高速公路智慧收费站建设浅析

2024年第01期(总第291期)I中国交通信息化 DOI：10．13439／j．cnki．itsc．2024．01．008 高速公路智慧收费站建设浅析 江威 (福建省高速公路信息科技有限公司，福建福州350000) 摘要：针对高速公路省界收费站取消后收费站业务的痛点及需求，本文介绍了高速公路智慧收费站少人化、美观化、集成化、云端化、数字化、智能化的建设目标，对收费系统架构进行了阐述，对收费站运行监测、交通应急处置、数字化车道、智能化收费4个子系统的建设进行了分析--5探讨。 关键词：智慧收费站；自助收费；窄岛；数字；智能 随着我国“交通强国”建设战略的实施和取消高速公路省界远程值守、ETC客服、设备后移等多样化一体功能。收费站政策的推行，高速公路的交通量得到了迅猛的提高，给收1．4云端化 费站通行带来了以下痛点：(1)收费站作为高速公路网络重要通过“云坐席”可实现收费员远程值守，通过远程软件和可 节点，在节假日通行需求大、交通事故及气候环境影响、车道规视对讲可实现对特情车辆远程操作、辅助过牟，提升牟道通行效 模不匹配等情况下，极易出现通行拥堵严重、排队时间长、通行率。匝道预交易系统可提升ETC车辆一次性过车率，减少拥堵。效率低等问题，常发性拥堵严重制约整体路网通行效率；(2)1．5数字化 收费站设备普遍存在设备故障感知延后、故障现场处理响应慢，通过将收费车道软硬件数字化，对全收费站数据进行汇总， 收费站智慧化水平低等问题，出行体验有待进一步提升；(3)并通过可视化形式展现，将收费站交通流量、车道利用情况、收收费站极易受极端气候、上下游道路通行需求的影响，需要对交费金额、车型分类、软硬件实时状态以可视化形式展示给值守人 通、气象等跨行业数据进行融合，对路网、路段级交通量进行实员，便于其直观了解收费站整体运营情况，可针对不同交通状况 时分析、预测，为收费站的精细化管理、主动管控诱导、管控效做出及时、准确的管理决策。 率提升提供有效支撑。1．6智能化 采用视频AI技术，利旧收费站广场图像，智能检测行人、异 1建设目标常停车、拥堵等交通事件，用较低的成本实现对收费站交通状况 1．1少人化智能监管。此外，基于收费站历史交通数据和全路网门架交通流 通过在车道上部署自助收费设备，在收费站闽通卡网点部署量，通过OD分析预测收费站短期车流量，提升应急处置水平和ETC客服自助设备，实现出入口混合车道车辆全自助通行、ETC安全保障能力。 客户服务自助办理，从而减少收费站值守人员，减轻收费员工作 强度，降低运营成本。2收费系统架构 1．2美观化智慧收费站采用“云、边、端”一体化协同架构，在平台侧 将传统的2．2m宽收费岛窄化为1．2m宽，收费岛上不再放置对“边、端”系统进行统一配置、部署、升级、监控等操作，大收费票亭，将车道控制设备后移至“智慧云舱”内。同时，在收幅度降低车道运维成本，构建收费业务运营支撑体系，提升客户 费岛前部采用拱门形式安装车道指示灯和ETC天线，支持“无顶服务质量。系统架构如图1所示。棚”设计，以提升收费车道整体美观性、整洁性。2．1云 1。3集成化在“云”侧部署业务管理运营云平台，满足收费业务的精准 将车牌识别器、费额显示器、电动栏杆机、通行信号灯、声化、在线化、智能化需要，统一数据接入标准，提供在线计费、 光报警灯融合为“五合一”高度集成设备，大幅精简收费岛设备交易流水查询、业务鉴权等集中化收费管理能力。可在“云”侧 的同时提高设备智能化程度。此外，改变传统收费票亭的单一外对“边、端”系统进行统一配置、部署、升级、监控等操作， 观、功能，应用“智慧云舱”，既可提升整体美观性，也可实现协同高效处理的同时融合云端算力，大幅度降低车道升级维护成 技术<TECHNOLOGY 物、收费设施、可变情报板等静态设施信息，进行l：l三维建模。叠加收费站交通流、事故等动态信息，融合应用交通仿真、G[S及三维建模技术，以收费数据叠加、可视化展示为方向，将收费广场运行状态、ETC车辆交易情况进行实时孪生可视化展示。