基于信創平臺的智慧收費系統在云茂高速的應用實踐

陳學文，王育忠

（廣東云茂高速公路有限公司，廣東 茂名 510600）

0 引言

隨著我國各行業科技能力和信息化水平飛速發展，國家信息安全受到高度關注。我國需要應用真正自主開發、安全可控的信息化技術，方能保障國家信息安全[1-2]。

為有效保障收費信息安全，推動高速公路機電系統核心技術自主創新，實現收費系統國產化，云茂高速水口收費站采用收費系統一體化思路，通過部署ETC 智慧收費柜、分布式集群架構車道收費系統、站級收費效能監測系統和評價體系，與車道系統前端各關鍵設備進行“遙信、遙感、遙測”，構建自有知識產權的基于信創平臺的智慧綜合站，降低收費站建設和運營成本，同時為無人化站點運營、提高收費站服務水平做出積極探索。

水口收費站（如圖1）包含4 條以ETC 智慧收費柜為核心的ETC 車道（出入口各2 條）、2 條帶自助發卡服務的入口混合車道（帶稱重）、2 條帶自助繳費服務的出口混合車道（帶稱重），所有車道收費系統均基于信創平臺開發，ETC 車道具有“信創+數字化+智慧運維”的特點。

圖1 云茂高速水口收費站

1 主要技術

1.1 基于信創平臺的ETC 智慧收費柜

基于信創平臺開發的ETC 智慧收費柜（如圖2）將收費車道計算機、車道控制器、收費員終端、高清車牌識別儀控制器等主要設備，與網關、交換機、防火墻等集成放置機柜中，主要采用超融合結構技術、容災技術、健康洞察技術、智能防盜聯網監控技術、多能源輸入和多制式輸出技術等。

圖2 ETC 智慧收費柜

1.2 分布式微服務架構在車道收費系統上的應用

微服務架構具有降低系統維護難度、提高模塊獨立性、技術性靈活等特點[3]，收費系統將該技術基于信創平臺開發，支持主流的軟硬件支撐平臺。將收費業務處理功能拆分成微服務，部署于集群中，采用輕量高性能通信機制互相調用，以實現服務模塊間徹底解耦，微服務模塊可以單獨更新或增加，降低模塊更新成本、提高問題快速排查能力。

1.3 自助繳費終端和入口自助發卡應用

在車道上設置無人值守自助繳費終端，用于檢測車輛到達和類別，提供相應交易處理服務；當車輛產生特情交易時，可發揮自助繳費終端的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和引導，實現車輛在無人介入情況下完成計費和放行處理。

自助發卡機支持5.8G 通行卡，與ETC 天線結合，支持全國聯網收費模式的自助發卡服務。技術上采用步進電機+開放式卡槽結構，通過無卡夾的開放式卡槽結構兼容多種規格通行卡，方便傳統通行卡和5.8G 復合卡裝載，降低故障率，靈活設置上、下工位裝卡量；根據卡類型靈活調整推卡力度，排除通行卡厚度不標準、擺放不整齊等影響。

集成ETC 天線和發卡系統，將ETC 入口交易與CPC 卡發放進行集成，對進入車道的車輛先進行ETC 交易；在發卡前判斷車輛是否已經ETC 交易成功，避免通行卡流失。

2 項目特點

2.1 基于信創技術開發，構筑收費數據安全屏障

水口收費站車道工控機采用國產龍芯3A5000 芯片，能很好地保護收費數據安全。尤其在全國聯網收費背景下，避免了國家高速公路收費信息外泄，保護了高速公路數據和客戶信息安全，解決了中國芯片“卡脖子”問題，突破了國外芯片技術壟斷高速公路收費業務的圍堵局面，形成收費系統硬件的核心技術的自主品牌。

