高速公路匝道预交易系统研究

潘洪强 覃维业 苏爱斌

摘要：在取消省界收费站后新的收费模式背景下，文章设计采用“匝道预收费+智能诱导+出口验证”模式的匝道预交易，搭配智能诱导系统，优化现有收费车道和收费软件，可实现ETC车辆快速通行，提升收费站通行效率，减少车辆碳排放，实现节能减排。

关键词：预交易；匝道；智能诱导；准自由流

中图分类号：U491A471613

0引言

ETC收费是目前高速公路联网收费系统的重要通行手段，在2019年取消省界站收费工程后，ETC收费已经成为高速公路的主要收费方式。随着ETC车端渗透率的不断上升以及受到各种特情影响，提升收费站的ETC通行能力成了当前的高速公路运营单位的重中之重。本文提出采用“匝道预收费+智能诱导+出口验证”模式的匝道预交易技术，可实现ETC车辆快速通行，解决收费广场拥堵问题，提升公众出行体验。

1ETC通行现状

自2020-01-01零时起，全国高速公路省界收费站全部取消，高速公路收费模式统一切换为分段自由流计费。ETC成为高速公路主要收费方式，实现收费车道全覆盖，基于ETC的高速公路联网收费系统初成规模。

截至2022年4月底，全网ETC用户达到2.26亿，共建成收费站10 601个、实体门架28 403个；收费车道78 113条，其中，ETC专用车道35175条、MTC车道4 888条、混合车道38 050条，占比分别为45.03%、6.26%、48.71%；主线收费站ETC车道覆盖率为97.30%，匝道收费站ETC车道覆盖率为98.35%。

在新收费模式下，迅猛增长的ETC车流量对ETC车道处理能力提出了更高要求。而目前收费站车辆通行主要存在以下痛点：

（1）ETC车流量大，特情多且处理时间长，车道容易拥堵，易造成免费放行，引起外省结算争议。

（2）非ETC车辆误闯ETC车道，“进退两难”造成ETC车道拥堵。

（3）因车道分布原因，车辆在收费广场连续变道，容易发生交通事故，造成收费站拥堵。

（4）ETC车道存在大量异常，如无标签闯关车、无卡、OBU拆卸、余额不足、无入口等，此类异常目前在系统中无法完全杜绝。

（5）不同程度的邻道干扰问题，将直接造成ETC专用车道的阻塞，导致通车效率下降。

综上所述，提高ETC车道交易成功率、减少车道交易时间、减少特情产生率可以大幅度提升收费站通行能力，而在目前的ETC体系架构下，在收费车道上的优化效果不大。因此，可以将主要交易场所由原来的收费车道提前到匝道，采用匝道预交易技术，以空间换时间，再辅以特情诱导，提前分流特情车辆，保证ETC车道可直接验证放行。

2匝道预交易系统设计

2.1设计思路

匝道预交易系统采用“匝道预收费+智能诱导+出口验证”模式。其整体设计思路为：在收费广场前匝道处部署预交易门架，将ETC车辆交易提前到门架处进行，相当于预设一条自由流通行的ETC交易车道。对经过预交易门架的ETC车辆进行提前交易，收费广场的ETC和MTC车道只需要进行交易车辆名单核对或者补充交易，即可快速完成车辆收费。以距离换速度、以冗余交易换成功率，显著提升收费效率，保障收费站畅通无阻。

2.2整体设计

在收费站匝道部署ETC预交易门架系统，并与收费站车道系统联动，当ETC车辆经过匝道时通过ETC门架进行预交易和识别异常车辆，并采用诱导屏实时显示交易状态、进行精准车道诱导，实现ETC车辆快速通行和特情车辆快速处理。如下页图1所示。

主要流程包括：

（1）收费站前匝道设置预交易门架，对自由流通行的ETC车辆进行通行费扣费，并将实时车辆信息、交易数据上传。

（2）预交易门架上部署车牌识别系统，对经过车辆进行车牌识别，与ETC交易数据进行融合。

（3）预交易系统根据车辆交易状态，在路边诱导屏上把交易失败的车辆车牌号码、异常情况进行显示，引导特情车辆行驶至人工车道处理。

（4）收费站ETC车道采用前后双天线部署方式，前置天线可采用岛头联排门架部署，搭配车牌识别，提前识别进入车道车辆，验证后正式确认过车流水，并通知车道抬杆放行。

（5）收费车道验证不通过车辆，继续进行ETC交易或者人工处理放行。

2.3系统组成及功能设计

匝道预交易系统主要由预交易门架、诱导系统、预交易平台以及原收费系统升级组成，系统架构如图2所示。

预交易门架上安装预交易门架RSU以及牌识系统，数据可通过路侧机箱内交换机进行汇聚后经光纤传输至收费广场内以太网交换机。预交易平台负责接收预交易门架ETC交易数据以及牌识数据，并對交易数据和牌识数据进行融合、处理和存储。针对交易异常车辆，预交易平台把相关诱导信息下发到诱导系统，提示异常车辆进入混合车道处理。

