对可预见的社会效益和经济效益进行了分析

随着高速公路车流量的与日俱增，收费车道拥堵、货车车道称重检测时间长、广场车流混乱、通行费损失等日益成为收费管理部门面对的难题，也同时成为社会舆论的焦点。通过自由流系统的投入使用，提高收费车道的通行效率，进而达到提升收费广场整体通行能力的目的。 

自由流收费系统建设必要性

自由流收费系统可有效缓解或避免收费站当前存在的拥堵、称重检测时间长、广场车流混乱、通行费损失等现实问题，其建设必要性体现在： 

（一）减少收费站拥堵

1、精准引导异常车辆

ETC 车道拥堵的主要原因是异常车辆（OBU 无卡、余额不足、黑名单车辆、无入口信息、MTC 车辆等）驶入 ETC 车道，通过匝道建立自由流系统提前判别 ETC 状态，智慧引导系统基于车速判断车辆位置实现精准引导驶入人工车道，防止ETC 异常拥堵。 

2、提前交易提升ETC效率

自收费车道点亮费显项目以来，ETC 车道收费系统增加了更多交易验证信息，导致交易耗时延长两倍多，对于大型收费站，ETC 车辆往往较多、交易时间长容易导致车道拥堵。通过自由流系统提前完成交易 

可以大幅缩短车道交易时长，提升通行效率。同时，ETC 提前完成交易后，可以有效缓解收费车道邻道干扰问题，提升 ETC 通行效率。 

（二）减少收费损失

1、捕获ETC作弊逃费车辆

目前货车 OBU 车型异常（例如大车小标）、倒换通行介质（倒卡换卡、一车多签）、屏蔽通行介质导致的收费损失问题层出不穷，本系统具备车辆逃费检测能力，在车辆出站之前即可甄别异常发出报警提示，提前拦截，减少损失。 

2、识别跟车逃费车辆

目前跟车过杆事件时有发生，这种情况造成了通行费的流失，同时也成为收费部门的管理难题。通过匝道处布设的激光计数和触发抓拍系统，可在匝道处提前获取车辆车牌信息，并实现出站车辆数量统计，有效堵住跟车逃费漏洞，从而提升收费站总体运行效率及智能化水平。 

（三）减少舆情

传统门架天线交易范围较大，极易与高速公路区域外的其他车辆发生误交易。虽然传统天线可以通过降低角度、减小天线功率来减少误交易，但这种方式会带来交易成功率的大幅下降、天线漏标率的大幅上升等问题，最终无法达到预期效果。本系统基于具备定位功能的门架天线，结合智能门禁多传感器融合的精准位置匹配功能，实现精准收费，减少误交易带来的舆情。 

结合以上三个维度的系统分析，立足国家“交通强国”战略发展大局，高速公路的数字化、智慧化转型已成为必然趋势，尤其是混合车道的无人收费技术。基于此，本文重点对高速公路无人收费技术进行多维分析。

技术路线及方案

本项目以快速通行需求为导向，以安全通行、精准管控为目标，按“四个一”的系统架构来建设数字收费站体系，即一套多源融合感知系统，一套高效融合通信网络，一个数字化重构的收费站数字中台、一个收费站综合管控平台，实现收费站的全要素数字重构展示、车辆高精定位和全域跟踪管控、ETC 车辆快速引导通行等功能，满足出行者安全高效的出行需求和管理者精准全面的管理需求。 

（一）建设方案

通过在收费站出入口建设 ETC 预交易系统、高速称重系统、交通信息引导系统、数字化升级系统、自助收发卡系统、智慧云舱等，并通过系统间相互融合，实现收费站快速 ETC 自由流交易、高速预称重、全域轨迹跟踪、车辆智慧引导、快速有序过站等功能，达到提前交易、车辆分流、缓解收费站通行压力、提高收费及运行效率的目的。 

1、ETC预交易系统

如图1所示，在匝道部署ETC 天线子系统、车辆检测子系统、车辆抓拍子系统，各系统相互融合，对驶向收费站入口的车辆提前读写 OBU，缓解收费站入口车道通行压力。 

ETC 天线子系统由门架定位天线及控制器组成，主要功能为完成对车载单元（OBU）内车牌号码等信息的读取，收费车型、收费入口等信息的预写入，以及检测结果的消息推送等；车辆检测子系统由激光雷达及控制器组成，主要功能为车辆计数、精准触发抓拍，获取车辆实时车速信息等；车辆抓拍子系统由抓拍相机及补光灯组成，主要功能为获取车辆车身图片及识别车牌图片。

图1  ETC预交易系统构成图

2、高速称重系统

预称重系统对经过检测区域的车辆进行高速不停车称重检测，通过称重设备与抓拍设备、定位设备的相互配合，系统可实现如下功能：包括自动检测车货总重、车牌识别数据、车辆自动分离、轴型及轴数识别、超限提示等。系统能够快速完成不超重车辆的入口信息写入，并联动站级收费系统，实现快速抬杆放行；对于超重车辆，通过 LED 屏引导其外广场调头，驶离高速，避免广场拥堵。 