搭建收费站全域全要素动静一体的数字孪生收费站，真实还原场景，为收费站运营、管理、服务提供全过程业务数据载体与能力支撑，从而提升收费运营智能化水平。收费站数字孪生可视化展示如图2所示。 本，强化收费业务稳定性，构建收费业务运营支撑体系。2．2边 在“边”侧部署车道服务，实现车道业务站级化管理。车 道侧仅保留前端页面，不再存储交易流水，在减少资源消耗的同时，彻底解决车道流水同步不及时的问题。打破车道间的“信息孤岛”，实现交易数据互通，解决常见的“邻道干扰”问题。对 于传统车道黑名单离线同步不及时的问题，支持状态名单在线查围绕收费坫父通匝仃状念头町慰★u、小I_J息砹1iT．赢父通娩" 淘，实现毫秒级别响应。及一张图可视化展示等需求，依托收费站数字孪生底座，通过获 2．3端取并分析实时视频监控、ETCrJ架、收费站出人口流量及事件监 “端”侧由车道控制器、车道外设和移动终端组成。测等数据，实现收费站交通运行嗡测，提供流量、拥堵等级、排 (1)车道控制器：实现业务与控制解耦，可通过站级协管队长度、速度等交通指标统计分析及二三维态势一张图，为用户 车道外设．打破牟道间的“挖制孤岛”．如遇岗亭没箭损坏，仍提fJL．啪z费站交通运行态势监测’j’矧埘感知】功能。 可通过站级遥控外设，配合移动终端完成收费业务。同时，通过融合收费站车道日志、收费流水、交易特情、视步页分析等数 边缘节点容器化集群管理，支持外设在线升级，可有效降低维护据，通过综合大数据分析和数字孪生技术，构建收费站效能指数 成本。模型，利用指数分析法构建由2项指数(压力指数、服务能力指 (2)车道外设：设备IP化，替代传统串口通信模式，并按数)、17项参数组成的收费站效能璐测评估指标体系，对收费站的国标定义统一接人标准，可极大减少不同厂商协议的适配问题。服务压力、服务能力、服务水平和运行状态进行客观量化评佶。 支持站级密钥服务，集中授权管理，可避免PSAM分散风险。车3．2交通应急处置 道控制器集约化，可为统一远程管控提供支撑。依托视频A1事件检测设备(包括高清摄像机及视频AI速算(3)移动终端：支持可视化精确路径、在线计费、移动收盒)，对收费站内各类事件进行实时事件检测、智能i只别分析， 费等收费业务功能，兼容工班管理、发票管理等运营需要，可实包括行人闯人、异常停车、逆行、拥堵等异常事件，并与关联视 现ETC车道特情处理。频联动显示，实现车辆信息快速识别，降低实施成本的同时提升 收费站应急响应能力。行人AI识别如图3所示。 3建设方案 针对收费站业务痛点及需求，围绕收费站运行监测、交通管控、设备运维、运营收费等业务场景，对收费站运行监测、交通应急处置、数字化车道、智能化收费4个子系统实施建设。 3．1收费站运行监测 围绕收费站场景，以静态数据采集、融合处理建模为基础， 采集收费站车道、标志标牌、收费站建筑、广告牌、支架构造 2024年第0l期(总第291期)l中国交通信息化 以收费站自gETC、CPC实时数据为输入，考虑不同特征日、不同时段、交通时空关联性、天气等因素，基于人工智能等方法 对路段流量和车速进行短时预测，以关键路段的可靠预测结果为 约束条件，融合动态OD估计、实时在线仿真等技术，预测收费站个体车辆的时空分布，实现全路网的短时精准预测，输出所有路段未来1h的速度、流量、密度、排队长度、服务水平等交通指标。基于历史节假目客流数据特征分析，考虑时间特征、天气特征等因素，构建短时预测模型，按“节前一天”“节日期间”划 分特征日，实现特征目每l5rain省界门架、收费站之间不同车辆 类型的交通出行需求总量，为触发收费站预警、通道管控诱导提对收费站智能一体化栏杆机、车道边缘控制柜、诱导屏等核心设 供决策依据。