裴宇

摘 要：本文結合高速公路收費站系統(tǒng)現(xiàn)狀，對高速公路收費站系統(tǒng)框架進行設計與層次的劃分，提出了高速公路收費站系統(tǒng)設計方案，包括收費系統(tǒng)與ETC接口與通信設計、車輛識別與響應系統(tǒng)設計、申訴模塊的構建設計、圖像處理技術設計等，確保高速公路收費站系統(tǒng)設計的質量，促進高速公路收費站系統(tǒng)優(yōu)化升級。

關鍵詞：高速公路;收費站系統(tǒng);設計

中圖分類號：TP311.13;U495 文獻標識碼：A

0 引言

收費系統(tǒng)是高速公路機電體系的重要組成部分，現(xiàn)階段高速公路承載的汽車數(shù)量不斷增大，為了能夠適應這一需求，建立智能化的高效收費管理系統(tǒng)已經(jīng)得到廣大學者的重視。而從當前技術發(fā)展情況來看，ETC支付已經(jīng)在全國范圍內得到推廣，因此應該設計一套與之相對應的收費系統(tǒng)，進一步強化收費管理水平。

1 高速公路收費站系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著國家經(jīng)濟快速發(fā)展，行駛在高速公路上的車輛通行量日益增大，收費站車道環(huán)境的惡化，傳統(tǒng)收費站逐漸呈現(xiàn)出一系列的不足。首先，傳統(tǒng)的收費站空間狹小、工作環(huán)境不舒適。車道上汽車產生的尾氣、揚塵、噪音和霧霾等環(huán)境直接影響到車道的空氣質量，對收費員的健康造成一定影響。其次，傳統(tǒng)收費站內部機電設備集成度低。傳統(tǒng)計費方式需要在站內安裝各種大小不一的機電設備，占用空間大，設備接線駁亂，穩(wěn)定性差，給后期維護檢修造成較大困難。最后，傳統(tǒng)收費站功能結構簡陋單一。一般只設有冷暖空調調節(jié)，對站內空氣、噪音等無改善措施。如，某高速平鐘段主線全長90 km，具體施工內容包括路基工程、橋梁工程、隧道工程等。隧道采用的是上下行分離的四車道結構，設計行車速度80 km/h，最大埋深達到260 m，設計縱坡為3.03%。新的發(fā)展環(huán)境下，其瓶頸效應也變得越發(fā)突出，在一定程度上阻礙了當?shù)馗咚俟肪W(wǎng)絡的發(fā)展，需要進行改擴建工作，而在這個過程中，必須高度重視高速公路機電工程的建設和完善。

2 高速公路收費站系統(tǒng)框架設計與層次劃分

2.1 系統(tǒng)框架設計

在本次高速公路收費系統(tǒng)設計中，通過融合ETC無線射頻技術以及智能化無感支付技術，形成一套組合式收費系統(tǒng)。與常規(guī)的ETC收費模式相比，本文所介紹的系統(tǒng)是在ETC通道的基礎上增添信號傳感器、無感支付以及圖像識別等，再利用相應的智能算法，確保能夠充分讀取車輛信息，保證能夠對車輛做出正確的識別，提高車輛通過效率，保證了駕駛人員的滿意度。該系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

按照圖1介紹的系統(tǒng)流程圖，當有車輛駛入ETC收費系統(tǒng)通信區(qū)域之后，經(jīng)過微波傳感器快速感知信號并激活射頻鏡頭，此時系統(tǒng)也進入工作狀態(tài)，在射頻鏡頭下調取車輛的車牌號，并與車輛信息數(shù)據(jù)庫的資料做對比，匹配成功后開始向射頻卡發(fā)送代碼并調取車輛信息，根據(jù)地區(qū)高速公路收費方案計算司機應繳納數(shù)額，當系統(tǒng)成功扣款后車輛可以直接出高速;若無法自動扣款（或者扣款失?。﹦t系統(tǒng)激活門禁系統(tǒng)。在整個系統(tǒng)流程中，通過智能化技術能夠快速完成車輛信息的管理與儲存，并將與銀行、第三方交易平臺之間實現(xiàn)對接，形成繳費賬單。

2.2 層次劃分

根據(jù)智能技術特征，在本次系統(tǒng)設計中系統(tǒng)整體結構可以分為以下幾方面：（1）終端展示層。該功能層能夠為ETC繳費系統(tǒng)管理提供人機交互界面，能夠根據(jù)用戶的不同層次劃分使用權，具體為收費站層、稽查部門層、公司領導層等，每個職能層所對應的系統(tǒng)權責不同。在設計中注意保證工作人員操作便捷性，盡可能的降低使用難度。（2）應用業(yè)務層是系統(tǒng)的功能層，是系統(tǒng)建設核心，要求系統(tǒng)在收費系統(tǒng)中能夠對所有車輛的繳費業(yè)務進行信息識別，并根據(jù)后臺運算結果生成查詢信息并進行展示。（3）儲存層。在儲存層需要儲存車輛ETC繳費的信息，如車輛進出信息、視頻信息等。

