CN115529325A - 一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，包括：云上收费系统，云上收费系统连接有云下收费系统；云下收费系统包括自由流预交易系统，自由流预交易系统连接有车道智能节点；提升大流量收费站的通行效率，探索新型的收费系统架构，缓解收费站所产生的交通瓶颈效应，充分考虑收费站的地理区位、建设规模以及道路结构特点，实现收费业务云端化，收费车道自动化,以期通过“匝道预交易、车道验证、快速收卡、特情放行”的技术模式，提升收费站整体车辆通行能力。

Description

一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统

技术领域

本发明涉及高速公路云收费系统领域，尤其涉及一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统。

背景技术

在一些人流量大的城市，高速公路收费站极易存在拥堵现象，全国高速公路取消高速公路省界收费站，高速公路收费模式调整为开放式收费后，仍旧保留了传统的出、入口收费车道的模式，取消高速公路省界收费站并没有实现真正的自由流收费，收费站的设置仍旧成为高速公路网络的瓶颈所在。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种高速公路云平台爱收费系统及收费方法”，其公告号：CN108717737A，公开了位于收费亭外的外设；外设包括车牌识别仪、iBeacon基站以及栏杆机，车牌识别仪用于识别待通行车辆牌号、所处车道地点及道次信息，并将识别信息传输至车道控制盒；iBeacon基站用于向待通行车辆内的客户端App发送蓝牙信号，但是该方案仅能对系统问题进行优化。

发明内容

为了解决现有技术中高速公路收费慢、通行效率低、便捷程度不够高的问题，本发明提供一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，通过转换高速公路收费系统硬件资源的利用模式，实现收费过程更加高效、管理行为更加直接有效、大幅提高运营效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，包括：云上收费系统，云上收费系统连接有云下收费系统；云下收费系统包括自由流预交易系统，自由流预交易系统连接有车道智能节点。云上收费系统基于依次以省联网中心、路段分中心、收费站（含车道）为最基本管理单元形成联网收费业务架构，云上收费系统从云下收费系统获取数据并通过云下收费系统进行管控；自由流预交易系统用于在收费站收费前进行预先交易，提高后续车流通行消费站效率，车道智能节点用于对预交易后的车流进行控制，避免未交易的车流通行消费站。能够预先进行网络交易并在通行收费站时进行反馈，不仅能实现分流交易提高通行效率，同时有效避免交易漏洞通行，提高了可靠性。

作为优选的，云下收费系统包括收费自动化系统及稳定性保障系统；自由流预交易系统及车道智能节点均位于收费自动化系统内。收费自动化系统用于进行智能收费及控制，稳定性保障系统用于支撑云下收费系统的数据采集与处理。通过稳定性保障系统支撑云下收费系统全新架构的稳定运行，提高收费系统的强壮性，提高设备的高可用性，实现网络的冗余备份，便于对移动终端进行辅助处理。

作为优选的，车道智能节点包括沿着车道方向依次布置的智能检测部、混合检测控制部及自助收卡机。混合检测控制部用于入口自助发卡、出口自助缴费；车道智能节点与收费站边缘云通信连接，用于交易流程及车道设备的控制和状态监测。能实现收费站处交易及通过的自动化控制，提高通过效率，减少交易时间。

作为优选的，自由流预交易系统包括布置在收费站匝道处的一次收费部，一次收费部与车道智能节点连接，车道智能节点位于收费广场及收费站内。一次收费部为在收费站互通匝道出口以龙门架或T杆的方式部署的路侧设备，路侧设备用于对低速经过匝道的车辆进行提前计费或交易；车道智能节点用于核对路测设备提前计费或交易的车辆名单，并在一次交易未成功的前提下补充二次冗余交易。

作为优选的，稳定性保障系统包括虚拟化高可用平台，虚拟化高可用平台连接有冗余链路网络，冗余链路网络连接有手持移动处理终端，手持移动处理终端连接有云收费客服系统。通过虚拟化高可用平台对分散的资源进行整合和合理分配，统一支撑收费站、车道、收费自动化系统运行，保障硬件系统和应用软件系统的不简单、高可靠运行。

