一种混合式高速公路不停车收费系统研究

李因易 俞杰 陈志钢 刘轶 田胜雄

摘   要：随着我国高速公路的快速发展，高速公路通行量也逐渐增加，同时，高速公路收费站拥堵问题逐渐加剧。为解决该问题，文章采用电子车牌、ETC多种移动支付相结合的方式，构建同时实现ETC车道和MTC车道的不停车收费系统。该系统解决了MTC车道通行效率低和MTC车道与ETC车道利用率不均衡的问题，有效解决了收费站拥堵问题。

关键词：混合式收费;电子车牌;收费车道;公路半自动车道收费系统;电子不停车收费系统

高速公路因具有高速、高效、安全、舒适等特点，已在我国的交通网络中起着越来越重要的作用，为进一步提升我国高速公路的运行能力，不断有新的高速公路建设、投入使用，高速公路的通行量也在逐渐增加[1]。不停车收费是高速公路收费系统的发展方向，它能够有效地解决传统人工收费方式造成的车辆延误时间长及收费站拥堵问题[2]。电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，ETC）车道是目前高速公路主要的不停车收费车道，能够有效缓解收费站的交通拥堵问题，该方式已在全国范围内得到了广泛的应用[3-4]。但是由于仍有许多车辆没有安装ETC，导致收费时仍然需要停车缴费，产生通行效率低以及ETC车道和公路半自动车道收费系统（Manual Toll Collection System，MTC）车道利用率不均衡的问题[5-6]。

1    高速公路收费站现状

1.1  现有的车道主要由ETC车道和MTC车道组成

ETC车道主要方便安装了ETC设备的车辆通行，而MTC车道支持以现金或刷卡方式缴费的车辆通行。两车道在出入口并行使用，但两者间不存在通用性，导致当某一类车道出现拥堵时，不能及时进行有效的疏导分流。

1.2  现有MTC车道主要采用现金或刷卡的方式通行

司乘人员需要停车并以现金或刷卡的方式完成通行费缴纳，收费员以及司乘人员需要进行多次交互以完成通行，在高峰时段因车辆停车缴费造成收费站排队拥堵，效率低。

1.3  高速公路的网络环境比较复杂

高速公路存在网络不稳定的情况，在基于移动支付通行的条件下，易因环境因素以及网络因素引起支付不成功，造成费用糾纷。

2    混合式高速公路不停车收费系统

为解决高速公路收费过程中存在的问题，本文研发了一种混合式高速公路不停车收费系统。采用基于电子车牌、ETC的多种移动支付相结合的方式，实现车辆自由选择车道通行，提高车辆的通行效率和速度。同时，采用双离线解决方案，实现离线车辆校验和离线扣款，保障复杂环境以及不稳定网络环境下的司乘人员车辆快速通行。使用机动车电子标识技术在需要标记的点位对标识进行读取或写入，在出口恢复车辆行驶路径，实现精确收费和费用清分。当无感车辆通过高速公路收费站时，也可实现不停车自动支付通行。混合式不停车收费系统同时支持ETC车道和MTC车道，兼容现有车道的所有通行方式，实现车辆全车道的畅行，大大提高了车道的利用率。

3    混合式高速公路不停车收费系统的架构

混合式高速公路不停车收费系统结合现有的车道控制系统和收费系统的功能体系结构，通过安全接口通信完成车辆的不停车通行，系统结构方案如图1所示。

4    混合式高速公路不停车收费系统实现

4.1  ETC车道不停车收费

对ETC车道加装电子车牌和ETC复合天线以及视频识别设备。当车道通行ETC车辆时，识别车辆的车牌信息及ETC属性信息，区分当前车辆的车载单元（On Board Unit，OBU）属性，当车辆是安装了OBU设备的ETC用户车辆时，采用已有的ETC通行扣费方式透传给收费系统进行通行;当车辆属于安装汽车电子标识的注册用户通行时，通过电子车牌识别设备对当前车辆信息准确地获取，并进行车辆信息的验证，判断当前车辆电子车牌信息的真实性并解码车辆的其他特征，通过与现有收费系统接口的对接，将信息传给收费系统，收费系统产生消费流水，消费流水上传至站级，流水逐级上传至联网收费清分平台，联网收费平台通知非现金支付平台进行扣费。如果该电子车牌绑定了银行卡或第三方支付账号，该消费流水也可以送往移动支付平台进行支付。

