裴宇

摘 要：本文结合高速公路收费站系统现状，对高速公路收费站系统框架进行设计与层次的划分，提出了高速公路收费站系统设计方案，包括收费系统与ETC接口与通信设计、车辆识别与响应系统设计、申诉模块的构建设计、图像处理技术设计等，确保高速公路收费站系统设计的质量，促进高速公路收费站系统优化升级。

关键词：高速公路;收费站系统;设计

中图分类号：TP311.13;U495 文献标识码：A

0 引言

收费系统是高速公路机电体系的重要组成部分，现阶段高速公路承载的汽车数量不断增大，为了能够适应这一需求，建立智能化的高效收费管理系统已经得到广大学者的重视。而从当前技术发展情况来看，ETC支付已经在全国范围内得到推广，因此应该设计一套与之相对应的收费系统，进一步强化收费管理水平。

1 高速公路收费站系统现状

随着国家经济快速发展，行驶在高速公路上的车辆通行量日益增大，收费站车道环境的恶化，传统收费站逐渐呈现出一系列的不足。首先，传统的收费站空间狭小、工作环境不舒适。车道上汽车产生的尾气、扬尘、噪音和雾霾等环境直接影响到车道的空气质量，对收费员的健康造成一定影响。其次，传统收费站内部机电设备集成度低。传统计费方式需要在站内安装各种大小不一的机电设备，占用空间大，设备接线驳乱，稳定性差，给后期维护检修造成较大困难。最后，传统收费站功能结构简陋单一。一般只设有冷暖空调调节，对站内空气、噪音等无改善措施。如，某高速平钟段主线全长90 km，具体施工内容包括路基工程、桥梁工程、隧道工程等。隧道采用的是上下行分离的四车道结构，设计行车速度80 km/h，最大埋深达到260 m，设计纵坡为3.03%。新的发展环境下，其瓶颈效应也变得越发突出，在一定程度上阻碍了当地高速公路网络的发展，需要进行改扩建工作，而在这个过程中，必须高度重视高速公路机电工程的建设和完善。

2 高速公路收费站系统框架设计与层次划分

2.1 系统框架设计

在本次高速公路收费系统设计中，通过融合ETC无线射频技术以及智能化无感支付技术，形成一套组合式收费系统。与常规的ETC收费模式相比，本文所介绍的系统是在ETC通道的基础上增添信号传感器、无感支付以及图像识别等，再利用相应的智能算法，确保能够充分读取车辆信息，保证能够对车辆做出正确的识别，提高车辆通过效率，保证了驾驶人员的满意度。该系统的整体框架如图1所示。

按照图1介绍的系统流程图，当有车辆驶入ETC收费系统通信区域之后，经过微波传感器快速感知信号并激活射频镜头，此时系统也进入工作状态，在射频镜头下调取车辆的车牌号，并与车辆信息数据库的资料做对比，匹配成功后开始向射频卡发送代码并调取车辆信息，根据地区高速公路收费方案计算司机应缴纳数额，当系统成功扣款后车辆可以直接出高速;若无法自动扣款（或者扣款失败）则系统激活门禁系统。在整个系统流程中，通过智能化技术能够快速完成车辆信息的管理与储存，并将与银行、第三方交易平台之间实现对接，形成缴费账单。

2.2 层次划分

根据智能技术特征，在本次系统设计中系统整体结构可以分为以下几方面：（1）终端展示层。该功能层能够为ETC缴费系统管理提供人机交互界面，能够根据用户的不同层次划分使用权，具体为收费站层、稽查部门层、公司领导层等，每个职能层所对应的系统权责不同。在设计中注意保证工作人员操作便捷性，尽可能的降低使用难度。（2）应用业务层是系统的功能层，是系统建设核心，要求系统在收费系统中能够对所有车辆的缴费业务进行信息识别，并根据后台运算结果生成查询信息并进行展示。（3）储存层。在储存层需要储存车辆ETC缴费的信息，如车辆进出信息、视频信息等。

