基于视觉AI一站式服务的智能收费设备研发及推广应用研究报告

　　摘要：2020年全国高速公路省界收费站全面取消，路网实现“一张网”运行。为落实交通运输部“十四五”智慧交通规划，破解吉林省极寒气候下高速收费设备适配性差、特情处置依赖人工、运营成本高、人员招录困难等问题，吉林省交通实业发展有限公司联合多家单位开展基于视觉AI一站式服务的智能收费设备研发及推广应用项目。项目研发集智能收费设备、掌上智能终端、云控平台于一体的一站式智能收费系统，突破极寒环境适配、视觉辨卡、特情远程研判等关键技术，设备工作温度覆盖- 40℃~55℃，车牌与车型识别准确率均不低于99%，单车通行时间≤30秒。项目成果已在吉林省210条车道规模化部署，并推广至湖南省高速，有效提升通行效率、降低运营成本，填补了东北极寒地区高速智能收费设备技术空白，为全国智慧高速无人化运营提供实践参考。

　　关键词：视觉AI;智能收费设备;极寒适配;无人化收费;智慧高速

　　一、引言

　　2020年全国高速公路省界收费站全面取消，全国路网实现“一张网”运行，为智慧交通建设奠定基础。交通运输部“十四五”智慧交通规划明确要求加快高速公路收费智能化升级，补齐运营服务短板。

　　吉林省地处东北严寒区域，气候具有极寒、温差大、雪雾风沙频发等特征，传统智能收费设备低温故障率高、识卡效率下降、机械结构易老化;收费特情高度依赖现场人工处置，远程集约化管控能力不足;同时收费人员招录困难、人力成本居高不下，制约高速收费运营提质增效。

　　为解决上述问题，吉林省交通实业发展有限公司联合吉林省高速公路集团有限公司数据信息中心、北京诚达交通科技有限公司、北方工业大学，共同开展基于视觉 AI一站式服务的智能收费设备研发及推广应用项目。项目立足吉林省气候与交通特征，以科技赋能收费模式转型，推动吉林高速收费向智能化、无人化、集约化发展。

　　二、研究目的和意义

　　吉林省极寒气候对收费设备稳定性、可靠性提出严苛要求，传统设备难以适配，存在低温故障、识卡率低、特情处置效率低等问题。本项目围绕气候与交通特征对收费精准性、稳定性的影响，研发适配本地环境的一站式智能收费系统，构建自助领卡、缴费通行全流程无人化服务体系。

　　项目旨在解决三大核心问题：一是提升智能收费设备极寒环境适应性;二是增强系统长期运行稳定性;三是提高特殊车辆与收费特情处置便捷性。通过打造符合吉林高速实际的无人收费模式，缓解人员招录压力，降低运营成本，提升收费智能化水平，为吉林省智慧高速建设提供技术支撑与示范样本。

　　三、国内外研究概况

　　(一)行业概况

　　国外收费公路里程有限、模式简单，与我国高速公路收费体系差异较大，不具备直接借鉴价值。国内取消省界收费站后，ETC与自助缴费设备逐步普及，但行业仍存在突出痛点：第一，行业缺乏统一标准，设备质量参差不齐，地域适配性差，极寒地区故障率高;第二，特情处置以现场人工为主，远程集中管控能力弱，人力成本高;第三，设备稳定性不足，易引发车道拥堵与舆情风险;第四，收卡方式存在缺陷，插卡式操作不便、履带式不耐寒，难以兼顾识卡率与用户体验。

　　(二)技术概况

　　云计算、人工智能、大数据为高速智能收费提供核心技术支撑。云计算实现系统云端管理、数据存储、实时预警;人工智能支撑车牌识别、智能计费、流量预测、安全监控;大数据用于通行效率优化、逃费稽查、设备预测性维护。三大技术融合推动收费模式向智能化、无人化升级，但在极端环境适配、特情智能研判、全流程无人化闭环处理等方面仍需突破。

　　四、主要研究内容及实施方案

　　(一)研究内容

　　极寒环境适配智能收费设备研发针对吉林极寒气候优化器件选型与机械结构，提升耐低温与抗疲劳性能;研发热管理子系统与环境监测系统，稳定设备内部温湿度;设计大尺寸耐寒投卡模块，优化视觉辨卡算法与天线功率，兼容ETC、CPC卡交易，支持手动切换人工模式。

　　特殊情况智慧分析处理技术研究研发收费特情远程研判技术，实现临牌、无入口信息、车牌车型不符等场景自动识别与匹配;开发掌上智能终端，支持现场特情处置、音视频交互、任务调度;搭建云控平台，实现远程回控、AR监测、智能运维、集中管控。

