文/南京公路发展（集团）有限公司运营管理部副经理 孙振兴
9月5-6日，2024交通行业信息技术创新国产化改造关键技术研讨会在南京召开。本次研讨会由中国交通信息化·技术委员会、《中国公路》杂志社主办，《中国交通信息化》杂志、交通信创实验室承办。南京公路发展（集团）有限公司运营管理部副经理孙振兴在研讨会上作了题为《“国产化、绿色化、智能化”三化协同收费站建设实践》的报告。以下为孙振兴的主要报告内容，《中国交通信息化》作了不改变原意的编辑及整理。
交通运输行业作为重要的民生行业和国家关键基础设施行业，具有基础性、先导性、战略性和服务性。同时，具有科技引领型和数据密集型的特征，在落实高质量发展的新发展阶段起到关键推进作用。截至2023年底，我国已建成的高速公路收费站达到10942个。随着路网规模的日渐壮大、司乘用户不断增长，现有的高速公路收费站设施面临着系统风险高、绿色化水平低、 运营成本高、通行效率低、安全风险高等问题， 已不能满足现场营运。因此，收费站“转型发展”具有强烈的需求。
传统收费站的建设模式不仅投资成本高、后期升级改造难，且不适于高速公路联网收费向自由流收费模式转移的未来发展方向。普遍存在一些亟待解决的问题，主要表现在四个方面。一是土建工序繁复，传统收费站建设涉及收费岛及岗亭建设等内容较多，建设周期长，工程造价高；二是收费系统架构相对复杂，设备种类繁多且集成度不高，关键产品依赖国外品牌，系统运行安全性不可靠；三是收费系统业务架构以收费车道工控机为中心，采用硬件集成思路，车道端业务重，服务效率不高；四是存在运营成本压力大、智慧化支撑能力不足、站内设备用电能耗高等问题。
面对这些急需解决的问题，近年来，国家出台多项政策、文件，全面推动高速公路收费系统建设。交通运输部发布《加快推进高速公路联网收费系统优化升级工程方案》，明确“优化升级全国高速公路联网收费系统”的目标。《高速公路联网收费系统优化升级工程方案》提出，“研究新一代收费站站级系统建设标准，逐步推动收费站向标准化、智能化、自动化方向发展”。江苏省交通运输厅发布《江苏省“十四五”智慧交通发展规划》，提出在“十四五”时期，江苏要全面实现6个转变，同时提出“推进信创技术和自主产品研发及应用”的要求。
当然，经过十多年的高速公路运营管理，国家对收费站转型发展也有着强烈的需求，主要体现在国产化、智能化和绿色化三个方面。
国产化：长期以来，国内信息化领域对海外产品的依赖度较高，高速公路收费系统众多核心系统软、硬件受制于国外厂商，IT底层标准、架构、产品、生态大多数都由国外厂商制定，面临着IT基础设备潜藏后门、信息安全等问题；同时，有关国家对华采取的禁运政策，也带来技术和产品封锁问题，存在被“卡脖子”的风险。
智能化：在收费站应用自助服务终端、移动车道终端、AI车型识别终端等设施，既能显著提升高速公路智能化、自动化水平，提高车道通行效率，又能大幅降低高速公路运营企业的日常成本。
绿色化：随着高速公路的建设发展，能源消耗逐年增加。7*24小时运营的高速公路收费站逐渐成为各地区的耗能大户。立足新发展阶段，以高速公路为代表的传统基建行业迫切需要加快绿色转型发展，形成绿色低碳的生产方式，为碳达峰、碳中和提供“交通方案”。
总而言之，在实现高速公路收费系统自主安全可控的前提下，为实现碳达峰目标以及碳中和愿景，研究综合运用云计算、大数据、AI、物联网等新一代信息技术，依托自主可控的信息化产品设备，全方位赋能高速公路收费站提质升级，深入践行江苏省“争当表率、争做示范、走在前列”的新使命、新要求，不断增强人民群众获得感、幸福感、安全感，具有重要的现实意义。
南京公路集团为加强所辖高速公路的系统运行安全保障，实现资源节能降耗，节约人力资源成本，不断提升快速畅行、品质服务体验，满足人民群众多样化、个性化、高品质的出行需求，2023年起在前期相关课题研究基础上，进一步深化开展了“国产化、绿色化、智能化”三化协同收费站建设工作。目前已经完成绕越高速公路东南段“殷巷”示范站的升级改造建设，正在推进长江四桥和绕越高速东北段6个收费站的改造建设工作。
“三化”协同示范收费站总体目标是研究收费系统绿色低碳数智转型发展，建设绿色低碳、数字智能、少人无人、可信安全的新型收费站。主要表现在以下四个方面：
1 实现收费站软硬件设备完全自主化，为收费站系统运行安全提供根本保障
将收费站的软硬件自主化率提升至100%，实现完全自主化，摆脱对国外关键技术、关键产品的依赖。在硬件方面，将车道控制器、计算机终端、安全设备、服务器等核心设备替换为国产化设备；在软件方面，基于国产化硬件、操作系统、数据库、中间件对发卡缴费系统、视频监控系统等进行研发和适配。