水口收費站車道收費系統搭載國產loongnix server 操作系統，支持國產的芯片、數據庫、外設硬件設備、收費軟件兼容互認，能更好地適應國內硬件和軟件環境和需求，在收費系統應用中能夠更快獲得技術支持和更高效地解決問題，同時也能支持國產麒麟、統信UOS 等主流操作系統。基于開源代碼開發的loongnix server 操作系統，對比Windows 系統，無需加載殺毒軟件，對病毒木馬實現自我免疫，避免了收費數據遭受遠程攻擊的風險；同時，無需病毒查殺和掃描，釋放了工控機的物理內存，提高了工控機運行效能，為收費軟件高效、安全和穩定運行提供了條件。

2.2 分布式集群收費系統提升收費站效能和智慧化水平

水口收費站收費系統采用基于信創平臺的分布式集群收費系統，支持ETC 車道、混合車道、入口自助發卡車道和出口自助繳費車道等多種收費終端的應用，由點到面，內外兼修，構建了一套全新的、有自主知識產權的國產軟硬件收費體系，滿足車輛個性化收費需求。

基于信創平臺的分布式集群收費系統有別于傳統的收費軟件，采用基于開發運維一體化的DevOps 容器編排技術，實現了收費軟件部署、功能新增和刪減、配置更新等功能在云端一鍵完成，降低了程序故障發生概率，減少了車道程序的維護成本，提高了維護效率。

相對于Windows 操作系統在部分系統文件丟失或者損壞后，收費軟件將無法運行的情況，基于信創平臺的分布式集群收費系統采用了容器環境隔離技術，在操作系統存在部分文件損壞的情況下，依然不影響系統和收費軟件的正常運作。

基于信創平臺的分布式集群收費系統，采用了分布式微服務架構技術，通過系統重構技術打造信創收費平臺，前端車道系統以虛擬化的形式部署，后端以分布式集群化的形式部署，將收費業務處理功能拆分成多個微服務，微服務和后端分布式集群采用輕量高性能通信機制互相調用，節約收費數據處理的時間，微服務技術有效增強了收費車道系統效能，提高單位時間內處理車輛的效率。

基于信創平臺的后臺收費服務器能實現收費數據自動上傳和參數自動下發，可減少人為干預。

2.3 可實現收費站全天候無人值守

智慧收費柜包括工控機和車道收費軟件等軟硬件產品，均基于龍芯CPU+Loongnix 操作系統等信創平臺研發，通過將ETC 交易與入口自助發卡、出口自助繳費服務相結合，輔以移動車道終端和云上收費廳等支持平臺，根據現場車流量和路段營運管理需求，可以將收費站場切換為無人值守模式（如圖3）。

圖3 無人值守自助繳費終端設備

系統能夠實現全自動車型識別、車牌識別、自助收費，具有操作簡單、兼容現階段各種收費系統等優點。能通過加載AI識別獲取交易異常事件的信息，以高度“仿人”智能化引導處理特情，實現智能語音客服和視頻對講交互，為司乘尋求遠端云控客服平臺協助，有針對性地解決特殊情況，減少現場站場人工介入，實現智能化處理收費特情。

2.4 站級收費效能監測和評價

2.4.1 收費效能監測

對車道收費設備兼容接入，同時實現對車道設備和系統狀態的監控，通過收費站綜合監控系統對車道軟硬件系統進行數字化控制，實現收費效能監測功能（如圖4）。

圖4 收費站效能監測界面

(1)收費系統監測：車道流水、車道系統軟件版本和費率版本、對應門架費率版本等。

(2)收費設備監控：對收費車道和門架的主要設備狀態進行監測，發現問題可以遠程重啟控制。及時解決大部分問題，降低運維成本，提高主要設備正常運行效率。

(3)監控設備控制：對廣場的監控攝像頭、情報板等路側單元設備狀態進行實時監控，設置設備自動運行參數，確認情報板顯示信息，查看收費廣場監控視頻。

(4)數據指標分析：對流水、車道日志等原始資料進行數據分析，自動形成各項關鍵指標（例如ETC 通行成功率、旁道干擾率、車輛處理平均時間等），在指標異常時提出預警，并為營運單位優化車道系統提供數據支撐。

