作者：胡泽1，董泽1，罗如意1，左健1，胡安东1，贺崇文2，周可2，蹇朕2(1.湖北交投科技发展有限公司，；2.湖北交投高速公路运营集团有限公司）
摘要：本文介绍了湖北交通投资集团有限公司（以下简称为湖北交投）在智慧化收费站的建设经验，并总结当前智慧高速收费面临的问题。湖北交投历经武大高速公路、武红高速公路等项目建设智慧收费站，在车道优化、硬件升级、软件改造等多方面进行探索与优化，开拓出湖北交投自有智慧收费建设道路。最后，本文对智慧化收费站的未来发展进行展望，提出服务提升、管理有序、通行高效是智慧化的最终体现。
取消省收费界站后，新的门架收费模式在实际运营收费现场面临巨大挑战。当前收费站存在易拥堵、管控难、效率低等问题：ETC特情多，严重影响ETC车道通行效率；特情处理依靠人工，影响业务效率；车道设备多，系统故障定位和运维难度大；高峰期车流量大，车道承载力不足，人工车道相对拥堵。在此背景下，近年来多个相关政策文件陆续出台，积极推动新一代站级收费系统建设试点工作，其中，《加快推进高速公路联网收费系统优化升级实施方案》《高速公路联网收费系统优化升级工程方案（全网征求意见稿）》等提出了探索站级收费系统标准化建设，推动收费站向标准化、智能化、自动化方向发展。
1 现状分析
取消省级收费站以后，高速公路收费模式发生根本性变革，人工收费模式改为门架计费，“人工/ETC”混合收费模式。ETC车道通行效率较高，但ETC车辆比例不高，人工车道仍旧是收费主要方式，需要配置大量收费员。入口超载、绿通核查、无卡等特情事件给收费站现场运营管理带来了极大难度，优秀的运营管理人员极度缺乏，运营管理成本与管理效率的矛盾逐渐升级，智慧收费站改造成为高速公路建设的必由之路。
1.1 政策支持，收费系统升级刻不容缓
交通运输部和湖北省交通运输厅均对收费系统优化升级出台管理办法，鼓励和引导高速公路运营和建设主体加大投入，以门架基础设施赋能为基础，以收费数据融合应用为要素，加强收费自助设备设施的开发与研究，结合收费运营现场管理，推动智慧收费站高质量优化与改造。
1.2 收费现场管理和通行效率存在矛盾
取消省级收费站以后，绿通核查、入口治超等特情业务复杂化，计费方式发生根本性的变革，人工车道现场管理难度增加，通行效率下降。同时，在取消省界收费站工程中，人工车道数量相对减少，变相加剧了收费现场管理的难度。
1.3 运营管理成本问题日益突出
现有车辆通过人工车道缴纳现金或移动支付付费占比在40%左右，收费现场仍需要大量收费人员维持日常收费业务。全国高速收费“一张网”以后，特情增多，收费业务复杂度增大，收费人员素质要求更高，人员业务培训和能力培养成本增加，亟需切实有效的降本增效手段，降低运营成本。
1.4 技术演进，量变引导质变
为了适应新收费模式的转变，降本增效，运营和建设主体在智慧收费站方向不断进行迭代创新，联合设备厂家推出自助发卡、自动缴费等相关集成设备，并在车型识别、车牌识别、在线稽核、轮廓识别等领域开拓创新，大大提高了收费效率和准确性，为智慧收费站的发展奠定基础。
1.5 公众出行个性化需求提升
随着司乘公众对高速公路出行的个性化、人性化、便捷化要求越来越高，收费站不仅是高速公路收费的管理节点，更成为出行服务、交旅融合、宣传推广、差异化服务区体现的阵地。公众对高速公路服务资源和信息的需求越来越多，对智慧收费站的改造迫在眉睫。
2 建设思路
湖北交投以“智慧、集约、创新”为理念，以智慧云舱为载体和容器，通过车道设备优化、无人值守管理、运营高效可视，实现管理增效、服务提质和科技降本。智慧收费站建设思路主要包括IP化、标准化、智能化、可视化。
2.1 IP化
对原有收费车道关键设备进行研究，联合ETC天线、读卡器、POS机等设备厂家进行研究，实现设备的IP化管理，提高设备运维效率和难度，降低运营成本。
2.2 标准化
在建设过程中引入窄岛化、少人化、标准化建设理念，实现设备控制与业务逻辑的解耦分离，实现外设接入标准化，减轻车道设备安装、调试以及后续运维的难度。同时，基于统一的控制标准协议有助于收费系统的业务逻辑和数据储存，实现数据共享。
2.3 智能化
充分发挥外设AI、自助设备以及云服务能力，将收费业务后移，关联对讲、视频等业务，辅助决策智能化处理，提升车道管控水平。同时配备移动终端进行应急收费，可实现快速处理特情，缓解大流量收费站的通行压力。
2.4 可视化
