高速公路應急收費技術方案設計及實現

■周俊琦

（福建省高速公路集團有限公司南平管理分公司，南平 353000）

隨著高速公路的不斷發展， 我國高速公路總里程突破16 萬km[1]，通車里程的持續增加，使公路網結構變得錯綜復雜、收費站數量也逐漸增多。福建省現有收費站出入口車道基本采用ETC 車道為主、ETC/MTC 混合車道為輔的模式， 對于車流量大、出入口車道少的收費站，可能會出現因車輛交易異常、設備故障、系統升級改造或車流量過大造成的收費車道擁堵問題。 由于造成收費站擁堵情況的多樣性， 單純依靠收費站的應急管理預案有時無法有效解決擁堵情況，因此，通過技術手段結合應急管理預案才有助于快速解決收費站擁堵問題。

1 基本情況

1.1 收費車道通行情況

根據高速公路收費車道通行情況分析，ETC、MTC、混合車道主要存在無電子標簽、黑名單卡、OBU 防拆失效、OBU 設備故障、卡余額不足、壞卡等原因導致車輛無法正常通行， 以及天線異常、設備故障、系統升級導致交易失敗的情況。 以政和收費站ETC 入出口單日通行數據為例，ETC 入口成功通過率98.7%，ETC 出口99.3%。 其中ETC 入口車道OBU 防拆失效占7%， 無電子標簽占36%，黑名單卡占21%，卡余額不足占15%，OBU 設備原因占5%；ETC 出口車道無電子標簽占31%，OBU 防拆失效占9%， 卡余額不足占25%， 黑名單卡占27%，OBU 設備原因占4%。

1.2 現有應急終端解決方案

車輛經過ETC 車道無法正常通行時，需要引導車輛至混合車道進行人工處理，在大流量所站可能影響廣場交通秩序，導致車道擁堵。 通過手持應急收費終端和便攜式收費一體機， 為在ETC、ETC/MTC 混合車道因各種原因而無法通過的車輛進行緊急異常處理，快速解決問題，疏通車道堵塞，有效緩解特殊情況、高峰期及節假日時車道的通行壓力。

經了解相關省份做法， 目前主要有OBU 補充交易（延伸天線）、入口CPC 發卡、出口CPC 卡/ETC卡收費3 種場景模式（表1）。

表1 其他相關省份收費場景模式開通情況

1.2.1 OBU 補充交易

（1）功能：主要解決車道天線交易不暢的問題，通過手持應急收費終端作為延伸天線方式，對正常ETC 車輛進行補充交易。（2）適用范圍：ETC 車道入口及出口。 （3）不足：對其他誤闖、黑名單等原因引起的通行攔截還需進行人工引導。

1.2.2 入口CPC 發卡

（1）功能：主要解決入口ETC 車道擁堵問題，對因無電子標簽、黑名單、卡余額不足等原因引起的入口車輛攔截問題均可通過發放CPC 卡的方式進行通行。 （2）適用范圍：ETC 車道入口。 （3）不足：可解決所有異常車輛通行，存在的問題主要是CPC 卡無法享受電子優惠，通行速度較為緩慢。

1.2.3 出口CPC 卡/ETC 卡收費

（1）功能：通過后端系統與手持應急收費終端形成交互，來實現對混合車道或ETC 車道的收費處理支撐。（2）適用范圍：ETC 車道出口。（3）不足：涉及較大的軟件功能研發工作，同時運營需求不夠明確。

廣東、廣西、江蘇、山東以手持收費終端作為延伸天線的OBU 補充交易為主， 河南、 青海實現了OBU 補充交易和CPC 卡發行功能， 湖南省實現了OBU 補充交易、入口CPC 卡發卡、出口CPC 卡/ETC單卡收費全場景功能。

2 應急收費技術方案

為了提升高速公路運營服務水平，增強應急處置能力，確保收費系統的穩定、可靠運行，在保證收費車道供電及網絡不間斷的前提下，入口車道采用手持收費終端實現OBU 補充交易、 入口CPC 發卡及ETC 單卡收費三個場景功能； 出口車道CPC 卡/ETC 單卡收費場景的應急問題由便攜式收費一體機解決。

2.1 入口車道應急方案

為解決目前較為突出的收費站入口交易異常、突發性的設備故障、計劃性的車道升級改造及擁堵的問題，通過搭建手持應急收費終端系統實現應急通行。 本系統在收費站的1 臺入口混合車道工控機上部署CPC 卡發卡后臺服務，通過物理網線或經安全配置的WIFI 等通訊方式與手持應急收費終端進行交互，以實現CPC 卡的發行或ETC 車輛的通行，具體方案如下：