作为优选的，虚拟化高可用平台包括分布式架构的服务器集群和超融合平台；虚拟化高可用平台包括用于虚拟化计算、软件定义的存储和虚拟化网络的虚拟机管理程序。服务器集群用于虚拟化计算、软件定义的存储，超融合平台包括虚拟化网络的虚拟机管理程序。虚拟化计算通过物理服务其的硬件资源和上层应用解耦，形成统一的计算资源地，然后弹性分配给逻辑上的虚拟机共享使用；软件定义的存储包括通过对存储系统或存储服务的内部功能进行抽象、隐藏或隔离，使存储或数据的管理与应用、服务器、网络资源的管理分离，从而实现应用和网络的独立管理；通过服务器上的SSH、HDD磁盘资源虚拟化，形成存储资源池，在收费站业务数据实现多副本的存储，达到高可用效果；虚拟化网络包括在物理网络上构造出逻辑网络，进行逻辑网络寻址，以实现用户定义的网络拓扑并满足用户特定的需求，方便收费站业务运维。

作为优选的，云上收费系统包括省级行业云、收费站边缘云及车道应用端，自由流预交易系统及车道智能节点均与车道应用端连接。省级行业云包括省中心系统和公有云资源，用于提供全网云收费系统所需的各类基础应用组件和应用服务；收费站边缘云包括虚拟化高可用平台，用于提供本站云收费系统所需的各类基础应用组件和应用服务，实现收费站管理、砸到交易、车道收费等业务流程；车道应用端包括车道智能节点和移动终端，用于匝道、车道的设备控制交互和用户操作交互，根据收费过程实现通信介质信息读取、写入，结合收费过程结果准确告知用户。能将收费过程的信息通过网络云进行交互，实现收费过程的基础系统运行可靠性与扩展性，促进收费车道设施布置简便化与应用管控统一化。

作为优选的，省级行业云包括参数配置管理模块、全网云收费应用服务模块及收费站边缘节点管理模块；收费站边缘云包括车辆名单模块、数据通讯模块及计费模块。通过多层级收费的交互控制实现云收费。

本发明具有如下优点：

提升大流量收费站的通行效率，探索新型的收费系统架构，缓解收费站所产生的交通瓶颈效应，充分考虑收费站的地理区位、建设规模以及道路结构特点，实现收费业务云端化，收费车道自动化, 以期通过“匝道预交易、车道验证、快速收卡、特情放行”的技术模式，提升收费站整体车辆通行能力，能够预先进行网络交易并在通行收费站时进行反馈，不仅能实现分流交易提高通行效率，同时有效避免交易漏洞通行，提高了可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1是本发明的系统示意图。

图2为本发明中一次收费部的位置示意图。

图3为本发明第一个实施例中CPC卡预交易流程示意图。

图4为本发明的混合车道布设图。

图5为本发明的第三个实施例中ETC车辆的预交易流程示意图。

图6为本发明的第四个实施例中冗余链路网络的示意图。

图中：

1-云上收费系统；2-云下收费系统；3-收费自动化系统；4-稳定性保障系统；5-自由流预交易系统；6-车道智能节点；7-虚拟化高可用平台；8-冗余链路网络；9-手持移动处理终端；10-云收费客服系统；11-省级行业云；12-收费站边缘云；13-车道应用端；14-一次收费部；15-收费广场；16-车型识别设备；17-自助发卡智能节点；18-一体化自动栏杆。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图 1所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，包括云上收费系统1，云上收费系统1连接有云下收费系统2；云上收费系统1基于依次以省联网中心、路段分中心、收费站（含车道）为最基本管理单元形成联网收费业务架构，云上收费系统1从云下收费系统2获取数据并通过云下收费系统进行管控。

云下收费系统2包括自由流预交易系统5，自由流预交易系统5连接有车道智能节点6。云下收费系统包括收费自动化系统3及稳定性保障系统4；自由流预交易系统及车道智能节点均位于收费自动化系统内。车道智能节点包括沿着车道方向依次布置的智能检测部、混合检测控制部及自助收卡机。收费自动化系统用于进行智能收费及控制，稳定性保障系统用于支撑云下收费系统的数据采集与处理。