现有车道系统识别进入车道的车牌信息，并在预交易平台数据库进行查询，根据查询结果放行车辆或启动车道内收费流程。系统主要功能设计如下：

2.3.1ETC匝道预交易

实现对ETC车辆的自动识别与预收费交易，车辆自由流通行，无须刻意减速，若车辆未能完成交易，则由广场ETC/MTC车道对其进行处理。

2.3.2车辆智能诱导

通过信息发布，将预交易的结果显示在诱导屏上，将预交易成功的车辆引导入ETC车道快速通行，预交易未成功的车辆则被引导入人工车道处理。

同时，如果进入车道的车辆发生特情，车道岛头情报板发布特情提示，提示后续车辆免入。

2.3.3车道快速通行

车道可采用双天线部署，前置天线和车牌识别相机部署在岛头门架，可按照实际需要进行配置。已完成预交易的车辆验证MAC ID和车牌后放行，无须操作卡片，校验成功后快速抬杆放行，校验不成功的车辆继续启动扣费流程或者进行人工处理。

2.4整体布局设计

2.4.1匝道预交易门架布局设计

匝道预交易门架按照“N+1”模式部署，每个车道部署一台门架RSU，同时，按照车道数量部署对应的900万像素的高清车牌识别摄像机。路侧部署机箱，用于放置控制器、交换机、供配电单元等设备，如图3所示。

2.4.2诱导系统设计

车辆诱导系统主要依托路侧情报板对交易异常车辆进行异常提示，提醒异常车辆驶入对应MTC车道处理，避免其进入ETC车道产生特情。诱导系统根据匝道实际情况采用一级/二级诱导，使用路侧F杆悬臂LED情报板或者门架式情报板。

2.4.3车道布局设计

收费车道采用前后双天线部署方式，岛头部署联排门架，在门架上安装RSU、车牌识别设备，对即将进入ETC车道的车辆进行提前识别和验证，验证成功后将其快速放行，达到车辆不减速通过的目的。如图4所示。

2.5业务流程设计（图5）

（1）匝道预交易后生成预交易流水，同时通过高清摄像机抓拍生成牌识流水。

（2）流水上传到预交易平台。

（3）预交易平台融合交易、牌识流水，并根据交易结果下发诱导信息。

（4）诱导系统把交易异常车辆车牌信息、异常状态发布到LED情报板，提示对应车辆进入人工车道。

（5）车辆行驶到车道，RSU获取车辆信息，并向预交易平台验证是否已经进行匝道交易。

（6）交易成功情况下，显示交易信息，生成过车流水并放行。

（7）校验失败情况下，车道重新按照普通车进行正常交易流程。

（8）正常交易完成后，抬杆放行。

（9）交易失败车辆，车道报警提示，同时岛头车道情报板显示前车异常，提示后车绕行。

3系统性能要求

通过匝道预交易系统，可提升整个收费广场的通车速度与通车效率，整个系统性能指标如表1所示。

4结语

匝道预交易系统应用对于提升当前ETC收费系统通行能力有着极大的作用，同时匝道预交易系统属于准自由流通行系统，可为以后全自由流应用进行提前验证。基于此，也为匝道自由流短期及长期未来应用做如下展望：

（1）出口CPC在线计费。目前匝道预交易系统主要针对ETC用户，后续可对CPC用户进行匝道提前识别，并采用在线计费模式提前拟合路径并计费。当车辆行驶到车道时，可直接采用已有计费结果，减少兜底费率使用，提升计费准确性。

（2）入口匝道自由流。当出口匝道自由流已经达到一定的验证应用效果，后续可针对ETC车辆进行入口匝道自由流通行场景验证，提前对ETC车辆在自由流状态下写进入口信息，使其经专用车道快速通行。

（3）出口无杆自由流。当完善防逃体系以及车辆诚信体系建立后，出口也可采用无杆自由流方式，通过专用车道对ETC车辆进行无栏杆方式通行。

參考文献［1］龙开红，周玲，汤成，等.匝道ETC自由流解决方案及应用效果分析［J］.中国交通信息，2019（2）：118-121，125.

［2］赵梓城，那万勇.高速公路匝道自由流预交易系统研究与应用［J］.公路交通科技（应用技术版），2018（12）：263-265.

［3］江威.高速公路准自由流收费系统探究［J］.中国交通信息化，2021（11）：110-113.

基金项目：广西重点研发计划项目“智慧高速车路一体技术研究与示范项目”（编号：桂科AB21196008 ）

作者简介：潘洪强（1986—），工程师，主要从事高速公路运营管理及智能化建设工作。