高速称重系统工作流程图如图2所示：

图2 称重系统工作流程图

3、交通信息引导系统

如图3所示，系统通过在ETC 预交易门架后方设立LED 情报板，与 ETC 门架进行信息交互，显示异常车辆车牌信息及车道引导，引导驶向人工车道，提前分流，缓解车道及广场车流压力。 

图3  LED引导子系统

如图4所示，通过在匝道及广场设置交安标识牌（超限提示、调头提示、车道指示）、车道分隔设施（车道分隔墩、可移动护栏），达到疏导、引导道路交通流，提高道路通行能力、保障行车安全的目的。

图4  交安标识牌

4、收费站数字孪生系统

收费站数字孪生系统包括全域监测、车辆身份重构、车辆全域跟踪、事件预警、分级诱导、多模式监控和真实场景重构等功能模块，可以基于车辆精准位置的可视化展示从自由流 ETC 门架到现场管控区（收费岛岛头）整个区域的交通情况、运行数据、事件预警等信息，通过与视频感知、ETC、称重设备交互，对进入收费站车辆进行身份重构，基于搭建的数字底座和车辆精准定位信息，实现收费过程的可视化展示，对自由流收费运行情况、突发事件、引流过程在指挥中心实时复现，降低收费站管理成本，提升收费站管控效率。 

5、智能收费机器人

如图5所示，智能收费机器人由入口的自助发卡机和出口的自助缴费机组成。

入口自助发卡机：具有自动识别车型、记录车牌信息、发放CPC卡等功能。当MTC车辆进入该车道后，发卡机内部系统自动识别该车车型、车牌、种类等信息，司机按下“取卡键”并取卡后将抬杆放行。

出口自助缴费机：可以精准识别车型、车牌、多角度监控等，司机只需将CPC卡置于回收卡槽，再通过移动支付扫码、领取发票后，即可驶离收费站。该设备支持ETC卡、支付宝、微信等支付方式，可以实现15秒缴费通行，有效地实现了“无人化、非现金、快速通行”。

图5  自助发卡机与自助缴费机

6、智慧云舱

如图6所示，智慧云舱是指在临近收费站广场处建设的智能现场指挥舱。通过云舱的近岛部署，能以更好的视野观察收费站整体运行情况，实现靠前指挥、智慧管控。智慧云舱主要分为三个区域，分别是便民服务区、远程管控区、机电设备区。

远程控制区相当于收费现场的大脑，也是云舱的核心区域，通过将收费、监控、对讲、广播、信息发布等业务进行融合集成，实现各业务的集中化管理。原有需要人工在收费亭中进行操作控制的功能均转移到智慧云舱里。一人可兼顾多个车道，实时多方监控、监测车道通行及设备运行状况，可处理收费车道特情20余种，有效降低建设和人工成本，实现降本增效以及车道的自由通行。

图6  智慧云舱

预期效益分析

（一）社会效益

1、自由流动交易系统是对现有交通运输部颁布收费系统相关标准、规范要求下进行的优化和改进，是ETC自由流收费模式下的技术创新，符合取消省界收费站后自由流收费发展潮流。 

2、自由流动交易系统将减少收费站拥堵问题，为人民群众出行提供更加高效、快捷的通行服务，满足人民群众便捷出行的美好需求。 

3、自由流预交易系统可减少收费站拥堵，不但减少了车辆排队产生的燃油消耗，而且进一步减少一氧化碳、二氧化碳尾气排放，具有节能和环保的双重效益。 

4、ETC通行效率更高，出行体验更佳，有利于推动客货车ETC的普及，可极大提升高速公路收费站的社会形象和服务水平。

（二）经济效益

1、系统采用自由流的设计理念，有助于提升车辆整体通行能力，减少收费站工作人员配置，节省人力资源成本开支。 

2、匝道和收费车道采用冗余收费，有助于降低软件故障带来的通行费损失。 

3、自由流通行技术在不增建ETC车道情况下，实现了ETC车辆的高速高效通行，在难以征地、基建限制地区具有良好的经济价值。 

4、收费岛窄岛、无岛设计理念为减少收费岛建设投入具有显著的经济效益。

结束语

综上所述，当前传统的人工收费模式下，路网运行存在通行效率低、管理成本高、安全隐患大等问题，为高速公路运营管理单位带来巨大的挑战。为应对传统收费模式下存在的种种问题，上文结合公司运营管理实际，提出了高速公路自由流收费系统建设方案，并对可预见的社会效益和经济效益进行了分析。

下一步，我们将抢抓智慧高速发展机遇，加快智慧云舱、数字孪生、自由流收费系统建设，对策与路之间的协同关系进一步优化，提高收费精准度和管理水平，为用户提供多元支付手段，提升用户出行体验，以科技赋能提高收费站通行效率。