賀釗, 楊欣, 李廣, 吳迪, 趙建東*
(1.中電建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司, 石家莊 050000; 2.河北交投智能交通技術(shù)有限責(zé)任公司, 石家莊 050090; 3.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院, 北京 100044)
2019年中國逐步取消高速公路省界收費(fèi)站,加快建設(shè)電子不停車收費(fèi)(electronic toll collection, ETC)系統(tǒng),提高車輛通行效率,縮短通行時間[1]。2020年1月1日起,全國高速公路成功實現(xiàn)收費(fèi)系統(tǒng)并網(wǎng)切換工作[2]。通過全網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)體系的優(yōu)化和完善,實現(xiàn)車主用戶“一次通行、一次扣費(fèi)、一次告知”的運(yùn)營服務(wù)目標(biāo)。
目前針對高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的建設(shè)已取得了不錯成果,麥超武[3]分析了移動支付在高速公路收費(fèi)中的應(yīng)用,認(rèn)為將移動支付應(yīng)用到高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中,是時代發(fā)展趨勢,但面對多種移動支付方式,還需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷完善,與現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)更好融合。李丹[4]利用車牌識別和移動支付技術(shù),在用戶無需安裝額外設(shè)備的前提下實現(xiàn)高速公路不停車收費(fèi),提高車輛通行效率。但該系統(tǒng)交易成功率和準(zhǔn)確性完全依賴于車牌識別結(jié)果,在套牌和車牌遮擋的情況下,存在嚴(yán)重問題。鄧超[5]提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng),利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對不停車收費(fèi)管理系統(tǒng)的總體、服務(wù)器端和客戶端進(jìn)行設(shè)計,確定總體結(jié)構(gòu)。但該系統(tǒng)的車輛識別功能在光照和天氣條件不佳情況下,識別精度較低。
綜上所述,目前高速公路收費(fèi)系統(tǒng),當(dāng)繳費(fèi)出現(xiàn)特情時,缺乏智能化異常處理能力、無法對車主提供智慧支持。另外,新運(yùn)營模式下,對于非ETC車輛無法提供無人化服務(wù),需通過人工方式提供交易服務(wù)[6]。因此,現(xiàn)立足于取消省界站的行業(yè)變革背景,結(jié)合高速公路智慧收費(fèi)中“無人化、非現(xiàn)金、快速通行”的發(fā)展趨勢,依托現(xiàn)有收費(fèi)站設(shè)施,利用人工智能(artificial intelligence,AI)(圖像識別[7-8]、情緒分析等技術(shù)[9])、大數(shù)據(jù)[10]等技術(shù),提出一套基于智慧收費(fèi)云的無人收費(fèi)站系統(tǒng)方案,加強(qiáng)收費(fèi)站對于特情車輛的智能處理能力,提高車輛通行效率。
智慧收費(fèi)云無人收費(fèi)站系統(tǒng)方案采用無人值守自助繳費(fèi)系統(tǒng),組成架構(gòu)如圖1所示。
圖1 自助繳費(fèi)系統(tǒng)組成架構(gòu)圖Fig.1 Composition structure diagram of self-service payment system