2.4.2 收費效能評價

目前，全國各省均在無人化收費系統和車道自助繳費機器人的研發上進行了諸多嘗試[4-7]，使高速公路通行的信息化、數據化有了明顯提升，但對于收費站收費效能評價的研究與應用較少，往往片面地通過擁堵率高低來評價收費站效能，尚無將收費系統數據與收費效能相聯系的評價體系和評價方法，導致無法對車道級和站級收費系統提升提出有針對性的改進建議。

對此，針對目前國內在收費系統客觀評價機制上的缺失，基于現代綜合評價理論和方法，從收費系統繁忙指數、收費效率指數、關鍵設備運行指數、特情響應因子等指數著手，創新性地提出收費站站級數字化收費效能評價體系，將對收費站的擁堵程度和服務效率提供客觀評價指標。

該體系依托車道監控設備、視頻監控設備的車輛感知能力，基于影響通行效率的關鍵數據，通過應用數據建模和數字孿生技術，建立收費站通行指數，構建收費站可視化仿真模型，實時“投影”車道通行狀況，方便現場管理人員根據車流量變化情況動態調整車道管理策略，為收費站運營管理工作提供決策依據和數據支撐。

3 項目效益

云茂高速基于信創技術的智慧收費系統應用，具有較好的經濟效益和社會效益。

3.1 經濟效益

（1）減少收費站建設用地，節省建設成本

采用智慧收費柜和自助交易設備的智慧綜合站方案可以快速建道，每條車道的收費島基礎澆筑、線纜管道鋪設工作量大大減少；收費島寬度可以由當前2.2 米減少為0.5 米，收費島占地面積減少70%以上，收費站整體占地面積大幅減少，降低建設成本，縮短建設周期。

（2）減少營運管理成本

水口收費站共4 條混合車道，按照配備20 名收費員（4 個工班，每個工班4 名收費員+1 名值班長）測算，在切換為無人值守模式時，收費站場每個工班只需配備2～3 名值班人員處理異常情況（夜班車流量少，可配備1 名值班人員），人力成本至少降低50%。無人值守自助收費系統的引入，減少了收費站管理人力成本，提高了管理效率和服務質量。

3.2 社會效益

（1）為智慧綜合站技術驗證與推廣應用奠定基礎，形成標準體系，引導產業發展。

水口智慧收費站建設將成為高速公路收費廣場建設樣板，對收費站標準化裝備關鍵技術、基于物聯網和大數據效能監測示范工程的驗證及全面推廣起到推動作用，為廣東省智慧公路推廣以及全國智慧公路建設提供技術和經驗積累。通過項目示范驗證，將項目的創新成果—智慧收費站效能評價指標體系、智慧收費站系統關鍵技術要求納入標準體系，為智慧交通背景下的公路收費業務標準化發展做出貢獻。

（2）推進高速公路智慧建設和數字化轉型，加快“新基建”建設。

本項目采用新的分布式微服務集群技術對車道收費系統進行重構，適配龍芯CPU、統信UOS 等操作系統，基于信創平臺開發的智慧收費柜和自助交易設備收費系統，能實現快速建道部署，具有可推廣、可復制的特點，有望大大加快高速公路“新基建”建設，推進高速公路智慧建設和數字化轉型，促進信創產業生態建設和發展。

4 結語

當前，智慧高速公路建設方興未艾。云茂高速水口收費站基于信創平臺的高效能綜合收費站關鍵技術的應用，實現了收費系統快速建造和部署、遠程安全防范、智慧運維，降低了收費設施建設和運營成本，提升高速公路收費系統核心軟硬件的自主創新能力，實現收費系統安全自主可控，是高速公路收費系統國產化和收費站無人化運營的積極探索，為智慧公路建設提供了豐富的技術和經驗積累。