高速公路應(yīng)急收費技術(shù)方案設(shè)計及實現(xiàn)

■周俊琦

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司南平管理分公司，南平 353000）

隨著高速公路的不斷發(fā)展， 我國高速公路總里程突破16 萬km[1]，通車?yán)锍痰某掷m(xù)增加，使公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得錯綜復(fù)雜、收費站數(shù)量也逐漸增多。福建省現(xiàn)有收費站出入口車道基本采用ETC 車道為主、ETC/MTC 混合車道為輔的模式， 對于車流量大、出入口車道少的收費站，可能會出現(xiàn)因車輛交易異常、設(shè)備故障、系統(tǒng)升級改造或車流量過大造成的收費車道擁堵問題。 由于造成收費站擁堵情況的多樣性， 單純依靠收費站的應(yīng)急管理預(yù)案有時無法有效解決擁堵情況，因此，通過技術(shù)手段結(jié)合應(yīng)急管理預(yù)案才有助于快速解決收費站擁堵問題。

1 基本情況

1.1 收費車道通行情況

根據(jù)高速公路收費車道通行情況分析，ETC、MTC、混合車道主要存在無電子標(biāo)簽、黑名單卡、OBU 防拆失效、OBU 設(shè)備故障、卡余額不足、壞卡等原因?qū)е萝囕v無法正常通行， 以及天線異常、設(shè)備故障、系統(tǒng)升級導(dǎo)致交易失敗的情況。 以政和收費站ETC 入出口單日通行數(shù)據(jù)為例，ETC 入口成功通過率98.7%，ETC 出口99.3%。 其中ETC 入口車道OBU 防拆失效占7%， 無電子標(biāo)簽占36%，黑名單卡占21%，卡余額不足占15%，OBU 設(shè)備原因占5%；ETC 出口車道無電子標(biāo)簽占31%，OBU 防拆失效占9%， 卡余額不足占25%， 黑名單卡占27%，OBU 設(shè)備原因占4%。

1.2 現(xiàn)有應(yīng)急終端解決方案

車輛經(jīng)過ETC 車道無法正常通行時，需要引導(dǎo)車輛至混合車道進(jìn)行人工處理，在大流量所站可能影響廣場交通秩序，導(dǎo)致車道擁堵。 通過手持應(yīng)急收費終端和便攜式收費一體機(jī)， 為在ETC、ETC/MTC 混合車道因各種原因而無法通過的車輛進(jìn)行緊急異常處理，快速解決問題，疏通車道堵塞，有效緩解特殊情況、高峰期及節(jié)假日時車道的通行壓力。

經(jīng)了解相關(guān)省份做法， 目前主要有OBU 補(bǔ)充交易（延伸天線）、入口CPC 發(fā)卡、出口CPC 卡/ETC卡收費3 種場景模式（表1）。

表1 其他相關(guān)省份收費場景模式開通情況

1.2.1 OBU 補(bǔ)充交易

（1）功能：主要解決車道天線交易不暢的問題，通過手持應(yīng)急收費終端作為延伸天線方式，對正常ETC 車輛進(jìn)行補(bǔ)充交易。（2）適用范圍：ETC 車道入口及出口。 （3）不足：對其他誤闖、黑名單等原因引起的通行攔截還需進(jìn)行人工引導(dǎo)。

1.2.2 入口CPC 發(fā)卡

（1）功能：主要解決入口ETC 車道擁堵問題，對因無電子標(biāo)簽、黑名單、卡余額不足等原因引起的入口車輛攔截問題均可通過發(fā)放CPC 卡的方式進(jìn)行通行。 （2）適用范圍：ETC 車道入口。 （3）不足：可解決所有異常車輛通行，存在的問題主要是CPC 卡無法享受電子優(yōu)惠，通行速度較為緩慢。

1.2.3 出口CPC 卡/ETC 卡收費

（1）功能：通過后端系統(tǒng)與手持應(yīng)急收費終端形成交互，來實現(xiàn)對混合車道或ETC 車道的收費處理支撐。（2）適用范圍：ETC 車道出口。（3）不足：涉及較大的軟件功能研發(fā)工作，同時運(yùn)營需求不夠明確。

廣東、廣西、江蘇、山東以手持收費終端作為延伸天線的OBU 補(bǔ)充交易為主， 河南、 青海實現(xiàn)了OBU 補(bǔ)充交易和CPC 卡發(fā)行功能， 湖南省實現(xiàn)了OBU 補(bǔ)充交易、入口CPC 卡發(fā)卡、出口CPC 卡/ETC單卡收費全場景功能。

2 應(yīng)急收費技術(shù)方案

為了提升高速公路運(yùn)營服務(wù)水平，增強(qiáng)應(yīng)急處置能力，確保收費系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，在保證收費車道供電及網(wǎng)絡(luò)不間斷的前提下，入口車道采用手持收費終端實現(xiàn)OBU 補(bǔ)充交易、 入口CPC 發(fā)卡及ETC 單卡收費三個場景功能； 出口車道CPC 卡/ETC 單卡收費場景的應(yīng)急問題由便攜式收費一體機(jī)解決。

2.1 入口車道應(yīng)急方案

為解決目前較為突出的收費站入口交易異常、突發(fā)性的設(shè)備故障、計劃性的車道升級改造及擁堵的問題，通過搭建手持應(yīng)急收費終端系統(tǒng)實現(xiàn)應(yīng)急通行。 本系統(tǒng)在收費站的1 臺入口混合車道工控機(jī)上部署CPC 卡發(fā)卡后臺服務(wù)，通過物理網(wǎng)線或經(jīng)安全配置的WIFI 等通訊方式與手持應(yīng)急收費終端進(jìn)行交互，以實現(xiàn)CPC 卡的發(fā)行或ETC 車輛的通行，具體方案如下：

