基于智慧收費云的無人收費站系統

賀釗， 楊欣， 李廣， 吳迪， 趙建東*

(1.中電建冀交高速公路投資發展有限公司， 石家莊 050000； 2.河北交投智能交通技術有限責任公司， 石家莊 050090； 3.北京交通大學交通運輸學院， 北京 100044)

2019年中國逐步取消高速公路省界收費站，加快建設電子不停車收費(electronic toll collection, ETC)系統，提高車輛通行效率，縮短通行時間[1]。2020年1月1日起，全國高速公路成功實現收費系統并網切換工作[2]。通過全網聯網收費體系的優化和完善，實現車主用戶“一次通行、一次扣費、一次告知”的運營服務目標。

目前針對高速公路收費系統的建設已取得了不錯成果，麥超武[3]分析了移動支付在高速公路收費中的應用，認為將移動支付應用到高速公路收費系統中，是時代發展趨勢，但面對多種移動支付方式，還需在現有基礎上不斷完善，與現有收費系統更好融合。李丹[4]利用車牌識別和移動支付技術，在用戶無需安裝額外設備的前提下實現高速公路不停車收費，提高車輛通行效率。但該系統交易成功率和準確性完全依賴于車牌識別結果，在套牌和車牌遮擋的情況下，存在嚴重問題。鄧超[5]提出一種基于物聯網的高速公路不停車收費系統，利用物聯網技術，對不停車收費管理系統的總體、服務器端和客戶端進行設計，確定總體結構。但該系統的車輛識別功能在光照和天氣條件不佳情況下，識別精度較低。

綜上所述，目前高速公路收費系統，當繳費出現特情時，缺乏智能化異常處理能力、無法對車主提供智慧支持。另外，新運營模式下，對于非ETC車輛無法提供無人化服務，需通過人工方式提供交易服務[6]。因此，現立足于取消省界站的行業變革背景，結合高速公路智慧收費中“無人化、非現金、快速通行”的發展趨勢，依托現有收費站設施，利用人工智能(artificial intelligence，AI)(圖像識別[7-8]、情緒分析等技術[9])、大數據[10]等技術，提出一套基于智慧收費云的無人收費站系統方案，加強收費站對于特情車輛的智能處理能力，提高車輛通行效率。

1 系統方案

智慧收費云無人收費站系統方案采用無人值守自助繳費系統，組成架構如圖1所示。

圖1 自助繳費系統組成架構圖Fig.1 Composition structure diagram of self-service payment system

該系統在現有混合車道設備的基礎上增加車道機器人(自助繳費設備)、車道智能應急終端和云端客服平臺系統，通過云、大數據和 AI 等技術，實現半自動車道收費系統(manual toll collection，MTC)和ETC車輛在出口ETC/MTC混合車道的自助繳費通行。系統支持全車型車輛自助繳費通行，支持異常遠程處理功能，支持設備狀態遠程監控功能，支持ETC刷卡支付、微信支付、支付寶支付、銀行卡支付、車牌付等非現金“全支付”，支持接入ETC路側設備實現ETC車輛不停車收費。

對于智慧收費云無人收費站系統方案，在車道場景上呈現兩大特征，一方面，在車道上設置無人值守車道機器人，用于檢測車輛到達和類別，并提供相應交易處理服務，如ETC或交復合通行證(compound pass card，CPC)和現金；當車輛產生特情交易時，可發揮無人值守車道機器人AI能力，識別特情類別，獲取車輛信息、計算路徑和費額，并用友好方式與用戶進行確認，或接受用戶進一步交互請求，最終通過層層場景嵌套合引導，實現對車輛在無人介入情況下完成計費和放行處理。另一方面，當用戶通過無人值守車道機器人仍無法對車輛進行正常交易處理時，在車主請求和事件觸發下，后臺客服人員可介入，為用戶提供緊急處理。若該事件不適合后臺處理，后臺還可呼叫車道管理人員予以現場協助，可通過手持終端為用戶提供現場應急處理服務，讓用戶在不同特情事件下獲得最合適處理服務。

在后臺場景上呈現兩大特征，一方面，后臺服務支持SaaS化部署，以云平臺作為依托實現更廣范圍內的人員統一對對象機器人進行管控和介入處理協助，形成集中且服務一致的后臺管控服務；另一方面，后臺在功能上不僅聚焦于機器人特情產生時的遠程回控處理支持，還提供了如設施監測、信息確認、音視頻交互和緊急呼叫調度等服務功能，并且當中一些業務處理功能中還配套一定的人工智能能力應用，更好地為事件或任務處理提速。

