ETC分段式计费系统精准收费升级方案

1、ETC分段式计费系统精准收费升级方案摘要：在现有高速公路ETC收费系统方案的基础上，提出基于精确匹配的分段式自由流收费系统方案，以解决ETC交易失败、视频牌识错误等问题导致的通行费不准确的问题。该方案利用ETC门架的多维感知能力实现车辆ETC信息与牌识信息的精确匹配，借助图像RelD技术实现车辆真实路径还原，助力ETC收费系统实现精准收费。在我国高速公路收费系统正式进入“一张网时代的背景下，高速公路收费系统建设面临很多新的挑战，而如何彻底实现精准收费是交通行业人员需要共同思考的问题。为此，本文探讨ETC分段式计费系统精准收费升级方案。现状分析撤站后的高速公路收费系统依靠遍布整个路网的ETC门架

2、实现了“分段式计费”，并加入了“门架拟合代收”以及“出口在线计费”功能，以解决因为车载介质中记录的收费路径与实际路径存在偏差而导致的计费错误问题。其中，“门架拟合代收”指在车辆通过某一门架时，对其车载介质中记录的前序门架进行查验，如果不是其物理前序门架，将启动临时门架拟合代收，能够在一定程度上补充被漏掉的前序门架；“出口在线计费”指在车辆驶出收费站出口时，对车载介质记录的总收费额进行有条件的查验，一旦出现异常，将向云端发出在线计费的请求，部省级在线计费平台将根据平台收集到的车辆路径信息进行重新计费，并返回告知收费站出口，该流程将至少保证车辆以“最小费额”收费，避免收费额损失过大。“门架拟合代收

3、”“出口在线计费等功能的使用大幅减少了通行费漏收情况，向实现全路网精准收费的目标迈出了坚实一步，以此为基础，能够在以下几个方面进行继续探索。（一）完善出口在线计费功能因为出口在线计费功能是在车载介质中记录的通行费额出现异常时才启用，而介质内费额异常大概率意味着省部级在线计费平台获得的门架端ETC交易流水也同样存在问题，所以，有效的在线计费功能需要“牌识数据”的帮助，需要“ETC+牌识”两路信息流来共同实现。因为牌识结果并非100%准确，同时考虑到路网为相似车牌号大量存在，要实现两路独立信息流的云端路径拟合，需要综合考虑时间、空间两个维度，并使用较为复杂的算法实现，还需要大量的实际数据测试验证算

4、法的有效性。（二）提升视频抓拍系统的性能当前的技术路线为ETC和牌识双重验证，互为支撑和补充。但因为现有视频技术受到自然环境条件限制，很难成为ETC的有效补充。比如，在高速公路门架场景下，夜间补光条件有限，视频系统在夜间的抓拍率与白天相比差异较大；此外，因为高速公路上有大量的货车通行，且货车车牌本身污损比较严重，导致基于车牌识别原理的视频抓拍系统很难保证抓拍效率；其他的特殊情况，例如无牌、高亮牌、遮挡牌等都对现有牌识系统带来巨大挑战。（三）增强断面车流量计数能力当前ETC门架统计的断面车流量数据主要来源于门架RSU的交易流水数据或视频相机的抓拍数据，两类数据独立统计，且都带有一定的误差。独立的

5、ETC门架无法获得该门架断面精准的车流感知信息，所以很难精确计算出收费系统应该收取的通行费额，进而难以实现对路段通行费的准确拆分。设计要点根据当前高速公路收费系统的现状分析，为了彻底实现精准收费，以如下几个方向为设计要点，给出ETC分段式计费系统精准收费升级方案：（1）确保门架对于通行车辆的精准感知能力；（2）有效提升抓拍系统的抓拍率，并充分利用抓拍图像的其他信息；（3）提升门架前端数据质量，减轻云端路径拟合负担，实现ETC信息与牌识信息的门架前端匹配；（4）确保系统的灵活可扩展性，以符合不同等级的建设规划需求。系统方案（一）系统总体框架ETC分段式计费系统精准收费升级方案，在现有的ETC门架