2.1.1 系統構成

（1）車道工控機。 車道工控機端作為服務端，主要實現接收手持應急收費終端傳輸的車牌，形成寫卡數據， 并將數據傳輸至手持應急收費終端進行CPC 卡寫入，寫卡成功后，形成通行流水數據文件并實時上傳。（2）手持應急收費終端。手持應急收費終端作為客戶端，主要通過連接工控機服務實現讀卡器和車牌識別器的功能。 支持通過ETC 刷卡、拍照識別以及手動輸入三種方式獲取車牌號；支持通過終端內的PSAM 卡將工控機端形成的寫卡數據寫入CPC 卡指定目錄； 支持讀取ETC 卡內入口站代碼以及入站時間， 判斷ETC 卡是否交易成功，避免重復發卡。

2.1.2 網絡通訊

手持應急收費終端與車道工控機的通訊方式有2 種方案（圖1）。 第一種是通過以太網接入收費網。 手持應急收費終端通過以太網接入收費網絡的方式有兩種形式：（1）通過物理網線接入收費網，該方式只需加強網線接入管理，在安全性上相對保證，但在靈活性和方便性上存在不足，應用的空間位置相對受限，需要頻繁拔插網線，且要考慮接入設備的位置以及是否會干擾車輛通行；（2）通過無線AP（WIFI）接入收費網，將無線AP的SSID 關閉，手持應急收費終端的MAC 地址與IP 地址綁定，不允許其他設備搜索到WIFI 信號，并禁止連接。 該方式在使用上相對靈活方便，應用空間位置不受限，但在安全性上只是在一定程度上降低了非法設備接入的風險，還是存在因安全策略配置管理上的疏漏而導致收費網接入邊界暴露的風險。 第二種通過WIFI 轉串口設備直連工控機。 通過WIFI 轉串口設備直連工控機，可以實現手持應急收費終端通過WIFI 靈活接入，將手持應急收費終端與車道工控機進行連接，同時因為是點對點與車道工控機通訊，不直接接入收費網絡，在一定程度上避免了收費網接入邊界暴露的網絡安全風險，也可實現不同車道使用的應急場景[2]。

圖1 手持應急收費終端網絡拓撲圖

2.2 出口車道應急方案

針對出口收費車道出現故障、突發事件、車流量激增等應急情況，可通過便攜式收費一體機安裝最新的車道系統和配置PSAM 卡即可支持出口CPC 卡/ETC 單卡收費。

2.2.1 系統構成

（1）網絡交換機。 將收費站與收費車道構成一個獨立的網絡，通過網絡對已獲得授權準入的便攜式收費一體機進行接入管理，并對PSAM 卡進行正常授權。 （2）便攜式收費一體機。 作為使用終端，主要通過連接收費網絡對已安裝PSAM 卡的便攜式收費一體機進行授權， 同時核查票據打印機功能、軟件版本、數據庫等是否正常，確認正常后，通過人工引導車輛進行CPC 卡/ETC 單卡收費。

2.2.2 網絡通訊

網絡交換機和便攜式收費一體機網絡拓撲圖見圖2。

圖2 網絡交換機和便攜式收費一體機網絡拓撲圖

3 技術方案應用情況

選擇南平高速公路車流量大、收費車道少等有鮮明特點的收費站，對手持應急收費終端及便攜式收費一體機的應用可行性進行了實車測試和試用工作。 通過手持應急收費終端解決了ETC 車輛因OBU 損壞、余額不足、車流量激增等原因占用收費車道的情況，避免了車道擁堵；通過便攜式收費一體機解決了因車道不足、設備故障、車流量激增等原因引起的車道擁堵情況。 實現并行快速發行CPC通行卡、讀寫ETC 卡、快捷收費等，累計發行CPC 卡586 輛次，其中使用車輛拍照識別車牌450 輛次，手動輸入車牌136 輛次； 累計讀ETC 卡過車3 141 輛次；累計通行收費車輛3 560 輛次。 使用情況總體穩定，有效地解決收費站交易異常和擁堵問題。

4 結語

本研究分析了車輛通行高速公路主要存在的故障類型，結合高速公路應急收費應用場景，設計了高速公路入出口應急收費整體技術方案， 并在收費站進行試點應用。應用效果良好，有效解決了收費站交易異常和擁堵問題，具有較好的實際應用效果。