楊龍平，何增鎮(zhèn)，李寧萬

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

2019年9月中共中央國務(wù)院印發(fā)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》，提到了要大力發(fā)展智慧交通，推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級計(jì)算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合。2020年8月交通運(yùn)輸部印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》，提出了要打造智慧公路的概念[1]。2021年2月中共中央國務(wù)院印發(fā)《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，提到要提升智慧交通發(fā)展水平，加快提升交通運(yùn)輸科技創(chuàng)新能力，推進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化[2]?；谠贫说母咚俟窡o感支付(車牌付)屬于智慧高速公路發(fā)展方向的一部分，推動(dòng)其實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，將會(huì)加快智慧交通的建設(shè)步伐，有利于交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)構(gòu)思

1.1 智慧高速公路云端DT架構(gòu)

以大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等領(lǐng)域的技術(shù)為基礎(chǔ)，基于云端的智慧高速公路管理平臺(tái)，其基本技術(shù)架構(gòu)為云端(中心)-數(shù)據(jù)網(wǎng)(光纖+無線)-路側(cè)(邊緣云或智能站)-載運(yùn)工具的架構(gòu)，即云-網(wǎng)-邊-端一體的DT架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 高速公路云端DT架構(gòu)圖

利用基于云端的高速公路無感支付技術(shù)，通過在出入口ETC/MTC混合收費(fèi)車道安裝高清車牌識別系統(tǒng)并連接支付平臺(tái)，建立無感支付系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)收費(fèi)車道在線收費(fèi)。

1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)思路

針對ETC/MTC混合收費(fèi)出入口車道，以廣西高速公路路網(wǎng)目前使用的ETC/MTC混合收費(fèi)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，提出了高速公路無感支付收費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路。目前可采取兩種方式實(shí)現(xiàn)無感通行(車牌付)：(1)車輛領(lǐng)卡駛?cè)敫咚俟?，車道將車輛信息推送到云端的移動(dòng)支付平臺(tái)，如果該車輛為已經(jīng)注冊綁定的無感通行用戶，當(dāng)車輛駛離高速公路出口，司機(jī)交通行卡時(shí)車道會(huì)直接依據(jù)車輛入口及路徑信息，計(jì)算出本次應(yīng)繳納的通行費(fèi)金額，計(jì)算結(jié)果提交給移動(dòng)支付平臺(tái)并快速完成其綁定賬戶的自動(dòng)扣費(fèi)操作，當(dāng)扣款成功后車道抬桿放行。(2)車輛不領(lǐng)卡駛?cè)敫咚俟啡肟谲嚨?，直接由收費(fèi)車道的高清車牌識別器識別車牌信息，車道根據(jù)車牌信息并到云端進(jìn)行查詢，若發(fā)現(xiàn)該車輛為無感通行用戶，車道直接抬桿放行，并把車輛入口信息發(fā)至云端。當(dāng)無感通行車輛駛?cè)敫咚俟烦隹谲嚨罆r(shí)，車道會(huì)根據(jù)車道內(nèi)高清車牌識別器自動(dòng)識別的車牌，根據(jù)車牌信息由云端執(zhí)行扣費(fèi)處理操作，當(dāng)扣費(fèi)成功后則抬桿放行，若扣費(fèi)失敗則車輛進(jìn)行現(xiàn)金或掃碼交費(fèi)通行。

實(shí)現(xiàn)基于云端的高速公路無感支付(車牌付)需要執(zhí)行以下操作：(1)車主在云端根據(jù)車牌信息注冊為無感支付用戶，開通無感支付功能(支持在個(gè)人終端手動(dòng)關(guān)閉或啟用該功能)；(2)車主在第三方支付平臺(tái)注冊車輛信息及綁定支付賬戶(如信用卡、儲(chǔ)蓄卡等)；(3)無感支付收費(fèi)出入口車道安裝高清車牌識別系統(tǒng)，收費(fèi)系統(tǒng)接入支付平臺(tái)。

2 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

2.1 無感用戶領(lǐng)卡方式出入高速公路流程

(1)無感用戶領(lǐng)卡方式駛?cè)敫咚俟妨鞒蹋很囕v駛?cè)敫咚俟啡肟跁r(shí)，收費(fèi)車道將其入口信息寫入通行卡，司機(jī)領(lǐng)取通行卡后，車道起桿放行車輛，車輛離開后欄桿落下。在這一過程中車道異步處理是否為無感注冊車輛，車道自動(dòng)發(fā)送車輛入口信息到云端，由云端智能判別是否為無感注冊車輛。其流程如圖2所示。

