襄荊高速智慧收費站的建設與探索

摘要 智慧收費站建設是指在收費站現有用地范圍內對機電設備設施進行升級改造，以提高車輛通行能力和效率，實現收費站少人化運營。文章首先通過對2入3出大車流量收費站進行現狀分析，采用窄化擴道的設計思路，加寬車道寬度，提升大貨車的通行能力；然后應用行業成熟的自助通行設備，提高機電設備的集約化、智能化程度，實現“1人2道”或“1人N道”的特情干預模式；最后結合行業發展趨勢，探索其他智能化設備在該路段應用的適配性。

關鍵詞 智慧收費站；自助；智能化

中圖分類號 U495 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）24-0040-03

0 引言

隨著大數據、云計算、物聯網、人工智能等新一代信息技術的快速發展，高速公路運營管理者對進一步提升收費站通行效率，提高公眾出行滿意度和便捷度，降低收費站日常運營成本及收費人員工作強度有了更現實的需要。借鑒行業成熟技術，積極推動智慧收費站建設勢在必行[1]。

自2019年全國實施入口治超政策以來，入口貨車須行駛人工混合車道上站，相比客車通行效率有所降低，而襄荊路段入口貨車流量大、跨地域物流貨車多的特點，對收費站入口的疏通保暢提出了更高要求。特別是2入3出大車流量收費站，在車道數量有限及寬度不夠的情況下，有必要進行升級改造，提升其通行效率和智能化水平，同時為下一步智慧收費站建設積累經驗。

1 現場分析及改造方案

自207國道團林收費站營運以來，五里收費站車流量由原先的日均1 200輛左右激增至3 600輛左右，部分周末或重大節假日高峰期更可達到6 000輛以上，其中貨車占比約為75%，大型貨車（貨5、貨6）占比達80%。

五里收費站車道分布從入口方向從右到左依次為入口1號道（ETC/MTC超寬混合車道）、入口2號道（ETC專道）、出口3號道（ETC專道）、出口4號道（ETC/MTC混合車道）、出口5號道（ETC/MTC超寬混合車道），收費島寬度為2.2 m，普通車道寬度為3.2 m，超寬車道寬度為4.5 m。

目前的入口通行能力為每次1輛貨車和1輛ETC客車，出口現有通行能力為每次1輛大型貨車和2輛小型貨車或客車，在現有條件下無法及時疏通廣場滯留車輛，導致入口貨車排隊擁堵。針對上述情況，采取以下設計方案：

1.1 窄島化

為避免新增收費車道造成的征遷費用高、施工周期長、工程造價高等問題，采取收費島窄化擴道的設計思路。首先利舊1、4號安全島，延長費亭基礎，將2、3號島的寬度由2.2 m縮減為1.2 m，保持首尾長度不變；其次重做2號島，將2號道寬度由3.2 m擴寬至4.2 m；最后對3號島左右各縮減0.5 m，將3、4號道的寬度由3.2 m擴至3.7 m。改造完成后，5個車道均能通行大型貨車。

1.2 潮汐車道+入口冗余秤臺

潮汐車道一般適用于單向少于3車道的收費站，以緩解入/出口廣場高峰期擁堵。而五里收費站呈現入口車流量大于出口、貨車流量大于客車的特點，需在2號道前側新裝稱重平臺，在3號道尾部新增ETC潮汐車道，當入口貨車流量增加時，可將入口1、2號道作為貨車專用通道，ETC客車從入口3號道通行。

1.3 設備集成化

原車道設備種類繁多且位置分散，設備品牌較多，比如自動欄桿機選用蘇州德亞，費額顯示器選用南京金曉，霧燈選用天津協力等，設備布線管道多，與車道工控機的接線點多，導致線井雜亂無章，出現故障不易排查。而采用同一品牌的高集成化設備，可有效解決后期維護效率低、維護成本高等問題，也可提升安全島的整潔度和收費站形象，減輕站內機電巡檢工作量。

