金雷 彭文 張?jiān)?/p>

摘要 隨著交通運(yùn)輸部下發(fā)《取消高速公路省界收費(fèi)站總體技術(shù)方案》，以“電子不停車收費(fèi)（ETC）”技術(shù)為代表的智能化無人收費(fèi)系統(tǒng)自國(guó)家層面逐步走上高速公路運(yùn)營(yíng)的舞臺(tái)。高速公路向“無人、非現(xiàn)金、高效通行”的方向快步發(fā)展，而目前國(guó)內(nèi)大部分高速公路公司仍使用傳統(tǒng)收費(fèi)方式，尚未探尋具體無人收費(fèi)方式。通過對(duì)比分析有人、無人收費(fèi)的利弊，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)手段，探究智能化無人收費(fèi)的實(shí)施方式，以期探尋高速公路運(yùn)營(yíng)降本增效的新型收費(fèi)技術(shù)。

關(guān)鍵詞 無人化收費(fèi);智慧高速;降本增效

中圖分類號(hào) U492.2+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）05-0007-03

0 引言

截至2020年末，我國(guó)高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)16.1萬km，公路基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，大幅提高了公路通行能力和運(yùn)輸效率。

與此同時(shí)，高速公路運(yùn)營(yíng)依舊保持傳統(tǒng)收費(fèi)模式，對(duì)信息技術(shù)應(yīng)用缺乏重視，信息化平臺(tái)開發(fā)的技術(shù)支撐還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，相應(yīng)行政指導(dǎo)性文件亟待完善，以及全國(guó)高速公路網(wǎng)還未形成科學(xué)、有效的信息化共享平臺(tái)等問題成為了目前高速公路運(yùn)營(yíng)的短板。而取消省界收費(fèi)站工程實(shí)施以來，ETC的推廣使得高速公路運(yùn)營(yíng)管理迎來新的轉(zhuǎn)折，運(yùn)營(yíng)效率逐漸與快速發(fā)展的高速公路運(yùn)輸能力矛盾初顯。

因此，加強(qiáng)對(duì)高速公路信息化管理建設(shè)的現(xiàn)狀分析，探究推進(jìn)信息化建設(shè)的優(yōu)化措施至關(guān)重要。該文以公開資料為指導(dǎo)、以各省發(fā)布的《高速智慧高速建設(shè)指南》為引，通過對(duì)比分析傳統(tǒng)收費(fèi)方式及無人自動(dòng)化收費(fèi)方式及其利弊，簡(jiǎn)單討論無人化智慧收費(fèi)模式具有的現(xiàn)實(shí)意義，并據(jù)此探討智能化無人收費(fèi)的實(shí)施方式。在提倡交通強(qiáng)國(guó)的時(shí)代背景下，高速公路智能化無人收費(fèi)技術(shù)的研究應(yīng)用，是智慧高速發(fā)展的重要支撐，對(duì)當(dāng)前乃至未來十年的高速公路運(yùn)營(yíng)的降本增效具有重要價(jià)值。

1 高速公路收費(fèi)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)高速公路主要為出入口管控的人工收費(fèi)結(jié)合ETC分段式計(jì)費(fèi)的方式。自2019年撤站工程后，在原有收費(fèi)站設(shè)備保持不變的情況下，增設(shè)ETC天線、感應(yīng)線圈、RSU控制器等設(shè)備。將部分車道由原人工收費(fèi)車道改為ETC專用車道，撤銷原有收費(fèi)人員，其余車道因政策、社會(huì)實(shí)際情況等因素，保留收費(fèi)人員，改為“人工/ETC”混合收費(fèi)模式進(jìn)行收費(fèi)。