2 打造“无人化、自动化、自助式”缴费模式，提升车辆通行效率，降低用人成本
利用收费机器人及智能化技术，实现车辆快速缴费与通行，减少排队等待时间，从而达到在提高车辆通行效率及降低收费站用人成本的基础上实现收费站现场无人化值守，自动化缴费与放行，以及自助式服务模式。
3 打造“智能感知、自动预警、快速处置”收费站管理模式，提升服务质量
引入人工智能的机器视觉分析技术搭建收费站全域、实时、智能的异常事件感知及自动预警体系，加强收费站日常运行过程中突发事件的感知能力，建立突发事件的快速处理机制，将安全隐患扼杀在“摇篮里”。同时，依托远程音视频交互技术，提高司机从问题反馈、问题响应到问题处理全过程的效率，一方面保障收费站日常运行的安全，另一方面提升收费站的整体服务质量。
4 探索收费站一体化绿色供电模式的实操性，提高收费站绿色发展水平
探索光伏发电及储能系统在收费站场景下建设和应用的实操性。以“自给自足、灵活调配、降低能耗、绿色发展”为原则进行研究，并形成对收费站光伏发电及储能系统建设具有指导意义的方案。
自2020年取消高速公路省界收费站后，全国高速公路进入了“一张网运行、一体化服务”的新阶段。安全可信的国产化收费系统尤为关键，国家全面推动收费站智能化升级改造，同时，减少能源消耗，创建绿色交通。
在贸易战背景下，IT供应链的自主可控关乎各行各业的稳定和发展。高速公路收费应用中的计算机系统、通信设备、存储设备、视频设备等相关硬件软件的国产化替代是行业发展的大势所趋。因此，研究通过逐步采用国产信创产品和解决方案，代替原有国外厂商产品，实现收费站关键技术与核心设备的自主可控，进而全面提升系统安全管理，保证系统技术防护能力，避免过度依赖海外设备，降低被攻击、限制使用和切断供货源的风险。
在信创国产化计算机系统现有的软硬件平台方面，国产化系统产业链可分为四部分，分别是底层核心硬件、基础软件、应用软件、安全防护软件，目前均已有可用的国产产品方案，其中，硬件底层的CPU，基础软件中的操作系统、传输中间件、数据库等国产化技术难度较大。但是目前应用层的软件国产化程度整体较高。
在国产化系统方面，CPU方面分为三大阵营，包括以龙芯、申威为代表的纯自主研发阵营；以飞腾、海思为代表的获得ARM授权的芯片阵营；以海光、兆芯为代表的获得X86技术授权的阵营，X86技术性能较好、但自主性稍弱。三大阵营目前来看各有千秋，将长期共存。
在操作系统方面，国产操作系统大多基于开源Linux内核基础进行二次开发，保持原有的内核框架模式，开源Linux能够降低国产操作系统开发的技术门槛，与CPU架构适配基本无难点。
在中间件领域方面，目前占大头的仍是国外厂家，但是国内厂商正在快速崛起，市场占有率在逐步提升。
在数据库方面，Oracle、IBM等公司仍占据了国内数据库大部分份额，但是国内数据库存在弯道超车的机会，一方面国产数据库厂家正在加速发展，并在国企中得到规模化落地;另一方面，在云计算时代，国内外厂家均在同时布局面向大数据的分布式数据库，相互之间差距有限，我们国产数据库有望在云计算背景下迎来发展机遇。
在应用软件领域，主要包括办公软件、ERP软件、安全防护软件等，整体国产化程度较高，国外厂商主要集中在程序开发、工业设计等高端应用领域。
南京公路集团在收费站的国产化应用层软件研发中，主要是分收费系统和监控系统两部分开展了相应工作。
收费系统：在基于国产化现有的基础条件，重点开展车道智能控制器研制、仿真测试环境搭建、收费软件国产化适配改造、全系统优化集成以及试点部署应用等工作。
监控系统：完成了基于飞腾ARM架构硬件及麒麟操作系统平台下的收费站视频监控及录像查阅客户端软件开发。
为了提高收费站自动化程度、减少收费人员用工数量，集团开展收费站智能化升级改造工作。运用无亭化车道布局及机械手递卡，大幅提高车道通行效率。采用“云-管-边-端”技术，搭建高速公路扁平化、在线化的收费系统架构，既促进了系统架构和业务的融合，又提升了部站直传收费数据质量。
收费站智能机器人作为车道终端设备，实行“ETC+自助发卡+出口缴费”模式，在收费站入口配置自助发卡机，实现CPC卡车辆的自助取卡，收费站出口配备自助缴费机，实现CPC卡的自助刷卡计费（也支持预约通行），同时支持主流电子支付方式，替代收费员人工作业。
