高速公路自助收费模式下通行券自动发放与回收技术研究应用

　　摘要：随着现阶段高速公路日常通行车流量持续攀升，节假日收费模式切换时段，大量非ETC小型客车依托纸质通行券通行，用券量大幅上涨。目前通行券入口发放、出口回收核验全流程均依靠人工实操，入口人员手动填写票面车辆及进站信息，出口收费员逐票核对票面多项关键数据并逐条录入收费系统。整套作业流程环节繁杂、耗时耗力，整体通行处置效率偏低，高峰道口易出现缓行拥堵，同时人工手写慢极易产生信息偏差、数据错漏问题，收费征管核验规范性难以保障。

　　关键词：高速公路;通行券;发放;回收

　　引言

　　社会机动车保有量持续增长，高速公路全域常态化车流稳步扩容，路网整体通行承载压力逐年加大。每逢法定节假日高速免费通行前后，行业需同步开展“免改收”“收改免”双向收费制式切换，道口车流短时集中汇聚，现场管控与收费处置压力同步激增。现阶段辖区内非ETC小客车通行仍全程配发纸质通行券作为通行核验凭证，未配套智能采集录入设备，全链条沿用传统人工处置模式。车辆驶入高速入口时，值守人员需人工勾选票面栏目，手写登记车牌、入口时间等基础信息;车辆驶出出口时，收费人员还要二次核对票面车型、券号、进站信息，逐一手动录入收费终端。全流程人工叠加重复操作，劳动强度大、流转时效慢，难以适配高峰快速通行需求，人为失误频发还易引发收费纠纷、道口拥堵等各类现场问题。

　　一、主要研究内容

　　1.入口自动发放通行券装置

　　结合嵌入式技术将定制打印机与自助研发的采集控制模块相结合，采集控制模块从已有的车牌识别摄像机、车型识别摄像机上获取车辆信息，准确判断该发放通行券的车辆信息，最后通过控制定制的打印机将票券内容打印到通行券上。

　　2.出口自动回收录入通行券装置

　　(1)回收装置采用AI大模型图像识别技术，将通行券放在设备下就能够在13秒内完成对纸质通行券车牌、车型、入口站、通行券号、入口时间等信息识别，将其准确填入收费软件对应的对话框。

　　(2)语音输入：通过语音识别模块将语音转化成文字输入到鼠标指向的对话框。

　　3.全流程辅助功能

　　(1)设备状态远程监控：为入口发放装置和出口回收装置加装状态监测模块，实时上传设备运行数据(如打印是否正常、识别成功率、故障代码等)，管理人员可通过后台查看各设备状态，提前排查故障，减少停机时间。

　　(2)数据统计分析：自动记录通行券发放、回收的数量、时间、识别成功率等数据，生成日报表、周报表，帮助收费站分析高峰时段流量、设备瓶颈等问题，为人员调度和设备优化提供依据。

　　二、关键技术及主要技术经济指标

　　1.关键技术

　　(1)嵌入式控制与自动化打印技术：采用嵌入式系统实现车牌识别、车型识别数据的实时采集，并与定制打印机联动，确保通行券信息准确打印。支持多种通信协议(如RS485、TCP/IP)，兼容不同厂商的识别设备。

　　(2)AI大模型图像识别技术：基于深度学习(如CNN、Transformer)的OCR识别算法，实现高精度通行券信息提取(车牌、入口站、时间等)。支持模糊、褶皱、倾斜等复杂场景下的识别，准确率≥98%。

　　(3)语音识别与智能输入技术：采用端侧语音识别模型(如RNN-T或Whisper轻量化版本)，实现实时语音转文字，并自动填充至收费系统对话框。支持多方言、噪声环境下的语音识别，识别准确率≥95%。

　　(4)物联网(IoT)远程监控与数据分析技术：通过有线网络实时上传设备状态数据(打印成功率、识别率、故障代码等)。采用MQTT/HTTP协议与云端平台通信，支持故障预警和远程诊断。基于大数据分析(如Spark/Flink)自动生成通行券发放/回收统计报表。提供可视化看板(如Power BI或定制化界面)，辅助管理决策。

　　2.主要技术经济指标

　　(1)入口发放速率：≤10秒/辆(从车辆触发感应到通行券打印完毕并弹出);

　　(2)入口准确判断该车为需发券车辆正确率不低于98%;

　　(3)入口打印通行券信息准确率不低于98%;

　　(4)出口通行券回收速率：≤13秒/辆(从放置通行券到信息自动填入收费系统);

　　(5)出口装置对通行券上车牌号码、车型、入口时间等关键信息的综合识别准确率≥98%;