实现拟合路径、计费路径、收费费额可视化，进行收费与监控业务扁平化管理，实时高效处理全线业务。实时监测收费设备状态、门架和车道收费数据上传状态，确保高速公路收费应收尽收。
3 系统架构
根据湖北省高速公路联网收费总体规划要求，收费系统管理体制与架构采用“湖北省高速公路收费结算中心－路段收费分中心—收费站”三级管理模式构建。结合湖北省联网收费总体规划以及湖北交投建设理念，智慧收费站建设标准拟采用“边端”结合的方式提供收费业务平台化服务。收费系统框架如图1所示。
图1 收费系统框架图
“边”即收费站管理节点，为收费站提供交易流程控制、计费服务、参数管理、参数查询、流水处理、远程控制、特情处理等相关功能。随着智慧收费站建设的深入，收费站管理节点将考虑建设成云服务模式。
“端”即收费车道管理端，主要由ETC专用车道、人工/自助混合车道、移动车道终端、准自由流、广场预称重等相关系统组成，主要采用自助发卡/缴费设备、车/轴型识别设备、移动车道终端、物联网终端、一体化栏杆机等IP化、集成化、智能化设备，支撑车道收费服务。
4 技术路线
围绕提升通行效率、增强管理效能、运营降本增效、服务美好出行的愿景，湖北交投不断迭代优化，开拓创新，以智慧云仓为前沿阵地，辅以超融合提供可靠资源，应用匝道自由流技术提高通行效率，采用广场预称重增强管理效能，探索窄道化、预制岛、无岛无亭化等思路，研制物联网终端、自助收发卡机、移动收费终端等设备，为便捷收费奠定基础。积极开展交安、土建与机电的融合应用课题，探究潮汐车道、渠化设计应用模式，为多领域融合应用拓宽道路。同时，湖北交投以收费数据和设备状态数据为基础，构建车型车牌库，为收费可视化和车型检验赋能，为高速公路数字化转型奠定基础。
4.1 智慧云仓
集收费现场前沿阵地、收费运营服务台、收费特情值班处等多功能于一体，实现收费车道业务的集中化处理。智慧云仓可通过监控系统总揽收费现场，利用音视频设备与车方实现可视对讲沟通，及时为车方远程进行特情处理、远程指导和操控，极大提高通行效率。智慧云仓示意如图2所示。
图2 智慧云仓示意图
4.2 超融合系统
通过虚拟化服务器资源，搭建云计算基础架构，有效保障主机的可靠性和可用性，最大限度优化业务自动部署、动态迁移、资源弹性扩展等虚拟化性能，为收费站收费系统提供强大的资源保障。超融合资源节点管理如图3所示。
图3 超融合资源节点管理示意图
4.3 匝道预交易
系统通过对ETC车辆介质有效性判定，通过在收费站前方高速公路上设置预交易门架，对ETC车辆信息及路径进行识别与拟合，将ETC交易与扣费操作从出口车道提前到匝道上进行，并设置情报板对预交易结果进行显示，提示异常车辆信息，实现车道预分配和提前分流诱导，提升交易成功率，提高收费站通行效率，有效保障高速公路出口段通行能力。预交易系统如图4所示。
图4 预交易系统示意图
4.4 广场预称重
在收费广场右侧适当位置布设预称重门架、不停车称重检测等系统设施，提前对重载货车进行称重计量，并通过设置情报板结果进行显示，提示超载车辆与超载信息，实现入口广场治超管理和提前分流诱导。
4.5 车道预制岛、窄岛化、无亭化
通过预制式收费岛并进行组装，可极大节省土建施工工期，为高速通车保通提供有力条件；通过窄化收费岛，在有限的收费广场最大程度增加了车道数，有效提高了车辆通行效率；岛面无亭，配备自助收发卡设备，提高收费效率，提高用户对高速公路的信任度和满意度，促进高速公路的口碑营销。
4.6 潮汐车道
通过结合土建、交安等基础设备设施，基于收费站现场高峰期车流状况，动态改变收费车道出入口属性，缓解收费广场拥堵现象，提高通行效率。
4.7 物联网终端
物联网终端通过采用统一的外设接入端口和通信协议，实现所有车道设备的接入。同时可采集设备的运行状态数据，为收费设备可视化提供了支撑。物联网终端实现收费设备的集中管理，减少了人工成本和收费站建设成本，提高高速公路的运营效率和盈利能力，提升了自助智能化程度，为探索智慧收费新模式奠定了基础。
4.8 自助收费设备
自助缴费系统移动支付方式，并借助远程运维、智能语音等技术手段，为车主提供有效、温馨、贴心的客户服务。自助设备的普及可有效替代人工收费，大幅减少路段业主的人力成本支出，达到降本增效的目的。
4.9 移动车道终端
移动车道终端提供入口发CPC卡、出口CPC交易、入口OBU交易、出口OBU交易、路径还原、收费特情处理、追缴名单查询等相关功能。移动车道终端可作为高速公路固定收费的有力补充，具有移动化操作、独立收费性、不局限车道类型等特点，有效提高收费现场管理效率，维护现场收费秩序。
