高速公路稱重檢測數據與車道收費系統聯動機制優化應用研究

作者簡介：羅澤裕（1985—），工程師，主要從事高速公路運營管理工作。

摘要：為提升取消省界收費站后貨車從稱重車道進入收費站的通行效率，文章提出了優化稱重檢測數據與車道收費系統聯動機制的措施。通過將稱重檢測數據直接推送給車道收費系統和數據緩存隊列管理快速查詢，并利用車牌模糊匹配查詢，提高了收費系統檢索稱重檢測數據的精確度。案例分析表明，此優化措施顯著提升了收費站貨車的正常通行秩序和效率。

關鍵詞：高速公路；稱重檢測；車道收費系統；聯動機制

中圖分類號：U491.2

0 引言

按照《交通運輸部辦公廳關于進一步規范高速公路入口治超工作的通知》的統一部署^[1]，2020-01-01起，高速公路客車、貨車實行ETC電子不停車收費，封閉式高速公路收費站入口統一按車（軸）型收費，取消現有的計重收費^[2]。按照“貨車必檢、超限禁入”的要求，所有貨車必須按照交通標志及人員引導，依次進入稱重檢測通道接受檢測。對經入口稱重檢測為合法裝載的貨車，發卡放行；對經入口稱重檢測為違法超限超載的貨車，禁止駛入高速公路。因此，強化入口稱重系統與收費系統信息共享，提高稱重檢測數據和收費數據質量，提高貨車通行效率，是目前工作的重點之一。

1 現有機制存在問題

通過在稱重檢測車道上安裝各種數據采集設備，包括車牌識別設備、輪軸識別設備、稱重設備、光柵分車器、地感線圈、輪廓設備以及RSU天線等，系統能夠采集經過車輛的相關信息，包括車輛重量、車牌號碼、圖片等。這些設備采集的數據通過TCP/IP協議或串口協議傳輸至稱重檢測系統。該系統會對接收到的數據進行匹配處理，生成有效的入口稱重檢測數據包。對這個數據包中包含的車牌、輪軸、輪廓、重量、圖像以及是否為大件運輸車輛等信息將進行匹配處理。

在收費專網中，稱重檢測系統將有效的稱重檢測數據通過TCP/IP協議發送至收費站稱重檢測中間件。該中間件負責將數據存儲到數據庫中，并將數據上傳至省級聯網中心。同時，車道收費系統通過與收費站稱重檢測中間件的查詢接口，從數據庫中查詢相關的稱重檢測信息、大件運輸許可信息以及嚴重違法失信超限超載運輸當事人名單信息^[3]。根據這些信息，車道收費系統可判斷車輛是否允許通行。具體流程如圖1所示。

當前階段，稱重檢測數據與車道收費系統的聯動機制容易受到網絡延遲的影響，導致查詢稱重檢測數據的實時性受到影響。貨車ETC車輛對實時性的要求更高，經常出現車輛已行駛到崗亭位置，但仍未能查詢到該車的稱重檢測數據，需要等待一定的時間，甚至需要貨車進行二次或多次復稱，從而導致車輛通行受阻。

因此，稱重檢測數據從稱重系統到稱重檢測中間件入庫，稱重檢測中間件再到車道收費系統，完成一次稱重的檢測流程過多、耗時長，也容易受站級網絡抖動的影響。并且當出現問題時，后期技術維護人員排查原因的環節多，不能快速、及時解決問題。

2 優化措施

針對現有稱重數據聯動機制存在的問題，本文提出了高速公路稱重檢測數據與車道收費系統協調聯動優化方法。在數據分發機制方面進行了調優，并利用緩存隊列查詢和車牌模糊匹配方法提高了匹配的速度和數據比對的精確性。

2.1 分發機制

在貨車經過時，采集終端設備如車牌識別、輪軸識別、地磅秤臺、地感線圈、光柵、輪廓識別等設備會產生車輛檢測數據，并通過串口協議或網絡協議實時發送至稱重檢測系統。經過稱重系統的車牌匹配、輪軸匹配、圖像匹配以及稱重信息匹配處理后，這些數據被合并成一條完整且有效的稱重檢測數據。具體流程如圖2所示。

稱重檢測系統通過有效的數據傳送機制，將稱重檢測數據同時發送至收費站稱重檢測中間件和車道收費系統。數據分發基于TCP/IP協議進行通信，雙方保持長連接并利用心跳通信監測對方狀態，直至一方主動斷開連接。稱重檢測系統在作為客戶端時，與收費站稱重檢測中間件服務端建立連接，將有效稱重檢測數據發送至收費站稱重檢測中間件。同時，作為服務端，車道收費系統與稱重檢測系統服務端建立連接，接收有效的稱重檢測數據并將其推送至車道收費系統，并握手通信確認數據接收。如果稱重檢測系統未收到車道收費系統的回復，將重新發送稱重檢測數據。收費系統根據貨車的檢測數據決定放行或攔截，并將拒超結果反饋至稱重檢測系統，同時稱重檢測系統將拒超結果回寫至收費站稱重檢測中間件。中間件程序將回寫信息與對應的稱重檢測數據進行合并，形成完整的貨車通行稱重檢測數據。

