高速公路路段收费数据数智化管理系统设计与应用.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言为提高高速公路运行效率，全国相继取消省界收费站，这也对路段收费数据的管理提出了更高的要求。现阶段高速公路管理公司的日常运营管理面对数据的类型多、信息量巨大，而采用传统的人工方式查看、统计、管理工作效率低，已不能满足管理数据的处理要求，且人工处理也存在疏漏情况，需要引入更加先进的数据智能化管理技术。路段收费数据数智化管理系统可以有效提升收费数据处理工作效率，且准确率高、无疏漏，可以大幅提高工作便捷性，节约运营成本，实现“让数据多跑路”的理念。本文结合某高速公路路段收费数据数智化管理系统的设计与应用实践，从系统设计需求、设计内容、系统应用三大方面进行全面阐述，总结系统设计要点，验证系统的应用效果。1 路段收费数据数智化管理系统需求分析根据高速公路路段收费数据管理的要求，确定路段收费数据数智化管理系统需求。系统主要实现收费数据、门架数据、治超数据的采集与传输，将数据集中传输至片区服务器，支持片区收费业务管理，包括图像稽查、统计报表、指标监测等业务，实现收费系统大数据可视化数据看板展示。1.1 实现数据传输支持收费站入出口数据、门架车辆通行数据、治超数据传输至片区服务器，保证数据传输的准确性、完整性、实时性。系统应支持但不限于数据传输功能，并同时支持指标类、监测数据、统计类等数据上传至片区服务器。1.2 实现片区收费业务管理片区收费业务管理内容主要包括图像稽查、统计报表、指标监测和非正常数据自动化处理等方面：1）图像稽查系统应支持收费站入口、出口图像稽查，包括入出口原始数据查询及字段转义、车辆图像调阅等功能。系统应支持门架车辆图像稽查，包括车辆交易记录及字段转义、车辆图像调阅等功能。系统应支持治超车辆图像稽查，包括车辆检测原始记录及字段转义、车头车侧车尾图像调阅等功能。2）统计报表系统应支持收费站收费数据统计报表，包括但不限于取消省界统一报表格式生成，支持按现金/非现金分类、按客货分类、按入出口分类、按ETC/CPC分类、按日报、旬报、月报、年报分类等分类标准，同时应支持报表的实时预览及打印。系统应支持门架通行量统计，包括但不限于各门架交易总量、特情总量、交易成功总量、交易成功率、OBU交易成功率、CPC交易成功率等数据指标的统计分析。支持治超通行量统计，包括但不限于各收费站治超车辆的通行总量、超限车辆数、大件运输车辆数、超限率等数据指标的统计分析，同时应支持按照车辆轴数进行分类统计。3）指标监测支持所辖收费站状态名单、各车道状态名单（每小时）、各车道当前小时心跳数及当天心跳总数、各车道工控机、牌识设备、RSU设备、车道控制器连通状态、ETC专用车道一次性通过率、各车道积压流水数及积压图像数等指标，并提供界面弹框报警、语音报警收稿日期：2022-12-28作者简介：常兴科（1976），男，山西万荣人，高级工程师，研究方向为道路与桥梁工程施工及养护。高速公路路段收费数据数智化管理系统设计与应用常兴科，白瑞，姚俊杰，刘坤，曾胜利（山西大成高速公路有限公司，山西 忻州 034200）摘要：为进一步提升高速公路收费数据管理效率，根据系统需求进行路段收费数据数智化管理系统，并在应用中检验系统的实现效果。从数据传输、片区收费业务管理、大数据可视化平台等方面全面阐述系统设计内容，总结了设计要点。对业务指标实时监测、图像流水查询、门架、收费站和统计报表功能方面的应用情况进行分析，得出系统数据采集、传输、查询速度快，设备运行状态良好，系统功能实现效果好，有效提升了收费数据管理工作效率。关键词：高速公路；路段收费；数据数智化管理；系统设计中图分类号：U495文献标识码：B13总652期2023年第22期（8月 上）提示功能。支持各门架连通状态、主备RSU连通状态、牌识设备数量及连通状态、RSU设备及牌识设备当前小时、当天心跳数、交易数据总数、上传不及时数量及不及时率、牌识数据总量、CPC与OBU交易总量特情数、CPC与OBU交易成功率等指标的实时监测。1.3 建立大数据可视化平台系统应支持收费站、门架、治超的业务统计数据的实时大数据展示，支持示意地图展示，收费站数据包括但不限于收费站总数、入出口通行量、客货通行量、ETC/CPC通行量、本省/外省通行量、出口总通行费、本省/外省通行费、客货通行费、ETC/CPC通行费、车道总数、车道连通数、车道连通率、入出口ETC使用率、最小费额使用率、ETC入出口一次性通过率等数据指标。