摘要：介绍一种高速公路出口智能机器人，它可完全取代人工收费，并可提供高效的异常定位和处理能力，同时具有良好的人机交互方式，可为车主提供客户服务，打造高效智能的无人收费站。该系统通过应用机器视觉识别技术、云服务技术、智能语音播报技术、智能信息识别技术、智能道闸控制与管理技术等，通过对各技术的整合并应用于主控机、机芯单元、动环系统、车辆检测单元及读写单元、配电单元等，构成了一套高效的智能高速公路出口智能机器人系统。该系统实现了对车辆的自动识别，提高了计费和支付的效率，使机动车辆通过收费站时更加方便快捷。

　　关键词：智能机器人，ETC，收费系统，高速公路，无人收费站，智慧高速

　　0引言

　　随着我国交通强国战略的推进，高速公路的智能化转型已成为必然趋势。国务院办公厅印发了《深化收费公路制度改革取消高速公路省界收费站实施方案》，深化收费公路制度改革，提高综合交通运输网络效率，降低物流成本，两年内基本取消全国高速公路省界收费站，实现不停车快捷收费[1]。

　　在政策的激励下，我国取消了省界收费站，通行省界时不再需要停车交卡、交费和领卡。收费的方式在经历了最初的相对不合理的“分段扣费”方式到改为相对合理的“分段计费集中扣费”的方式。但另一方面，虽然ETC的使用率大幅提高，但仍有部分车辆没有安装ETC，这部分非ETC车辆在驶入高速公路时需在入口收费站领取复合通行卡（CPC卡），通过ETC门架计算通行费并写入CPC卡中，驶出高速公路时在收费站出口交还CPC卡并缴纳全程通行费，实现“分段计费，出口收费”，因此无论是对ETC用户还是非ETC用户高速公路出口依然是收费系统中的重要环节。

　　本文将介绍一种高速公路出口智能收费机器人，相比于传统的人工收费模式，可提供更全面准确的按车型自动收费和提供更智能化的异常处理和客服能力，从而实现真正意义上的无人收费站，降低高速公路收费运营成本，更好地服务广大司乘出行，助推智慧高速的发展。

　　1系统工作原理

　　本系统应用了机器视觉识别技术[2]、无线云服务技术[3]、智能语音播报技术[4]、智能信息识别技术[5]、智能道闸控制与管理技术等，通过各技术的整合并应用于主控机、机芯单元、动环系统、车辆检测单元及读写单元等，构成一套高效的智能高速公路出口智能机器人系统。本系统实现了对车辆的自动识别、提高了计费和支付的效率，使得机动车辆通过收费站时更加方便快捷。

　　本系统设计车辆驶入高速收费站出口时，机器视觉识别系统将开始识别车辆相关信息。若车辆安装有ETC则可直接通过，系统工作流程本文不再赘述。当使用CPC卡时，人工智能收费机器人通过卡口传感器检测已插入的CPC卡[6]。

　　主控机接收到指令后，通过控制电机驱动器将卡片自动吸入并停在可以对卡片进行读写的天线区域内，此时智能信息识别系统将识别相关信息，同时将识别到的状态信息上报给车道主控机。主控机结合机器视觉识别系统获取的车辆信息、卡片读取的入口及路径数据，生成缴费金额，并通过人机交互界面进行显示及语音播报，提示司机出示付款码。支付终端接受司机支付并对交易进行确认，同时通过打印发票及收费凭证完成缴费。完成缴费后，智能道闸控制系统控制道闸自动开启[7]。

　　如果车主未支付或支付失败，道闸将不会开启。车辆无法通过收费站，需要重新支付或者通过可视对讲进行远程客服支持[8]。

　　2硬件结构组成
       2.1系统框架

　　本系统内置适用于多种车道应用场景的收费模式，可实现无人化的ETC车辆收费、MTC车辆收费、混合车辆收费、货车收费，并支持ETC卡、微信、支付宝等支付模式[9]。同时，本系统还集成了人工智能单元，当车辆通行或交易过程中出现任何异常或者车主需要客户服务时，无人收费站业务机器人可提供高效的异常定位和处理能力，同时依托于良好的人机交互方式，为车主提供客户服务[10]。

