基于云端的高速公路无感支付收费系统

杨龙平，何增镇，李宁万

(广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

2019年9月中共中央国务院印发《交通强国建设纲要》，提到了要大力发展智慧交通，推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合。2020年8月交通运输部印发《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》，提出了要打造智慧公路的概念[1]。2021年2月中共中央国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》，提到要提升智慧交通发展水平，加快提升交通运输科技创新能力，推进交通基础设施数字化、网联化[2]。基于云端的高速公路无感支付(车牌付)属于智慧高速公路发展方向的一部分，推动其实现应用，将会加快智慧交通的建设步伐，有利于交通强国战略的实施。

1 系统实现构思

1.1 智慧高速公路云端DT架构

以大数据、人工智能、云计算等领域的技术为基础，基于云端的智慧高速公路管理平台，其基本技术架构为云端(中心)-数据网(光纤+无线)-路侧(边缘云或智能站)-载运工具的架构，即云-网-边-端一体的DT架构，如图1所示。

图1 高速公路云端DT架构图

利用基于云端的高速公路无感支付技术，通过在出入口ETC/MTC混合收费车道安装高清车牌识别系统并连接支付平台，建立无感支付系统，可实现收费车道在线收费。

1.2 系统实现思路

针对ETC/MTC混合收费出入口车道，以广西高速公路路网目前使用的ETC/MTC混合收费系统为基础，提出了高速公路无感支付收费系统的实现思路。目前可采取两种方式实现无感通行(车牌付)：(1)车辆领卡驶入高速公路，车道将车辆信息推送到云端的移动支付平台，如果该车辆为已经注册绑定的无感通行用户，当车辆驶离高速公路出口，司机交通行卡时车道会直接依据车辆入口及路径信息，计算出本次应缴纳的通行费金额，计算结果提交给移动支付平台并快速完成其绑定账户的自动扣费操作，当扣款成功后车道抬杆放行。(2)车辆不领卡驶入高速公路入口车道，直接由收费车道的高清车牌识别器识别车牌信息，车道根据车牌信息并到云端进行查询，若发现该车辆为无感通行用户，车道直接抬杆放行，并把车辆入口信息发至云端。当无感通行车辆驶入高速公路出口车道时，车道会根据车道内高清车牌识别器自动识别的车牌，根据车牌信息由云端执行扣费处理操作，当扣费成功后则抬杆放行，若扣费失败则车辆进行现金或扫码交费通行。

实现基于云端的高速公路无感支付(车牌付)需要执行以下操作：(1)车主在云端根据车牌信息注册为无感支付用户，开通无感支付功能(支持在个人终端手动关闭或启用该功能)；(2)车主在第三方支付平台注册车辆信息及绑定支付账户(如信用卡、储蓄卡等)；(3)无感支付收费出入口车道安装高清车牌识别系统，收费系统接入支付平台。

2 系统流程设计

2.1 无感用户领卡方式出入高速公路流程

(1)无感用户领卡方式驶入高速公路流程：车辆驶入高速公路入口时，收费车道将其入口信息写入通行卡，司机领取通行卡后，车道起杆放行车辆，车辆离开后栏杆落下。在这一过程中车道异步处理是否为无感注册车辆，车道自动发送车辆入口信息到云端，由云端智能判别是否为无感注册车辆。其流程如图2所示。

图2 无感用户领卡方式驶入高速公路流程图

(2)无感用户领卡方式驶出高速公路流程：领卡车辆驶入高速公路出口车道，上交通行卡给收费员，收费系统通过车牌识别标识点信息查询服务接口，查询车辆注册信息。若注册车辆不是无感支付用户则按现有收费流程进行收费；若注册车辆是无感支付用户，系统继续判断该用户是否关闭了无感支付，若已关闭无感支付则进行现金交费或扫码支付交费；若未关闭无感支付车道通过车辆通行卡的入口信息计算出通行费用，通知云端移动支付平台进行扣费处理。云端扣费失败则由司机进行现金交费或扫码支付交费；若云端扣费成功则起杆放行并将车辆离开信息发送给云端。其流程如图3所示。

图3 无感用户领卡方式驶出高速公路流程图

2.2 无感用户不领卡方式出入高速公路流程

(1)无感用户不领卡方式驶入高速公路流程：当车辆驶入高速公路入口车道时，车道将车牌识别信息及车道信息发送给云端，系统如果尝试多次未收到云端的反馈信息则转领通行卡方式进行处理。系统若收到云端的反馈信息，则根据反馈结果中的允许通行标志进行后续处理，若允许通行则收费车道起杆放行，否则转领通行卡方式进行处理。其流程如下页图4所示。

图4 无感用户不领卡方式驶入高速公路流程图

(2)无感用户不领卡方式驶出高速公路流程：无卡车辆驶入高速公路出口收费车道，车道根据车辆通行信息(含车辆信息及请求驶出信息)到云端进行查询用户相关信息(包含入口信息和注册信息)。云端反馈请求驶出信息，判断入口是否已领卡，若已领卡则按领卡流程进行处理，若未领卡则进行后续操作。系统判断车辆是否为无感支付注册用户，若不是无感支付用户则按现有收费流程处理，若为无感支付用户则判断车道是否已锁定。若车道锁定则进行现金交费或扫码支付交费，若车道未锁定，车道则通过云端反馈的入口信息计算本次通行费用并通知云端进行扣费处理，云端反馈扣费结果信息给车道。若扣费失败则进行现金交费或扫码支付交费，若扣费成功则起杆放行，系统将车辆已离开信息发送给云端。其流程如下页图5所示。

