高速公路收费辅助设备在取消省界站后的应用

赵永生

(八达岭高速公路管理分公司， 北京 100192)

0 引言

高速公路收费站拥堵一直是我们长期面临的其中一个重要问题，拥堵是由车、路、环境、设备等[1]各因素中某个或多个因素影响造成的. 从高速公路经营管理者的角度看，提高收费站设备及人工效率，提升收费速度是缓解拥堵的一项重要措施. 取消省界收费站这一重大举措彻底消除了省界收费站排队交费造成的拥堵问题，但主线及匝道收费站的拥堵状况只增不减.

ETC不停车收费系统的推广使得收费站通行效率有了极大的提升，但是交易失败后转人工处置的数量也随之增长，由此也引发了车道拥堵. 为了缩短人工处置时效，解决设备原因影响车辆正常通行的问题，通过完善便携式手持设备功能、增加补充交易设备两项措施，填补了联网收费系统不足，为客户快捷通行提供了有力保障.

1 取消省界站前后收费模式的变化

1.1 前序最短路径计费方式探讨

取消省界收费站前，全国高速公路主要采用的收费制式包括封闭式和开放式两种，各省根据实际的技术应用情况采取按车型(或计重)、行驶路径和里程进行收费.

北京市高速公路主要采用封闭式收费模式，例如京哈高速、京港澳高速、京藏高速、京新高速、六环路等18条高速公路. 车辆在出口收费站按车型及入出口收费站之间可达的最短路径交费通行[2].

收费方式主要分为人工半自动收费(MTC)和电子不停车收费(ETC)2种，对应的通行介质可分为ETC通行介质和MTC通行介质. 其中ETC通行介质(简称为ETC标签)是由车载单元(OBU)和ETC用户卡2部分组成[3]；MTC通行介质各省呈现了多样化的态势，主要有IC卡、一次性纸质通行券、复合通行卡这几类. 北京市高速公路普遍采用一次性纸质通行券(也称为二维条码卡).

1.2 现状精准计费方式分析

2020年1月1日高速公路省界收费站正式取消，新旧系统顺利完成切换，真正意义上实现了全国联网，有效缓解了省界收费站排队交费的拥堵现象，提高省界处车辆的通行效率.

全力推广ETC通行方式，同时将MTC车辆通行介质统一为5.8 GHz复合通行卡[4-5](简称CPC卡). 通过在收费站与收费站、收费站与互通立交、互通立交与互通立交之间设置ETC计费门架，实现路网内通行车辆的分段、精准计费，并通过不断地进行系统完善，实现了“1次行程，1个账单、1次扣费、1次告知”的目标.

2 收费特情的分类及变化

随着机动车保有量的增长，高速公路的车流量也大幅度增加，但受政策、地理、经济等因素的影响，沿线收费站车道数量设置有限，遇车辆通行高峰期时，收费站经常产生排队拥堵的情况. 当车道发生收费特情时，车辆通行受阻，需要人工介入完成收费后放行车辆，使得拥堵进一步加剧.

收费特情是指车辆驶入收费车道后无法正常完成交易而滞留的情况，包括：人工车辆误入ETC专用车道、ETC车辆标签有效性验证不通过、余额不足、标签拆卸、黑名单车辆、无入口信息、计费金额异常等.

根据实际的工作经验，高速公路收费站入出口收费站特情的主要原因大致可分为3类： 人、车、设备.

“人”是指车辆驾驶人员的有意或无意的行为造成车辆无法顺利驶入或驶出高速，包括：人工误入ETC车道、标签无卡(未插卡)、OBU或CPC卡屏蔽等致使车辆交易失败无法正常通行的情况.

“车”是指车辆自身原因(包含车载OBU设备异常)造成的交易失败，包括车辆行驶速度过快、标签拆卸、低电量、OBU过期、余额不足/透支、黑名单、计费金额异常等造成的交易失败.

“设备”指的是收费车道、ETC门架等联网收费设备本身原因造成的车辆交易失败，包括ETC天线未检测到车辆标签、交易超时、以及设备故障等因素.

