高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

裴宇

摘 要：本文結(jié)合高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)現(xiàn)狀，對(duì)高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)與層次的劃分，提出了高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，包括收費(fèi)系統(tǒng)與ETC接口與通信設(shè)計(jì)、車輛識(shí)別與響應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、申訴模塊的構(gòu)建設(shè)計(jì)、圖像處理技術(shù)設(shè)計(jì)等，確保高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)。

關(guān)鍵詞：高速公路;收費(fèi)站系統(tǒng);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311.13;U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

收費(fèi)系統(tǒng)是高速公路機(jī)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(yīng)這一需求，建立智能化的高效收費(fèi)管理系統(tǒng)已經(jīng)得到廣大學(xué)者的重視。而從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展情況來看，ETC支付已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)得到推廣，因此應(yīng)該設(shè)計(jì)一套與之相對(duì)應(yīng)的收費(fèi)系統(tǒng)，進(jìn)一步強(qiáng)化收費(fèi)管理水平。

1 高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)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(fèi)站車道環(huán)境的惡化，傳統(tǒng)收費(fèi)站逐漸呈現(xiàn)出一系列的不足。首先，傳統(tǒng)的收費(fèi)站空間狹小、工作環(huán)境不舒適。車道上汽車產(chǎn)生的尾氣、揚(yáng)塵、噪音和霧霾等環(huán)境直接影響到車道的空氣質(zhì)量，對(duì)收費(fèi)員的健康造成一定影響。其次，傳統(tǒng)收費(fèi)站內(nèi)部機(jī)電設(shè)備集成度低。傳統(tǒng)計(jì)費(fèi)方式需要在站內(nèi)安裝各種大小不一的機(jī)電設(shè)備，占用空間大，設(shè)備接線駁亂，穩(wěn)定性差，給后期維護(hù)檢修造成較大困難。最后，傳統(tǒng)收費(fèi)站功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)陋單一。一般只設(shè)有冷暖空調(diào)調(diào)節(jié)，對(duì)站內(nèi)空氣、噪音等無改善措施。如，某高速平鐘段主線全長(zhǎng)90 km，具體施工內(nèi)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(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)行車速度80 km/h，最大埋深達(dá)到260 m，設(shè)計(jì)縱坡為3.03%。新的發(fā)展環(huán)境下，其瓶頸效應(yīng)也變得越發(fā)突出，在一定程度上阻礙了當(dāng)?shù)馗咚俟肪W(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，需要進(jìn)行改擴(kuò)建工作，而在這個(gè)過程中，必須高度重視高速公路機(jī)電工程的建設(shè)和完善。

2 高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)與層次劃分

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

在本次高速公路收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過融合ETC無線射頻技術(shù)以及智能化無感支付技術(shù)，形成一套組合式收費(fèi)系統(tǒng)。與常規(guī)的ETC收費(fèi)模式相比，本文所介紹的系統(tǒng)是在ETC通道的基礎(chǔ)上增添信號(hào)傳感器、無感支付以及圖像識(shí)別等，再利用相應(yīng)的智能算法，確保能夠充分讀取車輛信息，保證能夠?qū)囕v做出正確的識(shí)別，提高車輛通過效率，保證了駕駛?cè)藛T的滿意度。該系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

按照?qǐng)D1介紹的系統(tǒng)流程圖，當(dāng)有車輛駛?cè)隕TC收費(fèi)系統(tǒng)通信區(qū)域之后，經(jīng)過微波傳感器快速感知信號(hào)并激活射頻鏡頭，此時(shí)系統(tǒng)也進(jìn)入工作狀態(tài)，在射頻鏡頭下調(diào)取車輛的車牌號(hào)，并與車輛信息數(shù)據(jù)庫(kù)的資料做對(duì)比，匹配成功后開始向射頻卡發(fā)送代碼并調(diào)取車輛信息，根據(jù)地區(qū)高速公路收費(fèi)方案計(jì)算司機(jī)應(yīng)繳納數(shù)額，當(dāng)系統(tǒng)成功扣款后車輛可以直接出高速;若無法自動(dòng)扣款（或者扣款失敗）則系統(tǒng)激活門禁系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)流程中，通過智能化技術(shù)能夠快速完成車輛信息的管理與儲(chǔ)存，并將與銀行、第三方交易平臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)對(duì)接，形成繳費(fèi)賬單。

