精准收费在开放式高速公路中的应用

论  文

作者：喻全红1，主金武2（1.江西路通科技有限公司；2.山东中创软件工程股份有限公司）

摘要：为维护高速公路使用者和经营者的合法权益，江西省对南昌南外环、昌樟、昌九、九景等开放式高速公路实施入口精准收费。本文对开放式收费系统和开放式门架系统进行了介绍，阐述了精准收费的车道实现方式，对开放式虚拟站运行状态监控、计费里程设置、时钟同步要求、网络安全要求及风险管理进行了总结。

受技术手段限制，目前无法实现对驶离高速公路的ETC车辆和非ETC车辆进行扣费。江西省在南昌南外环高速、昌樟高速、昌九高速、九景高速等开放式高速公路驶向收费站入口一侧的互通匝道和主线设置门架及门架交易系统，实现单向精准计费。通过门架系统的ETC天线和车牌识别设备识别ETC车辆和非ETC车辆的行驶路径，将识别到的开放式互通作为计费起点进行单向精准计费。对于未识别到的驶入和驶离高速公路的车辆，均从离该站最近的开放式互通进行计费。根据江西省差异化政策，南昌北收费站至昌北机场收费站往返客一车辆现金收费仍保持5元不变，ETC车辆享受相应折扣优惠，拆分方式保持不变。开放式公路精准收费属于江西高速差异化政策中的一项，每年根据江西省差异化政策内容的延期及调整，对系统及相关参数进行适应性的调整。

1

开放式精准收费系统架构

开放式精准收费系统主要在布设收费站的高速公路匝道入口或主线设置门架，在门架上安装车牌识别设备和天线，在车牌识别设备和天线上接入路测工控机。系统架构如图1所示。

图1 开放式精准收费系统架构

当通行车辆经过门架时，车牌识别设备获取车牌信息，发往中转服务器，由中转服务器分发给收费站各入口车道收费软件。如果通行车辆安装有OBU，天线读取到车辆OBU后，将其写入本地门架信息。该车辆到达收费站入口车道后，读取OBU中的门架信息并根据费率计算通行费。对于未安装ETC的车辆，通过查询车牌记录获得车辆经过门架记录，依据相关费率计算应收通行费。

2

开放式门架系统

2.1  系统构成

开放式门架系统分为3部分，分别是门架工控机识别模块、服务器中转模块和收费车道（入口）接收模块。

2.2  系统功能

2.2.1  车牌识别功能

车牌识别功能在门架工控机识别模块中实现，模块连接车牌识别设备后，车牌识别设备实时上传识别结果和车辆图片。

2.2.2  天线读写功能

天线读写功能在门架工控机识别模块中实现，主要通过天线与车辆OBU设备的通信获取车辆信息。安装有ETC设备的车辆经过门架时，天线路测单元识别到车辆OBU，建立通信，将门架数据写入OBU特定文件中。当ETC车辆进入ETC入口后，车道软件获取特定数据，将经过的门架信息带入计费模块，精确计算通行费用。

2.2.3  数据传输功能

数据传输包括两方面内容：一是门架工控机往中转服务器发送通过车辆车牌数据；二是收费车道接收中转服务器发送过来的车辆车牌数据。

2.2.4  数据存储功能

收费车道接收模块在外部存储设备中保存3个月内收到的车辆通过信息。

3

车道实现方式

3.1  开放式路段

3.1.1  收费单元

南昌南外环、昌樟、昌九、九景、南昌北站等开放式高速公路路段入口实际部分路网如图2所示。开放式入口段实际路网模型如图3所示。在制作费率参数时转换为如图4所示的模型。

图2 开放式高速实际路网

图3 开放式高速实际路网模型

图4 开放式高速路网转换模型 

将各个开放式入口虚拟为封闭式入口站，将主线站前移到第一个开放式入口A作为匝道站，各个虚拟站及前移的主线站承载门架的计费单元组合为入口到封闭式高速路网的第一个分支点，主线站承载门架的计费单元为单元1+单元2，开放式入口B承载门架的计费单元为单元1+单元2+单元3，开放式入口C承载门架的计费单元为单元1+单元2+单元3+单元4。

