编者按：为推进车联网产业发展，特邀请业内专家学者共同建言献策，推出“车联网百家谈”系列。基于AR和AI技术，提升高速公路感知能力，与高速公路现有系统无缝融合，以车辆“快速通行”、“缴费零误差”为目标，打造基于泛在车路协同的智慧收费站系统。李大成先生文章分享高速公路收费站路口交通疏导、车辆导流、逃费稽查、提升交通运行效率的创新方案和实践案例，给产业界伙伴带来有益启发。
收费站是造成高速公路拥堵缓行的一个重要因素。取消省界收费站是国家深化收费公路改革、降低物流成本、提高通行效率的有力举措。为此，2019年5月5日，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，明确政策举措力争2019年底前基本取消全国高速公路省界收费站，便利群众出行提高物流效率。这项工作也被作为2019年交通运输的重大政治任务和头等攻坚工程来抓。根据《取消高速公路省界收费站工程建设方案》,2019年底前全国已基本完成高速公路收费站ETC改造。高速公路收费站出口ETC通道建设可以实现车辆的快速通行，提升通行效率，是高速公路保通保畅的重要手段，但同时也出现了一些新的问题。- ETC用户量成倍激增，收费广场上大量ETC车辆和非ETC车辆无序交叉降低了通行速度。与此同时，少量未成功扣费或无法成功扣费的车辆，需要倒车退出ETC通道改到人工车道加剧了拥堵的可能性。- 传统的高速公路监控系统采用普通摄像机，单台设备监控范围较小，画面割裂，监控画面无法兼顾整体与局部，且视频监控系统和收费业务系统界面难以统一整合，与业务的联动能力较弱。- 交通业务和数据孤岛急剧增长，缺乏可视化的展示和整合的手段。
基于AR和AI技术，采用ETC前置收费、智能情报板诱导、车辆自动跟踪与预警等设计思路，以车辆“快速通行”、“缴费零误差”为目标，打造基于泛在车路协同的智慧收费站AR诱导与跟踪系统。系统由基于撤消省界站的主线\匝道自由流收费系统、基于AR的智慧标定云行诱导系统、基于分架式主备交易的快速ETC收费系统及综合防逃费后台收费后台管理系统四大子系统构成，通过数据共享融合处理，打破收费广场界限，实现了对车辆从主线到广场的全程管控及快速放行。在收费站前800米左右处设门架，部署900万高清摄像机及智慧诱导屏，结合在高点部署的AR超级云眼摄像机，通过基于AR的智慧标定云行诱导系统，实现对通行车辆的智能诱导；同时，基于AR增强现实技术，通过标签的形式将视频画面中的车辆信息、收费状态等信息进行结构化描述，并能实现GPS坐标映射、方位感知、视频联动等功能，增强实时图像与信息的结合，建立诱导警示走廊，并展示给广场管控人员，以便现场对异常车辆的快速疏通。在收费广场前设广播系统，进一步方便现场人员管控。
ETC车道岛尾设置CPC防逃费监测，防止MTC车辆逃费及CPC卡流失。
1、收费前置，高清诱导，减少出口拥堵
将ETC扣费门架前置，预留时间和空间进行导流。打通AR视频实景地图与ETC收费系统，诱导ETC自由流缴费成功的车辆经ETC车道快速通行，降低通行时延，提升通行效率。解决收费通行效率不高，出口易拥堵的问题。
对ETC自由流缴费失败的车辆进行跟踪。对于一般预扣费失败车辆，如果进入ETC车道，正常放杆并进行二次识别缴费，提升ETC扣费成功率。对于蓄意逃费、黑名单车辆、未装OBU设备车辆，如果进入ETC车道，平台提醒工作人员进行人工拦截，解决蓄意逃费问题。
对高速公路收费站出口区域进行改造，分别为深测感知廊道、信息发布与诱导警示廊道、现场管控区域。通过三个区域的有机结合，对业务流程全程贯通、实现车辆的快速导流。在高速公路出口收费路段设计布设AR可视化交通监测系统，采用3200万像素、长焦镜头、全天候监控，实现大场景、大视野的监控画面全局覆盖，编织成高速上层的监控网络，实现总览全局的效果。同时，系统采用增强现实技术，通过标签联动画中画调用低点视频、收费系统等资源，做到监控画面的整体与局部同时覆盖，真正做到由上到下、由内到外的立体化防控追踪体系。