　　无人化收费场景构建基于视觉AI实现车辆检测、车牌车型识别、自助缴费、驶离全流程自动化，打造少人化/无人化收费车道，支持单人管控多车道，提升运营集约化水平。

　　(二)实施方案

　　实施路径以破解“效率—成本—可靠性”矛盾为核心，分两条技术路线推进：强化设备极寒适应性，研发适配硬件与热管理系统;提升特情处置智能化，研发研判算法、终端与云平台。项目按需求分析、关键技术验证、开发迭代、测试改进、演示验收五步实施。

　　应用场景设备自动完成车辆识别与ETC/CPC卡缴费;特情自动识别分类，由云控平台远程处置;无法远程解决时调度现场人员通过掌上终端应急处理，形成“自助处理+远程辅助+ 现场应急”闭环。

　　系统架构由智能收费设备、掌上智能终端、云控平台组成。设备与车道系统数据互通;终端负责现场应急;平台承担云端大脑功能，实现远程管控、状态监测、智能运维。

　　技术实现方案硬件采用耐寒材料与模块化设计，防护等级IP55，工作温度-40℃~55℃;软件融合AI视觉识别、云计算、大数据，实现特情研判、远程回控、状态监测，保障极端环境稳定运行。

　　五、主要研究过程

　　需求分析完成三大模块需求梳理：智能收费设备支持CPC卡回收、多方式支付、票据打印、临牌识别、远程升级;掌上终端实现车道监控、特情回控、音视频交互;云控平台具备设备监测、特情处理、数据查询、运营分析、人效评估等功能。

　　方案设计为独立式、边柜式、嵌入式三款设备，适配不同车道;明确终端功能模块与界面布局;完成云控平台核心界面设计，提升人机交互效率。

　　关键技术及参数指标突破极寒硬件选型、热管理、视觉辨卡、特情远程研判等七大关键技术。核心指标：工作温度-40℃~55℃;读写卡失败率≤0.3%;交易时间<26秒;平均无故障时间>10000小时;扫码成功率≥99.9%;云控平台单坐席可管控36条车道。

　　计划执行情况项目分六阶段推进，2024年7月 —2025年6月完成研发、样机、试点与全省推广;2025年7月 —12月完成专利、论文与验收，各阶段任务按期或超额完成。

　　六、实验分析

　　项目在长春东收费站开展6个月实地测试，设备功能与性能满足运营要求;通过中路高科交通检测检验认证有限公司检测，各项指标符合国家交通安全设施标准，环境适应性、稳定性、识别准确率均达到设计要求。

　　七、技术先进性

　　1.极寒适配创新：针对东北严寒环境优化结构与热管理系统，保障极端温度下稳定运行。

　　2.特情处置创新：多源信息融合实现特情远程自动研判与处置，大幅减少人工干预。

　　3.系统集成创新：融合视觉AI、云计算、大数据，构建全流程一站式无人收费体系，填补极寒地区技术空白。

　　八、研究成果

　　1.研发三款智能收费设备样机，完成试点应用;

　　2.交付掌上智能终端、云控平台各1套，形成完整解决方案;

　　3.申请实用新型专利1项、软件著作权2项、外观专利2项，发表高水平论文1篇;

　　4.培养智慧高速技术支持人员5 名;

　　5.核心性能：车型/车牌识别准确率≥99%，单车通行时间≤30秒。

　　九、成果应用推广

　　项目成果已在吉林省13个分公司210条车道规模化部署，覆盖全省高速路网;成功输出至湖南省长株高速，部署18套设备，实现跨省份应用。设备在提升通行效率、降低人力成本、优化服务体验方面效果显著，具备全国推广价值。

　　十、效益及前景

　　(一)经济效益

　　实现“一人多车道”运营模式，部分收费站年节省人力成本超30万元;单车交易时间≤30秒，通行效率显著提升;设备月故障次数<2次，降低运维与拥堵损耗，运营投入更经济。

　　(二)社会效益

　　为司乘提供便捷自助服务，提升用户满意度;收费人员转岗至后台监控，改善工作环境与强度;减少拥堵与尾气排放，助力绿色交通;为全国极寒地区智慧高速建设提供吉林实践经验。

　　(三)市场前景

　　项目契合交通强国与智慧交通发展趋势，技术成熟、效益显著，可适配高速路网、停车场、匝道等多场景;结合5G、车路协同技术可持续升级，市场需求广阔，具备大规模推广潜力。