2 系統功能說明

智慧收費云+無人收費站系統主要由無人收費站車道機器人系統、車道移動智能應急終端系統和無人收費站后臺管理系統所組成。這些系統中又各自涵蓋相應的子系統和功能模塊，其功能結構如圖2所示。

圖2 基于智慧收費云的無人收費站系統功能組成圖Fig.2 Function composition diagram of unmanned toll station system based on smart charging cloud

2.1 無人收費站車道機器人系統功能說明

無人收費站車道機器人與車道系統進行對接協同，支撐車輛交易處理及各類特情事件識別和應對。無人收費站車道機器人安置在收費廣場車道上，主要有狀態信息采集、告警信息采集、信息可視化展示、回控指令接收、執行等功能。當車道產生收費特情時，可直接與過車用戶進行交互，實現對車輛交易處理和放行，過車流程如圖3所示。

(1)狀態信息采集。通過給定的接口與收費車道軟件進行交互，采集與車道收費、特情相關設備狀態和系統狀態信息，設備狀態信息包括打印機、ETC讀卡器、CPC讀卡器、移動支付組件(如支付盒子等)、車牌識別設備、車型識別設備、前(后)線圈、欄桿機、天線等。采集到的設備狀態信息，不僅包括設備的運行狀態信息(如關閉、打開、正常和異常)，也包括設備業務狀態信息(如打印機的無紙、欄桿機的抬桿等)。另外，系統狀態信息主要指無人收費站車道機器人及其所連車道系統的啟動、上班、下班。對于這些信息采取定時或按條件觸發采集，當車道系統和機器人無其他數據交互時，則每隔1 min上報一次機器人及其所連車道系統狀態信息。

(2)告警信息采集。通過給定的接口與收費車道軟件進行交互，采集與車道收費業務相關的特情事件信息和彈窗告警信息。特情事件包括：入口無效、無入口、未知車型、未知車牌、出入車型不符等。彈窗告警事件包括：ETC卡出口過車車牌不符、綠通車、掛車、打印機無紙等。這些特情事件及告警信息采集后會作為后續回控作業的對應事件類別重要依據。

OBU(on board unit)為車載單位圖3 無人收費站過車流程圖Fig.3 Flow chart of passing through unmanned toll station

(3)信息可視化展示。為更好與用戶交互，系統根據不同處理場景提供相應操作界面，用戶通過界面可辨識機器人情況，及相應處理流程執行階段。如系統在正常情況下，會提供歡迎界面，通過該界面可查看當前機器人所在站、車道號及車道程序上下班狀態(已上班、已下班)。當車輛到達時，歡迎界面會根據車輛擬處理業務，跳轉到對應業務操作界面，而獲得處理并離開車道后會切換到主界面。

(4)回控指令接收、執行。接收到從移動智能應急終端系統或無人收費站后臺管理系統處理的特情處理結果和指令。指令由一系列信息串組成，包括設備控制指令和相關信息內容，用于解決對應特情事件，讓車輛得到交易和放行，以及滿足數據生成。為更好地支撐回控，程序除了接收具體指令信息外，還可接收從車道中傳來的車輛圖片，車輛圖片包含車輛全景圖，車牌識別小圖及二維碼圖。根據所接收回控指令，對當前車輛執行處理，如通過控制指令的信息內容消除車道特情。且在消除車道特情后，觸發交易流程完成對車輛交易處理，最終達到放行車輛目的。

(5)視頻語音對講。車主在過車時若碰上無法處理的情況，可選擇和機器人對話，系統可以根據對話過程，給車主進行指引操作，從而完成交易。同時，車主可選擇直接呼叫后臺系統或智能應急終端進行視頻對話，客服人員通過和車主對話及從車道獲取的車輛信息對車輛進行特情回控處理，讓車輛得到交易和放行。

(6)回控消息性能監測。對軟件中各類監測、告警類消息交互情況進行監測，包括消息接收和上送，以及是否存在明顯消息積壓等。消息監測以日志形式進行記錄，并支持當觸發某條件閾值時可產生告警信號。該信號可傳送給無人收費站后臺管理系統，以便進行相應提示。