1.4 自助通行+車道遠程控制

入口特情車輛約占入口總車流量的60%，主要包括復核貨3以上軸限、軸重、減免車、黑名單、專項作業車；出口特情車輛約占出口總車流量的50%，主要有綠通車查驗、減免車、車牌不符、車型不一致等；其余車輛通行可通過部署自助發卡機/自助繳費機實現無人值守。另外，在1號嵌入式自助發卡車道安裝6對HDMI光端機和1對8+1KVM控制器，可實現對2至5號道（含ETC專道、潮汐）的遠程操控。在大夜班無特情時，只需安排1名收費人員值守1號亭，核對入口治超信息，同時兼顧處理其他自助車道的特情，可實現“1人2道”或“1人N道”的特情干預模式，不僅可減輕現場收費人員來回穿梭車道帶來的工作強度與安全隱患，還可減少人員投入。

1.5 照明節能化

針對收費站夜間車流量少的情況，在車道頂棚前后安裝智能感應燈具，感應距離7～12 m，它通過平面天線發射電磁波，當車輛進入電磁波環境時，波形反射折回，燈會自動開啟，離開后默認60 s自動關閉。同時，它可以配合車道常開頂棚燈，在夜間為車輛提供足夠照明，此舉可降低全年照明能耗。

1.6 應急處置系統

當廣場存在滯留車輛時，收費員在收費廣場使用移動手持式收費設備提前進行預發卡/交易，該設備在入口支持ETC客貨車過車處理，也支持對無法通行ETC車道或混合車道的客貨車輛發放CPC卡，貨車實現入口治超；出口實現OBU、CPC客車及普通貨車的收費功能，同時提供特情收費功能，支持無卡、ETC卡交易失敗，OBU讀取失敗或卡黑名單處理，支持OBU、現金、ETC刷卡及移動支付等多種支付方式，手持機交易后與車道無縫銜接進行聯動抬桿放行車輛，且不影響車道收費系統正常處理過車交易。

2 智能化設備應用及改造效果

2.1 混合車道一體化欄桿機

該設備將黃閃報警燈、費額顯示器（含通行燈）、高清車道攝像、車牌識別儀、液晶信息發布屏、雷達車檢線圈等多種產品融合到高速欄桿機上，改造后的收費島將變得簡潔美觀，在簡化設備安裝的同時，也簡化了系統管線的布放。

2.2 多業務光端機

在替換原車道收費匯聚交換機和辦公匯聚交換機時，在各車道分別放置一臺多業務光端分機（含8個網口），各網口之間物理隔離，使用其中2個網口分別連接POS機和收費工控機，通過一根光纖連接至通信機房內的一臺多業務光端主機，該主機卡槽安裝的6張數據板卡（含8個網口）分別對應6個車道。將車道POS機和收費工控機對應網口分別連接至辦公網、收費網，所有卡槽均支持熱插拔，當其中某個板卡出現故障時無須斷電即可替換，具備可靠的維護性。相比改造前2對2的傳輸模式，改造后的各車道均可獨立傳輸所有業務數據至機房匯聚交換機，形成6對6的傳輸模式，提高了業務數據傳輸的可靠性。

2.3 可變折疊屏

6個車道（含入口3號道潮汐車道）全部替換原出、入口正向雨棚信號燈，每套屏由上豎屏與折面屏（尺寸均為480 mm高×2 240 mm寬）組成，上豎屏與水平面垂直，折面屏向后翻折角度0°～30°可調。上豎屏顯示通行車種、車型，例如客/貨車道、七座客車車道、綠通/超寬車道等，折面屏顯示ETC車道、混合車道或自助車道等，收費站可根據現場通行情況自定義設置供司乘人員選擇。當車道維修時，燈珠變為紅色的“車道關閉”，引導司乘人員在廣場快速選擇車道通行。此舉可有效降低廣場發生堵塞的時間。

2.4 開道一體化欄桿機

將開道一體化欄桿機安裝在原車道島頭的“霧燈”位置，替換霧燈及手動欄桿，由黃閃報警燈、霧燈、電動欄桿、信息發布屏等部分組成。日常關道只需使用按鈕開關，簡單快捷，節省了收費員手動關道時間約15 s。