該系統(tǒng)在現(xiàn)有混合車道設(shè)備的基礎(chǔ)上增加車道機(jī)器人(自助繳費(fèi)設(shè)備)、車道智能應(yīng)急終端和云端客服平臺系統(tǒng),通過云、大數(shù)據(jù)和 AI 等技術(shù),實現(xiàn)半自動車道收費(fèi)系統(tǒng)(manual toll collection,MTC)和ETC車輛在出口ETC/MTC混合車道的自助繳費(fèi)通行。系統(tǒng)支持全車型車輛自助繳費(fèi)通行,支持異常遠(yuǎn)程處理功能,支持設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,支持ETC刷卡支付、微信支付、支付寶支付、銀行卡支付、車牌付等非現(xiàn)金“全支付”,支持接入ETC路側(cè)設(shè)備實現(xiàn)ETC車輛不停車收費(fèi)。
對于智慧收費(fèi)云無人收費(fèi)站系統(tǒng)方案,在車道場景上呈現(xiàn)兩大特征,一方面,在車道上設(shè)置無人值守車道機(jī)器人,用于檢測車輛到達(dá)和類別,并提供相應(yīng)交易處理服務(wù),如ETC或交復(fù)合通行證(compound pass card,CPC)和現(xiàn)金;當(dāng)車輛產(chǎn)生特情交易時,可發(fā)揮無人值守車道機(jī)器人AI能力,識別特情類別,獲取車輛信息、計算路徑和費(fèi)額,并用友好方式與用戶進(jìn)行確認(rèn),或接受用戶進(jìn)一步交互請求,最終通過層層場景嵌套合引導(dǎo),實現(xiàn)對車輛在無人介入情況下完成計費(fèi)和放行處理。另一方面,當(dāng)用戶通過無人值守車道機(jī)器人仍無法對車輛進(jìn)行正常交易處理時,在車主請求和事件觸發(fā)下,后臺客服人員可介入,為用戶提供緊急處理。若該事件不適合后臺處理,后臺還可呼叫車道管理人員予以現(xiàn)場協(xié)助,可通過手持終端為用戶提供現(xiàn)場應(yīng)急處理服務(wù),讓用戶在不同特情事件下獲得最合適處理服務(wù)。
在后臺場景上呈現(xiàn)兩大特征,一方面,后臺服務(wù)支持SaaS化部署,以云平臺作為依托實現(xiàn)更廣范圍內(nèi)的人員統(tǒng)一對對象機(jī)器人進(jìn)行管控和介入處理協(xié)助,形成集中且服務(wù)一致的后臺管控服務(wù);另一方面,后臺在功能上不僅聚焦于機(jī)器人特情產(chǎn)生時的遠(yuǎn)程回控處理支持,還提供了如設(shè)施監(jiān)測、信息確認(rèn)、音視頻交互和緊急呼叫調(diào)度等服務(wù)功能,并且當(dāng)中一些業(yè)務(wù)處理功能中還配套一定的人工智能能力應(yīng)用,更好地為事件或任務(wù)處理提速。
智慧收費(fèi)云+無人收費(fèi)站系統(tǒng)主要由無人收費(fèi)站車道機(jī)器人系統(tǒng)、車道移動智能應(yīng)急終端系統(tǒng)和無人收費(fèi)站后臺管理系統(tǒng)所組成。這些系統(tǒng)中又各自涵蓋相應(yīng)的子系統(tǒng)和功能模塊,其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 基于智慧收費(fèi)云的無人收費(fèi)站系統(tǒng)功能組成圖Fig.2 Function composition diagram of unmanned toll station system based on smart charging cloud
無人收費(fèi)站車道機(jī)器人與車道系統(tǒng)進(jìn)行對接協(xié)同,支撐車輛交易處理及各類特情事件識別和應(yīng)對。無人收費(fèi)站車道機(jī)器人安置在收費(fèi)廣場車道上,主要有狀態(tài)信息采集、告警信息采集、信息可視化展示、回控指令接收、執(zhí)行等功能。當(dāng)車道產(chǎn)生收費(fèi)特情時,可直接與過車用戶進(jìn)行交互,實現(xiàn)對車輛交易處理和放行,過車流程如圖3所示。