混合检测控制部主要包括自助发卡智能节点17，自助发卡智能节点17主要由箱体、卡口面板、机芯、电气系统等部分组成，集成了车道工控机、车道控制器、显示器、键盘对讲终端（可选复合读写器、手持OBU读写器）等设备，用于对通行卡进行读写发放操作，用于进行视频语音对讲，用于对车道的电气设备进行控制；混合检测控制部还包括岛尾设置的一体化智能栏杆18，一体化智能栏杆集合设有通行显示、车牌识别摄像机、高速栏杆机，进一步实现缩窄收费岛宽度；混合检测控制部还包括在高速公路入口车道设置车型识别设备16，具备全天候的准确车型识别能力。

自由流预交易系统包括布置在收费站匝道处的一次收费部14，一次收费部14与车道智能节点连接，车道智能节点位于收费广场15及收费站内。一次收费部为在收费站互通匝道出口以龙门架或T杆的方式部署的路侧设备，路侧设备用于对低速经过匝道的车辆进行提前计费或交易；车道智能节点用于核对路测设备提前计费或交易的车辆名单，并在一次交易未成功的前提下补充二次冗余交易。

匝道自由流系统由虚拟化交易终端（含软件）、传输链路及设备箱组成，路侧设备上安装ETC天线，设备箱内设置天线控制器，数据在工业以太网交换机进行汇聚后经由光纤传输至收费广场以太网交换机，安装了预交易软件的预交易终端连接收费广场以太网交换机，负责接收ETC天线数据并进行处理和存储。收费岛上设置抓拍摄像机，识别车辆的车牌信息，到预交易终端数据库进行查询，根据查询结果放行车辆或进行特情处理。路侧设备包括预交易门架。预交易门架布设于下高速匝道，也可布设于下高速匝道合流处，采用T型杆件覆盖两个方向，预交易门架前方直线距离内没有高速公路非出、入口匝道路段。

设备箱内依次连接有天线控制器、交换机、光纤收发器及防雷器，设备箱位于门架下方车道护栏外的路面。

收费广场设置一台匝道自由流一体化机柜，内置预交易终端及在线监测单元，并接入云上收费系统，交互共享收费数据和控制数据。

在使用时，携带CPC通行卡车辆途径匝道预交易天线时,由安装在门架上的RSU天线进行通信,通过CPC卡内信息计算车辆路径及本次高速公路通行费,并将交易数据传输至预交易终端并保存在数据库中，当车辆到达出口广场混合车道时,通过抓拍识别的车牌信息，在预交易终端数据库进行查询，如果预交易成功,车道费额显示器显示车牌以及通行费金额。同时自动缴费机收卡口开启，驾驶员放置回收CPC卡并完成扫码支付，自动栏杆快速抬杆放行。如果匝道预交易未成功，则费额显示器显示交易未成功。驾驶员按下自助缴费机上确认按钮，自动栏杆抬起。引导车辆驶入特情处理区域处理。

稳定性保障系统4包括虚拟化高可用平台7，虚拟化高可用平台7连接有冗余链路网络8，冗余链路网络8连接有手持移动处理终端9，手持移动处理终端连接有云收费客服系统10；虚拟化高可用平台包括分布式架构的服务器集群和超融合平台。虚拟化高可用平台包括用于虚拟化计算、软件定义的存储和虚拟化网络的虚拟机管理程序。虚拟化计算通过物理服务其的硬件资源和上层应用解耦，形成统一的计算资源地，然后弹性分配给逻辑上的虚拟机共享使用；软件定义的存储包括通过对存储系统或存储服务的内部功能进行抽象、隐藏或隔离，使存储或数据的管理与应用、服务器、网络资源的管理分离，从而实现应用和网络的独立管理；通过服务器上的SSH、HDD磁盘资源虚拟化，形成存储资源池，在收费站业务数据实现多副本的存储，达到高可用效果；虚拟化网络包括在物理网络上构造出逻辑网络，进行逻辑网络寻址以实现用户定义的网络拓扑并满足用户特定的需求。