圖2 無感用戶領(lǐng)卡方式駛?cè)敫咚俟妨鞒虉D

(2)無感用戶領(lǐng)卡方式駛出高速公路流程：領(lǐng)卡車輛駛?cè)敫咚俟烦隹谲嚨?，上交通行卡給收費(fèi)員，收費(fèi)系統(tǒng)通過車牌識別標(biāo)識點(diǎn)信息查詢服務(wù)接口，查詢車輛注冊信息。若注冊車輛不是無感支付用戶則按現(xiàn)有收費(fèi)流程進(jìn)行收費(fèi)；若注冊車輛是無感支付用戶，系統(tǒng)繼續(xù)判斷該用戶是否關(guān)閉了無感支付，若已關(guān)閉無感支付則進(jìn)行現(xiàn)金交費(fèi)或掃碼支付交費(fèi)；若未關(guān)閉無感支付車道通過車輛通行卡的入口信息計(jì)算出通行費(fèi)用，通知云端移動(dòng)支付平臺(tái)進(jìn)行扣費(fèi)處理。云端扣費(fèi)失敗則由司機(jī)進(jìn)行現(xiàn)金交費(fèi)或掃碼支付交費(fèi)；若云端扣費(fèi)成功則起桿放行并將車輛離開信息發(fā)送給云端。其流程如圖3所示。

圖3 無感用戶領(lǐng)卡方式駛出高速公路流程圖

2.2 無感用戶不領(lǐng)卡方式出入高速公路流程

(1)無感用戶不領(lǐng)卡方式駛?cè)敫咚俟妨鞒蹋寒?dāng)車輛駛?cè)敫咚俟啡肟谲嚨罆r(shí)，車道將車牌識別信息及車道信息發(fā)送給云端，系統(tǒng)如果嘗試多次未收到云端的反饋信息則轉(zhuǎn)領(lǐng)通行卡方式進(jìn)行處理。系統(tǒng)若收到云端的反饋信息，則根據(jù)反饋結(jié)果中的允許通行標(biāo)志進(jìn)行后續(xù)處理，若允許通行則收費(fèi)車道起桿放行，否則轉(zhuǎn)領(lǐng)通行卡方式進(jìn)行處理。其流程如下頁圖4所示。

圖4 無感用戶不領(lǐng)卡方式駛?cè)敫咚俟妨鞒虉D

(2)無感用戶不領(lǐng)卡方式駛出高速公路流程：無卡車輛駛?cè)敫咚俟烦隹谑召M(fèi)車道，車道根據(jù)車輛通行信息(含車輛信息及請求駛出信息)到云端進(jìn)行查詢用戶相關(guān)信息(包含入口信息和注冊信息)。云端反饋請求駛出信息，判斷入口是否已領(lǐng)卡，若已領(lǐng)卡則按領(lǐng)卡流程進(jìn)行處理，若未領(lǐng)卡則進(jìn)行后續(xù)操作。系統(tǒng)判斷車輛是否為無感支付注冊用戶，若不是無感支付用戶則按現(xiàn)有收費(fèi)流程處理，若為無感支付用戶則判斷車道是否已鎖定。若車道鎖定則進(jìn)行現(xiàn)金交費(fèi)或掃碼支付交費(fèi)，若車道未鎖定，車道則通過云端反饋的入口信息計(jì)算本次通行費(fèi)用并通知云端進(jìn)行扣費(fèi)處理，云端反饋扣費(fèi)結(jié)果信息給車道。若扣費(fèi)失敗則進(jìn)行現(xiàn)金交費(fèi)或掃碼支付交費(fèi)，若扣費(fèi)成功則起桿放行，系統(tǒng)將車輛已離開信息發(fā)送給云端。其流程如下頁圖5所示。

圖5 無感用戶不領(lǐng)卡方式駛出高速公路流程圖

2.3 云端處理車道上傳信息的主要流程

(1)處理車道入口駛?cè)胝埱螅涸贫颂幚碥嚨廊肟隈側(cè)胝埱罅鞒倘缦马搱D6所示。云端針對領(lǐng)卡或無卡車輛接收其車道上傳的入口請求信息，通過TAC碼驗(yàn)證用戶及數(shù)據(jù)的合法性。若TAC碼非法，根據(jù)領(lǐng)卡和不領(lǐng)卡用戶的請求返回相應(yīng)的入口請求應(yīng)答。若TAC碼合法，云端到第三方無感支付注冊平臺(tái)查詢該車輛信息并判斷其是否為無感支付注冊用戶，若不是無感支付注冊用戶則無須保存該車輛信息。若為無感支付注冊用戶則判斷是否存在多條相同車牌的入口信息，若不存在則保存車輛的入口信息并通過FTP地址獲取車牌圖片，若存在則系統(tǒng)還需要鎖定所有相同車牌的記錄。

(2)處理車道出口駛出請求：云端處理車道出口駛出請求流程如下頁圖7所示。云端首先接收收費(fèi)車道上傳的無卡駛出請求或有卡駛出請求，通過TAC碼驗(yàn)證車輛用戶及數(shù)據(jù)的合法性。若合法則同時(shí)到本地?cái)?shù)據(jù)庫和第三方無感支付注冊平臺(tái)查詢該車輛信息，云端查詢出該車輛的入口信息及是否為無感支付用戶等信息，按照定義好的車道駛離請求應(yīng)答內(nèi)容接口反饋給車道進(jìn)行后續(xù)處理，若TAC碼非法則無須到本地?cái)?shù)據(jù)庫和第三方無感支付注冊平臺(tái)進(jìn)行車輛信息查詢操作。