门架数据包括但不限于实体门架总数、通行总流量、上行/下行通行量、客货通行量、CPC/ETC通行量、交易成功总量、ETC/CPC交易成功率、交易数据上传及时率、牌识数据上传及时率、RSU数量、牌识数量、RSU设备连通率、牌识设备连通率等数据指标。治超数据包括但不限于总通行量、各轴数分类通行量、超限车辆数、超限率、大件运输车辆数、大件运输车辆占比等数据指标。并支持各收费站对应明细信息的数据指标展示、实时收费数据的展示。1.4 非正常数据自动化处理收费系统非正常数据指收费过程中产生的各种特情数据，包含闯关、车牌不符、车型不符、修改、倒车、车队、绿色通道、联合收割机、军警车、ETC转现金、在线计费金额大于最小费额1.2倍、异常交班等类型，现各收费站需人工记录备注各类型特情，工作量大、效率低下且错记漏记频繁，不利于收费业务的正常管理。系统应支持收费系统非正常数据的自动化处理技术，解决收费站非正常数据量大、效率低下、错记漏记的问题，替代人工，实现数据自动处理，并保证数据处理的准确性、完整性、实时性。2 路段收费数据数智化管理系统设计2.1 数据采集与传输模块设计数据采集内容包含收费通行流水数据采集、收费站级统计报表数据采集、门架交易流水采集、治超通行检测数据采集，采集范围为辖区内涉及的所有收费、门架、治超生产数据。部署在片区级服务器上，设计为后台数据采集应用服务程序，将采集的数据实时传输到片区服务器，实现数据不间断传输功能。2.2 收费数据管理可视化收费数据管理可视化web前端设计实时展示收费业务版块量、费、指标性内容，门架业务板块量、费、指标性内容，治超检测车辆通行量及占比等信息。收费数据管理可视化web前端主界面设计内容包含：收费业务版块、门架业务版块、治超业务版块、实时流水、收费数据出入口通行量图以及示意地图版块；次界面设计为业务详细明细数据统计对比。2.3 数据管理客户端数据管理客户端设计包括辖区管理范围内业务指标实时监测功能（收费业务和门架业务）、图像流水查询功能（入出口收费流水及图像查询功能、门架通行交易流水及图像查询功能、治超检测数据及图像查询功能）、门架功能（门架设备状态明细查询、门架数据上传查询）、收费站功能（HEX基础信息查询、车道运行环境检测、ETC使用率、最小费额使用统计）、统计报告类功能（收费通行量费统计、门架通行量统计、治超通行量统计）五大模块功能。3 路段收费数据数智化管理系统应用3.1 业务指标实时监测业务指标实时监测主要包括监测各车道当前车道小时心跳数量和当日心跳总数量；监测各车道工控机、天线设备、牌识设备、车道控制器的连通状态，监测当前ETC车道一次性通过率的比率，监测各收费车道存在积压的交易数据流水和交易车辆图像，业务指标实时监测如图1所示。图 1中黄色区域为当前车道目前设置 OBU 状态名图1 ETC车道业务指标实时监测结果14交通世界TRANSPOWORLD单、ETC卡状态名单在当前时段不合格，系统发出预警，提醒管理人员进行处理，直到黑名单内用户数据达到合格要求后停止预警。对追缴黑名单内的用户，也采用数据黄色闪烁提醒，追缴成功或数据处理合格后停止预警。3.2 图像流水查询功能实现图像流水查询功能可实现收费站入出口流水及图像查询、门架通行数据流水及图像查询、治超数据流水及图像查询。收费站入出口流水及图像查询可按照收费站、数据类型、工班、工班日期、车型、车种、车牌、车道等查询条件进行筛选数据，并通过选择数据流水正常展示车辆图片信息和车辆的详细信息，其中入口图像查询如图2所示。门架通行数据查询功能设计可以按照收费站、门架进行独立查询，其他查询条件时间段查询、车牌查询、通行介质等条件进行查询功能，并正常展示车辆的图片信息。治超检测数据查询可以按照收费站进行查询，查询条件可设置为超限标志、时间段、轴数、轴型等其他查询条件。并能展示选择车辆的车头、车侧、车尾图片，如图3所示。3.3 门架功能实现门架模块功能可实现门架RSU设备状态明细查询、门架牌识设备状态明细查询、门架前端工控机状态明细查询、门架数据上传统计、门架至省数据上传明细、门架至部数据上传明细六个子功能。门架RSU设备状态明细查询功能可分别查询各收费站RSU当前接收到的最新的心跳信息数据和RSU基础信息数据。门架牌识设备状态明细查询功能可分别查询各收费站牌识设备最新心跳信息和牌识设备最新基础信息。门架前端工控机状态明细查询功能可实现各收费站前端工控机最新心跳信息和前端工控机最新的基础信息的查询。门架数据上传实时统计查询功能可实现各收费站当日门架交易数据上传统计和门架牌识数据上传统计的查询，展示界面如图4所示。