(1)狀態(tài)信息采集。通過給定的接口與收費(fèi)車道軟件進(jìn)行交互,采集與車道收費(fèi)、特情相關(guān)設(shè)備狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)信息,設(shè)備狀態(tài)信息包括打印機(jī)、ETC讀卡器、CPC讀卡器、移動支付組件(如支付盒子等)、車牌識別設(shè)備、車型識別設(shè)備、前(后)線圈、欄桿機(jī)、天線等。采集到的設(shè)備狀態(tài)信息,不僅包括設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息(如關(guān)閉、打開、正常和異常),也包括設(shè)備業(yè)務(wù)狀態(tài)信息(如打印機(jī)的無紙、欄桿機(jī)的抬桿等)。另外,系統(tǒng)狀態(tài)信息主要指無人收費(fèi)站車道機(jī)器人及其所連車道系統(tǒng)的啟動、上班、下班。對于這些信息采取定時或按條件觸發(fā)采集,當(dāng)車道系統(tǒng)和機(jī)器人無其他數(shù)據(jù)交互時,則每隔1 min上報一次機(jī)器人及其所連車道系統(tǒng)狀態(tài)信息。
(2)告警信息采集。通過給定的接口與收費(fèi)車道軟件進(jìn)行交互,采集與車道收費(fèi)業(yè)務(wù)相關(guān)的特情事件信息和彈窗告警信息。特情事件包括:入口無效、無入口、未知車型、未知車牌、出入車型不符等。彈窗告警事件包括:ETC卡出口過車車牌不符、綠通車、掛車、打印機(jī)無紙等。這些特情事件及告警信息采集后會作為后續(xù)回控作業(yè)的對應(yīng)事件類別重要依據(jù)。
OBU(on board unit)為車載單位圖3 無人收費(fèi)站過車流程圖Fig.3 Flow chart of passing through unmanned toll station
(3)信息可視化展示。為更好與用戶交互,系統(tǒng)根據(jù)不同處理場景提供相應(yīng)操作界面,用戶通過界面可辨識機(jī)器人情況,及相應(yīng)處理流程執(zhí)行階段。如系統(tǒng)在正常情況下,會提供歡迎界面,通過該界面可查看當(dāng)前機(jī)器人所在站、車道號及車道程序上下班狀態(tài)(已上班、已下班)。當(dāng)車輛到達(dá)時,歡迎界面會根據(jù)車輛擬處理業(yè)務(wù),跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)業(yè)務(wù)操作界面,而獲得處理并離開車道后會切換到主界面。
(4)回控指令接收、執(zhí)行。接收到從移動智能應(yīng)急終端系統(tǒng)或無人收費(fèi)站后臺管理系統(tǒng)處理的特情處理結(jié)果和指令。指令由一系列信息串組成,包括設(shè)備控制指令和相關(guān)信息內(nèi)容,用于解決對應(yīng)特情事件,讓車輛得到交易和放行,以及滿足數(shù)據(jù)生成。為更好地支撐回控,程序除了接收具體指令信息外,還可接收從車道中傳來的車輛圖片,車輛圖片包含車輛全景圖,車牌識別小圖及二維碼圖。根據(jù)所接收回控指令,對當(dāng)前車輛執(zhí)行處理,如通過控制指令的信息內(nèi)容消除車道特情。且在消除車道特情后,觸發(fā)交易流程完成對車輛交易處理,最終達(dá)到放行車輛目的。
(5)視頻語音對講。車主在過車時若碰上無法處理的情況,可選擇和機(jī)器人對話,系統(tǒng)可以根據(jù)對話過程,給車主進(jìn)行指引操作,從而完成交易。同時,車主可選擇直接呼叫后臺系統(tǒng)或智能應(yīng)急終端進(jìn)行視頻對話,客服人員通過和車主對話及從車道獲取的車輛信息對車輛進(jìn)行特情回控處理,讓車輛得到交易和放行。