2 智能化無人收費(fèi)技術(shù)意義

目前我國(guó)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)主要針對(duì)高速公路封閉式車道，采用人工收發(fā)、ETC門架階段式標(biāo)記的方式，以集5.8 GHz和13.56 MHz通信功能于一體的CPC卡、車載OBU+ETC卡、紙質(zhì)通行券（極少）為通行計(jì)費(fèi)媒介的方式進(jìn)行計(jì)費(fèi)、扣費(fèi)動(dòng)作[1]。由于部分高速公司對(duì)數(shù)據(jù)傳輸缺乏長(zhǎng)期考量，未進(jìn)行大規(guī)模的擴(kuò)容升級(jí)改造，同時(shí)，現(xiàn)階段高速公路通行仍存在現(xiàn)金流交易，且大部分收費(fèi)站混合收費(fèi)車道數(shù)量高于ETC車道，通行速度、系統(tǒng)交易速度、數(shù)據(jù)傳輸速度，以及通信線路無疑阻礙了以自由流為核心的高速公路通行機(jī)制發(fā)展。

2019年5月16日，交通運(yùn)輸部正式下發(fā)的《取消高速公路省界收費(fèi)站總體技術(shù)方案》中明確提出依托電子不停車收費(fèi)（ETC）技術(shù)進(jìn)行收費(fèi)，減少人工服務(wù)，提高車輛通行率。全國(guó)省界收費(fèi)站撤除后，機(jī)電設(shè)備數(shù)量劇增，高速公路現(xiàn)有島面機(jī)電設(shè)備多、位置分散，多數(shù)控制協(xié)議無法兼容，設(shè)備供電和控制方式復(fù)雜，導(dǎo)致線井雜亂，機(jī)電維護(hù)人員處置故障難度提高。隨著收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)一步升級(jí)改造，收費(fèi)站更趨向少人化和無人化管理，對(duì)設(shè)備可知可控以及運(yùn)維管理提出更高要求。收費(fèi)模式也應(yīng)由以人工收發(fā)CPC卡、紙質(zhì)通行券為代表的半自動(dòng)收費(fèi)向以ETC通行為代表的全自動(dòng)收費(fèi)穩(wěn)步前行。

3 新舊收費(fèi)模式的優(yōu)劣分析

傳統(tǒng)收費(fèi)方式主要為利用CPC卡、紙質(zhì)通行券的通行計(jì)費(fèi)媒介，采用收費(fèi)設(shè)備計(jì)量、人工核準(zhǔn)，進(jìn)行車型分類、重量識(shí)別、收發(fā)卡等動(dòng)作，進(jìn)行出入口收費(fèi)工作（以下簡(jiǎn)稱半自動(dòng)收費(fèi)）。無人收費(fèi)（自由流通行收費(fèi)、“不停車收費(fèi)”）則是采用以ETC自由流通收費(fèi)行為代表的方式，利用工控機(jī)、服務(wù)器、RSU、ETC天線、收費(fèi)數(shù)據(jù)軟件等進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別核準(zhǔn)進(jìn)行出入口收費(fèi)工作（以下簡(jiǎn)稱無人收費(fèi)）[2]。兩種收費(fèi)方式各有利弊，簡(jiǎn)述如下：

3.1 半自動(dòng)收費(fèi)的優(yōu)勢(shì)

自2019年撤站工程完成后，除ETC車道外，混合車道以半自動(dòng)形式，通過稱重設(shè)備、輪軸識(shí)別設(shè)備、車牌識(shí)別設(shè)備等進(jìn)行車輛、車型、輪軸、重量識(shí)別，以人工核準(zhǔn)并收發(fā)卡形式進(jìn)行出入高速公路。其優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：

一是有利于對(duì)非法車輛、違章車輛的稽查。采用人工核準(zhǔn)、設(shè)備輔助的形式進(jìn)行收費(fèi)工作，可利用收費(fèi)系統(tǒng)出入口讀寫設(shè)備隨時(shí)檢驗(yàn)車輛的實(shí)際信息，使用人工判別，對(duì)套牌、換卡、超重等違法、違章車輛的查處準(zhǔn)確性更強(qiáng)。

二是對(duì)收費(fèi)設(shè)備的要求較低。相較于無人收費(fèi)，半自動(dòng)收費(fèi)所需要的稱重設(shè)備、工控機(jī)、輪軸識(shí)別等收費(fèi)設(shè)備早已趨于成熟，設(shè)備的采購(gòu)、維護(hù)、維修成本較低，且對(duì)于通信傳輸?shù)囊蟛桓撸欣谶\(yùn)營(yíng)階段的維護(hù)保養(yǎng)。