2.5 車型智能識別

在安全島頭安裝車型識別設備，可在無人值守下采集直行駛入車輛的正面、側面及車尾圖片，通過內置AI算法準確識別車輛特征，生成車種、車型、軸數軸型等。經現場測試，車型識別準確率高達99%以上，可大幅降低車型不一致、車牌識別不符等特情車輛的發生概率，減少人工干預時間，提高1人N車道的值守效率。

2.6 亭外式自助發卡/繳費設備

取消原2、3號道雙向亭，在2、4號道分別安裝亭外式自助發卡和繳費機（投卡式），并在2號道新增入口治超秤臺。自助發卡機上下各1個CPC發卡工位，方便客貨司機便捷取卡，同時支持ETC車輛感應通行。現場配有收費鍵盤和人工操作顯示屏，收費班長只需對4型及以上貨車確認軸型、重量后放行，其余客貨無論哪種通行介質都可直接上站。入口車道通行能力由1輛貨車/次提升為2輛貨車/次，效率翻倍。

4號道自助繳費機同樣配置上下兩個工位，同時配備遠距離二維碼掃碼槍、ETC儲值卡專用刷卡區和求助按鈕。支持“B掃C”方式，即司機出示付款碼，由掃碼槍掃碼后完成支付。掃碼方式支持微信、支付寶等多種支付手段。在無特情發生時，持CPC卡或ETC卡的司機可直接在設備上完成付款，無需人工干預。出口車道大型貨車通行能力由1輛/次提升為2輛/次。

2.7 嵌入式自助發卡/繳費設備

利用舊1、4號安全島，在1、5號收費亭分別安裝嵌入式自助發卡和自助繳費機，與原混合車道收費系統搭配使用。現場只需安排1名收費人員值守1號道，將5號人工混合車道切換為自助車道；另外1名收費人員負責外場設備的處理，同時配合綠通進行查驗，可減少班組成員1名。

2.8 ETC專道一體機

取消原雙向ETC車道系統，在3號道安全島兩側各安裝一臺ETC專道智慧一體機。該設備采用“模塊化拼裝設計”，包含費額顯示器、車道攝像機、車牌識別儀、IP可視對講、廣告信息發布屏、高速欄桿機、雷達車檢線圈、工業空調、車道控制器、天線控制器等，不占用安全島寬度。相比傳統ETC車道，可有效提升大貨車通行ETC車道的能力，同時降低了購置多種機電設備的采購成本。

2.9 車道跑馬燈

在收費島邊緣內嵌與車道欄桿機聯動的LED跑馬燈，設置晚上19時定時開啟。當交易確認、欄桿抬起后，跑馬燈由紅色變為綠色流水燈，為司乘人員提供醒目提示，提升其智慧出行體驗感。

2.10 智能燈光系統

在每個車道頂棚前后應用一盞智能感應燈具，設置18：00—6：00開啟，夜間通過平面天線發射電磁波，當有人或車輛進入電磁波環境時，波形反射折回，燈會自動開啟，離開后則自動關閉。它不僅能夠配合車道頂棚燈，在夜間提供足夠照明，還能夠節約頂棚燈的開啟數量，按5個收費車道每個3盞100 W頂棚燈進行測算，前后更換2盞100 W智能照明燈具后，預計每年降低能耗2 000 kW·h。

2.11 移動手持終端

針對入口車流量激增，班長持該設備對入口廣場車輛進行預發卡，可將入口放行速度提升至每次2輛貨車和2輛ETC客車。

3 下一步探索

基于目前智慧收費站的建設經驗，以及收費站機電設備分布和房建面積情況，后續對其他傳統收費站進行智能化改造時應結合行業主流發展趨勢和國內智慧收費站的建設現狀，對此次改造內容進行優化并參考以下技術路線，進一步提升收費站的通行效能和服務水平。

