高速公路自由流收费是一种应用电子收费技术自动完成对多条车道上自由行驶车辆收费的方式，其不设收费站，不需要车辆减速或停车，能够提高交通效率和收费效率、缓解拥堵、减少碳排放、降低运营成本、提升用户体验，还可以采用预付费或后付费等方式。推广高速公路自由流收费系统是一项具有远见和战略意义的举措。

       一、准自由流收费技术应用现状

       准自由流收费过程由ETC车辆匝道自由流收费、收费站出口车道验证两个步骤实现。在收费站的匝道位置采用龙门架的方式部署ETC设备，提前对经过匝道的ETC车辆进行收费。

       而在收费广场上的ETC和MTC(人工半自动收费)车道，则通过核对交易车辆名单，并在第一次交易未成功时进行补充的二次冗余交易，实现高效的车辆收费。

       该模式在无法增扩建ETC车道的情况下，不仅能够提高广场ETC车道的通行能力，还能大大缩短MTC处理ETC用户的时间，从而从整体上提高收费广场的通行效率。但就目前而言，准自由流收费系统仍存在以下问题。

        取消高速公路省界收费站后，我国ETC用户数量不断增长，虽然ETC专用车道也有所增加，但车流量大时仍然会出现拥堵现象，同时混合车道相对减少，也使该类车道通行压力增大。

        混合车道需要处置无卡、坏卡、兜底计费车型不一致等导致无法计费的特情，同时对车型车牌的识别准确率的要求进一步提高，导致通行时间延长以及通行效率和收费员工作效率的下降。

        全国高速公路“一张网”运行后，办理了ETC的车辆在行驶过程中即可完成计费、扣费，单车交费金额高，部分车主受利益驱动采取种种手段逃避缴费义务，且逃费方式呈多样化、隐蔽化、信息化趋势，稽核工作难度增大。

       二、电子识别新技术

       机动车电子标识

       机动车电子标识俗称电子车牌，可视作车辆的“电子身份证”是超高频射频识别(RFTD)技术在车辆管理中的应用。其具有稳定性好、灵敏度高精度高等技术优势，具备在交通运输行业推广使用的基础条件。本文主要分析其在高速公路自由流收费系统中的应用。

       移动通信终端近场身份识别技术

        移动通信终端近场身份识别技术的原理是在特定的区域部署基于该技术开发的身份识别设备，通过对射频信号的约束，结合移动通信终端与身份识别设备的信令交互，当移动通信终端进入身份识别设备覆盖的区域后，设备可以准确提取该终端所对应的国际移动用户识别码(IMSI)、业务 ID(身份标识号)、时间信息、位置信息等。

       车载终端的 IMSI和车牌号码一般具有准确的对应关系，通过业务注册和用户主动授权，可以确定唯一的对应关系。

       三、电子识别新技术收费系统原型

       利用机动车电子识别、视频识别和云支付等新技术，研究构建基于云架构的交通行业电子支付运营平台原型。并将支付宝、微信、银联等多种支付渠道的支付逻辑加以整合，实现与多元支付融合平台对接。

       总体设计

       1、通过电子识别新技术的应用，强化人、车路的信息自由交互和协同管理，为高速道路的运维管理、服务等提供数据支撑。

       同时，机动车电子标识和移动近场通信用于高速公路通行费收取技术的补充和收费验证，除精准度有很大的提升外，对行驶的车辆也没有限制，还可以利用高速公路原有的门架等设施，辅助ETC系统实现精准路径识别和分段计费，降低收费稽查和追缴的难度。

       2、通过机动车电子标识、移动近场通信和基于云平台的移动支付，实现自由流收费。同时，机动车电子标识基于车道级的车辆识别和数据采集，为将来实现区域收费和车道收费等预留了空间。收费系统总体架构如图1所示。

       系统功能

       收费原型系统主要由路段中心系统、收费站子系统、车道子系统及支付清算云平台等部分组成，其功能架构如图2所示。

       1、路段中心系统

       路段中心系统在现有业务系统及功能基础上结合后台收费管理平台，具备交易查询、报表统计稽查、设施监测、数据传输等多项功能，以提升管理效率和数据安全性。

       2、收费站子系统

       按照收费管理要求，在现有收费站功能基础上，收费站业务系统还应具备站级通行费查询、收费参数管理、计费、收费稽核、数据存储转发、关键设施运行监测、北斗校时和授时等功能。

       因此现有收费站业务系统需进行相应的调整，具体如下，①调整收费数据检索，兼容车道产生的机动车电子标识信息、交易信息数据等；②调整统计分析报表,兼容调整后车道的数据以满足实体站在数据统计方面产生的新需求；③调整服务器部署的数据报送服务，用于转发与统计上报收费管理需要的数据；④调整车道收费监视功能，监视车道硬件、软件、参数版本以及服务器报送服务状态等信息；⑤升级路径查询，支持机动车电子标识过车流水路径查询；⑥调整费率计算方法，处理计算边缘终端的通行费率；⑦调整站级其他系统，例如电子值机系统、智能稽查系统、远程授权系统、绿色通道系统等，以支持车辆以自由流方式通行。