3 高速公路收費站系統(tǒng)設計方案

3.1 收費系統(tǒng)與ETC接口與通信設計

在收費系統(tǒng)設計中使用了復合系統(tǒng)模式，在設計中通過智能化軟件來融合無感支付以及ETC技術，這種設計方法能夠充分適用于車輛的不同收費場景來控制收費過程，所以在硬件設備運用中需要通過天線控制器、稱重顯示器、車輛檢測系統(tǒng)、信號指示燈。在該系統(tǒng)設計中，ETC與無感支付系統(tǒng)的結合采用了I/O接口以及串行結構模式，具體包括：（1）在I/O接口被應用在系統(tǒng)主控中心的邏輯控制上，在相關功能模塊的支持下能夠能快速的實現(xiàn)車輛信息檢測，實現(xiàn)系統(tǒng)報警以及分量信息分離等，判斷車輛是否可以正常通行等。（2）串行接口設計中選擇異步通信接口模式，并連接稱重顯示器、計費顯示器等。期間為強化通信質量，在系統(tǒng)設計中選擇RS485總線連接方法，在收費系統(tǒng)中融合主控技術與計算機科學、數(shù)據(jù)庫技術等是整個系統(tǒng)的“大腦”。并且在該系統(tǒng)中，對車輛的信息檢測成為核心內容，因此在本次系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)選擇具有高靈敏度的車輛檢測器，該裝置能夠與系統(tǒng)中的ETC模塊、RS485總線等兼容。

3.2 車輛識別與響應系統(tǒng)設計

在本次高速公路收費系統(tǒng)設計中，為彰顯智能化技術優(yōu)勢，本文構建了完整的車輛識別與響應系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要組成部分包括：（1）無感支付攝像機。該裝置可以快速提取測量的信息并與字符疊加器連接，能夠實現(xiàn)原始圖像處理以及圖像降噪等，并且當系統(tǒng)采集其中的關鍵數(shù)據(jù)之后能夠將視頻等加入特定的疊加字符并上傳到信息系統(tǒng)中。（2）通信模塊。通信模塊性能模塊的出現(xiàn)會進一步改變系統(tǒng)的通信模式，該模塊采用了RUS天線加天線控制器的模式，其中天線控制器能夠調整天線的開關情況，接收器在識別系統(tǒng)的請求之后能夠將對應的通信協(xié)議與通信信號等轉變?yōu)閿?shù)據(jù)幀，并將其反饋給收費站。RUS天線能夠將天線控制器中的信號進行放大調制后，再輻射至周邊的互聯(lián)網(wǎng)基站上。（3）收費站管理系統(tǒng)與銀行、微信、支付寶等建立聯(lián)系，可以直接完成自動繳費。（4）GSMR的網(wǎng)絡設計?？紤]到高速公路收費站的可能出現(xiàn)車流量復雜的問題，所以在該網(wǎng)絡上可以構建MSC節(jié)點，滿足大量車輛通行的要求。

3.3 申訴模塊的構建設計

在智能ETC收費系統(tǒng)中，可能會因為系統(tǒng)故障等問題造成系統(tǒng)收費異常，用戶在了解異常收費情況之后可以針對此項收費提出異議。針對這種特殊情況，在本次系統(tǒng)設計中建立申訴模塊。

關于ETC收費申訴任務是以列表的形式進行的，內容包括任務名稱、序號、時間、操作信息等;根據(jù)不同的申訴任務可以在申訴列表中顯示不同的內容，主要內容包括：（1）用戶通過第三方軟件等了解收費異常之后，可以直接在軟件中選擇“聯(lián)系客服”，并進入到申訴過程。（2）系統(tǒng)自動為員工分配用戶的申訴任務，任務進入到申訴列表中，工作人員開始認真識別用戶的申訴信息，并提交申訴決定。若人工審核認為用戶的申訴不合理，則可以將相關視頻、圖片資料一起反饋給用戶;若人工審核認為用戶的申訴是合理的，則可以將異常收費部分直接退還給支付賬戶，避免用戶的權益受到侵害。（3）在人工申訴結束后，系統(tǒng)開始第二次隨機分配本次深度任務，判斷人工申訴的反饋結果是否合理，并申訴結果記錄到系統(tǒng)中，方便公司查詢。

3.4 圖像處理技術設計

在智能ETC收費系統(tǒng)中，系統(tǒng)對圖像的處理能力已經(jīng)成為決定系統(tǒng)收費合理性的重要因素，所以在系統(tǒng)設計中還需要引入強大的圖像處理技術，確保系統(tǒng)能夠精準無誤的讀取車輛信息。為實現(xiàn)這一目標，在本次設計中通過圖像壓縮以及編碼、小波變換的方法，進一步縮短識別圖像的時間，并利用小波函數(shù)來提高圖像信號的分辨率，在圖像處理中通過對圖像信號做正交以及壓縮分解后，能夠獲得更高質量的圖像信號，其中的處理過程主要可以分為兩個步驟：（1）在將分解的圖像做量化系數(shù)變化與分解之后，能夠獲得具有更高像素壓縮比的圖像（或視頻）。（2）根據(jù)人眼視覺機制調整圖像分辨率，此時小波系數(shù)之間保持著相互獨立的關系，圖像的關鍵信息主要集中在低頻分量中，且隨著小波分解層數(shù)的不斷提升，則圖像的清晰度越高，但是在實踐過程中要兼顧分解處理以及圖像壓縮的時長問題。

4 結語

在智能交通背景下，傳統(tǒng)的交通高速公路收費系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生明顯變化，本文所設計的基于智能交通的ETC高速公路收費系統(tǒng)具有技術可行性，具有更強的收費管理能力，其技術成熟，充分利用智能化等技術的優(yōu)勢，符合未來高速公路管理系統(tǒng)的發(fā)展要求，具有推廣價值。

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