三是有利于堵漏增收，保障顆粒歸倉(cāng)。半自動(dòng)收費(fèi)方式，由于收費(fèi)動(dòng)作的主體為收費(fèi)員，對(duì)于偷逃費(fèi)用等情況的甄別準(zhǔn)確度較高，可有效減少此類情況的出現(xiàn)，對(duì)于高速公路運(yùn)營(yíng)公司的合法利益維護(hù)提供了有力保障。

3.2 半自動(dòng)收費(fèi)的劣勢(shì)

一是收費(fèi)工作流程繁雜，出錯(cuò)率較高。由于人工操作較多，收費(fèi)流程較為復(fù)雜，為收費(fèi)流程的錯(cuò)誤提供了較多的空缺，經(jīng)驗(yàn)欠缺或培訓(xùn)不足的收費(fèi)員容易出現(xiàn)較多的收費(fèi)錯(cuò)誤[3]。同時(shí)，對(duì)于壞卡、通行卡缺失等突發(fā)狀況的解決無法有效做到標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，對(duì)于高速公路運(yùn)營(yíng)收益存在一定影響。

二是工作人員需求量較高。由于半自動(dòng)收費(fèi)以人為核心，收費(fèi)站對(duì)收費(fèi)員、管理人員的需求量較高[3]，對(duì)于人員的管理來說是不小的挑戰(zhàn)，且由于對(duì)人員的需求量較大，人工成本對(duì)公司也造成一定的壓力。

三是繳費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，效率不高[4]。由于車輛出入站的減速、排隊(duì)等候、收發(fā)卡、繳費(fèi)、駛離動(dòng)作皆增加了通行時(shí)長(zhǎng)，通行效率不高，且對(duì)于車流量較大的收費(fèi)站易存在擁堵的隱患。

3.3 無人收費(fèi)的優(yōu)勢(shì)

3.3.1 通行效率高

無人收費(fèi)因設(shè)備的高度電子自動(dòng)化，通過使用天線記錄、線圈感應(yīng)、高分辨率攝像機(jī)采集信息，通過光纜將各類信息匯總于收費(fèi)終端，并進(jìn)行費(fèi)用判別及扣費(fèi)放行等工作[5]。車輛記錄、車型識(shí)別、重量核準(zhǔn)、扣費(fèi)等動(dòng)作都以毫秒為單位，可做到“不停車收費(fèi)”，減少了等待延誤時(shí)間，提升了車輛的通行效率，有利于收費(fèi)站高峰期擁堵情況的緩解。

3.3.2 降低人工成本

無人收費(fèi)由于設(shè)備自動(dòng)化程度高，無須收費(fèi)人員值守即可完成出入口的放行及收費(fèi)動(dòng)作，僅需保留少量的收費(fèi)人員現(xiàn)場(chǎng)處理突發(fā)事件，同時(shí)增強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)人員、管理人員[6]。目前，根據(jù)各高速公路公司的管理方式、收費(fèi)站規(guī)模，收費(fèi)站的普遍人數(shù)為15～25人之間，在采用無人收費(fèi)后，收費(fèi)站人數(shù)可減少至10人內(nèi)，人工作業(yè)成本大大降低。

3.3.3 面向未來的高適應(yīng)性

無人收費(fèi)對(duì)于設(shè)備的自動(dòng)化、通信效率要求較高[7]，根據(jù)目前國(guó)家出臺(tái)的相關(guān)政策，無人收費(fèi)幾乎成為智慧高速中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，無人駕駛、車路協(xié)同、大數(shù)據(jù)平臺(tái)及物聯(lián)網(wǎng)交通互聯(lián)中需要有收費(fèi)站的支持，而半自動(dòng)收費(fèi)無法滿足智慧交通的發(fā)展需要。也可以說是高速公路的發(fā)展趨勢(shì)，它對(duì)未來智慧交通的支持上適應(yīng)性更好，同時(shí)，更高的通信效率也為未來技術(shù)更迭提供了較為便捷的改造條件。

