襄荆高速智慧收费站的建设与探索

摘要 智慧收费站建设是指在收费站现有用地范围内对机电设备设施进行升级改造，以提高车辆通行能力和效率，实现收费站少人化运营。文章首先通过对2入3出大车流量收费站进行现状分析，采用窄化扩道的设计思路，加宽车道宽度，提升大货车的通行能力；然后应用行业成熟的自助通行设备，提高机电设备的集约化、智能化程度，实现“1人2道”或“1人N道”的特情干预模式；最后结合行业发展趋势，探索其他智能化设备在该路段应用的适配性。

关键词 智慧收费站；自助；智能化

中图分类号 U495 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）24-0040-03

0 引言

随着大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术的快速发展，高速公路运营管理者对进一步提升收费站通行效率，提高公众出行满意度和便捷度，降低收费站日常运营成本及收费人员工作强度有了更现实的需要。借鉴行业成熟技术，积极推动智慧收费站建设势在必行[1]。

自2019年全国实施入口治超政策以来，入口货车须行驶人工混合车道上站，相比客车通行效率有所降低，而襄荆路段入口货车流量大、跨地域物流货车多的特点，对收费站入口的疏通保畅提出了更高要求。特别是2入3出大车流量收费站，在车道数量有限及宽度不够的情况下，有必要进行升级改造，提升其通行效率和智能化水平，同时为下一步智慧收费站建设积累经验。

1 现场分析及改造方案

自207国道团林收费站营运以来，五里收费站车流量由原先的日均1 200辆左右激增至3 600辆左右，部分周末或重大节假日高峰期更可达到6 000辆以上，其中货车占比约为75%，大型货车（货5、货6）占比达80%。

五里收费站车道分布从入口方向从右到左依次为入口1号道（ETC/MTC超宽混合车道）、入口2号道（ETC专道）、出口3号道（ETC专道）、出口4号道（ETC/MTC混合车道）、出口5号道（ETC/MTC超宽混合车道），收费岛宽度为2.2 m，普通车道宽度为3.2 m，超宽车道宽度为4.5 m。

目前的入口通行能力为每次1辆货车和1辆ETC客车，出口现有通行能力为每次1辆大型货车和2辆小型货车或客车，在现有条件下无法及时疏通广场滞留车辆，导致入口货车排队拥堵。针对上述情况，采取以下设计方案：

1.1 窄岛化

为避免新增收费车道造成的征迁费用高、施工周期长、工程造价高等问题，采取收费岛窄化扩道的设计思路。首先利旧1、4号安全岛，延长费亭基础，将2、3号岛的宽度由2.2 m缩减为1.2 m，保持首尾长度不变；其次重做2号岛，将2号道宽度由3.2 m扩宽至4.2 m；最后对3号岛左右各缩减0.5 m，将3、4号道的宽度由3.2 m扩至3.7 m。改造完成后，5个车道均能通行大型货车。

1.2 潮汐车道+入口冗余秤台

潮汐车道一般适用于单向少于3车道的收费站，以缓解入/出口广场高峰期拥堵。而五里收费站呈现入口车流量大于出口、货车流量大于客车的特点，需在2号道前侧新装称重平台，在3号道尾部新增ETC潮汐车道，当入口货车流量增加时，可将入口1、2号道作为货车专用通道，ETC客车从入口3号道通行。

1.3 设备集成化

原车道设备种类繁多且位置分散，设备品牌较多，比如自动栏杆机选用苏州德亚，费额显示器选用南京金晓，雾灯选用天津协力等，设备布线管道多，与车道工控机的接线点多，导致线井杂乱无章，出现故障不易排查。而采用同一品牌的高集成化设备，可有效解决后期维护效率低、维护成本高等问题，也可提升安全岛的整洁度和收费站形象，减轻站内机电巡检工作量。

