楊龍平，何增鎮(zhèn)，李寧萬

(廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

2019年9月中共中央國務院印發(fā)《交通強國建設綱要》，提到了要大力發(fā)展智慧交通，推動大數據、互聯(lián)網、人工智能、區(qū)塊鏈、超級計算等新技術與交通行業(yè)深度融合。2020年8月交通運輸部印發(fā)《關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》，提出了要打造智慧公路的概念[1]。2021年2月中共中央國務院印發(fā)《國家綜合立體交通網規(guī)劃綱要》，提到要提升智慧交通發(fā)展水平，加快提升交通運輸科技創(chuàng)新能力，推進交通基礎設施數字化、網聯(lián)化[2]。基于云端的高速公路無感支付(車牌付)屬于智慧高速公路發(fā)展方向的一部分，推動其實現應用，將會加快智慧交通的建設步伐，有利于交通強國戰(zhàn)略的實施。

1 系統(tǒng)實現構思

1.1 智慧高速公路云端DT架構

以大數據、人工智能、云計算等領域的技術為基礎，基于云端的智慧高速公路管理平臺，其基本技術架構為云端(中心)-數據網(光纖+無線)-路側(邊緣云或智能站)-載運工具的架構，即云-網-邊-端一體的DT架構，如圖1所示。

圖1 高速公路云端DT架構圖

利用基于云端的高速公路無感支付技術，通過在出入口ETC/MTC混合收費車道安裝高清車牌識別系統(tǒng)并連接支付平臺，建立無感支付系統(tǒng)，可實現收費車道在線收費。

1.2 系統(tǒng)實現思路

針對ETC/MTC混合收費出入口車道，以廣西高速公路路網目前使用的ETC/MTC混合收費系統(tǒng)為基礎，提出了高速公路無感支付收費系統(tǒng)的實現思路。目前可采取兩種方式實現無感通行(車牌付)：(1)車輛領卡駛入高速公路，車道將車輛信息推送到云端的移動支付平臺，如果該車輛為已經注冊綁定的無感通行用戶，當車輛駛離高速公路出口，司機交通行卡時車道會直接依據車輛入口及路徑信息，計算出本次應繳納的通行費金額，計算結果提交給移動支付平臺并快速完成其綁定賬戶的自動扣費操作，當扣款成功后車道抬桿放行。(2)車輛不領卡駛入高速公路入口車道，直接由收費車道的高清車牌識別器識別車牌信息，車道根據車牌信息并到云端進行查詢，若發(fā)現該車輛為無感通行用戶，車道直接抬桿放行，并把車輛入口信息發(fā)至云端。當無感通行車輛駛入高速公路出口車道時，車道會根據車道內高清車牌識別器自動識別的車牌，根據車牌信息由云端執(zhí)行扣費處理操作，當扣費成功后則抬桿放行，若扣費失敗則車輛進行現金或掃碼交費通行。

實現基于云端的高速公路無感支付(車牌付)需要執(zhí)行以下操作：(1)車主在云端根據車牌信息注冊為無感支付用戶，開通無感支付功能(支持在個人終端手動關閉或啟用該功能)；(2)車主在第三方支付平臺注冊車輛信息及綁定支付賬戶(如信用卡、儲蓄卡等)；(3)無感支付收費出入口車道安裝高清車牌識別系統(tǒng)，收費系統(tǒng)接入支付平臺。

2 系統(tǒng)流程設計

2.1 無感用戶領卡方式出入高速公路流程

(1)無感用戶領卡方式駛入高速公路流程：車輛駛入高速公路入口時，收費車道將其入口信息寫入通行卡，司機領取通行卡后，車道起桿放行車輛，車輛離開后欄桿落下。在這一過程中車道異步處理是否為無感注冊車輛，車道自動發(fā)送車輛入口信息到云端，由云端智能判別是否為無感注冊車輛。其流程如圖2所示。

