高速公路 ETC 特情處理終端系統的設計及應用

作者簡介：

盧國華（1986—），工程師，主要從事交通機電工程施工、運營管理、設備的應用維護保養工作。

摘要：隨著電子不停車收費系統（ETC）的廣泛運用，ETC特情處理成為保障高速公路通行效率和服務質量的關鍵。文章提出高速公路ETC特情處理終端系統設計方案，以提高ETC特情處理效率和準確性、降低運營成本，為高速公路智能化管理提供有力支持。同時，結合實際案例展示終端系統在解決特情問題中的出色表現，展望未來發展趨勢，為推動技術發展提供參考。

關鍵詞：高速公路；ETC；特情處理；終端設計

中圖分類號：U495文獻標識碼：A 57 189 3

0 引言

隨著高速公路交通流量的增長以及ETC的廣泛應用，確保收費系統高效穩定運行已成為關鍵所在。ETC特情處理終端對于解決收費異常情況極為重要，然而現有的特情處理存在響應遲緩、準確性欠佳、功能單一等問題，其性能與功能的優化對于提升服務質量和通行效率具有重大意義［1］。

針對上述問題，本文致力于研究并設計高效智能的ETC特情處理終端。將綜合運用通信技術、計算機科學、數據分析以及人工智能等多學科的理論方法，構建全新的特情處理終端架構；通過優化硬件配置、改進軟件算法、增強安全防護機制，達成特情的快速精準處理、實時監控預警以及智能化數據分析。

1 ETC特情處理終端系統方案

1.1 總體設計理念

ETC特情處理終端系統的總體設計理念圍繞著高效性、智能化、穩定性與安全性展開。在高效性方面，充分考慮業務流程和操作習慣，設計簡潔明了、便捷高效的交互界面，讓操作人員能夠迅速上手，快速處理特情。智能化是關鍵要素，通過引入先進的數據分析和人工智能技術，實現特情的自動識別、分類和初步診斷，為精準處理提供有力支持。在穩定性上，采用可靠的硬件架構和冗余機制，保障系統在長時間運行中不出現故障，即便遇到突發狀況也能迅速恢復。在安全性方面，運用嚴格的加密手段和訪問權限控制，確保特情數據的機密性、完整性和可用性，防止數據被非法獲取或篡改［2］。

同時，系統還具備良好的擴展性，能夠與新的技術和設備無縫銜接，以適應未來業務的發展變化。

1.2 整體設計

ETC特情處理終端是為高速公路ETC車道提供的一種補充交易手段，具體架構如圖1所示。其能夠向司機提供自助刷卡、掃碼支付、一鍵求助和可視對講的功能。當ETC車道上無法正常通過ETC交易時，司機進行自助刷卡方式或掃描支付二維碼完成交費，順利通過收費站，也可為司機提供一鍵啟動可視對講功能，避免因ETC自動設備工作異常時等待人工處理帶來的不便。ETC特情處理終端安裝部署在ETC車道上，是一種ETC車道比較方便的補充交易手段。

1.3 硬件設計

ETC特情處理終端是一個集成度高且功能豐富的設備，主要由機箱、讀寫器、控制主機、顯示屏、掃碼支付模塊、可視對講、無線對講移動終端、通信系統和電源系統組成。如圖2所示。

由圖2的硬件設計圖可知，首先是機箱，其作為終端的外部保護結構，具有出色的防護性能，能夠有效抵御外界環境帶來的干擾和損害。讀寫器也是關鍵部件之一，其能夠精準地讀取和寫入ETC相關數據，從而保障信息交互的準確性和及時性?？刂浦鳈C如同終端的“大腦”，負責對各項操作和數據處理進行統籌安排與指揮，以確保整個系統穩定且高效地運行［3］。顯示屏的作用在于直觀地展示各種信息，例如特情處理的實時狀態、相關提示以及詳細的數據等。掃碼支付模塊的存在滿足了用戶多樣化的支付需求，為其提供了便捷的支付途徑?？梢晫χv功能實現了現場人員與后臺之間的實時可視化溝通，有助于及時有效地解決問題。無線對講移動終端賦予了工作人員更大的活動自由度，使其不受線纜的束縛，能夠在更廣泛的區域內進行有效的溝通交流。通信系統為數據的穩定傳輸提供了保障，確保信息能夠及時傳遞和共享。電源系統為整個終端持續、穩定地供應電力，使其在各種復雜的環境下都能可靠地運行。