　　2.2系统构成

　　系统主要由控制面板、主控机、机芯单元、配电单元、动环系统、显示器、可视对讲及语音播报单元、IO处理单元，车辆检测单元、OBU读写器及CPC卡读写器等组成。

　　控制面板是人机交互的接口，其包括CPC卡口、纸卷口、支付扫码头、ETC卡刷卡区、发票口等，求助按键和对讲摄像头可以更好地为司机提供异常处理和帮助，如图1所示。

　　主控机是智能机器人的核心控制单元，为机器人内部设备提供控制接口，通过RS232串口与机芯单元进行通信，同时为车道其他设备，如车型识别，车牌识别、费额显示，LED情报板等提供接口，如图2所示。

　　机芯单元是机器人的主要动作执行机构，包含PLC控制器、上工位机芯、下工位机芯。机芯又包含卷卡机构、卷纸机构、CPC卡读写天线、支付扫码头、纸卷扫码头、发票打印及回收机构、ETC读写器组成，如图3所示。

　　配电单元的功能是将市电输入的电能（可适配UPS）供应给系统内的各低压负载。配电单元会对电流和电压进行变换、调节，以满足不同用电需求。通过配电单元，可以提高电能的质量，当出现外电网电压降低、电流不稳定等情况时，通过配电单元的调节，可以避免这些问题的出现，保证各子系统获得高质量的电能供应。

　　动环系统通过集成各种传感器，对分布在机器人各处的系统进行参数监测，实时监测其运行参数，诊断和处理故障，记录和分析相关数据，并可将监测数据上传，实现远程监测和诊断。

　　可视对讲及语音播报单元相比于市面上其他系统的对讲及语音功能，本系统主要优化了远程通信能力，增加了安全性与便利性，提升了可靠性。司乘人员无论在上位机位置还是下位机位置，均能清晰实现麦克风收音及音箱的清晰播放[11]。

　　IO处理单元负责处理主控机与外部设备之间的输入输出操作。它的作用是通过提供对外部设备的访问和管理，使得主控机能够与外部环境进行交互。I/O处理单元主要包括I/O控制器和I/O适配器。I/O控制器是连接主控机和外部设备的接口，负责协调计算机和外部设备之间的数据传输。I/O适配器负责将外部设备的数据转换成主控机可识别的格式，并将主控机的命令转换成外部设备可识别的格式。

　　车辆检测单元是本系统的一个重要组成部分，通过使用传感器、摄像头、雷达（或地感线圈）等设备对车辆进行检测，以确保车辆信息的准确性和安全性。传感器可以检测车辆的长度、宽度和高度等信息，摄像头可以捕捉车辆的照片和车牌号码，雷达（或地感线圈）可以检测车辆的速度和距离。这些设备将车辆信息传输到车辆检测单元，以便系统能够准确识别车辆并进行收费[12]。

　　OBU读写器采用成熟产品，可实现读取车载OBU中存储的信息，并将相关信息上传到主控机进行处理。当车辆经过OBU读写器时，OBU读写器会向车载OBU发送一定频率和编码的无线电波。车载OBU接收到无线电波后，会解码并将存储在其中的信息发送给OBU读写器。

　　3测试验证与结果分析

　　本文设计的高速公路出口车道机器人系统在实验室和实际场景中进行了测试。该试制的样机在车间进行了充分的实验验证。实验结果表明，该系统能够有效地实现既定收费功能，同时能实现车道换道、缴费失败、远程支持[13-14]等特殊场景下的应用，硬件结构中主控机、机芯单元、配电单元、动环系统、显示器、可视对讲及语音播报单元、IO处理单元，车辆检测单元、OBU读写器及CPC卡读写器等各构成单元能够在长时间的运行中保持性能稳定。如表1所示，对比上一代的收费卡机产品，本产品在车辆识别检测，智能信息分析、ETC、微信、支付宝等多模式支付、智能语音帮助、人工远程协助等方面都有显著提升，应用于高速公路收费站后，能较大提高出口区域的安全性和交通流畅度，使出口的智能化服务得到提升。

　　4结束语

　　随着我国经济的高速发展，高速公路的建设和发展也得到了巨大的推动，目前我国已经形成了纵横交错的公路网，这为人们出行提供了极大的便利，高速公路的发展和建设也得到了极大的推动。目前在高速公路收费站的运营中还存在着车流量大、交通安全问题以及管理效率低等一系列问题[15]。本文提出的使用高速公路出口智能机器人收费的方案，该方案能够显著提高高速公路收费效率，降低交通事故率，同时也能降低管理成本，人力成本，在提高管理效率的同时实现高效化的收费管理。随着科技的进步，未来该方案将会成为高速公路收费系统中一个相对更优的方案。

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