取消省界收费站前，车辆计费逻辑及收费方式均较为简单，通行途中不存在路径标记及计费的功能，因此收费特情产生原因中不包含屏蔽收费设备、计费异常此类特情. 取消省界站后，通行介质变化为ETC标签、CPC卡此类具备读写功能的设备，车辆行驶途中通过ETC计费门架时会与车辆持有的通行介质进行交互，写入路径的信息及计费金额，因此当车辆携带的通行介质被屏蔽或者ETC门架逻辑错误产生误标记等情况时，驶离高速时会出现计费金额异常类特情.

3 收费特情的处置方式的变化

取消省界收费站前，由于现场收费人员数量配置有限，通常采取“1人值守多车道”的方式，收费人员需要穿越车道进行特情处置，当多车道同时出现特情时，处置效率明显下降.

为了解决此类问题，北京市部分路段ETC车道安装了人工自助刷卡设备. 当ETC车辆交易失败未能正常通过时，司机可自行取下车内的ETC卡进行二次交易. 人工自助刷卡设备仅可解决车道ETC天线未检测到OBU、标签无卡、标签低电量、交易超时、ETC单卡等特情.

当现场出现非ETC车辆误入、余额不足/透支、黑名单等原因造成车辆无法使用ETC方式通行的特情时，无法通过人工自助设备完成交易，只能采取人工处理的方式解决，由现场收费员引导司机转至人工车道处理后放行[6].

取消省界收费站后，由于车辆标签、ETC门架误标记、系统逻辑问题等原因产生的收费特情，传统的ETC自助刷卡设备已经不能使用，且在全国联网环境下，系统只生成最小费额的路径信息，出口的扣费完全依赖于ETC门架标记及后台系统的路径拟合，收费现场无法通过人工通过查询纸质费率表完成收费，只能借助系统完成，特情处置的难度大大提高，处置效率无法保证，且容易使司机产生不满的情绪.

4 便携式手持收费机及补充交易天线的应用

新的系统逻辑下，只有当车道设备检测到车辆同时具备ETC标签和ETC卡，且标签与卡片绑定正常的情况下才能继续完成交易，当ETC车辆交易失败后，由于车辆已经超过了车道ETC天线的交易区域(图1)，造成无法二次验证车辆的标签是否正常，因此原有的ETC人工自助刷卡机已无法使用. 为了解决ETC车辆交易失败后的车辆通行问题，增加了便携式手持收费机、后置补扫天线(配备人工自助按钮).

图1 ETC车道通行示意图

4.1 便携式手持收费机

ETC车辆驶入专用车道时，系统必须对ETC标签的有效性(包括：OBU 有效期和拆卸状态、ETC卡有效期、OBU和ETC卡车牌号码一致性、状态名单信息等)进行验证，验证通过后才允许进行ETC交易.

从图1可看出，当车辆驶入ETC专用车道时，进入ETC天线交易区域，天线检测到车辆安装有ETC标签设备，开始进行有效性验证，验证通过后，继续进行交易(单次交易时间≤270 ms)，交易成功后，车道栏杆抬起，车辆可快速驶离收费车道；如果交易失败，车辆继续行驶进入车道范围内，此时车辆已经驶过了天线的交易区域，无法进行二次交易，只能转人工处理. 收费员疏导车辆倒车，重新返回天线交易区域，或者由收费员发放CPC卡放行. 但是车辆在车道内倒车存在很大的安全风险，当车道存在多辆待通行车辆时，倒车的方式基本不可行. 如果发放CPC卡的话车辆便无法享受ETC的优惠的政策(95折优惠)，容易引发客户矛盾，严重影响收费站的通行秩序.

为了解决上述问题，根据结合收费车道系统的功能，引入了便携式手持机(如图2、3)，由收费员使用便携式手持机对车辆标签重新扫描，验证有效性判断车辆是否可使用ETC方式通过，提高了收费特情的处置效率，可有效地保证收费车道的通行秩序.