因为只是单向入口上高速方向精准收费，所以路径参数中没有出口下高速方向的相邻关系及最短路径。

3.1.2  车道软件

车辆从开放式入口虚拟站行驶到高速路网的入口站时，软件新增车辆是否为开放式入口虚拟站驶入的业务流程。

3.1.2.1 入口ETC车辆通行

入口ETC车辆通行流程如图5所示。

图5 开放式高速入口ETC车辆通行流程

车辆经过开放式道路进入与其连接的主线站时，先读取ETC卡里的0019文件信息，如果读取到的上一个门架信息是与其相连的开放式虚拟站信息，且当前时间与读到的通行时间差值在1h内，则使用读到的门架编号作为当前门架，调用计费模块计费，计费完成后向OBU的EF04文件、ETC卡的0019文件写入开放式入口站的站编码，上一个门架也写入读到的门架信息；如果读到的入口时间为空或当前时间与读到的通行时间差值大于1h（暂定）或上一个门架入口站信息不是与本站连接的开放式入口虚拟站信息，则调用路径标识动态库。

如果路径标识动态库返回的门架、入口站信息是与本站连接的开放式入口虚拟站的信息，则代写动态库返回的入口站信息；如果路径标识动态库返回的门架、入口站信息不是与本站连接的开放式入口虚拟站的信息，则写入当前主线站入口站信息；车道软件在调用计费模块时传入的当前门架应该与写入的入口站相对应，无上一个门架，向OBU的EF04文件、ETC卡的0019文件写入的上一个门架信息也应该与写入的入口站承载门架对应。

写入的入口时间为进入入口开放式虚拟站的时间。

3.1.2.2 入口非ETC车辆通行

入口非ETC车辆通行流程如图6所示。调用路径标识动态库，若路径标识动态库返回的门架、入口站信息是与本站连接的开放式入口虚拟站的信息，则向CPC卡写入动态库返回的开放式虚拟站入口站信息；如果路径标识动态库返回的门架、入口站信息不是与本站连接的开放式入口虚拟站的信息，则写入当前主线站入口站信息；车道软件在调用计费模块时传入的当前门架应该与写入的入口站相对应，无上一个门架，向CPC卡里写入的上一个门架信息也应该与写入的入口站承载门架对应。

图6 开放式高速入口非ETC车辆通行流程

3.1.2.3 开放式收费站关系参数

新增开放式收费站关系参数，标记开放式道路的主线站以及对应的开放式道路虚拟入口站和其承载的门架信息关系。参数内容有：参数编码、参数值、启用时间、失效时间。

3.2  南昌北站至昌北机场站

3.2.1  收费单元

昌北站外接两段开放式入口道路，现要实现外接的两段开放式道路精准收费，同时对于从南昌北站入、昌北机场出的客一车型只收5元。机场区域实际道路示意如图7所示。门架A、门架B、门架C、门架D、门架X、门架Y均包含上下行或入出两个门架，开放式道路段玉平东大街入舍里甲出或舍里甲入玉平东大街出不收费，门架B所在单元根据路径拆分成不同的两个路段业主。将图7逻辑抽象成如图8所示的逻辑图。门架B不启用，在开放式道路段入出口1、入出口2建匝道门架，形成封闭式道路；门架F、门架G承载门架功能，门架F的收费单元为单元2、单元3，门架G的收费单元为单元1、单元2、单元3，承载门架X的收费单元为单元3；路径信息只有开放式道路到主线站入的，没有主线站到开放式道路方向的，实现了开放式道路段两者之间入出不收费。

图7 机场区域实际道路示意

图8 机场区域逻辑图

3.2.2  车道软件

3.2.2.1 入口ETC车辆通行

对于从昌北机场入、南昌北站出的ETC车辆，在南昌北站出口车道对客一车辆固定收取5元，对其他车型车辆调用计费模块按照实际车型计费。

对于从F、G两个匝道或直接进入南昌北站的车辆，经过南昌北站时，对驶入的车辆做特殊判断：先读取ETC卡里的相关文件信息，如果读取到上一个门架入口站信息是开放式入口F或G的信息，且当前时间与读到的通行时间差值在1h内，使用读到的门架编号作为当前门架，调用计费模块进行计费，计费完成后向OBU的相关文件、ETC卡的相关文件写入开放式入口站的站编码，上一个门架也写入读到的门架信息；如果读到的入口时间为空或当前时间与读到的通行时间差值大于1h（暂定）或上一个门架入口站信息不是开放式入口F、G的信息，则调用路径标识动态库获取开放式入口信息。

