高速公路应急收费技术方案设计及实现

■周俊琦

（福建省高速公路集团有限公司南平管理分公司，南平 353000）

随着高速公路的不断发展， 我国高速公路总里程突破16 万km[1]，通车里程的持续增加，使公路网结构变得错综复杂、收费站数量也逐渐增多。福建省现有收费站出入口车道基本采用ETC 车道为主、ETC/MTC 混合车道为辅的模式， 对于车流量大、出入口车道少的收费站，可能会出现因车辆交易异常、设备故障、系统升级改造或车流量过大造成的收费车道拥堵问题。 由于造成收费站拥堵情况的多样性， 单纯依靠收费站的应急管理预案有时无法有效解决拥堵情况，因此，通过技术手段结合应急管理预案才有助于快速解决收费站拥堵问题。

1 基本情况

1.1 收费车道通行情况

根据高速公路收费车道通行情况分析，ETC、MTC、混合车道主要存在无电子标签、黑名单卡、OBU 防拆失效、OBU 设备故障、卡余额不足、坏卡等原因导致车辆无法正常通行， 以及天线异常、设备故障、系统升级导致交易失败的情况。 以政和收费站ETC 入出口单日通行数据为例，ETC 入口成功通过率98.7%，ETC 出口99.3%。 其中ETC 入口车道OBU 防拆失效占7%， 无电子标签占36%，黑名单卡占21%，卡余额不足占15%，OBU 设备原因占5%；ETC 出口车道无电子标签占31%，OBU 防拆失效占9%， 卡余额不足占25%， 黑名单卡占27%，OBU 设备原因占4%。

1.2 现有应急终端解决方案

车辆经过ETC 车道无法正常通行时，需要引导车辆至混合车道进行人工处理，在大流量所站可能影响广场交通秩序，导致车道拥堵。 通过手持应急收费终端和便携式收费一体机， 为在ETC、ETC/MTC 混合车道因各种原因而无法通过的车辆进行紧急异常处理，快速解决问题，疏通车道堵塞，有效缓解特殊情况、高峰期及节假日时车道的通行压力。

经了解相关省份做法， 目前主要有OBU 补充交易（延伸天线）、入口CPC 发卡、出口CPC 卡/ETC卡收费3 种场景模式（表1）。

表1 其他相关省份收费场景模式开通情况

1.2.1 OBU 补充交易

（1）功能：主要解决车道天线交易不畅的问题，通过手持应急收费终端作为延伸天线方式，对正常ETC 车辆进行补充交易。（2）适用范围：ETC 车道入口及出口。 （3）不足：对其他误闯、黑名单等原因引起的通行拦截还需进行人工引导。

1.2.2 入口CPC 发卡

（1）功能：主要解决入口ETC 车道拥堵问题，对因无电子标签、黑名单、卡余额不足等原因引起的入口车辆拦截问题均可通过发放CPC 卡的方式进行通行。 （2）适用范围：ETC 车道入口。 （3）不足：可解决所有异常车辆通行，存在的问题主要是CPC 卡无法享受电子优惠，通行速度较为缓慢。

1.2.3 出口CPC 卡/ETC 卡收费

（1）功能：通过后端系统与手持应急收费终端形成交互，来实现对混合车道或ETC 车道的收费处理支撑。（2）适用范围：ETC 车道出口。（3）不足：涉及较大的软件功能研发工作，同时运营需求不够明确。

广东、广西、江苏、山东以手持收费终端作为延伸天线的OBU 补充交易为主， 河南、 青海实现了OBU 补充交易和CPC 卡发行功能， 湖南省实现了OBU 补充交易、入口CPC 卡发卡、出口CPC 卡/ETC单卡收费全场景功能。

2 应急收费技术方案

为了提升高速公路运营服务水平，增强应急处置能力，确保收费系统的稳定、可靠运行，在保证收费车道供电及网络不间断的前提下，入口车道采用手持收费终端实现OBU 补充交易、 入口CPC 发卡及ETC 单卡收费三个场景功能； 出口车道CPC 卡/ETC 单卡收费场景的应急问题由便携式收费一体机解决。

2.1 入口车道应急方案

为解决目前较为突出的收费站入口交易异常、突发性的设备故障、计划性的车道升级改造及拥堵的问题，通过搭建手持应急收费终端系统实现应急通行。 本系统在收费站的1 台入口混合车道工控机上部署CPC 卡发卡后台服务，通过物理网线或经安全配置的WIFI 等通讯方式与手持应急收费终端进行交互，以实现CPC 卡的发行或ETC 车辆的通行，具体方案如下：