2.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

（1）車道工控機(jī)。 車道工控機(jī)端作為服務(wù)端，主要實現(xiàn)接收手持應(yīng)急收費終端傳輸?shù)能嚺?，形成寫卡?shù)據(jù)， 并將數(shù)據(jù)傳輸至手持應(yīng)急收費終端進(jìn)行CPC 卡寫入，寫卡成功后，形成通行流水?dāng)?shù)據(jù)文件并實時上傳。（2）手持應(yīng)急收費終端。手持應(yīng)急收費終端作為客戶端，主要通過連接工控機(jī)服務(wù)實現(xiàn)讀卡器和車牌識別器的功能。 支持通過ETC 刷卡、拍照識別以及手動輸入三種方式獲取車牌號；支持通過終端內(nèi)的PSAM 卡將工控機(jī)端形成的寫卡數(shù)據(jù)寫入CPC 卡指定目錄； 支持讀取ETC 卡內(nèi)入口站代碼以及入站時間， 判斷ETC 卡是否交易成功，避免重復(fù)發(fā)卡。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)通訊

手持應(yīng)急收費終端與車道工控機(jī)的通訊方式有2 種方案（圖1）。 第一種是通過以太網(wǎng)接入收費網(wǎng)。 手持應(yīng)急收費終端通過以太網(wǎng)接入收費網(wǎng)絡(luò)的方式有兩種形式：（1）通過物理網(wǎng)線接入收費網(wǎng)，該方式只需加強(qiáng)網(wǎng)線接入管理，在安全性上相對保證，但在靈活性和方便性上存在不足，應(yīng)用的空間位置相對受限，需要頻繁拔插網(wǎng)線，且要考慮接入設(shè)備的位置以及是否會干擾車輛通行；（2）通過無線AP（WIFI）接入收費網(wǎng)，將無線AP的SSID 關(guān)閉，手持應(yīng)急收費終端的MAC 地址與IP 地址綁定，不允許其他設(shè)備搜索到WIFI 信號，并禁止連接。 該方式在使用上相對靈活方便，應(yīng)用空間位置不受限，但在安全性上只是在一定程度上降低了非法設(shè)備接入的風(fēng)險，還是存在因安全策略配置管理上的疏漏而導(dǎo)致收費網(wǎng)接入邊界暴露的風(fēng)險。 第二種通過WIFI 轉(zhuǎn)串口設(shè)備直連工控機(jī)。 通過WIFI 轉(zhuǎn)串口設(shè)備直連工控機(jī)，可以實現(xiàn)手持應(yīng)急收費終端通過WIFI 靈活接入，將手持應(yīng)急收費終端與車道工控機(jī)進(jìn)行連接，同時因為是點對點與車道工控機(jī)通訊，不直接接入收費網(wǎng)絡(luò)，在一定程度上避免了收費網(wǎng)接入邊界暴露的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險，也可實現(xiàn)不同車道使用的應(yīng)急場景[2]。

圖1 手持應(yīng)急收費終端網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.2 出口車道應(yīng)急方案

針對出口收費車道出現(xiàn)故障、突發(fā)事件、車流量激增等應(yīng)急情況，可通過便攜式收費一體機(jī)安裝最新的車道系統(tǒng)和配置PSAM 卡即可支持出口CPC 卡/ETC 單卡收費。

2.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

（1）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。 將收費站與收費車道構(gòu)成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)對已獲得授權(quán)準(zhǔn)入的便攜式收費一體機(jī)進(jìn)行接入管理，并對PSAM 卡進(jìn)行正常授權(quán)。 （2）便攜式收費一體機(jī)。 作為使用終端，主要通過連接收費網(wǎng)絡(luò)對已安裝PSAM 卡的便攜式收費一體機(jī)進(jìn)行授權(quán)， 同時核查票據(jù)打印機(jī)功能、軟件版本、數(shù)據(jù)庫等是否正常，確認(rèn)正常后，通過人工引導(dǎo)車輛進(jìn)行CPC 卡/ETC 單卡收費。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)通訊

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和便攜式收費一體機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖2。

圖2 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和便攜式收費一體機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 技術(shù)方案應(yīng)用情況

選擇南平高速公路車流量大、收費車道少等有鮮明特點的收費站，對手持應(yīng)急收費終端及便攜式收費一體機(jī)的應(yīng)用可行性進(jìn)行了實車測試和試用工作。 通過手持應(yīng)急收費終端解決了ETC 車輛因OBU 損壞、余額不足、車流量激增等原因占用收費車道的情況，避免了車道擁堵；通過便攜式收費一體機(jī)解決了因車道不足、設(shè)備故障、車流量激增等原因引起的車道擁堵情況。 實現(xiàn)并行快速發(fā)行CPC通行卡、讀寫ETC 卡、快捷收費等，累計發(fā)行CPC 卡586 輛次，其中使用車輛拍照識別車牌450 輛次，手動輸入車牌136 輛次； 累計讀ETC 卡過車3 141 輛次；累計通行收費車輛3 560 輛次。 使用情況總體穩(wěn)定，有效地解決收費站交易異常和擁堵問題。

4 結(jié)語

本研究分析了車輛通行高速公路主要存在的故障類型，結(jié)合高速公路應(yīng)急收費應(yīng)用場景，設(shè)計了高速公路入出口應(yīng)急收費整體技術(shù)方案， 并在收費站進(jìn)行試點應(yīng)用。應(yīng)用效果良好，有效解決了收費站交易異常和擁堵問題，具有較好的實際應(yīng)用效果。