门架交易数据上传统计和牌识数据均分别统计了总处理数、未处理数、已处理完成数、向省传输完成数、向部传输完成数以及未传数。另外，通过路段收费数据数智化管理系统还可以实现门架数据门架至省和部数据上传明细查询功能。根据运行情况，分析得出数据上传速度快，系统运行状态良好，可高效完成数据的统计与查询功能。3.4 收费站功能图2 收费站入口图像查询图3 治超检测数据查询15总652期2023年第22期（8月 上）收费站功能查询包含收费站 HEX 基础信息查询、车道运行环境检测、最小费额使用、ETC使用率统计四个子模块。收费站HEX信息查询功能为通过输入收费站名称或收费站HEX码进行数据基础信息查询的功能，该界面中的基础信息版本会在使用之前自动完成更新至服务器端最新版本以保证数据的时效性和准确性。车道运行环境监测界面功能为监测各车道当前车道基本信息、设备动态库版本、状态名单版本、计费模块等运行条件。保证车辆交易时的软件状态是否完好而设计的监测模块。最小费额使用率查询可以查询单个收费站按照日期选择为查询条件，进行查询，查询结果展示时间段内各通行介质类型分别使用最小费额量。ETC使用率明细查询可以按照日期选择为查询条件，进行查询，查询结果展示当天入出口分车型统计的CPC流量、ETC流量和ETC使用率统计，如图5所示。3.5 统计报表功能统计报表功能分为收费站通行量费报表、门架通行量统计、治超通行量统计三个类型报表统计功能；收费站通行量费报表可分别按日期、旬、月、季度、年度、分客货、分现金非现金进行统计 MTC 入口量、出口量、出口费、ETC入口量、出口量、出口费六种类型的报表，MTC入口通行量日报表统计如图6所示。门架通行量统计明细主要对各门架分车型分通行介质统计交易总数、交易成功数、统计交易成功率；可以选择门架、开始结束时间为条件进行数据查询统计，开始时间和结束时间范围设定不超过七天，默认查询为单天查询。治超通行量报表统计可按照收费站、时间段分别统计治超所有车辆总数、超限车辆数、未超限车辆数、大件运输车辆、分轴数通行量统计。4 结论本文以某高速公路路段收费管理为对象，分析确定收费数据数值化管理系统需求，从数据采集与传输、收费数据管理可视化和数据管理客户端等方面对系统设计进行详细阐述，并对系统应用进行分析，得出以下结论：1）可实现ETC车道和门架数据的监测，并对存在问题的数据发出预警，提醒管理人员进行处理，数据处理达到要求后即可接触预警；2）图像流水查询功能可实现收费站入出口流水及图像查询、门架通行数据流水及图像查询、治超数据图4 门架数据上传实时统计图5 ETC使用率明细查询16交通世界TRANSPOWORLD流水及图像查询；3）门架数据和设备状态查询速度快，系统运行状态良好，可高效完成数据的统计与查询服务。4）收费站功能查询包含收费站 HEX 基础信息查询、车道运行环境检测、最小费额使用、ETC使用率统计四个子模块；5）统计报表功能可实现收费站通行量费报表、门架通行量统计、治超通行量统计报表统计与生成，且生成速度快、准确率高，提高了工作效率。参考文献：1 林定光，陈俊.高速公路收费数据管理系统J.中国交通信息化，2021（4）：96-98.2 崔雪梅.云南省高速公路电子不停车收费数据清分结算管理系统（CSS）的研究与分析D.昆明：云南大学，2017.3 戴莹莹.测试收费系统的设计与实现D.长春：吉林大学，2016.4 卢建鸿，李冰.高校收费网络化管理系统的设计J.韩山师范学院学报（自然科学)，2006（6）：34-37.5 杜军.广东开阳高速公路有限公司智能化综合管理系统J.公路，2003（8）：13-15.图6 MTC入口通行量日报表统计拥堵状态，分析小区域内拥堵发生的原因，构建了基于小区域划分的拥堵疏导智能管控方法。本文以广东省珠三角区域的“两桥八路”为代表，选取了十字交汇的小区域用于场景分析，实证结果表明，本文提出的区域拥堵智能管控方法不仅能有效判定高速公路小区域的交通运行状态，还能进一步发掘造成拥堵的原因，并提出拥堵疏导策略。该方法的应用能够明显提升区域运行效率，缓解区域拥堵的发生。参考文献：1 凡昌礼.城市区域交通流预测与控制关键技术研究与应用D.成都：电子科技大学，2022.2 张诗煜.城市区域交通信号协调优化控制策略研究及仿真D.西安：西安建筑科技大学，2021.3 徐建闽，周传，首艳芳.基于PSO-X算法的交通信号区域协调控制模型J.重庆交通大学学报（自然科学版），2022，41（1）：38-43.4 刘晓雯.基于浮动车数据的路网区域交通状态分析D.西安：长安大学，2020.（上接第12页）17