2.2 層次劃分

根據(jù)智能技術(shù)特征，在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)可以分為以下幾方面：（1）終端展示層。該功能層能夠?yàn)镋TC繳費(fèi)系統(tǒng)管理提供人機(jī)交互界面，能夠根據(jù)用戶的不同層次劃分使用權(quán)，具體為收費(fèi)站層、稽查部門層、公司領(lǐng)導(dǎo)層等，每個(gè)職能層所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)權(quán)責(zé)不同。在設(shè)計(jì)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(yīng)用業(yè)務(wù)層是系統(tǒng)的功能層，是系統(tǒng)建設(shè)核心，要求系統(tǒng)在收費(fèi)系統(tǒng)中能夠?qū)λ熊囕v的繳費(fèi)業(yè)務(wù)進(jìn)行信息識(shí)別，并根據(jù)后臺(tái)運(yùn)算結(jié)果生成查詢信息并進(jìn)行展示。（3）儲(chǔ)存層。在儲(chǔ)存層需要儲(chǔ)存車輛ETC繳費(fèi)的信息，如車輛進(jìn)出信息、視頻信息等。

3 高速公路收費(fèi)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 收費(fèi)系統(tǒng)與ETC接口與通信設(shè)計(jì)

在收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用了復(fù)合系統(tǒng)模式，在設(shè)計(jì)中通過智能化軟件來融合無感支付以及ETC技術(shù)，這種設(shè)計(jì)方法能夠充分適用于車輛的不同收費(fèi)場(chǎng)景來控制收費(fèi)過程，所以在硬件設(shè)備運(yùn)用中需要通過天線控制器、稱重顯示器、車輛檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)指示燈。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，ETC與無感支付系統(tǒng)的結(jié)合采用了I/O接口以及串行結(jié)構(gòu)模式，具體包括：（1）在I/O接口被應(yīng)用在系統(tǒng)主控中心的邏輯控制上，在相關(guān)功能模塊的支持下能夠能快速的實(shí)現(xiàn)車輛信息檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)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(shè)計(jì)中選擇異步通信接口模式，并連接稱重顯示器、計(jì)費(fèi)顯示器等。期間為強(qiáng)化通信質(zhì)量，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇RS485總線連接方法，在收費(fèi)系統(tǒng)中融合主控技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等是整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”。并且在該系統(tǒng)中，對(duì)車輛的信息檢測(cè)成為核心內(nèi)容，因此在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)選擇具有高靈敏度的車輛檢測(cè)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(shí)別與響應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在本次高速公路收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為彰顯智能化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本文構(gòu)建了完整的車輛識(shí)別與響應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要組成部分包括：（1）無感支付攝像機(jī)。該裝置可以快速提取測(cè)量的信息并與字符疊加器連接，能夠?qū)崿F(xiàn)原始圖像處理以及圖像降噪等，并且當(dāng)系統(tǒng)采集其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)之后能夠?qū)⒁曨l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(huì)進(jìn)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(diào)整天線的開關(guān)情況，接收器在識(shí)別系統(tǒng)的請(qǐng)求之后能夠?qū)?duì)應(yīng)的通信協(xié)議與通信信號(hào)等轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)幀，并將其反饋給收費(fèi)站。RUS天線能夠?qū)⑻炀€控制器中的信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制后，再輻射至周邊的互聯(lián)網(wǎng)基站上。（3）收費(fèi)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(dòng)繳費(fèi)。（4）GSMR的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。考慮到高速公路收費(fèi)站的可能出現(xiàn)車流量復(fù)雜的問題，所以在該網(wǎng)絡(luò)上可以構(gòu)建MSC節(jié)點(diǎn)，滿足大量車輛通行的要求。

3.3 申訴模塊的構(gòu)建設(shè)計(jì)

在智能ETC收費(fèi)系統(tǒng)中，可能會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)故障等問題造成系統(tǒng)收費(fèi)異常，用戶在了解異常收費(fèi)情況之后可以針對(duì)此項(xiàng)收費(fèi)提出異議。針對(duì)這種特殊情況，在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中建立申訴模塊。

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

3.4 圖像處理技術(shù)設(shè)計(jì)

在智能ETC收費(fèi)系統(tǒng)中，系統(tǒng)對(duì)圖像的處理能力已經(jīng)成為決定系統(tǒng)收費(fèi)合理性的重要因素，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還需要引入強(qiáng)大的圖像處理技術(shù)，確保系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)無誤的讀取車輛信息。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在本次設(shè)計(jì)中通過圖像壓縮以及編碼、小波變換的方法，進(jìn)一步縮短識(shí)別圖像的時(shí)間，并利用小波函數(shù)來提高圖像信號(hào)的分辨率，在圖像處理中通過對(duì)圖像信號(hào)做正交以及壓縮分解后，能夠獲得更高質(zhì)量的圖像信號(hào)，其中的處理過程主要可以分為兩個(gè)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(jī)制調(diào)整圖像分辨率，此時(shí)小波系數(shù)之間保持著相互獨(dú)立的關(guān)系，圖像的關(guān)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(shí)踐過程中要兼顧分解處理以及圖像壓縮的時(shí)長(zhǎng)問題。

4 結(jié)語

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

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