(6)回控消息性能監(jiān)測。對軟件中各類監(jiān)測、告警類消息交互情況進(jìn)行監(jiān)測,包括消息接收和上送,以及是否存在明顯消息積壓等。消息監(jiān)測以日志形式進(jìn)行記錄,并支持當(dāng)觸發(fā)某條件閾值時可產(chǎn)生告警信號。該信號可傳送給無人收費(fèi)站后臺管理系統(tǒng),以便進(jìn)行相應(yīng)提示。
車道移動智能應(yīng)急終端系統(tǒng),主要是以App的形式部署在專用的應(yīng)急終端設(shè)備上,用于解決現(xiàn)場車輛在通過車道機(jī)器人或后臺回控服務(wù)后,仍無法解決交易或通行問題時,現(xiàn)場廣場管理員通過終端提供人工的應(yīng)急處置服務(wù)。同時,智能終端系統(tǒng)可與后臺管理系統(tǒng)進(jìn)行語、音頻交互,上報收費(fèi)廣場的緊急特情事件,或者接收后臺管理系統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度任務(wù)等。系統(tǒng)功能主要如下:用戶登錄/退出、車道監(jiān)控、特情回控、音視頻交互和信息查詢服務(wù)等。
(1)用戶登錄/退出。用戶可通過賬戶名+密碼的方式進(jìn)行登錄,登錄后用戶進(jìn)入終端首頁。
(2)廣場列表。用戶錄陸終端后,將會進(jìn)入顯示有收費(fèi)廣場機(jī)器人監(jiān)控列表的主界面,該界面可查看到賬號權(quán)限范圍內(nèi)收費(fèi)廣場機(jī)器人狀態(tài)信息。狀態(tài)信息包括機(jī)器人上班狀態(tài)、設(shè)備正常狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài),以及是否機(jī)器人所在車道有特情。
(3)車道監(jiān)控。系統(tǒng)提供對所轄廣場車道關(guān)鍵收費(fèi)設(shè)施狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的功能,操作人員通過終端可了解如頂棚燈、打印機(jī)、讀卡器、卡槽卡數(shù)、移動支付組件、車牌識別設(shè)備、車型識別設(shè)備、前(后)線圈和欄桿機(jī)等的收費(fèi)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài),還可了解這些設(shè)施作業(yè)狀態(tài)信息(如打印機(jī)的無紙、欄桿機(jī)的抬桿等),同時,支持遠(yuǎn)程控制設(shè)備。
(4)特情回控。當(dāng)車道機(jī)器人系統(tǒng)出現(xiàn)特情時,一方面,終端能及時采集特情告警信息,如無入口信息、出入口車型不符、車牌不符、車卡不符等異常;另一方面,當(dāng)車輛通過機(jī)器人的自助處理服務(wù),或者后臺遠(yuǎn)程回控服務(wù)仍無法完成交易或通行時,終端會收到請求介入的信息;此時,終端操作員可以人工介入,在了解車主及車輛特情后,通過終端特情回控界面,執(zhí)行回控處理,滿足車主交易或通行處理訴求。
(5)音視頻交互。終端支持與后臺管理系統(tǒng)建立音、視頻連線,實現(xiàn)車道操作員和后臺操作員可直接進(jìn)行語音和視頻交互,以實現(xiàn)如車道的問題上報、現(xiàn)場的實景了解、后臺的作業(yè)安排等業(yè)務(wù)處理。
(6)信息查詢服務(wù)。終端提供相應(yīng)信息查詢服務(wù),如圖4所示,主要是終端操作員的回控操作記錄、設(shè)施狀態(tài)的異常記錄等?;乜夭僮饔涗洶ǎ菏召M(fèi)站、車道、特情事件ID、特情類別、產(chǎn)生時間、處置時間、車輛信息、交易信息等;設(shè)施狀態(tài)異常記錄包括:收費(fèi)站、車道、設(shè)施名稱、異常信息、產(chǎn)生時間、恢復(fù)時間等。對于這些信息支持按照車道、信息類別和時間范圍進(jìn)行單條件或組合查詢。
圖4 信息查詢服務(wù)界面Fig.4 Information query service interface