1.4 軟件設計

本特情終端作為ETC車道的重要外設終端，在軟件設計方面展現出諸多優勢。

其軟件技術架構采用了先進的分層架構模式，將系統清晰地劃分為多個功能模塊，如數據采集模塊、處理分析模塊、交互通信模塊等。這種分層架構不僅使各個模塊的職責明確，而且極大地提高了系統的可維護性和擴展性，便于后續的功能升級和優化。

在軟件語言的選擇上，運用了高效且穩定的編程語言，例如Java及C++。Java語言具有良好的跨平臺性和豐富的類庫，能夠確保軟件在不同操作系統上穩定運行；C++則以其高效的性能在底層數據處理和算法實現方面發揮著重要作用。

數據庫方面，選用了MySQL關系型數據庫。其能有效地存儲和管理大量的特情處理數據，通過合理設計數據表結構、建立索引等方式，實現了快速的數據存儲、檢索和更新操作。同時，為了應對高并發的數據訪問，還采用了數據緩存和異步處理等技術手段，進一步提升了數據庫的性能［4］。

此外，軟件具備完善的錯誤處理機制和詳細的日志記錄功能。當出現異常情況時，能夠及時捕獲并進行相應的處理，同時將錯誤信息和處理過程記錄到日志中，方便后續的問題排查和分析。特情終端系統的軟件工作流程通常如圖3、圖4所示。

特情終端支持靈活多樣的特情處置模式。當特情發生時，既可以依據清晰明確的提示音進行自助處理，也能夠由專業客服通過遠程協助的方式進行處理。ETC車輛駕駛員可借助自助設備自帶的雙工位麥克風、高清攝像頭和清晰的液晶屏，與遠程值守人員進行流暢的可視對講。若出現無法繳費的情況，可按照簡潔易懂的提示音選擇刷卡支付或者便捷的手機掃碼支付，整個特情處置過程高效便捷又安全，最快僅需10 s即可完成。值得一提的是，ETC特情自助處置終端是通過AI對海量數據進行深入學習和研究精心設計而成的，在行駛路徑和金額的選擇上，能夠憑借智能算法自動篩除不合常理的選項，從而有效避免多收費的狀況［5］。

2 ETC特情處理終端的關鍵技術

2.1 智能識別技術

采用先進的圖像識別和射頻識別技術，能夠實現對車輛信息的快速且精準識別，并涵蓋車牌號碼、車輛類型等重要內容。這一技術優勢使終端在高速公路收費站繁忙的交通環境中，展現出了高效處理車輛通行的卓越能力。

現以車輛識別和標簽識別為例進行詳細說明。在車輛識別方面，可采用基于深度學習的算法。對于這種算法的識別精度，可以通過以下公式進行量化評估：R=A/T（其中，R表示識別精度，A表示準確識別的特征數，T表示總特征數）。

當A的數值越大，即準確識別的特征數越多，而T的數值相對穩定時，R的值就會越高，意味著識別精度也就越高。通過不斷優化算法模型，增加訓練數據量，以及提升硬件設備性能等手段，可以有效提高A的值，從而顯著提升車輛識別的精度和效率，確保在各種復雜的交通場景下都能準確無誤地獲取車輛信息。

2.2 實時數據安全加密及傳輸技術

ETC特情處理終端系統中的實時數據傳輸技術是系統高效運行和準確處理特情的核心。其基于先進的通信協議和網絡架構，如4G/5G專用網絡，能在短時間內傳輸大量數據。假設每秒傳輸的數據量為D，傳輸時間為t，傳輸速率為v，則D=v×t。

采用循環冗余校驗（CRC）算法進行校驗。假設原始數據為M，生成多項式為G（x），M左移r位得到M′，M′除以G（x）得到余數R（x），則計算后的待傳輸數據為M′+R（x）。在接收端，對接收到的數據進行相同的除法運算，如果余數為0，則認為數據傳輸正確；否則，認為數據傳輸錯誤，請求重傳［6］。

數據加密是保障ETC特情處理終端系統安全的核心手段之一。采用高強度的加密算法，如AES（高級加密標準）等，對傳輸和存儲的敏感數據進行加密處理。這些敏感數據包括用戶的個人信息、車輛信息、交易記錄等。通過加密，即使數據在傳輸過程中被截獲或在存儲設備中被非法獲取，攻擊者也難以解讀其中的內容。