3.3.4 提升管理水平

無人收費(fèi)的工作主要集中于電子化的數(shù)據(jù)處理，利用無人收費(fèi)終端的數(shù)據(jù)傳輸，高速公路公司相關(guān)管理人員可利用相應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨區(qū)域調(diào)閱、實(shí)時(shí)查詢、數(shù)據(jù)分析等功能，并針對(duì)性地進(jìn)行管理[6]，對(duì)于提升公司的管理水平有一定的幫助。

3.4 無人收費(fèi)的劣勢(shì)

3.4.1 交易感應(yīng)時(shí)間對(duì)設(shè)備的要求較高

在無人收費(fèi)場(chǎng)景應(yīng)用中，主要是通過ETC自由流交易，以欄桿機(jī)、ETC天線、RSU、OBU、感應(yīng)裝置等設(shè)備組成無人收費(fèi)設(shè)備群組進(jìn)行車輛的放行、記錄、交易等動(dòng)作的控制[8]。由于高速公路普遍存在著車流量大、車輛行駛速度快的特點(diǎn)，意味著車輛在交易區(qū)域內(nèi)停留的時(shí)間短，留給RSU與OBU進(jìn)行交易通信的時(shí)間很短，對(duì)設(shè)備的通信傳輸、數(shù)據(jù)處理能力要求較高。

3.4.2 鄰道干擾情況普遍存在

與交易成功率相關(guān)的另一個(gè)重要問題是鄰道收費(fèi)公路的干擾，根據(jù)現(xiàn)階段采用的通信技術(shù)的特性，如果自由流信號(hào)的傳輸性能過高，系統(tǒng)中的RSU之間會(huì)存在干擾[6]。因此，鄰道干擾問題成為一個(gè)普遍現(xiàn)象，對(duì)于“不停車收費(fèi)”來說存在一定的挑戰(zhàn)。

3.4.3 前期投入較大

無人收費(fèi)由于對(duì)設(shè)備、通信傳輸效率要求較高，且設(shè)備數(shù)量較多，擴(kuò)大了收費(fèi)設(shè)備的規(guī)模，增加了工程的投資成本，對(duì)于現(xiàn)存收費(fèi)站的升級(jí)改造是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)[3]。同時(shí)，設(shè)備精度的提升，對(duì)于日常的設(shè)備維保人員質(zhì)量要求變高，工作量也相應(yīng)增加，運(yùn)營(yíng)成本也因此上升。

3.4.4 缺乏核準(zhǔn)機(jī)制

由于我國(guó)的無人收費(fèi)尚處于初級(jí)階段，目前，CPC卡與車輛的實(shí)際身份在技術(shù)層面并不存在絕對(duì)綁定的關(guān)系[3]，且由于偷逃過路費(fèi)的方式多種多樣，無人收費(fèi)無法很好地核查車輛的準(zhǔn)確通行費(fèi)用，協(xié)助進(jìn)行自動(dòng)化清分校核的相關(guān)系統(tǒng)亟待實(shí)施應(yīng)用。

3.5 綜合分析

總的來看，半自動(dòng)收費(fèi)有著較低的技術(shù)、設(shè)備投入，且校核準(zhǔn)確性較高，但人員編制臃腫，無法精簡(jiǎn)，致使人工成本高的特點(diǎn)貫穿整個(gè)運(yùn)營(yíng)期，同時(shí)通行效率較低，易造成車輛擁堵。而無人收費(fèi)盡管在前期建設(shè)投入較大，且對(duì)于設(shè)備、技術(shù)要求較高，但能夠強(qiáng)化公路運(yùn)營(yíng)公司管理質(zhì)量，且通過減少人工作業(yè)開支，降低部分運(yùn)營(yíng)成本，是具備更好地面對(duì)高速公路未來發(fā)展條件的收費(fèi)方式。