圖7 云端處理車道出口駛出請求流程圖

3 車道與基于云端的無感支付的信息交互設(shè)計(jì)

3.1 功能設(shè)計(jì)

基于云端的高速公路無感支付車道收費(fèi)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)如下功能：(1)無感支付云端與車道之間以HTTPS方式進(jìn)行通信；(2)無感支付云端具有HTTPS證書的下發(fā)及自動(dòng)更新功能；(3)消息封裝為JSON的形式，車道以POS的方式將其推送給云端，云端以同樣的形式返回應(yīng)答；(4)無感支付云端收到車道推送的入口車輛信息后，要將該車輛是否為無感通行注冊用戶的信息及按事先約定好的其他車輛信息反饋給收費(fèi)車道；(5)收費(fèi)車道和無感支付云端通過3DES算法對出口收費(fèi)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)執(zhí)行TAC驗(yàn)證以保證數(shù)據(jù)的安全性；(6)無感支付云端根據(jù)無感注冊用戶通行高速公路的出入口信息，調(diào)用手機(jī)短信通知接口，實(shí)時(shí)向車主推送出入高速公路的相關(guān)數(shù)據(jù)信息；(7)車道及云端應(yīng)該有相應(yīng)的扣款回撤接口功能。

3.2 信息交互流程設(shè)計(jì)

車道與基于云端的無感支付的信息交互流程如圖8所示。對于無卡進(jìn)入高速公路，車道POS無卡進(jìn)入高速公路請求給云端，云端返回應(yīng)答信息給車道；對于取卡進(jìn)入高速公路，車道異步POS有卡進(jìn)入高速公路請求給云端，云端反饋應(yīng)答信號給車道。

圖8 車道與基于云端的無感支付的信息交互流程圖

(1)對于無卡駛出高速公路，車道首先POS無卡駛離高速公路請求，云端返回應(yīng)答信息給車道；車道再POS無卡扣費(fèi)請求給云端，云端返回?zé)o卡扣費(fèi)應(yīng)答；車道最后POS無卡車輛離開信息給云端，云端返回?zé)o卡車輛離開的應(yīng)答信息給車道。

(2)有卡駛出高速公路的交互流程與無卡駛出高速公路流程類似。

4 開發(fā)與應(yīng)用

4.1 軟件編程開發(fā)與運(yùn)行環(huán)境

基于云端的高速公路無感支付收費(fèi)系統(tǒng)的編程開發(fā)與運(yùn)行環(huán)境：操作系統(tǒng)為Linux Debian9.0；數(shù)據(jù)庫為MySQL8.0以及內(nèi)存數(shù)據(jù)庫；集成開發(fā)環(huán)境為Eclipse；系統(tǒng)開發(fā)語言為C/C++。

4.2 系統(tǒng)的應(yīng)用

基于云端的高速公路無感支付收費(fèi)系統(tǒng)在高速公路收費(fèi)站中得到測試應(yīng)用，已經(jīng)成為高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。在廣西壯族自治區(qū)高速公路發(fā)展中心的監(jiān)管下，該系統(tǒng)在近一段時(shí)間的測試、試運(yùn)行及正式運(yùn)行過程中，運(yùn)行狀態(tài)保持良好。在如今的高速公路收費(fèi)管理信息系統(tǒng)中，該系統(tǒng)的部署和實(shí)施可以有效降低高速公路運(yùn)營成本，提高車輛通行效率，從而提升高速公路運(yùn)營管理服務(wù)水平，為人們出行創(chuàng)建舒適良好的道路環(huán)境，進(jìn)一步提高大眾的高速公路出行滿意度。

5 系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

基于云端的高速公路無感支付收費(fèi)系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有兩點(diǎn)：(1)基于云端的無感支付(車牌付)在高速公路的應(yīng)用，相比較目前的ETC技術(shù)，車牌付技術(shù)不需要車主安裝OBU設(shè)備，收費(fèi)站也不需要安裝ETC設(shè)備，從而可大大降低高速公路運(yùn)營成本，同時(shí)由于對收費(fèi)設(shè)備依賴的減少，可進(jìn)一步提高收費(fèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(2)基于高清車牌識別系統(tǒng)的車輛特征智能識別，主要是通過采用基于線圈觸發(fā)或視頻觸發(fā)的高清車牌圖片抓拍技術(shù)，結(jié)合車牌識別系統(tǒng)的基于小波分析的車牌提取算法，系統(tǒng)對車牌圖片中的車牌數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高精度提取，最終獲取精確的車牌信息。

6 結(jié)語

采用基于云端的高速公路無感支付收費(fèi)系統(tǒng)是促進(jìn)高速公路收費(fèi)方式多元化發(fā)展、降低高速公路運(yùn)營成本并提高運(yùn)營效益的一個(gè)有效手段。通過無感支付收費(fèi)在高速公路收費(fèi)站中的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高高速公路服務(wù)水平，為人們帶來更好的出行體驗(yàn)，推動(dòng)高速公路和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的和諧發(fā)展。