在身份認證方面，運用數字證書、動態口令等技術，確保只有合法的用戶和設備能夠訪問和操作ETC特情處理終端系統。數字證書為用戶和設備提供了唯一的身份標識，經過嚴格的認證流程頒發和驗證，有效防止身份冒用。

數據加密采用高強度算法，如AES加密，密鑰長度越長安全性越高。同時具備數據壓縮功能，壓縮比為r，壓縮后數據量為原數據量的1/r，有效提高傳輸效率并降低網絡帶寬占用。此外，引入緩存機制，緩存容量為C，當網絡中斷或延遲時暫存數據，確保數據不丟失?？傊摷夹g通過多種手段的綜合運用，保障了數據的快速、準確、安全和穩定傳輸，支撐著系統的高效運行。

2.3 智能分析與決策技術

利用大數據分析，假設每分鐘收集到的車輛通行數據量為N，一天的總數據量則約為1 440 N。通過數據挖掘算法，如關聯規則挖掘，可發現不同特情之間的潛在關聯。以車輛故障特情為例，假設故障類型為F1、F2、F3等，其出現的概率分別為P（F1）、P（F2）、P（F3）等。

運用人工智能算法，如決策樹算法，以車輛特征、行駛狀態等作為輸入特征，特情類型作為輸出標簽，構建決策模型。對于新的車輛通行情況，能夠快速預測可能出現的特情，并根據預設的規則自動生成處理方案。

通過這些技術手段，能夠快速處理大量特情數據并進行準確分析，顯著提高收費站的運行效率和服務質量，為ETC特情處理提供智能化的支持。

2.4 遠程控制技術

遠程控制技術在ETC特情處理中發揮著關鍵作用。穩定且高效的網絡連接是基礎，假設網絡帶寬為B，數據傳輸量為D，傳輸時間為T，根據奈奎斯特采樣定理，B=W×log2（1+S/N）（其中W為信道帶寬，S為信號平均功率，N為噪聲平均功率），足夠的帶寬才能確保數據的實時傳輸。

在功能實現方面，以收費標準調整為例，假設某路段根據交通流量需將收費標準從P1調整為P2，通過遠程控制可迅速實現。

綜上所述，遠程控制技術通過穩定的網絡連接、靈活的功能調整以及高效的診斷排除，有力地支持了ETC特情處理，提升了系統運行效率和可靠性。

3 ETC特情處理終端的應用案例分析

為驗證系統的可行性，選取了廣西上防高速公路收費站的ETC車道開展實車測試，針對ETC特情處理終端的實際應用成效加以分析。通過將使用特情處理終端之前與之后的特情處理時間、車輛通行效率、用戶滿意度等指標進行對比，驗證該終端的有效性與實用性，測試數據如表1所示。

通過上述案例運行測試表明，該系統顯著縮短了異常特情車輛在車道的停留時間，最長停留時間約為12 s。異常車輛能夠根據語音提示，選擇退出重進或改走MTC車道。在沒有人工干預的情況下，ETC車輛能夠正常行駛，人工干預率lt;4.4%。

4 結語

本特情處理終端系統方案致力于為各類特情的高效、準確處理提供全面且可靠的解決方案。在方案的設計過程中，充分融合了先進的技術和理念，以滿足復雜多變的特情處理需求。

然而，方案在實際應用中可能會面臨一些挑戰和需要改進的地方。例如，隨著業務的發展和技術的更新，系統的擴展性和兼容性需要持續優化；對于一些極端或罕見的特情，處理機制還需進一步完善和驗證。

未來將持續關注系統的運行效果，不斷收集反饋信息，對方案進行迭代升級。同時，積極探索新技術在特情處理中的應用，以提升系統的性能和智能化水平，為保障業務的穩定運行和發展提供更有力的支持。

參考文獻

［1］張智勇.高速公路ETC特情處理系統的設計與實現［J］.交通科技與經濟，2018（3）：68-72.

［2］趙祥模，惠 飛，史 昕，等.智能網聯交通系統的關鍵技術與發展［J］.中國公路學報，2021（1）：1-27.

［3］張萌萌.ETC特情處理方法研究與實現［D］.西安：長安大學，2019.

［4］交通運輸部.加快推進高速公路電子不停車快捷收費應用服務實施方案［Z］.2019.

［5］劉小明.推動智慧交通發展 助力交通強國建設［J］.中國公路，2020（2）：24-27.

［6］王衛疆.高速公路ETC特情處置策略探討［J］.中國交通信息化，2022（1）：117-119.