高速公路收费站智慧扩容技术及实施原则

  2020年8月，交通运输部发布《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》，提出深化高速公路电子不停车收费系统（ETC）门架应用，研究北斗自由流收费技术。

  2021年9月，交通运输部发布《交通运输领域新型基础设施建设行动方案（2021-2025年）》，提出推进高速公路电子不停车收费（ETC）系统应用。

  2022年4月，交通运输部关于发布《“十四五”公路养护管理发展纲要》，提出到2035年，高速公路联网收费交易成功率、交易数据上传及时率均达到99.9%。联网收费服务满意度进一步提升；推进ETC服务提升及拓展应用、门架系统升级应用以及路网运作状况基础数据分析应用。持续加强联网收费系统优化升级。优化计费规则，提升计费服务精准性，避免重复扣费、同程不同费等问题产生。

  由于很多高速公路流量很大，早期主要采取四改六、四改八进行改扩建。但与此同时，投资大、占地多、施工周期长等问题也随之浮现出来，且由于高速公路路网密度不平衡，一味追求土地扩建也带来了资源的浪费。因此，行业提出了在现有路网基础上利用信息化手段提高通行能力、安全水平、服务水平及管理上的水准的方式，即智慧扩容。

  今年5月，财政部、交通运输部印发《关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转变发展方式与经济转型的通知》，第一次在政策文件中提及“智慧扩容”这一概念。

  收费系统的发展目标是自由流收费。自由流收费就是在不设置物理收费站的情况下自动完成通行费的缴纳，实现不停车，快速通行。在现有的收费基础上实现自由流收费，要经历集约化、数字化、智慧化的发展过程，这也是收费技术的迭代发展过程。

  该过程就是要实现现金减少、感觉（停车）减少、人工减少；最终实现无现金、无感觉（停车）、无人工的自由流，实现不停车快捷收费。在这一发展过程中，智慧扩容是重要的初级阶段内容。

  智慧扩容实际是高速公路收费站的智慧化，最早可追溯至2020年广东省三元里收费站的智慧化建设。广州市机场高速南段（三元里-白云国际机场）位于广州市白云区和花都区内，三元里收费站是机场高速的起点，在改建之前是机场高速进入广州最拥堵的收费站。广东省通过匝道ETC预交易，采用数字孪生技术、智能收费机器人、一体化收费岛设备、集约化收费岛（窄岛）等创新技术，有效提升了车道通行效率。

  次年广东机场高速采用数字孪生、智能收费机器人、一体化收费岛设备、智慧收费亭、车道诱导灯、集约化收费岛等技术，建设了更完善的智慧扩容收费站。

  河南郑州南收费站采用潮汐车道技术方案，在不增加用地面积情况下，实施“无岛化”“缩岛化”布局，利用标线和弹力柱的“软隔离”方式，打破原有车道布局，提升收费站通行能力。

  2022年6月，浙江上虞收费站采用预交易（ETC、CPC）、云收费等技术方案，应用投卡式缴费机器人、入口自动发卡机器人、车道栏杆一体机等一体化收费岛设备，通过在收费站旁建立服务岗亭，将特情处理与服务厅相结合，实现了云值守、OBU发行一体化等服务。

  湖南回龙铺收费站、南田坪收费站、干杉收费站分别采取了收费岛窄岛化、无亭收费车道、潮汐收费车道、出口缴费机器人、一体化收费岛设备、ETC特情处置终端等创新进行尝试，且取得了不错的效果。

  此后，青岛盘坡收费站、甘肃金城南收费站、重庆城口收费站、四川成都收费站、云南云泉收费站等陆续进行创新升级。

  整体而言，当前收费系统在收费站层面只有两部分没有完全适应国产化，一是车道控制机芯片，国产芯片目前还处于尝试阶段；二是软件的操作系统和数据库，这方面国产化工作正在试点推进当中。

  当前，全国多地省围绕已建高速公路收费站、收费站智慧扩容进行了不同的技术尝试。经过总结梳理不难发现，收费站智慧扩容关键技术最重要的包含特情处理技术、收费站数字化监测技术、匝道预交易技术、收费车道智能设施、潮汐车道收费车道技术、智慧云舱技术、收费土建设施、站级云收费系统八类。

  特情处理方式可分为远程（收费站）集中处理和现场（车道）处理两类，其中现场处理又分为车道现场处理、出口广场现场处理。

  车道现场处理主要有两种模式，一是收费员通过智能终端现场处理；二是将智能终端放在无人岛、无人车道进行处理。

  出口广场现场处理也可分为两类模式，一是收费员通过智能终端到广场进行统一处理；二是在广场旁建立智慧云舱或服务平台，这中间还包括特情处理、ETC发行、监控等功能，以此提升收费站的特情处理效率。

  实施原则方面，要综合特情分类、人员配置等因素，智慧收费站应同时具备远程集中处理和现场解决能力；针对单车道日均车流量大于设计通行能力的收费站，应采用现场处理为主、远程集中处理为辅的方式处理特情。

