，结合现代信息化技术，利用计算机及网络技术，实现对车辆的自动识别和自动收费。该系统不仅具有智能化、信息化特征，而且具有高效性和安全性。随着社会经济的发展，高速公路建设也在不断地发展，在未来一段时间内，高速公路无人智能收费系统将成为高速公路建设发展的必然趋势。