圖2 無感用戶領卡方式駛入高速公路流程圖

(2)無感用戶領卡方式駛出高速公路流程：領卡車輛駛入高速公路出口車道，上交通行卡給收費員，收費系統(tǒng)通過車牌識別標識點信息查詢服務接口，查詢車輛注冊信息。若注冊車輛不是無感支付用戶則按現有收費流程進行收費；若注冊車輛是無感支付用戶，系統(tǒng)繼續(xù)判斷該用戶是否關閉了無感支付，若已關閉無感支付則進行現金交費或掃碼支付交費；若未關閉無感支付車道通過車輛通行卡的入口信息計算出通行費用，通知云端移動支付平臺進行扣費處理。云端扣費失敗則由司機進行現金交費或掃碼支付交費；若云端扣費成功則起桿放行并將車輛離開信息發(fā)送給云端。其流程如圖3所示。

圖3 無感用戶領卡方式駛出高速公路流程圖

2.2 無感用戶不領卡方式出入高速公路流程

(1)無感用戶不領卡方式駛入高速公路流程：當車輛駛入高速公路入口車道時，車道將車牌識別信息及車道信息發(fā)送給云端，系統(tǒng)如果嘗試多次未收到云端的反饋信息則轉領通行卡方式進行處理。系統(tǒng)若收到云端的反饋信息，則根據反饋結果中的允許通行標志進行后續(xù)處理，若允許通行則收費車道起桿放行，否則轉領通行卡方式進行處理。其流程如下頁圖4所示。

圖4 無感用戶不領卡方式駛入高速公路流程圖

(2)無感用戶不領卡方式駛出高速公路流程：無卡車輛駛入高速公路出口收費車道，車道根據車輛通行信息(含車輛信息及請求駛出信息)到云端進行查詢用戶相關信息(包含入口信息和注冊信息)。云端反饋請求駛出信息，判斷入口是否已領卡，若已領卡則按領卡流程進行處理，若未領卡則進行后續(xù)操作。系統(tǒng)判斷車輛是否為無感支付注冊用戶，若不是無感支付用戶則按現有收費流程處理，若為無感支付用戶則判斷車道是否已鎖定。若車道鎖定則進行現金交費或掃碼支付交費，若車道未鎖定，車道則通過云端反饋的入口信息計算本次通行費用并通知云端進行扣費處理，云端反饋扣費結果信息給車道。若扣費失敗則進行現金交費或掃碼支付交費，若扣費成功則起桿放行，系統(tǒng)將車輛已離開信息發(fā)送給云端。其流程如下頁圖5所示。

圖5 無感用戶不領卡方式駛出高速公路流程圖

2.3 云端處理車道上傳信息的主要流程

(1)處理車道入口駛入請求：云端處理車道入口駛入請求流程如下頁圖6所示。云端針對領卡或無卡車輛接收其車道上傳的入口請求信息，通過TAC碼驗證用戶及數據的合法性。若TAC碼非法，根據領卡和不領卡用戶的請求返回相應的入口請求應答。若TAC碼合法，云端到第三方無感支付注冊平臺查詢該車輛信息并判斷其是否為無感支付注冊用戶，若不是無感支付注冊用戶則無須保存該車輛信息。若為無感支付注冊用戶則判斷是否存在多條相同車牌的入口信息，若不存在則保存車輛的入口信息并通過FTP地址獲取車牌圖片，若存在則系統(tǒng)還需要鎖定所有相同車牌的記錄。

(2)處理車道出口駛出請求：云端處理車道出口駛出請求流程如下頁圖7所示。云端首先接收收費車道上傳的無卡駛出請求或有卡駛出請求，通過TAC碼驗證車輛用戶及數據的合法性。若合法則同時到本地數據庫和第三方無感支付注冊平臺查詢該車輛信息，云端查詢出該車輛的入口信息及是否為無感支付用戶等信息，按照定義好的車道駛離請求應答內容接口反饋給車道進行后續(xù)處理，若TAC碼非法則無須到本地數據庫和第三方無感支付注冊平臺進行車輛信息查詢操作。