3.1 匝道預交易系統

適用于出口ETC車道擁堵時長大于15 min/次，每天累計超過2 h，且不具備增加土建車道解決擁堵的收費廣場。在收費站下匝道匯流鼻處，安裝預交易門架+信息誘導屏，信息誘導屏提示ETC車輛的預交易狀態；對正常ETC車輛提前扣費，在ETC出口專用車道直接抬桿放行，據了解平均交易時間可由原來的250 ms降至30 ms；

對于特情車輛，通過信息誘導屏和OBU蜂鳴的方式，將其引導至指定混合車道進行人工處理，可對車輛進行有效分流，避免交易異常時車輛駛入ETC車道造成的擁堵[2]。

3.2 特情自助處理系統

針對部分ETC車輛在預交易失敗后仍會駛入ETC車道的情況，在ETC車道左側安裝特情處置終端。特情終端帶有的刷卡、掃碼支付、語音播報、信息顯示等功能，可以提示司機使用終端設備實現大部分特情的自助處理。司乘人員也可通過設備的“求助”按鍵呼叫，站所運營工作人員通過視頻語音設備進行遠程指導、遠程操控，減少司乘人員在收費處的滯留時間，實現收費現場少人化管理[3]。

3.3 云收費

目前，省內高速公路聯網收費系統架構采用“省聯網中心—路段分中心—收費站”三級管理模式，即收費車道產生通行數據，先上傳至收費服務器保存，再上傳至省中心；黑名單及程序版本號下發順序反之。基于五里收費站已應用的移動手持收費終端系統架構，后續宜采用“終端+后臺”的模式，通過虛擬化技術對算力、內存、數據、網絡等資源統一管理，將所有車道收費系統、站級數據庫部署在省聯網中心[4]。車道終端以WEB方式登錄收費系統軟件，不再存儲交易流水，徹底解決車道流水上傳不及時、車道黑名單離線同步不及時等問題。如遇收費設備損壞，仍可配合移動終端完成收費業務。

3.4 數字孿生系統

數字孿生系統主要包括毫米波雷達、廣場攝像頭、高精度GIS數據庫、AR仿真引擎等，其通過采集收費廣場動靜態數據，在后臺融合處理建模，將收費廣場設備設施和車輛轉化為可展現的三維虛擬目標。結合門架預交易、收費車道數據等，將CPC/ETC車輛交易情況進行實時的可視化展示，搭建現實世界與虛擬世界并行處理的“數字孿生”體系[4]，從而對CPC車輛、預交易成功/失敗的ETC車輛、危化品車輛、特情車輛等進行標識和跟蹤，實時監測和預警，提升特情預判、預警和預處置能力。

4 結束語

該文依托五里收費站機電智能化改造的設計方案、設備應用和實施效果，詳細介紹了收費站自助通行技術，為類似2入3出收費站的智能化改造提供了實踐經驗，其次分析比選了適合傳統收費站智能化改造的主流技術路線，主要得到以下結論：

（1）對車道數量有限、貨車流量較大的收費站進行智能化改造，可大幅提升大貨車通行效率和收費站整體服務形象，提高收費站疏通保暢能力，降低人員投入。

（2）在對五車道以上收費站進行智能化改造時，應考慮車道分布、設備利舊等情況，并對出、入口車流量，各車道通行車流量進行統計分析，選擇合適車道部署自助通行設備，提高投資效益。

（3）匝道預交易系統和特情自助處理系統適用于主要通行客車的大車流量、多車道收費站，比如臨近高鐵、機場等。

參考文獻

[1]劉睿健.高速公路收費站智慧化提升之路[J].中國交通信息化， 2023（10）：22-30.

[2]鐘達.高速公路智慧收費站建設及未來發展路徑思考[J].中國交通信息化， 2024（S1）：312-314.

[3]李明，聞峰，李志昌.高速公路收費站智慧化運營新模式探[J].中國交通信息化， 2023（S1）：138-141.

[4]江威.高速公路智慧收費站建設淺析[J].中國交通信息化， 2024（1）：75-78.