1.4 自助通行+车道远程控制

入口特情车辆约占入口总车流量的60%，主要包括复核货3以上轴限、轴重、减免车、黑名单、专项作业车；出口特情车辆约占出口总车流量的50%，主要有绿通车查验、减免车、车牌不符、车型不一致等；其余车辆通行可通过部署自助发卡机/自助缴费机实现无人值守。另外，在1号嵌入式自助发卡车道安装6对HDMI光端机和1对8+1KVM控制器，可实现对2至5号道（含ETC专道、潮汐）的远程操控。在大夜班无特情时，只需安排1名收费人员值守1号亭，核对入口治超信息，同时兼顾处理其他自助车道的特情，可实现“1人2道”或“1人N道”的特情干预模式，不仅可减轻现场收费人员来回穿梭车道带来的工作强度与安全隐患，还可减少人员投入。

1.5 照明节能化

针对收费站夜间车流量少的情况，在车道顶棚前后安装智能感应灯具，感应距离7～12 m，它通过平面天线发射电磁波，当车辆进入电磁波环境时，波形反射折回，灯会自动开启，离开后默认60 s自动关闭。同时，它可以配合车道常开顶棚灯，在夜间为车辆提供足够照明，此举可降低全年照明能耗。

1.6 应急处置系统

当广场存在滞留车辆时，收费员在收费广场使用移动手持式收费设备提前进行预发卡/交易，该设备在入口支持ETC客货车过车处理，也支持对无法通行ETC车道或混合车道的客货车辆发放CPC卡，货车实现入口治超；出口实现OBU、CPC客车及普通货车的收费功能，同时提供特情收费功能，支持无卡、ETC卡交易失败，OBU读取失败或卡黑名单处理，支持OBU、现金、ETC刷卡及移动支付等多种支付方式，手持机交易后与车道无缝衔接进行联动抬杆放行车辆，且不影响车道收费系统正常处理过车交易。

2 智能化设备应用及改造效果

2.1 混合车道一体化栏杆机

该设备将黄闪报警灯、费额显示器（含通行灯）、高清车道摄像、车牌识别仪、液晶信息发布屏、雷达车检线圈等多种产品融合到高速栏杆机上，改造后的收费岛将变得简洁美观，在简化设备安装的同时，也简化了系统管线的布放。

2.2 多业务光端机

在替换原车道收费汇聚交换机和办公汇聚交换机时，在各车道分别放置一台多业务光端分机（含8个网口），各网口之间物理隔离，使用其中2个网口分别连接POS机和收费工控机，通过一根光纤连接至通信机房内的一台多业务光端主机，该主机卡槽安装的6张数据板卡（含8个网口）分别对应6个车道。将车道POS机和收费工控机对应网口分别连接至办公网、收费网，所有卡槽均支持热插拔，当其中某个板卡出现故障时无须断电即可替换，具备可靠的维护性。相比改造前2对2的传输模式，改造后的各车道均可独立传输所有业务数据至机房汇聚交换机，形成6对6的传输模式，提高了业务数据传输的可靠性。

2.3 可变折叠屏

6个车道（含入口3号道潮汐车道）全部替换原出、入口正向雨棚信号灯，每套屏由上竖屏与折面屏（尺寸均为480 mm高×2 240 mm宽）组成，上竖屏与水平面垂直，折面屏向后翻折角度0°～30°可调。上竖屏显示通行车种、车型，例如客/货车道、七座客车车道、绿通/超宽车道等，折面屏显示ETC车道、混合车道或自助车道等，收费站可根据现场通行情况自定义设置供司乘人员选择。当车道维修时，灯珠变为红色的“车道关闭”，引导司乘人员在广场快速选择车道通行。此举可有效降低广场发生堵塞的时间。

2.4 开道一体化栏杆机

将开道一体化栏杆机安装在原车道岛头的“雾灯”位置，替换雾灯及手动栏杆，由黄闪报警灯、雾灯、电动栏杆、信息发布屏等部分组成。日常关道只需使用按钮开关，简单快捷，节省了收费员手动关道时间约15 s。