2.2 車道移動智能應急終端系統

車道移動智能應急終端系統，主要是以App的形式部署在專用的應急終端設備上，用于解決現場車輛在通過車道機器人或后臺回控服務后，仍無法解決交易或通行問題時，現場廣場管理員通過終端提供人工的應急處置服務。同時，智能終端系統可與后臺管理系統進行語、音頻交互，上報收費廣場的緊急特情事件，或者接收后臺管理系統的作業調度任務等。系統功能主要如下：用戶登錄/退出、車道監控、特情回控、音視頻交互和信息查詢服務等。

(1)用戶登錄/退出。用戶可通過賬戶名+密碼的方式進行登錄，登錄后用戶進入終端首頁。

(2)廣場列表。用戶錄陸終端后，將會進入顯示有收費廣場機器人監控列表的主界面，該界面可查看到賬號權限范圍內收費廣場機器人狀態信息。狀態信息包括機器人上班狀態、設備正常狀態、網絡連接狀態，以及是否機器人所在車道有特情。

(3)車道監控。系統提供對所轄廣場車道關鍵收費設施狀態進行監控的功能，操作人員通過終端可了解如頂棚燈、打印機、讀卡器、卡槽卡數、移動支付組件、車牌識別設備、車型識別設備、前(后)線圈和欄桿機等的收費設施運行狀態，還可了解這些設施作業狀態信息(如打印機的無紙、欄桿機的抬桿等)，同時，支持遠程控制設備。

(4)特情回控。當車道機器人系統出現特情時，一方面，終端能及時采集特情告警信息，如無入口信息、出入口車型不符、車牌不符、車卡不符等異常；另一方面，當車輛通過機器人的自助處理服務，或者后臺遠程回控服務仍無法完成交易或通行時，終端會收到請求介入的信息；此時，終端操作員可以人工介入，在了解車主及車輛特情后，通過終端特情回控界面，執行回控處理，滿足車主交易或通行處理訴求。

(5)音視頻交互。終端支持與后臺管理系統建立音、視頻連線，實現車道操作員和后臺操作員可直接進行語音和視頻交互，以實現如車道的問題上報、現場的實景了解、后臺的作業安排等業務處理。

(6)信息查詢服務。終端提供相應信息查詢服務，如圖4所示，主要是終端操作員的回控操作記錄、設施狀態的異常記錄等。回控操作記錄包括：收費站、車道、特情事件ID、特情類別、產生時間、處置時間、車輛信息、交易信息等；設施狀態異常記錄包括：收費站、車道、設施名稱、異常信息、產生時間、恢復時間等。對于這些信息支持按照車道、信息類別和時間范圍進行單條件或組合查詢。

圖4 信息查詢服務界面Fig.4 Information query service interface

2.3 無人收費站后臺管理系統

無人收費站后臺管理系統作為智慧收費云+無人收費系統的智慧大腦設置在云端，主要為車道機器人提供相應的技術服務，主要由后臺服務子系統和業務工作臺子系統所組成，如圖5所示。

圖5 人工智能控制臺Fig.5 Artificialintelligence console

2.3.1 后臺服務管理子系統

(1)車道狀態信息和告警信息的采集。系統通過與無人值守自助繳費車道交互接口，接收車道的收費設施狀態信息和告警信息，并通過適合實時展示和事后查詢方式，對信息進行存儲管理，以支撐業務工作臺子系統的車道設施監測、車道特情回控、信息查詢服務等功能頁面正常運行。

(2)車道回控指令的發送。系統將業務工作臺子系統中的回控頁面操作結果，按照給定的接口要求生成回控指令，傳送到無人值守自助繳費車道上，以便無人值守自助繳費車道按指令執行回控操作。另外，回控指令與車道告警事件配對對應，以便呈現告警事件是否得到處理閉環，支撐后臺管理系統中的業務工作臺子系統信息查詢服務、指標統計服務等功能頁面正常運行。

(3)前后臺音視頻交互通道的建立。系統根據業務工作臺子系統在業務操作過程中所觸發的音視頻交互需求，自動與無人值守車道的機器人或智能應急終端建立對應的音視頻交互通道，支持用戶通過工作臺的操作頁面可與車道的車主或者終端操作員直接進行交互。

(4)AI服務。后臺服務子系統匯聚眾多AI服務能力，且這些服務能力可通過標準接口提供給車道機器人或者智能應急終端體現。目前，已經開通的AI服務內容包括：①語義釋義服務；②場景對話服務；③圖像深度分析服務；④車輛信息研判服務；⑤用戶活體驗證服務；⑥用戶情緒分析服務。