無人收費(fèi)站后臺管理系統(tǒng)作為智慧收費(fèi)云+無人收費(fèi)系統(tǒng)的智慧大腦設(shè)置在云端,主要為車道機(jī)器人提供相應(yīng)的技術(shù)服務(wù),主要由后臺服務(wù)子系統(tǒng)和業(yè)務(wù)工作臺子系統(tǒng)所組成,如圖5所示。
圖5 人工智能控制臺Fig.5 Artificialintelligence console
2.3.1 后臺服務(wù)管理子系統(tǒng)
(1)車道狀態(tài)信息和告警信息的采集。系統(tǒng)通過與無人值守自助繳費(fèi)車道交互接口,接收車道的收費(fèi)設(shè)施狀態(tài)信息和告警信息,并通過適合實時展示和事后查詢方式,對信息進(jìn)行存儲管理,以支撐業(yè)務(wù)工作臺子系統(tǒng)的車道設(shè)施監(jiān)測、車道特情回控、信息查詢服務(wù)等功能頁面正常運(yùn)行。
(2)車道回控指令的發(fā)送。系統(tǒng)將業(yè)務(wù)工作臺子系統(tǒng)中的回控頁面操作結(jié)果,按照給定的接口要求生成回控指令,傳送到無人值守自助繳費(fèi)車道上,以便無人值守自助繳費(fèi)車道按指令執(zhí)行回控操作。另外,回控指令與車道告警事件配對對應(yīng),以便呈現(xiàn)告警事件是否得到處理閉環(huán),支撐后臺管理系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)工作臺子系統(tǒng)信息查詢服務(wù)、指標(biāo)統(tǒng)計服務(wù)等功能頁面正常運(yùn)行。
(3)前后臺音視頻交互通道的建立。系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)工作臺子系統(tǒng)在業(yè)務(wù)操作過程中所觸發(fā)的音視頻交互需求,自動與無人值守車道的機(jī)器人或智能應(yīng)急終端建立對應(yīng)的音視頻交互通道,支持用戶通過工作臺的操作頁面可與車道的車主或者終端操作員直接進(jìn)行交互。
(4)AI服務(wù)。后臺服務(wù)子系統(tǒng)匯聚眾多AI服務(wù)能力,且這些服務(wù)能力可通過標(biāo)準(zhǔn)接口提供給車道機(jī)器人或者智能應(yīng)急終端體現(xiàn)。目前,已經(jīng)開通的AI服務(wù)內(nèi)容包括:①語義釋義服務(wù);②場景對話服務(wù);③圖像深度分析服務(wù);④車輛信息研判服務(wù);⑤用戶活體驗證服務(wù);⑥用戶情緒分析服務(wù)。
2.3.2 業(yè)務(wù)操作工作臺子系統(tǒng)
業(yè)務(wù)工作臺子系統(tǒng),主要是以頁面的形式供用戶訪問和使用,用于前端車輛在車道機(jī)器人的智能引導(dǎo)和處理服務(wù)后,仍無法解決交易或通行問題時,可以通過后臺快速進(jìn)行人工的介入,借助遠(yuǎn)程回控的處理手段予以及時解決。系統(tǒng)功能主要如下。
(1)概覽首頁。為提高后臺客服人員的集中處理效率,系統(tǒng)圍繞著回控事件任務(wù)、異常確認(rèn)事件任務(wù)、設(shè)施故障響應(yīng)和機(jī)器人呼叫任務(wù),提供專項的任務(wù)概覽首頁。用戶通過已注冊賬戶、短信驗證碼和微信掃碼登錄后,通過本首頁,后臺客服人員可以快速辨識待處理的各類事件任務(wù),并快速認(rèn)領(lǐng)已經(jīng)等候多時、亟待處理的事件,以確保這些事件或問題得到迅速閉環(huán)的解決,讓前端車主得到放行。
(2)機(jī)器人監(jiān)測。系統(tǒng)提供機(jī)器人監(jiān)控頁面,支持后臺用戶通過這些不同類型的監(jiān)測頁面了解所轄路段、收費(fèi)站的車道機(jī)器人及其關(guān)鍵設(shè)施、組件的運(yùn)行狀態(tài)。操作人員通過頁面可了解到某個路段、某個收費(fèi)站、某條車道上的關(guān)鍵收費(fèi)設(shè)施狀態(tài),如打印機(jī)、讀卡器、卡槽卡數(shù)、移動支付組件、車牌識別設(shè)備、車型識別設(shè)備、前(后)線圈和欄桿機(jī)等的收費(fèi)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)。