2.5 车型智能识别

在安全岛头安装车型识别设备，可在无人值守下采集直行驶入车辆的正面、侧面及车尾图片，通过内置AI算法准确识别车辆特征，生成车种、车型、轴数轴型等。经现场测试，车型识别准确率高达99%以上，可大幅降低车型不一致、车牌识别不符等特情车辆的发生概率，减少人工干预时间，提高1人N车道的值守效率。

2.6 亭外式自助发卡/缴费设备

取消原2、3号道双向亭，在2、4号道分别安装亭外式自助发卡和缴费机（投卡式），并在2号道新增入口治超秤台。自助发卡机上下各1个CPC发卡工位，方便客货司机便捷取卡，同时支持ETC车辆感应通行。现场配有收费键盘和人工操作显示屏，收费班长只需对4型及以上货车确认轴型、重量后放行，其余客货无论哪种通行介质都可直接上站。入口车道通行能力由1辆货车/次提升为2辆货车/次，效率翻倍。

4号道自助缴费机同样配置上下两个工位，同时配备远距离二维码扫码枪、ETC储值卡专用刷卡区和求助按钮。支持“B扫C”方式，即司机出示付款码，由扫码枪扫码后完成支付。扫码方式支持微信、支付宝等多种支付手段。在无特情发生时，持CPC卡或ETC卡的司机可直接在设备上完成付款，无需人工干预。出口车道大型货车通行能力由1辆/次提升为2辆/次。

2.7 嵌入式自助发卡/缴费设备

利用旧1、4号安全岛，在1、5号收费亭分别安装嵌入式自助发卡和自助缴费机，与原混合车道收费系统搭配使用。现场只需安排1名收费人员值守1号道，将5号人工混合车道切换为自助车道；另外1名收费人员负责外场设备的处理，同时配合绿通进行查验，可减少班组成员1名。

2.8 ETC专道一体机

取消原双向ETC车道系统，在3号道安全岛两侧各安装一台ETC专道智慧一体机。该设备采用“模块化拼装设计”，包含费额显示器、车道摄像机、车牌识别仪、IP可视对讲、广告信息发布屏、高速栏杆机、雷达车检线圈、工业空调、车道控制器、天线控制器等，不占用安全岛宽度。相比传统ETC车道，可有效提升大货车通行ETC车道的能力，同时降低了购置多种机电设备的采购成本。

2.9 车道跑马灯

在收费岛边缘内嵌与车道栏杆机联动的LED跑马灯，设置晚上19时定时开启。当交易确认、栏杆抬起后，跑马灯由红色变为绿色流水灯，为司乘人员提供醒目提示，提升其智慧出行体验感。

2.10 智能灯光系统

在每个车道顶棚前后应用一盏智能感应灯具，设置18：00—6：00开启，夜间通过平面天线发射电磁波，当有人或车辆进入电磁波环境时，波形反射折回，灯会自动开启，离开后则自动关闭。它不仅能够配合车道顶棚灯，在夜间提供足够照明，还能够节约顶棚灯的开启数量，按5个收费车道每个3盏100 W顶棚灯进行测算，前后更换2盏100 W智能照明灯具后，预计每年降低能耗2 000 kW·h。

2.11 移动手持终端

针对入口车流量激增，班长持该设备对入口广场车辆进行预发卡，可将入口放行速度提升至每次2辆货车和2辆ETC客车。

3 下一步探索

基于目前智慧收费站的建设经验，以及收费站机电设备分布和房建面积情况，后续对其他传统收费站进行智能化改造时应结合行业主流发展趋势和国内智慧收费站的建设现状，对此次改造内容进行优化并参考以下技术路线，进一步提升收费站的通行效能和服务水平。