       3、收费车道

       车道在具备正常交易功能的基础上，还需完成以下改造：①适配机动车电子标识交互处理流程；②调整现有分段计费系统，完成后期路径还原计费服务的调用,完成计费并且实现流水数据的单独存放和上传；③增加分段计费校验功能。

       4、门架系统

       门架系统即神经元边缘终端系统，用于链接射频路侧单元，通过路侧单元读取道路上行驶车辆的信息，将车辆信息、分段计费信息、路径点位信息等发送到指定的后收费管理系统，同时将前序门架传导的路径信息进行合并处理，生成车辆最新行驶路径，传递给可能到达的后序门架或者出口车道，并根据分段计费规则生成相应的通行费信息。为了保障数据的完整性，门架系统数据也会同步至后台收费管理系统。

       四、电子识别新技术在收费中的应用

       特情处理和稽查

       对具有开放特征的自由流收费系统而言，为避免个人或企业利用非法手段作弊逃费，或者其他因素导致的车辆路径缺失，影响正常的收费秩序，应建立跨部门数据共享机制，构建里程使用费收费稽查系统。

       门架系统可以对通过的车辆进行实时智能监测，及时发现故意逃费行为,如大车小标或屏蔽收费终端等，并可大规模分析收费数据，找到逃费证据链，使偷逃费行为得到应有的惩罚。

       为保存车辆经过任意人/出口和门架时的数据，参照目前在用的ETC系统中存放在用户ETC卡中的数据格式，重复写一份存放在车辆所经过的人/出口或门架本地的服务器上。

       当ETC系统出现特情时，稽查系统将根据车辆经过的所有门架及出人口信息，还原真实情况，并使相应节点的图像信息形成证据链，进行事后稽查和追缴。

       1、路侧稽查系统

       在路侧架设路侧单元、车牌图像识别设备，检查经过稽查点的车辆是否存在车牌不符、大车小标、假冒减免费车辆等情形，并记录车辆信息，抓拍获得图像等证据，上传至后台，供稽查系统进行核对。

       门架边缘侧配置有高效的边缘稽核引擎，具备AI(人工智能)图片压缩、AI图片增强分析、分级存储及运行监测等功能。同时，边缘侧还实现了门架写车道的流量卸载、运行状态监测和边缘稽核基础数据的智能感知、智能取证等关键功能。

       2、大数据稽查系统

       大数据稽查系统获取到车辆特征数据后再结合收费信息进行分析，识别各类偷逃费行为，建立起多样的偷逃费业务模型。

       大数据平台具有对多种来源数据进行存储、计算等的能力，并提供实时、离线及交互查询，支撑以图搜图、路径追踪还原，可实现对跟车闯站、大车小标、假冒优惠车辆、服务区卸换货等情形的稽查。

       3、套牌车辆监管

       通过比较同一位置稽查门架抓拍相机采集到的车辆过车时间和天线采集到的车辆过车时间，判断两者捕捉到的是否为同一目标车辆。再比较各自采集到的车牌信息，查找所用车牌信息与注册车牌信息不匹配的车辆。

       车辆所贴机动车电子标识中记录的车辆信息包括车牌号、车型、车身颜色等，如果某车辆套牌或使用了假牌照，则其通过基站时被识别到的机动车电子标识号与相机抓拍到的车牌号不同。

        4、信用管理系统

       应建立综合性的收费信用体系，对车辆、个人和企业实体进行评价。并且要拓宽信用信息的来源渠道，不应局限于高速公路收费系统，还可以合理采集社会其他领域的信用信息。要利用各种现代化的信息采集手段和大数据分析技术，通过评估不诚信行为，建立失信记录，并与社会信用体系共享信息，形成联动。

       车辆基础信息采集。通过江苏省交通运输数据资源系统，抽取公安交管部门掌握的车辆基础信息，包括车辆类型、颜色、号牌种类、牌号、所有人、检验有效期，车主身份证号码、机动车状态等。

       逃费、黑名单车辆信息采集。利用江苏省高速公路视频监控系统的前端视频和收费站点的车辆图片信息，运用大数据分析手段，提取出疑似逃费车辆和黑名单车辆的牌号、行驶轨迹、进出高速站点图片等证据信息。

       通过现场稽查的方式对疑似逃费车辆信息进行采集和完善，建立逃费、黑名单车辆的数据库。除人工完善车辆的基础信息外，还可通过系统自动归集该车辆的历史逃费信息。

       车辆信用评价信息库的建立。通过开展高速公路车辆通行大数据的挖掘分析,运用信用评级模型，实时评估各车辆的行驶情况、费用支付情况等，建立车辆信用等级档案。整合省级车辆信用档案，形成动态更新的全省车辆信用信息库，实施差异化管理，对信用低的车辆重点稽查，为信用高的车辆提供专享服务。