  针对单车道日均车流量小于设计通行能力的收费站，应采用远程集中处理为主、现场协同处理为辅的方式处理特情；结合所在地区特情处理规则及需求，收费站/收费广场可同步建设综合服务亭，便于处理特情；特情远程集中处理时，每坐席每天解决能力应不低于300件。

  系统构成方面，特情处理系统应包括远程值守系统、前端特情处理设施等；远程值守系统宜包括特情接收、特情任务分配、特情处理、音视频设施接入和远程控制等模块；前端特情处理设施包括便携式收费终端、ETC特情处理一体机等；ETC特情处理一体机设置于ETC车道，采用无人值守模式时，应配置语音播报、对讲、移动支付、ETC卡信息读取等辅助模块。

  性能方面，入口特情平均处理时长不宜超过10s，对需要现场辅助服务等特情处理时长宜不超过2min；出口特情平均处理时长不宜超过15s；远程特情处置从特情产生至远程提醒之间的时长应小于1s；采用远程集中解决方法为主时，可远程处理的特情数量占比应不小于85%。

  收费站数字化监测系统应能够为管理部门提供数字化全息视角，实时直观了解收费站区域通行状态，及时分析发现收费站范围内交通事件，及时响应和处置不正常的情况，保障收费站运营监管效率，提高收费站的管理效率、服务水平。

  技术方面，收费站数字化监测系统可分为视频与数据叠加形成管理底座平台、三维建模与数据叠加形成数字管理底座两种类型，采用数字孪生技术实现，其中视频可采用全景或拼接的方式实现。此外，前端感知设备布设应以全面观测广场区域、避免车辆遮挡为原则。

  匝道预交易系统可分为ETC预交易和CPC预交易两类，其中预交易指出口预交易；CPC预交易包括预计费、自助缴费机器人、预计费、APP/扫码支付、CPC卡验证。

  现在所说的预交易多指出口预交易，目的是为了提前计费或提前扣除费用。早期入口预交易也有其应用场景，在个别收费站车流量较大，尤其是ETC特情车辆较多的情况下，会在ETC车辆前安装预读来判断OBU是不是正常，假如慢慢的出现异常则会公布消息通知车主走人工车道领取CPC卡，以提升入口的通行效率。但这项技术在取消省界收费站后就不再适用了。

  出口预交易早期主要指ETC预交易，这是由于从计费、扣费过程来看，ETC车道常常要200ms左右，若能够提前完成计费、扣费，在车道进行严重，那么通行效率将大幅度的提高。

  CPC卡预交易可分为两大类，一是类似ETC，同样计费而不扣费，扣费则通过机器人完成，可以适当提高通行效率，但提升效果不明显。

  二是在计费完成后，在排队等待出时，通过APP或路侧扫码等方式完成交费。通过人工收费、智能机器人等方式确认是否缴费，可以大幅提升人工车道的通行效率。

  经研究分析我们得知，并非所有收费站都适用预交易，当收费站ETC专用出口收费车道常发性拥堵时，可设置ETC预交易系统；在ETC/MTC混合出口收费车道常发性拥堵，非ETC车辆占比较大或数量较多的情况下，可设置CPC预交易系统。

  收费车道智能设施包括岛头一体化设备、岛尾一体化设备、智能车型识别设备、自动封道机、自助交易设备、智慧收费亭等。

  收费车道智能设施应按照收费车道类型进行配置，并满足收费车道功能要求；采用单IP多模块的智能化工业设计实现多功能的集成，具备各功能模块运作时的状态采集监测功能。

  新建ETC专用车道宜设置岛头一体化设备、岛尾一体化设备、自动封道机；采用无人（少人）值守模式的收费广场，宜设置车道状态监测设备；收费广场规模较大时，宜设置车道通行引导灯。

  新建ETC/MTC混合车道宜设置岛尾一体化设备、自动封道机；采用双天线模式的收费车道宜设置岛头一体化设备。实现无人值守收费车道，宜设置智能车型识别设备、车道状态监测设备。

  改扩建车道宜设置岛尾一体化设备，并根据营运管理需求来做其他收费岛智能设施的配置；针对高寒地区场景，收费岛智能自助发卡与缴费、智慧收费亭等设施可采用隔热棉、空调与加热器加热、温度监控等措施，以保障设备在气温降至零下时仍正常运行。

  潮汐收费站仅针对在役项目，适用于收费车道单向不少于3条车道；特定时段车道交通量超出原有设计通行能力、交通流潮汐性明显且不具备改扩建收费车道条件收费站的情况。

  新建收费站应根据预测交通量考虑收费广场征地及建设规模，建设初期不宜设置潮汐车道。

  云舱技术就是将原先收费站站区的监控室、收费机房，挪到收费广场旁边（应设置在收费广场出口侧路肩边缘处），集中收费监控、交接班管理、财务管理等收费运营管理功能。

  智慧云舱适用于收费站房建用地面积紧张、场地限制，宜采用模块化组装建设办公区、便于收费广场处理特情、项目工期短，需快速施工建设、非集中居住收费站或多广场收费站等场景。