(3)特情回控。無人車道機(jī)器人向后臺發(fā)出需后臺人員介入請求時,對應(yīng)任務(wù)將會在概覽首頁上呈現(xiàn)。此時,后臺人員可認(rèn)領(lǐng)任務(wù),及時做出處理,讓相應(yīng)特情得到處理,阻礙正常交易的斷點(diǎn)得到確認(rèn),實現(xiàn)對車輛的交易放行。整個過程,后臺人員可在車主無感下完成處理??芍С质录ǎ孩偬厍榛乜厥录?,如車型異常、車牌異常、入口異常、軸數(shù)異常等;②確認(rèn)處理事件,如車卡不符確認(rèn)、綠通車確認(rèn)、掛車確認(rèn)等;③故障響應(yīng)事件,如發(fā)現(xiàn)機(jī)器人故障,迅速定位問題并上報等;④呼叫接聽事件,如車主通過機(jī)器人向后臺進(jìn)行人工咨詢。
(4)音視頻交互。在業(yè)務(wù)工作臺監(jiān)測頁面、回控頁面上,均設(shè)置可與車道機(jī)器人現(xiàn)場音視頻連線功能。后臺業(yè)務(wù)人員可根據(jù)需要,支持用戶開通與前端機(jī)器人音視頻連線,以便與車道車主進(jìn)行溝通。
(5)緊急呼叫。除了可以在回控、監(jiān)測的過程中,與前端機(jī)器人進(jìn)行連線外,工作臺也提供用戶按需選擇與車道機(jī)器人,或智能應(yīng)急終端進(jìn)行音視頻連線,以便完成如車道問題了解、后臺作業(yè)安排調(diào)度等工作需求。系統(tǒng)提供可快速定位廣場上課連線的終端、機(jī)器人,并且快速實現(xiàn)連線。
(6)信息查詢服務(wù)。業(yè)務(wù)工作臺提供相應(yīng)的信息查詢服務(wù),主要是操作員通過工作臺的查詢頁面查詢設(shè)備狀態(tài)異常記錄、回控操作處理記錄、遠(yuǎn)程控制記錄等。對于這些信息支持按照車道、信息類別和時間范圍進(jìn)行單條件或組合查詢。
(7)大腦腦能力監(jiān)測。由于后臺服務(wù)子系統(tǒng)提供多樣的AI服務(wù),因此,相關(guān)有權(quán)限人員可通過業(yè)務(wù)工作臺查看后臺AI大腦的腦能力活動情況,例如:哪些能力已開啟、被調(diào)用次數(shù)、耗時等。同時,通過該界面,在相應(yīng)權(quán)限管控下,部分用戶具備腦能力開啟和關(guān)閉處理。
智慧收費(fèi)云無人收費(fèi)站系統(tǒng),主要由無人收費(fèi)站車道機(jī)器人系統(tǒng)、車道移動智能應(yīng)急終端系統(tǒng)和無人收費(fèi)站后臺管理系統(tǒng)所組成。該系統(tǒng)相比于現(xiàn)有的高速收費(fèi)系統(tǒng),具有一定實用性。
(1)通過引入車道機(jī)器人和手持終端等智能設(shè)備,配套車牌識別、車型識別、天線等外場輔助設(shè)備,實現(xiàn)目前由人工處理的各項收費(fèi)工作,轉(zhuǎn)至由機(jī)器人進(jìn)行一站式自動處理。
(2)應(yīng)用云計算技術(shù)搭建無人收費(fèi)站智慧平臺,為前端智能設(shè)備提供能力支撐,實現(xiàn)前端各類收費(fèi)和監(jiān)控操作,為運(yùn)營管理者提供后臺管理和報表分析。通過各類AI能力的匯聚,為現(xiàn)場收費(fèi)提供如語言要義提取、深度圖像識別等SaaS化服務(wù),為無人收費(fèi)站業(yè)務(wù)賦能。
(3)通過無人收費(fèi)站的應(yīng)用,可由現(xiàn)有的多人值守向少人值守、無人值守逐步轉(zhuǎn)變。在實現(xiàn)自動收費(fèi)和異常智能處理情況下,逐步降低人力參與,實現(xiàn)運(yùn)營投入經(jīng)濟(jì)化。