6、系统基础上，提出一个基于精确匹配的分段式自由流收费系统，该系统是一套能够实现门架前端ETC信息与牌识信息的精准匹配，云端借助图像RelD技术实现车辆真实路径还原的信息交互系统。系统主要由两大多数组成，即路侧智能门架感知系统和云端路径还原系统。智能门架感知系统主要包括天线子系统（RSU）、车辆检测子系统（激光）、车辆抓拍子系统（牌识）、门架数据处理子系统（门架工控机及配套软件），智能门架能够获取车辆OBU/CPC信息、图片及车牌信息并生成结构化数据，多个智能门架组成的门架群将各自的结构化数据通过收费以太网向路/省中心传输，数据流向路径还原系统；云端路径还原系统主要由路径还原服务器集群及相对应软件

7、平台组成，包括数据接收、聚类计算、数据存储、负载均衡、冗余配置等相关设施，能够实现所有底层门架数据的接收、匹配、处理及应用。（二）系统构成及功能1、智能门架感知系统智能门架系统对内釆用星型网络连接结构，系统配置一台专用网络汇聚设备，与各子系统均采用网络连接，并在子系统内部搭配安全防护措施,确保系统稳定通畅；对外在网络设备上配置必要的端口隔离策略，对ETC门架仅开放使用端口，最大程度减少交互的网络节点，降低数据串扰风险。（1）天线子系统天线子系统即ETC交易系统，主要包含带定位功能的RSU天线和天线专用控制器，每车道配置一台RSU天线，行车断面满覆盖，对多目标准确定位。当RSU与车载介质完成无线

8、通信之后，将该交易信息和位置信息上传给门架工控机。（2）车辆检测子系统车辆检测子系统包含多台激光传感器和专用控制器，多台激光器形成多个扫描面。当车辆进入系统场景时，激光器对车辆进行实时跟踪定位，记录多个位置信息，并触发抓拍子系统抓拍，同时提供车辆位置信息上传给门架工控机。（3）车辆抓拍子系统系统包含抓拍摄像机及补光装置，每条车道配置一套，用于抓拍经过车辆的正面图片，系统还包含视频图片特征提取边缘机，用于对抓拍的图片或原始视频流提取车辆特征信息，并将车辆图片信息、特征信息上传给门架工控机。（4）门架数据处理子系统数据处理子系统主要包括门架工控机、网络交换设备及温度感知报警系统，工控机和网络交换设

9、备用于接收各子系统数据进行逻辑匹配，实现时间、位置、车牌等多维度的匹配：采用ETC定位技术、激光定位技术、车牌识别技术，结合多维度匹配算法完成门架侧图片和ETC交易流水的精确匹配进而完成图像特征信息和ETC交易信息的数据融合，生成结构化的广义车辆特征信息，并上传云端服务器。同时，综合ETC信息、牌识信息、激光触发信息，实现门架过车数量的精准统计。温度感知报警系统主要用于感知周围环境、监控系统运行情况，对存在异常的模块报警提醒。2、云端路径还原系统该系统由路径还原服务器集群及相对应软件平台组成，用于实现车辆路径还原。在服务器集群中借助AI“车辆RelD”技术，对门架边缘侧上传的结构化的车辆图像特

10、征信息进行特征聚类，并结合牌识信息及ETC交易信息实现不同门架同一车辆的信息匹配，进而实现车辆路径还原。同时，利用ETC信息对车辆RelD结果进行校验，完成AI系统的自动训练升级。四关键技术（一）高精度的激光雷达检测技术系统使用的激光雷达釆用当前先进的激光扫描检测技术，实现了较高的车辆检测准确率，且设备安装简单，无须破坏路面，能够实现对断面车辆的全天候准确计数，较好地适合不同应用场景、环境遮挡等因素影响。相比常见的车辆检测器（地感线圈、压电传感器、相机、毫米波雷达、ETC路侧天线），具有施工难度小、维护成本低、设备安装灵活，系统稳定性、可靠性、鲁棒性和可扩展性高等优点。（二）相机与激光雷达,软