图2 便携式手持机

便携式手持机使用单独的开发收费软件，通过手持机通讯模块对ETC卡进行读写操作，也可使用手持机对CPC卡进行读写操作. 主要功能如下：

便携式手持机通过连接内部专用无线局域网接入联网收费系统，经过设备安全授权认证后，收费人员通过个人专用账号登录系统，当安全授权成功后，也可实现离线状态下的应急使用，网络恢复后可自动上传暂存的交易数据. 同时便携机本身体积小、功耗低，因此适用于多种场景[7-8]：①收费车道的ETC车辆的应急收费；②高峰时段的电子复式收费；③临时收费站点；④收费广场停电时的应急(ETC及CPC卡)收费；

图3 便携式手持机功能键图示

图4 手持机收费系统功能

4.2 补充交易天线

便携式手持机解决了ETC车辆交易失败后车辆已离开天线交易区域，无法进行再次的交易问题. 但是仍然需要收费人员携带设备来回穿行车道，处理效率不高，存在一定的安全隐患.

由于收费人员数量有限，为了节约成本，通常会采取1名收费人员管多条ETC车道的管理方式，当多条ETC车道同时出现交易失败车辆滞留的情况时，收费人员跨越车道使用便携式手持收费机处理特情的效率大大降低，且存在很大的安全风险，处理时间过长，也容易造成司机的不满.

为了进一步提高收费特情的处置效率，弥补便携式手持机处理效率低下的问题，降低收费员跨车道处理收费特情的安全风险，在原来的车道布局的基础上，增加后置补充交易天线，并在收费岗亭窗口侧增加人工自助按钮(见图5).

图5 调整后车道通行示意图

当车辆驶入ETC天线1交易区域时，若交易成功，车辆可正常通行，此时ETC天线2处于关闭状态不工作；若ETC天线1未能与通行车辆完成正常交易造成车辆被拦截，费额显示器1会提示“车辆交易失败”，车辆继续行驶至岗亭位置，费额显示器2会提示“车辆交易失败，请按键重试”，司机按下岗亭侧方的人工自助按钮，ETC天线2打开，与车载OBU设备再次进行交易，交易成功后，ETC天线2自动关闭，然后车道栏杆抬起，车辆便可正常通过.

4.3 两种辅助设备的特点及关系

便携式手持收费机的主要特点是便于携带，不受物理车道的限制，设备在专用WIFI网络覆盖范围内可灵活地处理任意车道的特殊情况，且支持ETC、CPC两种交易类型. 但也存在缺点，受WIFI信息范围的影响，当脱离信号范围时，会造成交易数据上传不及时，影响后续的入口反查、在线计费以及收费员下班结账等工作.

补充交易设备只能针对驶入车道的ETC车辆特情进行处置，起主要优点是司机可自助操作，实现了车道无人状态下的特情快速处置，可有效降低人工处置的工作量，降低人工成本. 但是当车辆超过天线交易范围或者车辆停靠位置不当时，无法实现人员自主操作，仍需收费员人工干预.

两种收费辅助设施相辅相成，互为补充，补充交易天线降低了收费员携带手持机穿越车道处理特情的频次，手持机也可在补充天线二次交易失败后再次进行尝试，以保证ETC客户能享受到优惠的通行政策.

5 实施效果分析与讨论

作为高速公路运营企业，主要的工作职责就是保证车辆快捷、安全通行收费站的同时实现应收尽收. 在设备系统成为收费运营工作主导的形势下，便携式手持收费机、补充交易天线的应用，对收费现场运营管理工作起到了较大的促进作用，收费站的通行效率提升效果显著.

1)便携式手持收费机、补充交易天线的应用，增加收费特情处置的手段，使收费特情处置的效率得到了提升. 当发生车道系统故障、因停电等原因造成设备无法正常工作时，便携式手持设备可作为收费车道系统的应急补充，实现收费车道的正常通行.

2)有效降低了工作风险，通过收费员使用便携设备与司机自主参与相结合的模式，减少了司机等待人工帮助的事件，进一步提高了收费特情的处置效率，提高了车辆的通行效率.

3)部分高速公路主线收费站的ETC平均交易占比已达到70%，车道的正常交易通过率约为99%，通常一般收费特情处置的时间约为2 min，通过使用便携式手持机或补充交易天线完成特情处置的时间大幅缩短(见表1)，效率得到了明显的提升，车道通行速度显著提高.

表1 几类收费特情处置耗时对比 s

6 结论

在全国联网的大趋势下，联网收费系统朝着智能化、数字化的方向不断前进，高速公路收费工作对于设备、系统的依赖性越来越来强，不断完善收费系统功能，提高收费特情处置效率是高速公路运管理者长期面临的难点问题，也是实现车辆快速通行的关键环节.