如果路径标识动态库返回的上一个门架入口站信息是开放式入口F或G的信息，车道需要代写开放式虚拟入口站信息；如果路径标识动态库返回的门架入口站信息不是开放式入口F、G的信息，则写入当前主线站入口站信息；车道软件在调用计费模块时传入的当前门架应该与写入的入口站相对应，无上一个门架，向OBU的相关文件、ETC卡的相关文件写入的上一个门架信息也应该与写入的入口站承载门架对应。

写入的入口时间为进入入口开放式虚拟站的时间。

当车辆在昌北机场站出时，若其入口站是F、G或南昌北站，对客一车辆施行特殊收费，对其他车型车辆按照实际车型计费。

3.2.2.2 入口非ETC车辆通行

对从昌北机场站入、南昌北站出的非ETC车辆，对客一车辆特殊计费，对其他车型车辆调用计费模块按照实际车型计费。

对于从F、G两个匝道或直接进入南昌北站的车辆，经过南昌北站时，对驶入的车辆做特殊判断：调用路径标识动态库，若路径标识动态库返回的门架入口站信息为F或G的信息，则向CPC卡代写F或G的开放式虚拟站入口站信息；如果路径标识动态库返回的门架入口站信息不是F或G的信息，则写入当前主线站入口站信息；车道软件在调用计费模块时传入的当前门架应该与写入的入口站相对应，无上一个门架，向CPC卡里写入的上一个门架信息也应该与写入的入口站承载门架对应。当车辆在昌北机场站出时，若其入口站是F、G或南昌北站，对客一车型车辆施行特殊收费，对其他车型车辆按照实际车型计费。

4

开放式虚拟站运行状态监控

4.1  服务器运行状态监控

车道软新增开放式虚拟站服务器运行状态监控，软件界面实时显示车道与服务器的连接状态，出现异常情况时显示红色字体，第一时间提醒收费站运维人员。

4.2  设备监控

开放式门架系统定时生成心跳检测流水，记录ETC天线、车牌识别设备、后台服务器、前段工控机等关键设备的状态。监测平台实时获取心跳流水，当设备出现异常情况时，发出告警并提示运维人员。

4.3  数据分析

后台数据分析服务每日分析开放式门架系统上传的识别数据、交易数据，得出开放式门架系统的车牌识别率、ETC交易成功率，每日推送数据，并根据分析结果对门架ETC天线及车牌识别设备进行硬件的调试和维护。

5

计费里程设置

根据南昌南外环、昌樟、昌九、九景高速收费批复文件和相关单位提供的计费里程核实材料，设置计费里程。其中昌樟高速长堎互通与前湖互通区间长约2.3km，因路况复杂且不具备精准收费条件，江西赣粤高速公路股份有限公司已来函明确对该区间暂不收费，但保留该区间合法收费权益，待条件成熟后另行实施。

6

时钟同步要求

开放式精准收费系统具备北斗校时或接收站级北斗授时参数功能。系统首先通过收费站北斗授时服务器进行校时，若校时失败，则尝试通过中心北斗授时服务器进行校时，校时时间间隔延长。

7

网络安全要求

开放式精准收费系统参照网络安全等级保护在安全通信网络、安全区域边界及安全计算环境等方面的三级安全保护要求，同时充分考虑外场设备的物联网属性，开展安全保护。

8

风险管理

受设备识别精度和单向精准收费方案等因素影响，开放式高速公路单向精准收费实施后，可能出现“行驶相同路径，通行费不一致”“往返通行费不一致”等投诉，收费公路经营管理单位应高度重视，加强宣传引导，提高服务水平，尽量将舆情消灭在萌芽状态。

ETC天线交易成功率、车牌识别成功率受环境、天线等因素影响，开放式高速公路单向精准收费实施后，可能出现CPC车辆入口未识别、ETC车辆入口识别的情况，导致最终同路径行驶的CPC车辆比ETC车辆计费低，容易引起用户投诉，收费公路经营管理单位应加强门架ETC天线、牌识设备的日常维护和监控，提高ETC交易成功率及车牌识别率。

（原文刊载于2024年第2期《中国交通信息化》）

责任编辑 | 崔雪薇