11、硬混合触发技术系统采用激光雷达“软硬混合触发相机技术。常见的相机触发技术大致分为两类：相机视频自触发（软触发）、外部传感器触发（硬触发），激光雷达在硬触发技术上具有天然的优势，得益于其极高的定位精度，使得激光雷达硬触发具有较高的触发率、准确率。同时，软件上实现触发协议的定制，利用激光雷达高精度的定位结果，计算出车牌在图像中的像素位置区域,并将该信息传递给相机，指导相机快速提取车牌信息，辅助提升牌识效率与准确度。（三）多维度信息融合匹配技术高速公路收费系统要实现有效的在线计费功能，需要牌识数据”的帮助，即实现“ETC+牌识”两路信息的匹配绑定，通用技术为牌识匹配，即使用抓拍图像的牌识信息与ETC

12、交易记录中的车牌信息进行字符匹配，该技术对应的匹配率有限，主要原因包括：1、车辆的无牌、脏牌、高亮牌或遮挡牌时有发生；2、相机牌识准确率有限；3、ETC车载介质中记录的车牌号码与物理车牌号码不符。系统釆用多维度信息融合匹配技术，包括牌识匹配和位置匹配，通过引入激光雷达对车辆的高精度定位数据，配合定位天线对车载介质的定位数据，从空间和时间两个维度，实现精确匹配，使系统综合匹配率接近99%。上述匹配过程在前端门架已经实现，提升了上云数据的质量，减轻了云端数据处理的负担。（四）AI车辆重识别技术系统引入A1车辆重识别技术，在ETC门架或站级机房放置边缘机，提取抓拍图像中的车辆特征信息并上传云端，该信

13、息不但包含牌识信息，还包括车辆的外观特征信息，在云端路径还原系统中，通过RelD算法实现图像特征信息聚类。该技术充分利用了抓拍图像中牌识以外的信息，对于解决牌识效果不佳车辆的路径还原问题有极大的帮助。（五）系统高扩展性系统具有灵活可扩展的优势，能够根据客户需求、项目预算、建设规划等不同条件，分阶段实施，提供不同的解决方案，满足不同业务需求。门架计数型：在现有门架上安装激光雷达系统，通过激光雷达系统，能够精准获取全天经过该路段的车流量，同时激光雷达还能够为门架已有的牌识系统提供触发信号，提升相机的抓拍和牌识能力。智能门架型：为了实现收费系统对偷逃通行费车辆的自动稽核，能够将计数型系统升级为智能门

14、架型，实现系统ETC信息、牌识信息、激光信息在门架侧完成精准匹配，为收费、稽核提供优质的数据和依据。路径还原型：在智能门架型的基础上引入AI技术和路径还原系统,在门架形成基于ETC、牌识、激光、AI等技术的结构化数据，在中心通过ETC+REID技术还原车辆真实路径，降低应急计费比例，提升系统实收费额，挽回路方通行费的损失。五应用案例智能门架感知系统当前已经在陕西、浙江等7个ETC正式门架，以及北京、广东等3个独立利旧门架现场实施应用。以2020年9月上述5个门架正常环境下的数据记录为样本，统计系统运行效率：车辆计数准确率为99.58%99.87%、0BU总体匹配率为99.03%99.60%、C

15、PC总体匹配率为93.66%96.22%、车辆图片捕获率为99.69%99.84%等。智能门架感知系统应用试点如图3所示。图3智能门架感知系统应用试点六系统效益结合高速公路收费系统现状，建立【k-p】数学模型,模型依赖的基础数据包括但不限于：ETC系统捕获率、ETC系统交易成功率、相机抓拍率、牌识准确率、省级收费系统统计数据、在线计费相关统计数据等。模型中，k表征ETC交易失败的随机程度，随机程度越高，k值越高；p表征全路网的可达道路复杂程度，复杂程度越高，p值越高。使用该模型，并结合该省的高速公路实际通行数据，即可测算文中所述系统对于该省高速公路收费系统的经济效结束语本文介绍的系统立足于已经全面建成的庞大ETC门架网络，针对行业存在的通行费漏收问题，提出了一个具备门架精确感知、云端精确路径还原的收费系统，能够实现精确的路径计费，对提升高速公路收费系统运营水平有