打破传统的二维电子地图虚拟化、平面化，不直观的弊端，针对高速路段指挥调度、交通管理的要求，依托于高点“云眼”视频，依托增强现实技术对视频信息结构化描述先进性，借鉴传统GIS地图的经验，整合城市地理信息、高速管理信息化电子设备信息，汇聚融合到高清视频当中，通过编解码技术，地理信息图层概念等，打造高速收费路段实战基础支撑一张图---视频实景地图。4、建立通行车辆时空坐标系，实现精准诱导，打造泛在车路协同能力
基于AR可视化的车辆自动检测和跟踪技术，自动识别车辆位置，跟踪车辆轨迹，精确而高效的为视频中的车辆生成高度匹配车辆特征信息和扣费信息，形成AR标注，并实现车辆AR标注信息的动态跟随，建立通行车辆的时空坐标系。在线上实现收费站态势全息感知，打造数字孪生的智慧收费站：在实景地图上叠加展示每辆车的状态、结构化数据、缴费情况等车辆精细化管理数据；并能经过大数据分析形成整个收费站的态势分析，直观展示收费站周边宏观态势变化；同时能对异常事件系统自动发出声光报警。在线下实现车辆的精准诱导，打造泛在车路协同：在信息发布与诱导警示廊道区域精准识别通过的车辆，通过诱导屏准确推送该车辆的扣费情况并进行实时导流。而一旦发现扣费异常车辆即将进入到ETC快速通行车道，系统将实时报警，通知指挥中心联动现场工作人员进行拦截，形成业务的闭环。
1、AR超级云眼
超级云眼摄像机集成了拼接全景和一体化机芯，可同时提供全景画面和细节特写画面。其中全景拼接输出视频像素高达3200万，水平180°、垂直90°视角，实现大范围的超高清实时监控。一体化机芯拥有4K超高清分辨率清配合高精度高速云台及激光测距能够实现高速、准确的目标定位与跟踪。此外还结合了AR增强现实、AI智能算法，实现视频结构化、全景细节联动、联动追踪、多目标同时跟踪等功能。应用于机场、车站、交通路口、体育馆、园区、广场等重点区域，实现全息监测，全局展示和全面管控。2、基于AR的智慧标定云行诱导系统
基于AR的智慧标定云行诱导系统，基于AR增强现实技术，通过标签的形式将视频画面中的背景信息进行结构化描述，使背景信息可搜索、可定位，并能实现GPS坐标映射、方位感知、视频联动等功能，增强实时图像与信息的结合。系统通过高点摄像机的鸟瞰视角，监测高速收费站路段的整体交通状况，重点针对车辆进收费站全程路段的自动追踪及显示相关标签叠加信息显示，同时对接交通诱导信息发布单元系统，提前为出口车辆进行分流导流，掌握收费站的交通态势，使得正常车辆可以快速通行，从整体提高收费站服务水平，提升收费站运行效率。
1、经济效益
业主单位经济效益
本项目能够极大的缓解收费广场因车辆混行、交织带来的拥堵，从而间接减少了高速公路运营公司的经济损失。此外，基于本项目的实景化精细化管理能力和指挥调度能力，有助于收费站进一步减少现场人员，降低收费站运营成本。政府经济效益
本项目有助于保畅通行，提高劳动生产率，降低社会物流成本，促进国民经济的发展。2、社会效益
改善出行体验
缓解因交通堵塞带来的时间浪费、交通事故增加、空气和噪声污染加剧等不良影响。实现收费站态势全息感知，一旦发生异常事件，能够快速指挥工作人员进行处理，全天候保障收费站高效运行。打破数据孤岛，打通内外部业务系统，对业务数据进行深入挖掘、分析，充分发挥数据价值。建立了车辆时空坐标系，准确了解车辆信息，实时跟踪车辆位置，精确诱导车辆行为，为车路协同奠定基础。
位于广州市越秀区广园西路的三元里收费站是广州交投集团所辖机场高速的南起点，其接北环高速、内环路、广园西路和三元里大道，日均出入口的总车流量近10万，假期高峰单日车流量可达51万车次。项目实施前，三元里收费站日均塞堵时段长达3.2小时，长期位列交通部通报的全国拥堵高速路收费站名单，对公众出行影响较大，群众的抱怨也较多，是广州机场高速的瓶颈所在，该收费站拥堵改造被列为广州交投集团加快完善机场周边交通路网、提升机场集散能力的重点项目。
