基于智能交通的高速公路收费系统设计研究

高艺玮

摘要：智能交通系统的核心目的在于缓解交通拥堵，并优化高速公路的通行效率。基于对智能交通特性的深入剖析，详细探讨了高速公路收费系统的多个设计环节，涵盖多车道收费、基于重量的费用计算、通行费用的数据预测、第三方支付数据的整合以及IC卡的发放等关键领域。旨在为智能交通的出行效率提升提供实践指导与理论支持，并为未来的相关工作奠定坚实基础。

关键词：智慧交通；高速公路；收费系统；ITS

一、前言

高速公路作为国家交通网络的重要组成部分，其运行效率直接关系到城市间的连接和生产运输的流畅性。传统的高速公路收费系统往往受到多种外部因素的干扰，这不仅影响了收费系统的设计质量，还可能导致高峰时段的交通拥堵，给人们的出行带来不便。随着社会的进步和经济的发展，政府部门对高速公路建设的关注度日益提高，并出台了一系列政策以推动高速公路收费系统的技术升级。旨在通过引入先进技术，构建一个自动化、智能化的收费系统，从而提升收费效率，满足公众的出行和缴费需求，有效解决交通拥堵问题。

二、智能交通内涵

（一）智能交通概述

近年来，我国高速公路事业蓬勃发展，相关部门已相继推动路基工程、路面工程、桥梁工程等各项工程的标准化建设，显著提升了高速公路的品质形象。特别是在信息化时代背景下，我国政府部门响应交通强国战略，推出了一系列激励政策，推动高速公路逐步向智慧化方向迈进。智慧高速的发展尤其依赖于机电设备的高效运行，这对高速公路收费工程提出了更高的要求。收费系统逐渐从幕后走向前台，在社会经济发展中扮演着越来越重要的角色。智能交通是将智能化车辆与道路管理技术完美融合，通过尖端技术实现对道路、车辆和人员的科学管理，旨在降低高速公路安全事故的发生率，确保路段的畅通无阻，有效缓解城市交通拥堵现象。例如，我国在2020年成功引入了ITS系统，并在某高速施工区域进行了应用。在短短一年内，该区域的交通事故发生率显著降低。

（二）智能交通特征

随着全球一体化经济的深入发展，智能交通系统（ITS）在世界各国得到广泛推广。日本在这方面的发展尤为成熟，而加拿大、澳大利亚等国家也在不断提升对ITS的重视程度，并积极推动其应用[1]。尽管我国在智能交通系统的应用上起步较晚，但已在北京、上海、广州等地区取得了显著的成效。然而，从收费系统的角度看，我国大部分城市仍然采用传统的半自动化收费模式。尽管ETC全自动收费系统已在部分车道得到应用，但半自动化收费模式仍然占据主导地位，需要工作人员手动判断车型并计算通行费。在信息化时代背景下，越来越多的驾驶员倾向于使用手机支付，而不再携带现金，这增加了收费过程的复杂性。为了解决高速收费站前的车流拥堵问题，管理部门正在积极探索新技术，如电子收费系统，以简化缴费流程，从而提高通行效率。

三、高速公路系统的基本架构

（一）监控系统

监控系统在高速公路管理中扮演着重要角色，其主要负责对高速公路的交通流量进行实时监控。通过与地方交通部门紧密合作，该系统能够有效辅助管理过往车辆的各类违章行为，如超载、违法掉头、超速等，从而进一步规范高速公路的日常行车安全。该系统能够实时发现路况问题和交通事故，使工作人员能够迅速做出处理，确保行车安全。特别是在事故多发路段，监控系统的作用更为显著[2]。该系统主要由以下几个部分组成。