圖7 云端處理車道出口駛出請求流程圖

3 車道與基于云端的無感支付的信息交互設計

3.1 功能設計

基于云端的高速公路無感支付車道收費系統(tǒng)要實現如下功能：(1)無感支付云端與車道之間以HTTPS方式進行通信；(2)無感支付云端具有HTTPS證書的下發(fā)及自動更新功能；(3)消息封裝為JSON的形式，車道以POS的方式將其推送給云端，云端以同樣的形式返回應答；(4)無感支付云端收到車道推送的入口車輛信息后，要將該車輛是否為無感通行注冊用戶的信息及按事先約定好的其他車輛信息反饋給收費車道；(5)收費車道和無感支付云端通過3DES算法對出口收費的關鍵數據執(zhí)行TAC驗證以保證數據的安全性；(6)無感支付云端根據無感注冊用戶通行高速公路的出入口信息，調用手機短信通知接口，實時向車主推送出入高速公路的相關數據信息；(7)車道及云端應該有相應的扣款回撤接口功能。

3.2 信息交互流程設計

車道與基于云端的無感支付的信息交互流程如圖8所示。對于無卡進入高速公路，車道POS無卡進入高速公路請求給云端，云端返回應答信息給車道；對于取卡進入高速公路，車道異步POS有卡進入高速公路請求給云端，云端反饋應答信號給車道。

圖8 車道與基于云端的無感支付的信息交互流程圖

(1)對于無卡駛出高速公路，車道首先POS無卡駛離高速公路請求，云端返回應答信息給車道；車道再POS無卡扣費請求給云端，云端返回無卡扣費應答；車道最后POS無卡車輛離開信息給云端，云端返回無卡車輛離開的應答信息給車道。

(2)有卡駛出高速公路的交互流程與無卡駛出高速公路流程類似。

4 開發(fā)與應用

4.1 軟件編程開發(fā)與運行環(huán)境

基于云端的高速公路無感支付收費系統(tǒng)的編程開發(fā)與運行環(huán)境：操作系統(tǒng)為Linux Debian9.0；數據庫為MySQL8.0以及內存數據庫；集成開發(fā)環(huán)境為Eclipse；系統(tǒng)開發(fā)語言為C/C++。

4.2 系統(tǒng)的應用

基于云端的高速公路無感支付收費系統(tǒng)在高速公路收費站中得到測試應用，已經成為高速公路收費系統(tǒng)的一個組成部分。在廣西壯族自治區(qū)高速公路發(fā)展中心的監(jiān)管下，該系統(tǒng)在近一段時間的測試、試運行及正式運行過程中，運行狀態(tài)保持良好。在如今的高速公路收費管理信息系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的部署和實施可以有效降低高速公路運營成本，提高車輛通行效率，從而提升高速公路運營管理服務水平，為人們出行創(chuàng)建舒適良好的道路環(huán)境，進一步提高大眾的高速公路出行滿意度。

5 系統(tǒng)的創(chuàng)新點

基于云端的高速公路無感支付收費系統(tǒng)主要創(chuàng)新點有兩點：(1)基于云端的無感支付(車牌付)在高速公路的應用，相比較目前的ETC技術，車牌付技術不需要車主安裝OBU設備，收費站也不需要安裝ETC設備，從而可大大降低高速公路運營成本，同時由于對收費設備依賴的減少，可進一步提高收費系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(2)基于高清車牌識別系統(tǒng)的車輛特征智能識別，主要是通過采用基于線圈觸發(fā)或視頻觸發(fā)的高清車牌圖片抓拍技術，結合車牌識別系統(tǒng)的基于小波分析的車牌提取算法，系統(tǒng)對車牌圖片中的車牌數據信息進行高精度提取，最終獲取精確的車牌信息。

6 結語

采用基于云端的高速公路無感支付收費系統(tǒng)是促進高速公路收費方式多元化發(fā)展、降低高速公路運營成本并提高運營效益的一個有效手段。通過無感支付收費在高速公路收費站中的應用，可以進一步提高高速公路服務水平，為人們帶來更好的出行體驗，推動高速公路和經濟社會的和諧發(fā)展。