过去十年我国高速公路收费系统实现了以半自动化(MTC)收费为主,不停车收费系统(ETC)为辅的产业格局。撤销省界站后，全国除少数省份外大都采取门架计费，其主要原理是利用专用短程微波通讯技术，自动识别车辆技术，通过工业交换机与站级服务器和业务管理工作站相连，通过RSU完成ETC扣费、CPC卡计费工作，并形成交易流水或通行凭证，自动完成车辆通行费扣除。整个系统工程包含门架系统、部联网中心、省联网中心以及数据传输主备链路等几个方面的软硬件设施。但同时这套系统也存在很大的缺点:一是门架设备距离站所较远，且专业维护人员较少，出现故障后，很难及时修复；二是系统产生的数据量较大，查询车辆信息时要利用多种查询系统，流程过于复杂；三是车辆逃费手段更加隐蔽，取证更加困难，稽查打逃较之前难度增加。

另外在站所管理方面高速公路也面临极大的挑战：一是人员流动性增大，很多员工由于适应性较差，导致离职率居高不下，甚至出现个别员工尚未熟练基本操作就离职的现象，高速公路经营单位不得不将大量人力物力用在人员培养上，加之部分高速经营单位因改制而缩编，造成整体人员减少，工作量增加，使上述问题愈发加剧；二是很多基层收费站由于开通时间较长，导致现有通行能力无法满足实际需求，加之设施设备老旧，故障频发，维护费用年年增加，结果是高速经营单位没有多于资金用于新技术的研发和使用上，形成恶性循环。

智慧高速公路是我国近几年提出来的一种新型的高速公路发展方向。智慧高速公路指的是利用当前先进的计算科学技术，使得高速公路中的收费、监控等科技化、智能化、信息化。再简单一些的描述就是，取消当前存在的人力收费站，实现自动收费。智慧高速公路是科技发展到一定程度的必然产物，它可以极大程度上减少成本，避免人员不规范的操作所引起的偷逃通行等现象。其具有如下几大优点：

（一）匝道自由流预交易。采用“匝道预交易+三级诱导+车道验证”技术，打造“匝道自由流与收费车道联动”的收费新模式，匝道自由流预交易系统通过在收费站前方高速公路设置龙门架，将ETC交易从出口车道提前到匝道上进行，相当于增加了多条无障碍ETC交易车道。利用“匝道龙门架-路段诱导-车道诱导”的三级诱导模式，向车方提示车辆的预交易状态，将极个别预交易异常的车辆引导至自助车道处理，可有效对车辆进行分流，避免交易异常车辆驶入ETC车道造成拥堵。另一边，预交易成功的车辆在进入ETC车道时，只需快速验证即通过，从而大大提升了ETC车道的通行效率，车道交易时间由原来的200-300毫秒降低至40-50毫秒。

（二）数字孪生技术赋能智慧收费站场景再现。智慧收费站数字孪生系统围绕收费站场景，以静态数据采集、融合处理建模为基础，以收费数据叠加、可视化展示为方向将收费广场运行状态、ETC车辆交易情况实时仿真可视化展示，从而提高了收费站服务水平，提升了收费运营智能化水平。

（三）AR全景视图助力运营管理全局把控。智慧收费站运用AR实景系统与收费站运营管理深度融合，探索高速公路收费业务领域的创新型应用。数字孪生系统AR实景地图应用系统利用前端高位摄像机与后端实景地图应用平台融合，叠加资源和数据信息，满足收费站运营过程中对宏观、细节、不同角度的监测和管理需求，实现收费站的运行监测和管理更加便捷。

（四）窄道化设计理念。收费站在改造时采用“窄岛化”的理念，相当于在有限的收费广场最大程度增加了车道数有效提高了车辆通行效率。

（五）ETC车道跑马灯设计创新视觉体验。智慧收费站ETC车道收费岛边缘内嵌LED跑马灯作为标识，通过与车道收费系统联动，将交易结果反馈到LED跑马灯的颜色上，给车方醒目的提示，尤其在夜间更带来不一样的通行体验，提升了收费站的智慧化程度和公众出行体验。

（六）智能自助车道全覆盖。智慧收费站实现智能自助车道全覆盖。智能自助车道通过采用自助卡机设备，使用大数据车型云服务提供精准车型获取，辅以音视频对讲远程特情处理，实现混合车道收费业务流程进行智能化、自助化，代替传统人工收费，提高收费车道自助收费能力。这是继ETC后又一“零接触式”的收费模式。

（七）智慧收费站收费岛采用无亭化设计。收费岛不配置岗亭等硬件设施，收费员的工作场地由”三尺岗亭”变成了舒适感十足的服务岗。服务岗实现自助无人收费车道的收费业务集中化处理。接入远程辅助系统，收费员只需通过系统利用音视频设备与车方实时沟通，及时为车方远程进行特情处理、远程操控，一人能兼顾多个车道。收费员还可以通过数字孪生系统、AR实景地图应用系统、运行监测系统，实现对收费站的管理和外设运行状态的监测。