1.信息采集系统

该系统通过车辆检测器、紧急电话和火灾报警器等设备，全面收集路面上的各类信息。

2.信息发布系统

该系统利用车道信号灯、可变情报板和大屏幕投影仪等设备，及时向驾驶员传递重要信息。

3.计算机信息处理系统

该系统作为整个监控系统的“大脑”，负责对收集到的所有信息進行高效处理。

4.信息传输系统

包括程控交换、光纤线路和SDH光传输设备，确保信息能够准确、迅速地传输到指定位置。

（二）收费系统

高速公路的收费系统类似于过路费的概念，它记录车辆上高速的时间、行驶的路程，并据此计算相应的费用。随着技术的不断进步，高速收费方式也在持续创新。例如，入口反超限检测系统能够在车辆上高速时检测其是否超重，若超重则禁止其上高速。此外，还有MTC车道收费系统和ETC车道收费系统等多种收费方式。这种收费方式具有较强的便捷性，能有效防止高速公路堵车（如图1所示）。

（三）通信系统

通信系统在高速公路管理中发挥着至关重要的作用。它负责控制收费系统的各个环节，确保整个系统的正常运行，并实现系统内外的高效互联互通。通信系统是提升交通运输服务质量的关键环节，同时也是收费系统和监控系统不可或缺的一部分。通过应用各种先进技术，高速公路收费系统正逐步向智能化、自动化方向发展，从而全面提高收费办公的执行效率。监控系统的工作人员通过安装不同的设备、发布正确的管理方案以及引导高速公路正常运行等方式，确保高速公路的畅通无阻。为了实时采集路况信息并提出应对措施，相关工作人员还需将相关信息存入数据库，以供相关管理部门充分利用这些丰富的数据资源（如图2所示）。

四、高速公路收费系统应用现状

高速公路收费系统近年来取得了显著的发展成果，智能设备的广泛应用以及管理部门对收费系统管理方法的不断优化，都极大地提升了高速公路的通行效率和服务质量。例如，红外夜视摄像机、自动报警系统等先进硬件设备以及高精度软件系统的引入，使得收费系统的自动化水平得到了全面提升。

然而，从国内高速公路收费系统的实际应用来看，仍存在一些亟待完善的问题。

第一，部分地区管理体系相对薄弱。高速公路收费系统涉及的管理范围广泛，对管理人员的职业素养要求较高，实现系统各功能的统一调度难度较大，这无形中增加了日常管理的难度系数。尽管科技发展迅速，但部分地区尚未形成统一的管理制度，缺乏规范的设备维修流程。一些管理部门对系统维护管理不够重视，未能对相关资料和设备进行科学分类，从而在管理工作中增加了任务内容，降低了管理效能[3]。

第二，部分地区在高速公路收费使用过程中，收费系统的使用效果未达到设计要求。这主要表现在设计项目时未能充分考虑项目的具体需求，导致项目管理与项目环境的变化脱节，降低了项目管理的效率，增加了成本。在使用系统过程中，若仅关注其性能而忽视主动调整与优化，则可能导致系统的反馈和调控功能存在问题。

五、高速公路收费系统设计

（一）第三方支付数据接入

随着我国科技的飞速发展，互联网已深刻影响人们的生活方式，支付方式的变革即为显著例证。新兴支付手段如微信、支付宝、手机银行等，已对传统现金交易方式产生颠覆性影响，极大地便利了人们的日常生活。在高速公路收费系统中，引入第三方支付数据势在必行。例如，司机在通过收费站时，常询问能否使用联网缴费方式。目前，在我国多个区域，如大广、京港澳、连霍等高速公路，已实施第三方支付体系的接入，满足了驾驶者的日常出行需求，并提升了高速服务的便捷性。通过扫描司机手机上的支付二维码进行收费，工作人员利用红外线扫描装置实现自动扣费，整个交易流程由司机自行操作完成。交易结束后，收费站杆自动升起，免去了工作人员与司机沟通、找零等繁琐流程，进一步提高了收费效率。