在第二个实施例中，云上收费系统1包括省级行业云11、收费站边缘云12及车道应用端13，自由流预交易系统及车道智能节点均与车道应用端连接。省级行业云包括参数配置管理模块、全网云收费应用服务模块及收费站边缘节点管理模块；车收费站边缘云包括车辆名单模块、数据通讯模块及计费模块。省级行业云包括省中心系统和公有云资源，用于提供全网云收费系统所需的各类基础应用组件和应用服务。

收费站级边缘云用于提供收费站级业务管理、云收费应用服务、云收费车道交易服务等服务，实现收费站管理、匝道交易、车道收费等功能。收费站级业务管理主要包括收费管理、统计查询、卡票管理等功能。云收费应用服务与省中心对应服务同步，协同提供云收费应用支撑，主要包括计费服务、密钥服务、车辆名单服务、数据通讯服务等功能。云收费车道交易服务统一部署在收费站级平台，实现本收费站内的匝道交易、ETC车道、混合车道、自助车道等车道业务功能。

车道应用端主要包括车道节点终端系统和移动终端系统，车道节点终端系统接受云车道业务执行的控制指令，操作对应车道的外场设备。应用在混合车道的系统能提供收费员操作界面，支持人工收费和特情操作。在收费站与车道广场网络中断或其他特殊情况造成云收费系统无法正常运行时，可应急使用移动终端系统进行移动收费、特情处理等业务。

在第三个实施例中，ETC车辆途径匝道预交易天线时,由安装在门架上的RSU天线与车载电子标（OBU）进行通信，通过ETC卡内信息计算车辆路径及本次高速公路通行费,并将交易数据传输至预交易终端并保存在数据库中。当车辆到达出口广场ETC车道时,通过抓拍识别的车牌信息，在预交易终端数据库进行查询，如果预交易成功,车道费额显示器显示车牌以及通行费金额。同时自动栏杆快速抬杆放行。

如果匝道预交易未成功，则车道内的综合信息显示屏显示交易未成功。内侧ETC收费车道里的车辆由收费员通过PAD智能特情系统进行特情处理，外侧ETC车道则提示车辆驶入特情处理区域进行处理，在驾驶员按下按钮确认知悉后，自动栏杆抬起。

在第四个实施例中，冗余链路网络包括收费机房部、收费站部及收费广场部，收费站机房和收费广场的交换机采用“1+1”配置，分别进行堆叠设置，互相组成交换机备份；通过异缆光纤由收费广场进入收费机房，形成异路由网络备份，同时该两条路由进行链路聚合；收费广场车道工控机以星形组网模式接入不同交换机，保证了收费车道传输网络的稳定；无线备份，通过架设由收费广场至收费站的无线5G专用网络实现无线备份链路。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，其特征在于，包括：云上收费系统，云上收费系统连接有云下收费系统；云下收费系统包括自由流预交易系统，自由流预交易系统连接有车道智能节点。

2.根据权利要求1所述的一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，其特征在于，云下收费系统包括收费自动化系统及稳定性保障系统；自由流预交易系统及车道智能节点均位于收费自动化系统内。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，其特征在于，车道智能节点包括沿着车道方向依次布置的智能检测部、混合检测控制部及自助收卡机。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，其特征在于，自由流预交易系统包括布置在收费站匝道处的一次收费部，一次收费部与车道智能节点连接，车道智能节点位于收费广场及收费站内。

5.根据权利要求2所述的一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，其特征在于，稳定性保障系统包括虚拟化高可用平台，虚拟化高可用平台连接有冗余链路网络，冗余链路网络连接有手持移动处理终端，手持移动处理终端连接有云收费客服系统；冗余链路网络用于网络备份、交换机备份及无线备份。

6.根据权利要求5所述的一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，其特征在于，虚拟化高可用平台包括分布式架构的服务器集群和超融合平台；虚拟化高可用平台包括用于虚拟化计算、软件定义的存储和虚拟化网络的虚拟机管理程序。

7.根据权利要求5或6所述的一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，其特征在于，云上收费系统包括省级行业云、收费站边缘云及车道应用端，自由流预交易系统及车道智能节点均与车道应用端连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于云收费架构的高速公路收费通行管控系统，其特征在于，省级行业云包括参数配置管理模块、全网云收费应用服务模块及收费站边缘节点管理模块；收费站边缘云包括车辆名单模块、数据通讯模块及计费模块。

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