（八）远程辅助将科技元素融入特情管理。智慧收费站建设远程辅助系统，接收车道收费软件系统出现通行异常的特情处理消息，通过音视频对讲、远程操作实现智能自助车道特情事件处理功能。远程辅助系统采用B/S架构模式，实现多个智能自助无人收费车道集中管控，满足系统分布性强、灵活性高，升级迭代方便的需求。

（九）岛前诱导利用多元数据，实现车道秩序灵活管控。智慧收费站通过联动车道交易数据、匝道预交易数据、数字孪生识别数据，以岛前新建LED诱导屏为载体，以后台数据高性能运算为基础，实现车道级秩序灵活管控。

（十）悬浮式费显让通行提示更加人性化。智慧收费站ETC车道窄道化后，更是打破传统车道布局，将车道费显进行悬浮式设计，以更加醒目的方式提示车方通行信息。

智慧高速公路从广义上讲，是将信息化与智能化应用于交通规划、建设、运营、服务、监管等各环节的现代化公路；从技术层面上，智慧高速公路是把云计算、大数据、物联网、移动互联网、智能控制等技术加入到普通高速公路的建设中，为普通高速公路赋予智慧化的特征，从而实现提高服务水平、减少环境污染、提升行车安全性等目标的高速公路。如果下列技术取得突破，我们将迎来新的高速公路发展格局。

（一）星地量子通信技术：星地量子通信是利用低轨卫星与地面实现量子信息传输的一种通讯模式。要实现全球量子密钥分发网络，人们需要突破距离的限制。由于光纤损耗和探测器的不完美性等因素的限制，以光纤为信道的量子密钥分发的距离已基本到达极限。而由于地球曲率和远距可视等条件的限制，地面间自由空间的量子密钥分发也很难实现更远的距离。因此要实现更远距离的甚至是全球任意两点的量子密钥分发，基于低轨道卫星的量子密钥分发成为实现星地量子通信最有潜力和可行性的方案。

（二）光子芯片技术：利用光子学原理处理和控制光信号的集成电路，与目前使用的硅基芯片相比，光子芯片的速度提升了1000倍，而且无需使用硅片，对结构要求更低，彻底摆脱了对造价昂贵的EUV光刻机的依赖，此外光子芯片的功耗仅为硅基芯片的9万分之一，具有突出的速度和功耗优势。

（三）金刚石半导体技术：金刚石半导体也被称为终极半导体，具有比硅速度快、功耗小、质量轻、厚度薄等诸多特点，以及非常高的介质击穿特性、极高的功率容量、极高的热传导、低的介电常数、高饱和载流子速度、高载流子迁移率、优良的光学特性、极高的硬度和极高的化学稳定性。不仅能够提升设备的性能，还能增加设备的寿命。在航天工业中，可有效缩小设备体积、抵御高强度的辐射及超高的温度。

（四）无人驾驶技术：是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物。

上述技术的应用可以有效提升设备的传输效率、算力以及硬件使用寿命，降低设备功耗及成本。车载人工智能AI的普及可以有效解决目前高速公路存在的诸多问题，例如车辆超载超员、超速行驶、疲劳驾驶、偷逃通行费等，其不仅可以有效阻止上述违法行为及衍生事故的发生，甚至还可做到手动驾驶和自动驾驶模式的自由切换。高速路口仅保留照明系统即可，车辆行驶过程中，车载人工智能AI将车载导航系统与星地量子通讯卫星网络、量子超级计算机进行物联，实现信息同步传输及同步计算，时时对车辆行驶路径进行监测并修正，车辆下站后利用支付软件进行自动扣费，大大增加通行效率，真正做到上站及下站不停车、不减速。

未来高速行业的变革将是颠覆性的，收费员这一职业将彻底消失，公路高速的养护施救、日常巡查都可以进行远程控制。这样就可以节省出大量的人力、土地及资金。目前高速行业受存量市场限制，利润已近饱和，要想创造更大的经济价值，就要摒弃固有思维，在增量上做文章。以河南高速公路发展有限责任公司为例，其在职员工约2万余人，2021年，高发公司实现营业收入199.13亿元，营业成本146.94亿元，净利润仅为5.87亿元。其中收费从业人员平均工资中位数为4172元每月，这些人员严格意义来讲是不创造价值的，如果未来高速公路可以发展至上文所描述的阶段，那么其仅需要保留原有人员的20%用来从事软件维护、道路巡查及管养，其余人员可从事经营开发、营销推广、特色种植养殖、助农等工作，公司由单一经营迈向多元化经营，那么其营收比可大大增加。

智慧高速公路的出现是必然的，收费现场无人值守已成为趋势，以“自由流”为代表的新技术推广应用目前只是时间问题，其技术成熟，运行稳定，维护费用低，经济效益可观，高速公路运营模式的大变革时代即将来临。最重要的问题就是收费人员的安置问题，要想解决这些问题，相关部门就需要通过技能培训、转岗、增设岗位、建立再就业平台等方式多渠道分流安置高速公路收费人员。

作者：湖北交投随岳高速运营管理有限公司淮河管理所 陈豫辉