图5 无感用户不领卡方式驶出高速公路流程图

2.3 云端处理车道上传信息的主要流程

(1)处理车道入口驶入请求：云端处理车道入口驶入请求流程如下页图6所示。云端针对领卡或无卡车辆接收其车道上传的入口请求信息，通过TAC码验证用户及数据的合法性。若TAC码非法，根据领卡和不领卡用户的请求返回相应的入口请求应答。若TAC码合法，云端到第三方无感支付注册平台查询该车辆信息并判断其是否为无感支付注册用户，若不是无感支付注册用户则无须保存该车辆信息。若为无感支付注册用户则判断是否存在多条相同车牌的入口信息，若不存在则保存车辆的入口信息并通过FTP地址获取车牌图片，若存在则系统还需要锁定所有相同车牌的记录。

(2)处理车道出口驶出请求：云端处理车道出口驶出请求流程如下页图7所示。云端首先接收收费车道上传的无卡驶出请求或有卡驶出请求，通过TAC码验证车辆用户及数据的合法性。若合法则同时到本地数据库和第三方无感支付注册平台查询该车辆信息，云端查询出该车辆的入口信息及是否为无感支付用户等信息，按照定义好的车道驶离请求应答内容接口反馈给车道进行后续处理，若TAC码非法则无须到本地数据库和第三方无感支付注册平台进行车辆信息查询操作。

图7 云端处理车道出口驶出请求流程图

3 车道与基于云端的无感支付的信息交互设计

3.1 功能设计

基于云端的高速公路无感支付车道收费系统要实现如下功能：(1)无感支付云端与车道之间以HTTPS方式进行通信；(2)无感支付云端具有HTTPS证书的下发及自动更新功能；(3)消息封装为JSON的形式，车道以POS的方式将其推送给云端，云端以同样的形式返回应答；(4)无感支付云端收到车道推送的入口车辆信息后，要将该车辆是否为无感通行注册用户的信息及按事先约定好的其他车辆信息反馈给收费车道；(5)收费车道和无感支付云端通过3DES算法对出口收费的关键数据执行TAC验证以保证数据的安全性；(6)无感支付云端根据无感注册用户通行高速公路的出入口信息，调用手机短信通知接口，实时向车主推送出入高速公路的相关数据信息；(7)车道及云端应该有相应的扣款回撤接口功能。

3.2 信息交互流程设计

车道与基于云端的无感支付的信息交互流程如图8所示。对于无卡进入高速公路，车道POS无卡进入高速公路请求给云端，云端返回应答信息给车道；对于取卡进入高速公路，车道异步POS有卡进入高速公路请求给云端，云端反馈应答信号给车道。

图8 车道与基于云端的无感支付的信息交互流程图

(1)对于无卡驶出高速公路，车道首先POS无卡驶离高速公路请求，云端返回应答信息给车道；车道再POS无卡扣费请求给云端，云端返回无卡扣费应答；车道最后POS无卡车辆离开信息给云端，云端返回无卡车辆离开的应答信息给车道。

(2)有卡驶出高速公路的交互流程与无卡驶出高速公路流程类似。

4 开发与应用

4.1 软件编程开发与运行环境

基于云端的高速公路无感支付收费系统的编程开发与运行环境：操作系统为Linux Debian9.0；数据库为MySQL8.0以及内存数据库；集成开发环境为Eclipse；系统开发语言为C/C++。

4.2 系统的应用

基于云端的高速公路无感支付收费系统在高速公路收费站中得到测试应用，已经成为高速公路收费系统的一个组成部分。在广西壮族自治区高速公路发展中心的监管下，该系统在近一段时间的测试、试运行及正式运行过程中，运行状态保持良好。在如今的高速公路收费管理信息系统中，该系统的部署和实施可以有效降低高速公路运营成本，提高车辆通行效率，从而提升高速公路运营管理服务水平，为人们出行创建舒适良好的道路环境，进一步提高大众的高速公路出行满意度。

5 系统的创新点

基于云端的高速公路无感支付收费系统主要创新点有两点：(1)基于云端的无感支付(车牌付)在高速公路的应用，相比较目前的ETC技术，车牌付技术不需要车主安装OBU设备，收费站也不需要安装ETC设备，从而可大大降低高速公路运营成本，同时由于对收费设备依赖的减少，可进一步提高收费系统的稳定性；(2)基于高清车牌识别系统的车辆特征智能识别，主要是通过采用基于线圈触发或视频触发的高清车牌图片抓拍技术，结合车牌识别系统的基于小波分析的车牌提取算法，系统对车牌图片中的车牌数据信息进行高精度提取，最终获取精确的车牌信息。

6 结语

采用基于云端的高速公路无感支付收费系统是促进高速公路收费方式多元化发展、降低高速公路运营成本并提高运营效益的一个有效手段。通过无感支付收费在高速公路收费站中的应用，可以进一步提高高速公路服务水平，为人们带来更好的出行体验，推动高速公路和经济社会的和谐发展。