　　(6)在收费站典型环境噪音下，语音输入指令的识别准确率≥95%。

　　(7)单车通行效率提升：预计使车辆在节假日过渡阶段的平均处理时间缩短60%以上。

　　(8)减少拥堵成本：显著降低收费站因操作缓慢引发的车辆排队长度和等待时间，为社会车辆节约时间成本和燃油成本。

　　(9)发表论文1篇，申请软件著作权1项、发明专利1项。

　　三、创新点、经济效益与社会效益分析

　　1.创新点

　　(1)全流程自动化通行券管理：创新性地实现从入口自动发放通行券到出口自动回收识别的闭环管理，减少人工干预，提高收费站运营效率。

　　(2)AI+嵌入式技术融合：采用嵌入式系统实时采集车牌、车型数据，并结合AI大模型(如OCR、语音识别)实现高精度信息提取，提升识别准确率和处理速度。

　　(3)智能语音输入辅助：引入语音识别技术，支持收费员语音输入信息，减少手动录入错误，提高工作效率。

　　(4)远程监控与预测性维护：通过物联网(IoT)技术实时监测设备状态，提前预警故障，减少停机时间，降低运维成本。

　　大数据分析与智能决策支持：自动生成通行券发放、回收的统计报表，帮助收费站优化人员调度和设备配置，提升管理精细化水平。

　　2.经济效益分析

　　(1)降低工作量：减少99%以上的人工录入和巡检工作量。

　　(2)提高通行效率：车辆通行券发放时间≤10秒，回收识别时间≤13秒，整体通行效率提升40%，减少拥堵，提高收费站吞吐量。

　　(3)减少运维成本：远程监控和预测性维护可降低设备故障率。

　　(4)优化资源配置：数据统计分析功能可帮助收费站合理调配人员，减少高峰时段人力浪费，降低运营成本。

　　(5)减少污染：车辆等待时间减少有利于车辆节能减排。

　　3.社会效益分析

　　(1)提升公众出行体验：减少车辆在收费站的停留时间，缓解拥堵，提高司乘人员的通行体验。

　　(2)推动智慧交通发展：该技术的应用符合智慧高速建设趋势，为未来少人化收费站提供技术积累。

　　(3)减少人为错误，提高收费准确性：AI自动识别和录入可避免人工操作失误，确保收费数据准确，减少纠纷。

　　(4)环保节能：减少纸质通行券的浪费(如打印错误、重复发放)，降低资源消耗，符合绿色交通理念。

　　(5)促进就业转型：虽然部分人工岗位可能减少，但新技术将催生更高技能岗位(如运维工程师、数据分析师)，推动行业人才升级。

　　四、项目查新情况

　　本项目2025年8月11日委托科学技术部西南信息中心查新中心进行项目查新，综合分析检索到的相关文献，并与委托项目的查新点进行对比分析，可以得出如下结论：高速公路自助收费模式下通行券自动发放与回收技术的研究及应用，全程依托自助收费设备， 入口发放装置通过联动现有的车牌识别摄像机、车型识别摄像机，将系统安装在定制的打印机上，当车辆经过该车道时系统结合获取的车牌和车型信息(非ETC车辆)判断该车辆是否符合领取通 行券的条件，如果符合即将车辆信息勾选、打印到通行券上并提示司机领券通行券，出口回收装置 对回收的纸质通行券进行AI智能识别，准确获取通行券上的车型、入口站、通行券号、入口时间 等信息，结合车道固有的车牌识别设备获取车牌号后，将获取的所需内容完整输入到收费电脑软件 界面的相应对话框位置，同时有语音输入等功能。

　　五、下一步工作思路

　　结合当前高速公路纸质通行券人工收发、录入全链条作业现存堵点痛点，立足收费站高峰保畅、精准收费、减负提效核心工作目标，统筹推进智能化提质改造专项工作。一是加快点位试点布设，适应自助模式下不同的收费软件展开同步研发，让设备适应性能更强，择优在车流大、节假日易拥堵、政策切换高频重点收费站，全域加装AI大模型智能通行券回收识别专用装置，替代传统全人工手写、手动录入老旧作业模式。二是开展全员专项实操岗前培训，组织一线收费人员熟悉智能设备放券感应、自动识别、一键同步传参全流程操作规范，规范现场标准化作业流程，快速适配新型智能设备办公节奏。三是建立设备常态化运维巡检台账，定岗定人定时开展设备日常除尘、参数校核、联网调试，保障车流高峰时段设备全天候稳定运行、数据零卡顿同步上传。四是同步联动收费后台征管系统完成端口适配对接，打通通行券识别数据直传通道，从源头压降人工录入差错率，全面压缩道口车辆通行处置时长，切实筑牢高速收费站安全、高效、有序通行保障防线。

　　六、前景与结束语

　　随着我国高速公路网络不断完善，现有收费系统的智能化升级需求日益迫切。据统计，全国现有约10万条MTC(人工半自动收费)车道需要进行智能化改造。该系统通过自动化发放和回收通行券，可显著提升收费站运营效率，降低人工成本，完全契合当前行业智能化转型的需求。交通运输部《数字交通发展规划纲要》明确提出要推进智慧公路建设，提升收费系统智能化水平。本系统采用的嵌入式控制、AI识别等关键技术，完全符合"新基建"和交通强国建设的技术路线，在政策层面具有强有力的支持。技术推广优势兼容性强，首先系统采用模块化设计，配备标准化接口，可无缝对接现有ETC/MTC混合收费系统。其采集控制模块支持与主流品牌的车牌识别设备互联互通，确保在推广应用过程中不会出现兼容性问题。其次是部署便捷，系统采用即插即用设计，对现有收费亭的改造要求极低，单个车道可在几分钟内完成设备安装和调试。远程配置功能使得系统参数设置更加便捷，大大降低了推广实施的难度。最后是维护简单，系统配备完善的远程监控功能，可实时监测设备运行状态。当出现故障时，支持远程诊断和在线固件升级，显著降低了后期维护成本。关键部件采用标准化设计，更换简便。

　　综上所述，该研究凭借其技术创新性、实用性和经济性，在高速公路收费领域具有广阔的推广应用前景。随着智慧交通建设的深入推进，该系统将成为收费站智能化改造的首选方案，创造显著的经济效益和社会价