3.1 匝道预交易系统

适用于出口ETC车道拥堵时长大于15 min/次，每天累计超过2 h，且不具备增加土建车道解决拥堵的收费广场。在收费站下匝道汇流鼻处，安装预交易门架+信息诱导屏，信息诱导屏提示ETC车辆的预交易状态；对正常ETC车辆提前扣费，在ETC出口专用车道直接抬杆放行，据了解平均交易时间可由原来的250 ms降至30 ms；

对于特情车辆，通过信息诱导屏和OBU蜂鸣的方式，将其引导至指定混合车道进行人工处理，可对车辆进行有效分流，避免交易异常时车辆驶入ETC车道造成的拥堵[2]。

3.2 特情自助处理系统

针对部分ETC车辆在预交易失败后仍会驶入ETC车道的情况，在ETC车道左侧安装特情处置终端。特情终端带有的刷卡、扫码支付、语音播报、信息显示等功能，可以提示司机使用终端设备实现大部分特情的自助处理。司乘人员也可通过设备的“求助”按键呼叫，站所运营工作人员通过视频语音设备进行远程指导、远程操控，减少司乘人员在收费处的滞留时间，实现收费现场少人化管理[3]。

3.3 云收费

目前，省内高速公路联网收费系统架构采用“省联网中心—路段分中心—收费站”三级管理模式，即收费车道产生通行数据，先上传至收费服务器保存，再上传至省中心；黑名单及程序版本号下发顺序反之。基于五里收费站已应用的移动手持收费终端系统架构，后续宜采用“终端+后台”的模式，通过虚拟化技术对算力、内存、数据、网络等资源统一管理，将所有车道收费系统、站级数据库部署在省联网中心[4]。车道终端以WEB方式登录收费系统软件，不再存储交易流水，彻底解决车道流水上传不及时、车道黑名单离线同步不及时等问题。如遇收费设备损坏，仍可配合移动终端完成收费业务。

3.4 数字孪生系统

数字孪生系统主要包括毫米波雷达、广场摄像头、高精度GIS数据库、AR仿真引擎等，其通过采集收费广场动静态数据，在后台融合处理建模，将收费广场设备设施和车辆转化为可展现的三维虚拟目标。结合门架预交易、收费车道数据等，将CPC/ETC车辆交易情况进行实时的可视化展示，搭建现实世界与虚拟世界并行处理的“数字孪生”体系[4]，从而对CPC车辆、预交易成功/失败的ETC车辆、危化品车辆、特情车辆等进行标识和跟踪，实时监测和预警，提升特情预判、预警和预处置能力。

4 结束语

该文依托五里收费站机电智能化改造的设计方案、设备应用和实施效果，详细介绍了收费站自助通行技术，为类似2入3出收费站的智能化改造提供了实践经验，其次分析比选了适合传统收费站智能化改造的主流技术路线，主要得到以下结论：

（1）对车道数量有限、货车流量较大的收费站进行智能化改造，可大幅提升大货车通行效率和收费站整体服务形象，提高收费站疏通保畅能力，降低人员投入。

（2）在对五车道以上收费站进行智能化改造时，应考虑车道分布、设备利旧等情况，并对出、入口车流量，各车道通行车流量进行统计分析，选择合适车道部署自助通行设备，提高投资效益。

（3）匝道预交易系统和特情自助处理系统适用于主要通行客车的大车流量、多车道收费站，比如临近高铁、机场等。

参考文献

[1]刘睿健.高速公路收费站智慧化提升之路[J].中国交通信息化， 2023（10）：22-30.

[2]钟达.高速公路智慧收费站建设及未来发展路径思考[J].中国交通信息化， 2024（S1）：312-314.

[3]李明，闻峰，李志昌.高速公路收费站智慧化运营新模式探[J].中国交通信息化， 2023（S1）：138-141.

[4]江威.高速公路智慧收费站建设浅析[J].中国交通信息化， 2024（1）：75-78.