  配置方面，智慧云舱一般包含有监控室、机房、交接班室、财务室四个功能区域，应采用钢结构架或砖混等结构，使用钢结构时应采取高强度方管型材整体焊接，焊接处表面涮防锈漆防腐处理。

  云舱内部系统主要包含装饰装修、电气工程、通风与空调系统、智能化系统、综合布线系统、消防联动控制系统等，其设计应满足防尘、防水、防锈、抗电磁干扰和抗震等的防护要求，设计使用年数的限制应不小于20年。

  收费岛类型可分为标准型收费岛、无亭紧凑型收费岛、有亭紧凑型收费岛及无岛化四类。这其中要注意无岛化，由于收费岛是收费场所，会限制公众的通行速度，因此有安全管理责任，无岛化由于安全问题没有办法解决，无法引入到标准当中，因此各省在进行试点时是非常谨慎的。

  标准型收费岛宽2.2m；无亭紧凑型收费岛可根据收费岛设备尺寸采用0.6～1.2m宽度，过窄可能会产生将岛撞飞等情况的发生；有亭紧凑型收费岛宽度宜不小于1.2m，这是经过各省多年运营情况所得出的标准岛宽。在做无岛化或有亭紧凑型收费岛时，要格外的注意货车的流量情况，确保行驶车辆和岛上设备安全。

  此外，需对现有软件进行升级，形成云化软件，支持导向设备的集约化、智能化应用，让软件应用灵活性更好，高效。

  首先，高速公路收费站智慧扩容主要利用采用云计算、大数据、人工智能等技术，逐步实现收费站车辆快捷通行、收费精准、管理精细、特情处理高效、车道收费无人化等。

  其次，收费站智慧扩容建设最重要的包含站级云收费系统、特情处理系统、收费站数字化监测系统、匝道预交易系统、收费车道智能设施、潮汐收费车道、智慧云舱、收费土建设施等内容。

  第三，收费站智慧扩容应根据收费广场征地、交通流量、运营管理、安全、服务、成本等情况和需求合理选择实施内容。如果特情要改为出口收费广场统一处理，那么运营管理的制度、流程也需要同步来优化，如果制度跟不上，那么特情处理也无法优化。

  第四，收费站具备日常交通流量不大、特情处理较少、车道数不多等特点，可积极采用全部车道无人化的管理模式。

  第五，收费站应积极采用站级云收费系统，运用云计算、人工智能等技术实现站级、车道级收费系统业务的云端在线高效管理与服务。

  第六，收费站特情处理应根据运营管理、车道拥堵、服务能力等情况，合理选择特情解决方法；特情解决方法应与运营管理相互匹配，提高服务效率。

  第七，收费广场规模较大、广场内车流交织严重、特情较多的收费站，宜采用收费站数字化监测系统实现对收费站区域的通行状态直观监测、异常事件及时响应和处置等，提升收费站运营监管水平。

  第八，收费站出口车道常发性拥堵，可在收费广场前设置匝道预交易系统，提高车辆通过收费车道的效率。如果ETC拥堵较为严重，可选择CPC卡预交易，但要注意在人工缴费前最好可以通过APP或扫码支付等方式实现缴费，以提高效率。

  第九，收费站宜采用集成化、智能化、IP化的收费岛智能设施，同时确保车道功能及系统性能不应降低。

  第十，已通车运行且交通量大、交通流潮汐性明显、不具备改扩建收费车道条件的收费站，可设置潮汐车道提升收费广场的通行能力，新建收费站不建议潮汐车道。

  十一，收费站可采用智慧云舱实现收费业务办公。智慧云舱应设置在收费广场出口侧；收费广场出口侧设置有特情处理时，宜与智慧云舱共建共享。

  十二，既有收费站入出口车道常发性拥堵且无法扩建收费车道，或新建收费站征地按照标准收费岛宽度不足以满足收费车道设置需求时，可采用收费岛窄化方式增加收费车道。

  十三，收费天棚可根据当地气候特点及车道特情处理情况，采用简约化方案，仅设置在ETC/MTC混合车道涉及人工停车缴费/取卡区域。收费天棚可采用装配式结构。

  十四，收费站智慧扩容建设内容应确保与现有联网收费系统相互兼容，实现无缝衔接，包括安全等级保护、国产化创新等。

  十五，收费站智慧扩容系统应参照现行《信息安全技术 网络安全等级保护基础要求》（GB/T 22239）中规定的安全通信网络、安全区域边界及安全计算环境方面的三级等保要求执行。

  十八，新建或改扩建项目智慧收费站内容应纳入收费系统同步设计、同步施工、同步投入使用。

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