2020年初，广州快速交通建设有限公司、广州交投机电工程有限公司、高新兴科技集团股份有限公司、广东省交通规划设计研究院股份有限公司联合打造的广州智慧高速三元里收费站改造项目，有效的缓解了三元里收费站高峰通行时段的拥堵状况。该系统于2020年5月初建成运行，经过多轮优化，通过创新布局及逻辑算法控制，将常规ETC交易范围的6到12米拓展到500米，ETC交易抬杆率由行业的95%提升到98.5%，同时交易成功率达99.9%。车道通行耗时由平均4秒降到1.6秒。项目实施后基本无拥堵，通行能力提升了25%，通行速度提升了33.3%。收费站通行效率大大提高，给司乘人员带来更加舒适便捷的服务。该项目的建设成效得到了公众和相关部门各级领导的高度认可，建设成果在广州日报、南方日报、羊城晚报、南方都市报、潇湘晨报、腾讯网、搜狐网等多家媒体刊发，也吸引了其他地市的兄弟单位前来参观学习。该项目是国内首个卓有成效缓解收费站拥堵的案例，项目样板效应及先发优势明显。在2020年中国（小谷围）“互联网+交通运输”创新创业大赛之智慧公路主题赛上，“基于泛在车路协同的智慧收费站AR诱导与跟踪系统”从全国100多个参赛项目中脱颖而出，以全场总分第二的成绩获得了二等奖。随后，该解决方案又陆续斩获了“智慧出行 智慧湾区”主题赛的二等奖、第二届大湾区智慧城市“金钥匙奖”等多个奖项。
为了进一步提高用户的触达率、提升用户体验，由被动式的转变为主动式的泛在车路协同信息服务，后续还可以考虑增加一些新的信息触达方式，例如对ETC的OBU设备进行对接，当ETC扣费异常时，可以通过OBU语音对司机进行主动信息提示。
三元里智慧收费站的成功改造，验证了本方案对高速公路收费站路口交通疏导，车辆导流，逃费稽查、提升交通运行效率的有效性，该方案目标市场明确，经济效益和社会效益明显，可复制性强，特别是能够有效的打通监控系统与收费系统的交通行业两大业务系统，值得进一步在各收费站进行推广。
李大成
武汉大学计算机软件与理论专业硕士，现任高新兴科技集团智能网联事业部副总经理，“广东特支计划”科技创新青年拔尖人才，广州市高层次人才（优秀专家），全国道路交通管理标准化技术委员会（SAC/TC576）委员，中国道路交通安全协会团体标准化工作委员会委员，广东省智能交通协会专家库专家，高级工程师（自动化控制）职称。长期在智能交通、车联网等领域从事技术研究与创新、产品研发工作。
高新兴科技集团股份有限公司（股票代码300098）总部位于广东广州，是业界领先的智慧城市物联网产品与服务提供商。自1997年成立起，长期致力于研发基于物联网架构的感知、连接、平台层相关产品和技术，从下游物联网行业应用出发，以通用无线通信技术和超高频RFID技术为基础，融合大数据和人工智能等技术，实现物联网“终端+应用”纵向一体化战略布局，构筑物联网大数据应用产业集群，并成为物联网大数据应用多个细分行业领先者，服务于全球逾千家客户。
▎推荐阅读
车联网百家谈第01期：从生物演化角度看自动驾驶发展路径
▎好书推荐
吴冬升 主编
书籍简介：本书系统剖析5G车联网整体架构、体系标准、关键技术、典型业务及应用场景等，对全球及国内车联网最新进展做了全面的扫描和分析，并对5G车联网产业发展面临的挑战和未来发展前景进行展望和预测，对于致力于5G及车联网产业研究、标准化及相关产品实现的广大从业者具有参考价值。
「5G行业应用」是聚集TMT行业资深专家的研究咨询平台，致力于在5G时代为企业和个人提供客观、深入和极具商业价值的市场研究和咨询服务，帮助企业利用5G实现战略转型和业务重构。本公众号专注提供5G行业最新动态及深度分析，覆盖通信、媒体、金融、汽车、交通、工业等领域。