2.1.1 系统构成

（1）车道工控机。 车道工控机端作为服务端，主要实现接收手持应急收费终端传输的车牌，形成写卡数据， 并将数据传输至手持应急收费终端进行CPC 卡写入，写卡成功后，形成通行流水数据文件并实时上传。（2）手持应急收费终端。手持应急收费终端作为客户端，主要通过连接工控机服务实现读卡器和车牌识别器的功能。 支持通过ETC 刷卡、拍照识别以及手动输入三种方式获取车牌号；支持通过终端内的PSAM 卡将工控机端形成的写卡数据写入CPC 卡指定目录； 支持读取ETC 卡内入口站代码以及入站时间， 判断ETC 卡是否交易成功，避免重复发卡。

2.1.2 网络通讯

手持应急收费终端与车道工控机的通讯方式有2 种方案（图1）。 第一种是通过以太网接入收费网。 手持应急收费终端通过以太网接入收费网络的方式有两种形式：（1）通过物理网线接入收费网，该方式只需加强网线接入管理，在安全性上相对保证，但在灵活性和方便性上存在不足，应用的空间位置相对受限，需要频繁拔插网线，且要考虑接入设备的位置以及是否会干扰车辆通行；（2）通过无线AP（WIFI）接入收费网，将无线AP的SSID 关闭，手持应急收费终端的MAC 地址与IP 地址绑定，不允许其他设备搜索到WIFI 信号，并禁止连接。 该方式在使用上相对灵活方便，应用空间位置不受限，但在安全性上只是在一定程度上降低了非法设备接入的风险，还是存在因安全策略配置管理上的疏漏而导致收费网接入边界暴露的风险。 第二种通过WIFI 转串口设备直连工控机。 通过WIFI 转串口设备直连工控机，可以实现手持应急收费终端通过WIFI 灵活接入，将手持应急收费终端与车道工控机进行连接，同时因为是点对点与车道工控机通讯，不直接接入收费网络，在一定程度上避免了收费网接入边界暴露的网络安全风险，也可实现不同车道使用的应急场景[2]。

图1 手持应急收费终端网络拓扑图

2.2 出口车道应急方案

针对出口收费车道出现故障、突发事件、车流量激增等应急情况，可通过便携式收费一体机安装最新的车道系统和配置PSAM 卡即可支持出口CPC 卡/ETC 单卡收费。

2.2.1 系统构成

（1）网络交换机。 将收费站与收费车道构成一个独立的网络，通过网络对已获得授权准入的便携式收费一体机进行接入管理，并对PSAM 卡进行正常授权。 （2）便携式收费一体机。 作为使用终端，主要通过连接收费网络对已安装PSAM 卡的便携式收费一体机进行授权， 同时核查票据打印机功能、软件版本、数据库等是否正常，确认正常后，通过人工引导车辆进行CPC 卡/ETC 单卡收费。

2.2.2 网络通讯

网络交换机和便携式收费一体机网络拓扑图见图2。

图2 网络交换机和便携式收费一体机网络拓扑图

3 技术方案应用情况

选择南平高速公路车流量大、收费车道少等有鲜明特点的收费站，对手持应急收费终端及便携式收费一体机的应用可行性进行了实车测试和试用工作。 通过手持应急收费终端解决了ETC 车辆因OBU 损坏、余额不足、车流量激增等原因占用收费车道的情况，避免了车道拥堵；通过便携式收费一体机解决了因车道不足、设备故障、车流量激增等原因引起的车道拥堵情况。 实现并行快速发行CPC通行卡、读写ETC 卡、快捷收费等，累计发行CPC 卡586 辆次，其中使用车辆拍照识别车牌450 辆次，手动输入车牌136 辆次； 累计读ETC 卡过车3 141 辆次；累计通行收费车辆3 560 辆次。 使用情况总体稳定，有效地解决收费站交易异常和拥堵问题。

4 结语

本研究分析了车辆通行高速公路主要存在的故障类型，结合高速公路应急收费应用场景，设计了高速公路入出口应急收费整体技术方案， 并在收费站进行试点应用。应用效果良好，有效解决了收费站交易异常和拥堵问题，具有较好的实际应用效果。