4 無人收費(fèi)的實(shí)施舉措

目前，浙江省、江蘇省和山東省已發(fā)布《智慧高速公路建設(shè)指南》，均提出要發(fā)展支持全天候通行、全路段感知、全過程管控的交通感知網(wǎng)，降低各類潛在通行影響及路網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷、提高路段通行能力。通過發(fā)展、應(yīng)用以ETC技術(shù)、電子車牌、機(jī)器視覺、北斗高精度定位等多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自由流收費(fèi)管理（無人收費(fèi)），為智慧高速建設(shè)中的全過程管控及全路段感知補(bǔ)齊短板。

由于目前尚處于智慧高速探索階段，由收費(fèi)管理與計(jì)算平臺(tái)、收費(fèi)站車道系統(tǒng)、ETC門架系統(tǒng)等組成的ETC技術(shù)為現(xiàn)階段自由流收費(fèi)的主要手段，對(duì)于無人收費(fèi)的未來發(fā)展進(jìn)行了一定程度的展望。根據(jù)目前三省的《智慧高速公路建設(shè)指南》相關(guān)指導(dǎo)意見，無人收費(fèi)的實(shí)施應(yīng)著力于以下幾個(gè)部分：

4.1 提升視頻處理能力

車牌識(shí)別儀、路側(cè)及門架攝像機(jī)應(yīng)集高分辨率視頻記錄、視頻處理和車牌識(shí)別功能于一體，準(zhǔn)確捕捉車牌等車輛載荷的重要信息，視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備車身顏色識(shí)別、號(hào)牌識(shí)別、車標(biāo)識(shí)別、車型識(shí)別，尤其是新型車牌，以及事件檢測(cè)和特征抓取等功能[9]，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)數(shù)據(jù)的可靠性及用于分析排查數(shù)據(jù)，進(jìn)行車輛相關(guān)信息預(yù)處理。同時(shí)系統(tǒng)還應(yīng)具備校核功能，以確保識(shí)別的準(zhǔn)確性，減少車輛于收費(fèi)站的等待延遲時(shí)間，并在必要時(shí)更精確地分析假冒車輛。

4.2 電子標(biāo)簽提供更多車輛信息，以確保裝載數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

利用RFID的技術(shù)特點(diǎn)，所有車輛上使用電子車牌，電子車牌作為車輛信息的載體，與個(gè)人銀行進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過裝射頻識(shí)別讀寫器，對(duì)各輛機(jī)動(dòng)車電子車牌上的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集或?qū)懭隱10]，達(dá)到車輛與收費(fèi)系統(tǒng)通信的目的。

4.3 完善多網(wǎng)融合通信系統(tǒng)建設(shè)

由于無人收費(fèi)的特殊性，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化高速公路通信傳輸能力，采用有線光纜、無線傳輸（短距離+長(zhǎng)距離）的多種通信技術(shù)，利用ZigBee、V2X等通信手段，將高速公路各類設(shè)備融合集成[11]。提供低延時(shí)、高可靠、全覆蓋的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸控制在毫秒級(jí)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)處理能力。

5 結(jié)語(yǔ)

技術(shù)可以引領(lǐng)未來。在智能交通領(lǐng)域，以ETC技術(shù)為主的無人收費(fèi)是一種面向未來，且步入眼前的高速公路收費(fèi)管理技術(shù)。通過強(qiáng)化數(shù)據(jù)通信技術(shù)手段，融合電子車牌、智能識(shí)別系統(tǒng)等多種智能化產(chǎn)品，結(jié)合高速公路沿線的攝像監(jiān)控設(shè)備、ETC天線、路測(cè)RSU等相關(guān)設(shè)備，進(jìn)行圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)記錄、信息處理，并實(shí)現(xiàn)收費(fèi)結(jié)算管理的“不停車收費(fèi)”（無人收費(fèi)）已初顯端倪，具備實(shí)現(xiàn)的技術(shù)條件，且具有較高的經(jīng)濟(jì)意義，一定程度實(shí)現(xiàn)高速公路運(yùn)營(yíng)的降本增效，能夠很好地替代現(xiàn)有半自動(dòng)收費(fèi)方式，成為主流高速公路收費(fèi)技術(shù)。

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