备进行集约化、数字化监测，实现收费站通道状态及设备状态一 通过对接国家重点车辆监测平台，获取重点车辆信息及其通张图、设备实时在线监测与直观呈现，对设备异常自动发声发光 行数据，实现对危化品运输车辆、黑名单车辆、特情车辆的数字报警，并提供设备运行状态数据统计分析，实现线上线下融合交 孪生实时跟踪，实现车辆通行分类诱导、精细化管理，并提供车互，做到车道异常快速响应。 辆数量、类别及变化趋势的统计分析和展示，避免特殊车辆进入通过交通运行推演和数字孪生技术，掌控车道级精准路网及 正常涌滞．娑啼涌揖R日碍亏占车_挪汨呈¨加圆』6I；示未来演变情况，根据恶劣天气、交通事故、设备故障检修、车辆故障、特殊情况等不同情况，智能联动收费站通道设备，制定收费站通行车道打开关闭预案，通过提供仿真预测推演，形成管控诱导预案仿真、效果评估与发布，对车道进行基于不同场景下交通通行需求的动态智能管控，并提供数字孪生实景化的管控过程及效果呈现，实现收费站智能开关。 3,4智能化收费 收费站匝道预交易系统包括设计驱动模块、ETC预扣费模 图4重点车辆识别 块、特情车识别模块、计费模块和数据处理模块，主要设备包 根据区域天气情况及整体气象状况的监测需求，通过获取路括5．8GHz天线、高清车牌识别器、可变信息情报板等。采用 网气象数据，实现收费站周边及相关区域天气情况的地图显示，“ETC匝道收费+车道验证”方式，对正常的ETC车辆提前扣 实现实时路网整体气象状况(包括降雨量、风速、能见度、气费，对预交易成功的车辆，在ETC出口专用车道直接抬杆放 温、湿度、地面湿度等)可视化展示，为用户提供气象环境、恶行，对还未交易成功的车辆进行二次交易后放行，使ETC车道 劣天气实时监测功能，为车道关闭打开、预警告警、管控诱导提交易时间由原来的200-300ms降低至15—30ms，提高了ETC车辆 供支撑。的一次过车效率。对于特情车辆，通过情报板和OBU蜂鸣的方 3．3数字化车道式，将其引导至指定混合车道进行人工处理，减少ETC特情车 使用智能一体化栏杆机替代传统收费岛上车牌识别器、自动辆误人出口ETC专用车道导致的倒车换道，提高过车效率，减 栏杆机、费额显示器分开安装的方式。智能一体化栏杆机集成了少收费站拥堵。此外，系统可提供匝道预交易通行数据的统计 上述所有功能，模块化的设计使各功能单元既各司其职又集中受分析，为匝道预交易系统优化、评估提供量化支撑。匝道预交 控，设备内置核心云模块，可集中监控各功能单元运行状态并上易系统如图6所示。 传至云平台，大幅精简了收费岛设备，提升了智能化水平。智能收费岛采用窄岛化、无亭化设计，在有限的收费广场上最大 一体化栏杆机如图5所示。程度增加车道数，从而提高车辆通行效率。此外，在收费岛边缘 针对其他车道外设，使用车道边缘控制器替代传统车道控内嵌LED流水跑马灯作为标识，为司乘人员提供醒目提示，提升 制器，集车道收费系统业务逻辑和设备控制等功能于一体，负责公众智慧出行体验感。改变传统车道逐个放置收费票亭的方式， 与车道设备的连接、通信、控制，同时具备收费业务逻辑计算能在收费广场部署“智慧云舱”，作为收费站开展收费运营管理业 力，从而实现对车道所有设备的状态监测。务的办公场所，具备值班室、机房、ETC客服坐席等功能单元， 在以上设备基础上，对收费车道软硬件进行数字化改造，可提升收费站形象，改善收费员工作环境。窄岛化、无亭化收费 技术<TECHNOLOGY 站示意如图7所示。八1道辅助车型判断以及收费稽核。同时，结合收费站现场的智能车型识别器，建立“历史大数据+现场识别”的综合车型自动识别 模型，并将大量的收费数据和对应的牌识图片上传至省中心，进行车型识别的人工智能训练，提高车型识别准确性。 、通过在车道部署自动发卡机、自助缴费机、车型识别器等智 步lll-：匝道交易--恩日能化设备，针对不同车辆特点定制专属车型识别方案，将整体车型识别率提升至99．9％，从而实现出人口混合车道全自助通行、 车道无人值守。 在“智慧云舱”内的值守坐席上部署远程辅助过车系统、视频监控系统、可视对讲系统，实现自助无人收费车道的收费业务集中化处理，实时监控