2.2 內存緩存查詢

當車道收費系統接收到稱重檢測系統推送的數據時，會將這些數據保存到稱重數據內存緩存隊列中。車道收費系統的稱重檢測數據緩存隊列大小可以根據收費站的車流量進行配置，同時也可以根據收費站貨車通行與擁堵情況動態設置稱重數據的有效時間^[4]。這種設置方式有效地減少了貨車調頭加裝貨物后再回來利用上一次的稱重數據進行通行的作弊行為。

內存緩存隊列采用先進先出（FIFO）的插入方式，同時將數據備份一份至硬盤上，以防止斷電或故障重啟導致數據丟失。在查詢緩存數據的過程中，先采用單次緩存方式，直接通過車牌從緩存隊列進行精確數據查詢。如果能夠成功匹配全部車牌字符，那么就會輸出精確的結果。否則，系統將使用車牌模糊匹配算法進行匹配。相比之前的查詢方法，這種方式減少了中間件環節，避免了網絡延時或中間件查詢數據庫等時間耗時，為提高貨車在ETC車道交易的成功率奠定了良好的基礎。

2.3 車牌模糊匹配

長期從事高速公路運營工作的人會了解到，高速公路收費車道及稱重車道的車牌識別率并不能達到100%準確，甚至有些稱重車道的識別率連99%也達不到。這些識別錯誤大多是由于車牌掉漆、磨損、表面污染物遮擋、下雨、大霧等，導致識別出來的車牌只有個別字符是錯誤的。因此，為了提高稱重數據的匹配度，在緩存隊列中未能通過車牌和車牌顏色精確查詢到稱重檢測數據時，可進一步采用車牌模糊匹配算法進行查詢。這一算法通過字符分割、字符識別、車牌顏色匹配、車牌分類等一系列計算處理，并按照模糊匹配算法，可以在嚴格配置隊列大小和有效時間的緩存隊列中查詢到一個或者若干車牌識別結果，選取字符匹配數最多者推薦至車道收費系統界面。收費員只需進行簡單的審核，判斷是否與現場貨車車牌一致，即可完成操作。這種模糊匹配方法提高了車輛稱重檢測數據的查詢成功率，進而提高了查詢稱重檢測數據的實時性和混合車道車輛的通行效率。

3 案例分析

3.1 測試方法

為了對本文所提出的優化方法進行有效性驗證，并結合實際應用場景進行測試，廣西交通投資集團玉林高速公路運營有限公司玉林東收費站試點于2022-11-25進行了車道系統及稱重檢測系統的優化升級。在優化前后各三個月的貨車入口通行數據及特情數據中，選取了相關數據進行分析，主要針對稱重檢測數據推送到車道收費系統的查詢平均耗時、查詢匹配成功率等指標進行了對比分析。

3.2 效果分析

對廣西交通投資集團玉林高速公路運營有限公司玉林東收費站的入口貨車交易數據進行統計分析，其中表1所示為玉林東收費站優化前3個月的貨車入口交易數據統計，表2所示為玉林東收費站優化后3個月的貨車入口交易數據統計。

經過優化前后對比可知，優化升級后匹配查詢平均耗時由2.8 s減少到0.7 s，同時查詢匹配成功率也從98.21%提升到99.62%。利用稱重檢測數據直接推送方法及內存緩存查詢方法縮短了數據生成后至可查詢到數據的平均耗時，同時模糊匹配算法有效提高了查詢匹配成功率。因此，優化后的車道收費系統在貨車稱重檢測數據獲取成功率和貨車通行效率方面有了很大的提升。

4 結語

針對高速公路入口稱重檢測系統數據推送不及時、貨車需要多次復稱、通行效率低等問題，本文在稱重檢測數據與車道收費系統聯動機制做出了一些優化措施，用于規范稱重檢測流程，強化入口稱重系統與收費系統信息共享。通過試點案例分析，可以確保車貨稱重檢測數據及時、準確地推送至車道收費系統，避免了因收費站級網絡或者收費站稱重檢測中間件宕機等原因導致查詢稱重檢測數據失敗，提高了車輛收費的準確性和通行效率，為高速公路的運營和管理提供更加科學、有效的支持。

參考文獻：

[1]吳卓鍵.廣西公路運輸超限超載治理對策研究[J].西部交通科技，2019（10）：199-202.

[2]江 蘇：三種方式實現入口超限勸返[J].中國公路，2019（16）：23.

[3]陳廣輝.江西省高速公路收費站入口稱重檢測治超系統[J].中國交通信息化，2020（4）：93-96.

[4]周 勇.高速公路稱重檢測系統新問題與解決辦法探討[J].西部交通科技，2022（10）：182-183.