3 高速公路收费站系统设计方案

3.1 收费系统与ETC接口与通信设计

在收费系统设计中使用了复合系统模式，在设计中通过智能化软件来融合无感支付以及ETC技术，这种设计方法能够充分适用于车辆的不同收费场景来控制收费过程，所以在硬件设备运用中需要通过天线控制器、称重显示器、车辆检测系统、信号指示灯。在该系统设计中，ETC与无感支付系统的结合采用了I/O接口以及串行结构模式，具体包括：（1）在I/O接口被应用在系统主控中心的逻辑控制上，在相关功能模块的支持下能够能快速的实现车辆信息检测，实现系统报警以及分量信息分离等，判断车辆是否可以正常通行等。（2）串行接口设计中选择异步通信接口模式，并连接称重显示器、计费显示器等。期间为强化通信质量，在系统设计中选择RS485总线连接方法，在收费系统中融合主控技术与计算机科学、数据库技术等是整个系统的“大腦”。并且在该系统中，对车辆的信息检测成为核心内容，因此在本次系统设计环节选择具有高灵敏度的车辆检测器，该装置能够与系统中的ETC模块、RS485总线等兼容。

3.2 车辆识别与响应系统设计

在本次高速公路收费系统设计中，为彰显智能化技术优势，本文构建了完整的车辆识别与响应系统，该系统的主要组成部分包括：（1）无感支付摄像机。该装置可以快速提取测量的信息并与字符叠加器连接，能够实现原始图像处理以及图像降噪等，并且当系统采集其中的关键数据之后能够将视频等加入特定的叠加字符并上传到信息系统中。（2）通信模块。通信模块性能模块的出现会进一步改变系统的通信模式，该模块采用了RUS天线加天线控制器的模式，其中天线控制器能够调整天线的开关情况，接收器在识别系统的请求之后能够将对应的通信协议与通信信号等转变为数据帧，并将其反馈给收费站。RUS天线能够将天线控制器中的信号进行放大调制后，再辐射至周边的互联网基站上。（3）收费站管理系统与银行、微信、支付宝等建立联系，可以直接完成自动缴费。（4）GSMR的网络设计。考虑到高速公路收费站的可能出现车流量复杂的问题，所以在该网络上可以构建MSC节点，满足大量车辆通行的要求。

3.3 申诉模块的构建设计

在智能ETC收费系统中，可能会因为系统故障等问题造成系统收费异常，用户在了解异常收费情况之后可以针对此项收费提出异议。针对这种特殊情况，在本次系统设计中建立申诉模块。

关于ETC收费申诉任务是以列表的形式进行的，内容包括任务名称、序号、时间、操作信息等;根据不同的申诉任务可以在申诉列表中显示不同的内容，主要内容包括：（1）用户通过第三方软件等了解收费异常之后，可以直接在软件中选择“联系客服”，并进入到申诉过程。（2）系统自动为员工分配用户的申诉任务，任务进入到申诉列表中，工作人员开始认真识别用户的申诉信息，并提交申诉决定。若人工审核认为用户的申诉不合理，则可以将相关视频、图片资料一起反馈给用户;若人工审核认为用户的申诉是合理的，则可以将异常收费部分直接退还给支付账户，避免用户的权益受到侵害。（3）在人工申诉结束后，系统开始第二次随机分配本次深度任务，判断人工申诉的反馈结果是否合理，并申诉结果记录到系统中，方便公司查询。

3.4 图像处理技术设计

在智能ETC收费系统中，系统对图像的处理能力已经成为决定系统收费合理性的重要因素，所以在系统设计中还需要引入强大的图像处理技术，确保系统能够精准无误的读取车辆信息。为实现这一目标，在本次设计中通过图像压缩以及编码、小波变换的方法，进一步缩短识别图像的时间，并利用小波函数来提高图像信号的分辨率，在图像处理中通过对图像信号做正交以及压缩分解后，能够获得更高质量的图像信号，其中的处理过程主要可以分为两个步骤：（1）在将分解的图像做量化系数变化与分解之后，能够获得具有更高像素压缩比的图像（或视频）。（2）根据人眼视觉机制调整图像分辨率，此时小波系数之间保持着相互独立的关系，图像的关键信息主要集中在低频分量中，且随着小波分解层数的不断提升，则图像的清晰度越高，但是在实践过程中要兼顾分解处理以及图像压缩的时长问题。

4 结语

在智能交通背景下，传统的交通高速公路收费系统已经发生明显变化，本文所设计的基于智能交通的ETC高速公路收费系统具有技术可行性，具有更强的收费管理能力，其技术成熟，充分利用智能化等技术的优势，符合未来高速公路管理系统的发展要求，具有推广价值。

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