4.10 车型车牌云校验
基于收费数据的长期连续采集，利用大数据结构化技术，加强收费数据深入挖掘分析和深度融合应用，融合出入口交易数据、门架车型识别数据、稽核系统车型不符人工修正数据，建设统一的车辆信息资源池，标准化车型车牌库，根据增量数据不断更新车型数据，形成准确的车型、车牌对应关系的结构化数据，面向业务系统提供多样化的数据服务，包括服务接口、数据集下载和应用展示等。在自助车道出现车型不符等特情时，提供高可信度车型数据，改善当前湖北省自助缴费、自助发卡特情只能人工介入处理造成的效率慢、服务水平低、智能化程度低的问题。
4.11 收费可视化
收费设备运行状态可视，用于辅助进行现场收费业务远程管理；收费现场状态可视，用于及时发现收费广场特情与应急事件，及时跟进与处理；收费数据状态可视，对部站传输、省站传输、站到路段中心传输中的各状态数据上传及时性、数据积压情况均能及时获取展示。收费可视化管理平台如图5所示。
图5 收费可视化管理平台示意图
4.12 广场渠化设计
基于收费广场交安、标志、标线设置，融合部署机电自助收费设备，实现对车道分流引导，并针对自助收费车道进行醒目提示，设立自助缴费区域，便于司乘人员进行自助收发卡操作，减少收费车道特情事件，提高通行效率。收费广场渠化设计如图6所示。
图6 收费广场渠化设计示意图
5 方案实践
湖北交投在探索智慧化收费站建设方面经历久远。早在鄂州机场智慧高速建设期间，为有效解决收费站口拥堵、应急处置等实际问题，提高湖北省高速公路收费科技含量，培育省内行业创新环境与新型市场，在借鉴外省成功经验的基础上，结合湖北高速公路实际运营情况，湖北交投在省交通运输厅相关政策和资源的支持下，以鄂州花湖机场收费站为试点，首创探索准自由流和广场预称重等收费新技术，为适应高速公路发展新形势、新变化、新需求迈出了坚实的第一步。
沿着智慧化收费站建设的大道，湖北交投在武大高速公路项目中积极推动收费车道设备升级，为智慧收费站的建设奠定了基础。湖北交投打破传统车道布局，进行窄道化车道设计，最大限度扩大车道数，提高通行效率，并创造性提出预制式收费岛概念，为节省建设工期、通车保通提供路径。同时，混合车道通过采用物联网终端、自助收发卡机设备，并辅以音视频对讲远程特情处理，实现车道收费业务流程智能化、自助化，提高收费车道自助收费能力。
湖北交投京珠运营公司福星收费站是湖北首个“无人值守+智慧云舱”的高速公路收费站。湖北交投在武大高速公路建设的基础上，对福星收费站车道采用无亭化设计，建设“智慧云仓”，开发部署收费可视化，云收费辅助系统等软件平台，通过将收费、监控、对讲、广播、信息发布等业务进行融合集成，实现各业务的集中化管理和特情事件的远程处理。收费广场岛面简洁，创造出与司乘的交互空间，打造“智慧让出行更美好”的通行体验。福星无人收费站如图7所示。
图7 福星无人收费站示意图
武红高速红安南收费站是以智能化、集约化、少人化、低碳化为设计理念，在“无人值守+智慧云仓”的思路上，采用“匝道预交易+三级诱导+车道验证”技术，打造“匝道自由流+收费车道联动”的智慧化收费新模式。
红安南收费站探索使用车辆档案云服务来提供精准车型，减少因车型不符产生的特情干扰，极大提高了自助车道的通行效率；探索物联网终端实现卡机和车道各设备运行状况，丰富云辅助平台功能，提高机电运维效率；探索新增天线牌识一体机设备优化ETC车道软件逻辑并实现ETC车道队列计数与匹配；响应低碳节能的号召，探索高速公路匝道感知与广场照明结合，实现收费广场“车来灯亮，车走灯暗”，为减少运营成本提供了新的思路。
6 未来展望
取消省级收费站以后，为适应高速公路收费运营的发展质量、出行效率和公众服务的重大变革，湖北交投历经多年开拓与探索，在收费站智慧化建设方面不断创新，已建成鄂州花湖机场、福星、红安南等智慧化收费站，然而智慧收费站的提升与优化永无止境，车型车牌的精准度有待加强，智能化潮汐车道的探索刻不容缓，绿通、无卡等特情事件的处置人工干预不可避免，智慧收费站建设之路任重道远。
湖北交投将持续以业务需求为导向，以运营管理为基础，以服务提升为目标，加强高速公路智慧收费的技术沉淀和革新，推广智慧收费站的建设和既有收费站的升级改造，打造湖北特有的智慧收费站。
（原文刊载于2024年第2期《中国交通信息化》）
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