（二）IC卡发放和管理

IC卡（如图3所示）的发行与管理是现代高速公路收费系统中的重要组成部分。目前我国通行的IC卡种类趋于多样化，其中最常见的包括：储值卡，用户可预先将电子金额存储至卡内，充值后即可正常使用；通行卡，在入口发放，作为车辆通过高速路段的重要凭证，出口交费后回收，不单独发放给个人；优惠卡，针对特定高速公路路段，在规定时间内可享受打折优惠，由高速公路管理部门和银行联合发放；还有身份卡和钥匙卡等。为确保交通流畅，通行卡的发放量需控制在24小时内该路段车流量的1.5-2倍之间。根据车流量实时监控需求，优化收费系统并提升管理水平，以确保系统运营的合理性。

（三）重量分析计算扣费

老式高速公路收费系统在高峰时段常出现拥堵现象，严重影响人们出行。为优化收费系统，部分高速公路已采用电子不停车收费系统[4]。该系统通过车上安装的身份识别装置，自动识别驾驶证和车辆信息，并从账户中自动扣除过路费。该系统还能与路边设备、ETC车道设备关联，通过计算车重判断费用并进行自动扣费，有效节约时间成本并解决堵車问题。目前，国内最常用的ETC系统采用电子称重方式，在高速公路出口处收费。只要车辆通过ETC专用通道，感应设备即可自动识别车辆的基本信息、行驶里程和实际载货情况，实现不停车收费（如表1所示）。

（四）车道同步自由收费

车道同步自动收费技术是高速公路上的高科技收费方式。当车辆安装电子车牌后，每次经过收费站时，系统可自动检测并记录车辆行驶状态。这些信息将被传输到收费控制中心，工作人员根据行驶路径计算费用。车辆通过时，系统会自动扣费并拍摄车辆照片上传到信息处理系统中，从而提高通行效率并减少堵车现象。

（五）数据预测通行费用

随着现代化城市建设的深入，高速公路交通流量逐年递增。电子收费系统作为创新技术，在许多地方得到应用[5]。该系统由自动车牌识别、车型自动分类和远程通信等多个子系统构成，实现非停车式费用收取。与早期人工收费方式相比，该自动化系统大幅提升通行效率并降低运营成本。在节假日期间，该系统有效缓解交通拥堵并提升用户体验。在智慧交通理念指导下，可利用大数据预测交通流量和费用以提升收费预测的准确性。目前预测模型多处于测试阶段，但未来有望利用数据挖掘和机器学习等技术进一步提升预测的时效性和精度。

六、结语

高速公路收费系统不仅是提升道路通行效率的关键，更对保障行车安全发挥着举足轻重的作用。相关部门必须深思熟虑如何巧妙运用前沿技术来不断完善和优化收费系统的设计。本文已对高速公路系统的核心结构和当前运行状况进行了详尽的分析，同时，针对现存问题，提出了一系列切实可行的解决方案。信息技术的有效利用对于优化收费系统、防范潜在问题以及确保高效的收费流程具有不可替代的作用。相关部门应当给予信息技术足够的重视，以确保整个收费系统的顺畅运行，避免因系统问题而对整体效率产生不利影响。

参考文献

[1]高潮，杨剑凌，李阳.基于机动车电子标识的高速公路自由流收费系统研究[J].科技风，2022（25）：7-10.

[2]高原，王宇，闫烁，等.出高速公路ETC自由流收费系统运行监测体系分析[J].通讯世界，2022，29（05）：193-195.

[3]李广平，刘国强，瞿国权，等.城市高等级公路项目管理体制、收费和治超系统方案研究[J].公路，2022，67（11）：40-43.

[4]杨海燕.简析高速公路ETC电子收费系统的优势以及发展前景[J].商情，2022（32）：107-109.

[5]王绍臣，苏家豪.基于在高速公路收费站供配电系统中双机备份UPS的应用分析[J].低碳世界，2021，11（07）：186-187.

责任编辑：张津平