此外，2024年起，南京公路集团在G2503南京绕越高速公路东南段科学园至南京三桥之间的9个收费站，开展微信公众号预约通行专项研究工作。预约通行免去了取卡/交卡步骤，不仅简化了收费员操作流程、节省了通行时间；还能避免因丢卡、卡坏带来的收费隐患。目前系统处于内部测试阶段，每天的测试量约70条，即将对公众开放。下一步还将配合省高速公路联网中心，开展移动免密支付功能的研究工作，进一步方便群众出行。
由于开展了自助式服务式收费车道升级改造，收费广场实行少人化管理，因此，必须在自助服务车道部署一套收费车道智能监测系统，以代替人工作业，通过对无人收费车道的实时监测，对发生车道拥堵、缴费异常、停车超时、行人、非法车辆闯入等异常情况实时监测并预警，及时提醒工作人员确认特情并做出相应处置。
在收费站建设一间控制室，以国产自主的计算机设备为系统平台，利用收费站现有监控摄像机对视频事件智能识别检测，融合国产化引擎的人工智能深度学习技术，实现对视频数据的融合处理、智能分析及实时报警。在收费站控制室或收费亭内部署BS架构的轻量化系统，实现24小时不间断地为收费站远程互动、现场处置及宏观控制。
近年来、全球环境问题的严峻性日益凸显。随着高速公路的建设发展，能源消耗逐年增加。如何在保证车辆行驶安全和交通畅通的前提下，尽可能地减少能源消耗，创建绿色交通，是高速公路建设和运营中亟待解决的课题。与此同时，绿色能源作为一种清洁、可再生的能源形式，正在逐渐崛起并引领能源行业的发展。
基于光伏发电储能及“车+站”协同换电的节能减排方案解决了收费站用电过度重载问题，同时，解决新能源汽车迅猛发展背景下，公路沿线充电设施发展滞后、设置量不够、覆盖面不足等问题。主要建设内容包括：
一是绿色电能的跨时空消纳，针对收费站季节性负荷、间断性负荷（如夏日用电过重载问题）导致的过重载问题，综合考虑夜间电量的总体需求，引入储能元素，存储多余电力，实时调整输出功率，在保障收费系统、广场照明等重要负荷在市电供电异常情况下正常运行的同时，也可以将新能源发电储能并按计划回馈电网。
二是基于“车、站”协同的电动车充换电。随着私人用户新能源汽车保有量的提升，保障新能源供给已经刻不容缓，试点建设新能源充换电收费站，助力“双碳”战略下的能源体系变革以及交通领域电动化，同时增加高速公路的用户粘性，提高整体经济效益。
在完成收费站供电设施改造后，一并解决了以往收费站供电设施的两大痛点：
一是机房UPS，现有的UPS电池很少放电，成为“睡资产”。UPS电池寿命一般4～5年，到期会缩短续航时间，需要更换。UPS电池常年处于浮充状态，实际健康情况不明。主机及蓄电池组占用较大机房空间。
二是收费站柴油发电机，设备造价昂贵，使用频率低，平均3次/年。站区现场需常备大量柴油，安全隐患大。机组养护要求高，每周都要空载运转测试。发电成本高昂，工作时噪音及震动巨大。
收费系统替换原有非国产化硬件设备，确保硬件设备国产化率100%；同时，各种应用系统软件实现国产化适配率100%，一方面摆脱收费站建设过程中软硬件关键技术对国外产品供应商的依赖，另一方面彻底消除收费站原有系统日常运行过程中的安全隐患，能够从根本上保障收费站各类系统的运行安全。
一是智慧化收费车道可实现收费少人化，远期甚至无人化；二是智能监测、远程视频交互系统可以提高对无人收费车道异常事件的响应速度；三是光伏发电及分布式储能可以在满足收费站日常运行所需电力的基础上参与电力市场的交易，通过参与电量交易或能源销售服务，提升收费站收益和竞争力。同时也可利用储能设施通过峰谷电价的价差获取成本更低的生产能源。
建设 “全要素感知+大数据应用”的智慧收费站管控平台，通过大数据流计算引擎、大数据筛选和视频分析运行平台、实现收费站异常事件的感知、分析、管控及记录。建设无人车道，视频互动平台，利用可知、可视、可测、可讲等手段，重新定义传统值守模式，实现车道特情集中式远程处理，1个客服坐席可服务多条车道，促进客服效能的全面提升。
建设智能监测系统可实现收费站现场异常事件的毫秒级感知、及时人工介入，极大提高了对收费站异常事件的预警及处置效率，给司机提供更为贴心周到的服务，进一步提升收费站的整体服务质量和整体形象。
“国产化、绿色化、智能化”三化协同收费站建设研究项目全面革新了传统收费站建设管理模式，在为人们提供更加便捷、舒适服务的同时，降低了能源消耗及信息安全风险，提升了高速公路通行效率与服务水平，综合效益显著。同时，通过开展该项目的建设研究工作，逐步探索形成一套可复制、可推广、可拓展、具有较强普适性的高速公路收费站建设升级方案，为全国高速公路提供南京经验和南京办法。
来源 | 2024交通行业信息技术创新国产化改造关键技术研讨会