2.3.2 業務操作工作臺子系統

業務工作臺子系統，主要是以頁面的形式供用戶訪問和使用，用于前端車輛在車道機器人的智能引導和處理服務后，仍無法解決交易或通行問題時，可以通過后臺快速進行人工的介入，借助遠程回控的處理手段予以及時解決。系統功能主要如下。

(1)概覽首頁。為提高后臺客服人員的集中處理效率，系統圍繞著回控事件任務、異常確認事件任務、設施故障響應和機器人呼叫任務，提供專項的任務概覽首頁。用戶通過已注冊賬戶、短信驗證碼和微信掃碼登錄后，通過本首頁，后臺客服人員可以快速辨識待處理的各類事件任務，并快速認領已經等候多時、亟待處理的事件，以確保這些事件或問題得到迅速閉環的解決，讓前端車主得到放行。

(2)機器人監測。系統提供機器人監控頁面，支持后臺用戶通過這些不同類型的監測頁面了解所轄路段、收費站的車道機器人及其關鍵設施、組件的運行狀態。操作人員通過頁面可了解到某個路段、某個收費站、某條車道上的關鍵收費設施狀態，如打印機、讀卡器、卡槽卡數、移動支付組件、車牌識別設備、車型識別設備、前(后)線圈和欄桿機等的收費設施運行狀態。

(3)特情回控。無人車道機器人向后臺發出需后臺人員介入請求時，對應任務將會在概覽首頁上呈現。此時，后臺人員可認領任務，及時做出處理，讓相應特情得到處理，阻礙正常交易的斷點得到確認，實現對車輛的交易放行。整個過程，后臺人員可在車主無感下完成處理。可支持事件包括：①特情回控事件，如車型異常、車牌異常、入口異常、軸數異常等；②確認處理事件，如車卡不符確認、綠通車確認、掛車確認等；③故障響應事件，如發現機器人故障，迅速定位問題并上報等；④呼叫接聽事件，如車主通過機器人向后臺進行人工咨詢。

(4)音視頻交互。在業務工作臺監測頁面、回控頁面上，均設置可與車道機器人現場音視頻連線功能。后臺業務人員可根據需要，支持用戶開通與前端機器人音視頻連線，以便與車道車主進行溝通。

(5)緊急呼叫。除了可以在回控、監測的過程中，與前端機器人進行連線外，工作臺也提供用戶按需選擇與車道機器人，或智能應急終端進行音視頻連線，以便完成如車道問題了解、后臺作業安排調度等工作需求。系統提供可快速定位廣場上課連線的終端、機器人，并且快速實現連線。

(6)信息查詢服務。業務工作臺提供相應的信息查詢服務，主要是操作員通過工作臺的查詢頁面查詢設備狀態異常記錄、回控操作處理記錄、遠程控制記錄等。對于這些信息支持按照車道、信息類別和時間范圍進行單條件或組合查詢。

(7)大腦腦能力監測。由于后臺服務子系統提供多樣的AI服務，因此，相關有權限人員可通過業務工作臺查看后臺AI大腦的腦能力活動情況，例如：哪些能力已開啟、被調用次數、耗時等。同時，通過該界面，在相應權限管控下，部分用戶具備腦能力開啟和關閉處理。

3 結論

智慧收費云無人收費站系統，主要由無人收費站車道機器人系統、車道移動智能應急終端系統和無人收費站后臺管理系統所組成。該系統相比于現有的高速收費系統，具有一定實用性。

(1)通過引入車道機器人和手持終端等智能設備，配套車牌識別、車型識別、天線等外場輔助設備，實現目前由人工處理的各項收費工作，轉至由機器人進行一站式自動處理。

(2)應用云計算技術搭建無人收費站智慧平臺，為前端智能設備提供能力支撐，實現前端各類收費和監控操作，為運營管理者提供后臺管理和報表分析。通過各類AI能力的匯聚，為現場收費提供如語言要義提取、深度圖像識別等SaaS化服務，為無人收費站業務賦能。

(3)通過無人收費站的應用，可由現有的多人值守向少人值守、無人值守逐步轉變。在實現自動收費和異常智能處理情況下，逐步降低人力參與，實現運營投入經濟化。