对未安装电子车牌的车辆，通过摄像头识别车辆的车牌信息与车型信息，并与车辆注册提供的驾驶证信息和车辆车型信息进行一致性的判定，实现车辆出入口一致性判定、车辆出入口与注册车辆信息一致性判定，准确验证当前车辆的真实性。对安装了电子车牌的车辆，除以上的两个一致性判定校核外，还增加了电子车牌的一致性校验，将机器视觉判定结果与电子车牌识别结果进行双向验证，准确验证当前车辆的真实性。验证通过的车辆，确认可进行不停车的移动支付，并通过移动支付平台和第三方支付平台进行支付和处理，实现非ETC车辆不停车移动通行ETC专用车道的功能。电子车牌ETC符合天线+视觉识别效果如图2所示。

4.2  MTC车道不停车收费

对于MTC车道，目前的通行方式主要是现金支付和扫码支付，车辆需要停车缴纳完成支付。基于现有的MTC车道，在不影响现有的MTC车道通行功能情况下，通过加装电子车牌识别和摄像头设备，与现有的车道系统和收费系统在安全通信协议条件下，实现MTC车道不停车支付，提高MTC车道的通行效率和用户体验。

有机动车电子标识的车辆通行MTC车道时，由车道的机动车电子标识读写器读取车辆的机动车电子标识。当车辆安装汽车电子标识的注册用户通过电子车牌识别设备时，对当前车辆信息进行准确的获取，并进行车辆信息的验证，判断当前车辆电子车牌信息的真实性，并解码车辆的其他特征，通过与现有收费系统接口的对接，将信息传给收费系统，进行收费。

未安装电子车牌的车辆通过MTC车道时，同样可以通过摄像头识别车辆的车牌信息与车型信息，实现不停车收费。在安装了电子车牌的车辆，除了摄像头识别外还增加了电子车牌信息作为验证信息，确保收费车辆信息的真实性。电子车牌+视觉识别效果如图3所示。

5    结语

本系统将两种收费方式进行结合，实现了ETC车道和MTC车道的不停车收费功能，一方面可以提高收费站的通行效率以及降低收费员的工作强度，另一方面可以有效提高司乘人员的用户体验，并将相应的车辆信息校核、费用扣缴等工作交由服务器自动完成，用户在不停车、不拿手机的情况下即可顺畅通行高速公路。同时，通过增加验证功能，使得收费管理更加完善和准确。最大限度地利用了MTC车道的相关设备和设施，以最小的成本达到了最有效、最全面的改造，解决了目前收费站拥堵、车道利用率不均衡的缺点，是一项具有较高推广价值的高速公路收费系统实用技术。

[参考文献]

[1]王朝晅.高速公路ETC和MTC组合联网收费系统的设计与应用[J].数据通信，2018（5）：50-52.

[2]崔洪军，崔姗，李亚平，等.高速公路收费站ETC车道通行能力研究[J].中外公路，2014（6）：278-281.

[3]吴进.基于通行效用的高速公路收费站ETC车道设置方案研究[D].南京：东南大学，2016.

[4]刘斌，潘红，路小波.ETC车道数对收费站服务水平的影响仿真研究[J].公路交通科技，2008（1）：120-123.

[5]刘伟铭，王超，梁雪，等.基于激光扫描仪的ETC车道系统探析[J].中国交通信息化，2018（S1）：128-132.

[6]汪斌.安徽高速集团ETC车道应用分析与研究[J].中国交通信息化，2015（S1）：66-68.