       后付费

       自由流收费模式下网格化、无卡化和智能化将是高速公路收费技术发展的趋势，高速公路收费将由预付费过渡到后付费，最终实现开放式自由流收费。

       采用后付费模式，已办理相关业务的车辆通过收费站时无须停车。这种方式可以降低运营成本提高通行效率，实现路段运营企业和车主双赢。收费的简要流程如下：识别并记录车辆的身份特征信息、高速路段的入/出口和路径等，形成车辆在高速路段的完整通行缴费基础信息，据此计算通行费并向用户收取。

       后付费模式要求车主使用智能手机安装特定 App并注册成为用户，完成用户与车辆特征信息和在线账户的绑定,打通支付通行费的渠道，注册用户以预定-人口车辆识别一路径车辆识别-出口车辆识别-付费的流程完成一次高速公路的出行。注册用户在高速公路人口和出口完成相应的特征识别后，系统自动对用户绑定的在线账户进行扣款完成收费。后付费模式系统框架如图3所示。

       五、收费运营管理及支撑体系

       收费运营管理及支撑平台由多个独立系统组成，相互之间通过数据这一纽带进行连接，消除系统的“信息孤岛”收费运营管理及支撑体系总体架构如图4所示。

       1、收费运营管理系统

       由于收费系统整体经过了重新构建，因此将收费运营管理系统和车道收费系统进行整合重构，同时针对后期自由流收费系统将采用虚拟化技术建立多个虚拟车道，具体改造或升级涉及以下内容：数据统计分析、数据检索、数据核对、设备运营检测、特情处理、智能稽核、电子值机、收费参数管理。

       2、门架分析和支撑系统

       对门架的过车流水数据以及门架摄像机、车型识别系统等获得的视频数据进行深度挖掘分析，实现智能化交通信息感知，为高速公路的精细化管理和高速公路企业的运营管理以及发展提供有效的技术基础和数据支撑。

       通过联网中心提供的“数据回家”接口，采集实时车辆通行数据，对主线门架系统和出口匝道门架系统的交易关键指标(如交易量、交易额、交易成功率等)进行实时计算分析，实现通行费预估和统计，交通流量调查和分析、精细化收费稽核、超限车辆预警、车辆行为分析等。

       3、数据融合系统

       依托江苏省高速公路稽查平台,部署数据融合系统，将收费系统产生的基础数据、业务数据、主题分析数据集中存储在数据融合服务器中，通过数据聚合平台实现内外部数据交换共享。同时为满足《高速公路联网监控系统技术标准》(DB32/T2620-2014)对收费站监控业务的实时运行要求直接采集门架数据或实时视频数据，实现实时监控、实时预警、实时调度。

       对外而言，构建内部业务数据与外部数据的连接通道,实现标准的数据交换、集中和应用，提供数据推送、数据订阅、数据查询、数据直接交换、数据汇聚、数据融合的机制及接口。对内而言，搭建数据服务总线，将数据以服务形式提供给各应用系统和平台，使杂乱无章的数据变得工整、有序，为各大应用平台提供有效的数据支持。同时进行全局性数据分析，提供数据深度挖掘服务，助力高速公路企业对道路运营情况的全局性掌控。

       4、全数字感知可视化系统

       全数字感知可视化系统将路侧感知数据进行综合，结合车辆速度、位置、时空关系等要素，借助高精度三维地图展现高速公路交通状况，为精细化决策、交通趋势分析、仿真推演等提供可靠的技术支持。

       以现场管控需求为导向，采用门架数据、视频结构化与跟踪技术，借鉴传统GIS(地理信息系统)地图的经验，将城市地理信息、收费业务管理平台融合到数字模型中，实现高速公路交通态势的全息感知与预警联动。同时，把电子地图的信息标注能力与三维高精度地图结合，形成动态模型。

       5、设备仿真系统

       收费终端需要多种硬件设备联动，在实际情况下，即使搭建了实验室模拟环境，也无法做到与真实的各种设备联调。设备的不同配置会影响整体系统的性能和可靠性，因此需要采用仿真的方法对系统性能进行评估，分析各种参数对系统性能的影响以优化参数选择和设施的配置。

       六、总结

       自由流收费的推广应用需要交通行业各部门之间进行信息共享和协同，解决技术融合难题，建立权责明晰的稽核体系，构建数字化、可视化的收费管理平台，在考量效率、效益、公平的基础上，采取循序渐进的实施策略，通过技术创新、管理创新制度创新推动收费模式变革，最终实现交通智能化和社会科学化管理。