論文


作者:葛忠權(黑龍江交通發展股份有限公司)

摘要:我國高速公路目前仍有約三分之一的車輛需要通過人工方式提供交易服務,車道收費特情只能以人工方式進行處理,效率低、易致堵、人工運營成本較高。針對這些問題,本文提出一種應用於高速公路出入口交易與特情處理的智慧收費機器人系統。該系統通過雲與大數據以及人工智能AI的應用,實現了收費站在無人化、少人化條件下完成日常收費與特情處理工作,並針對黑龍江等高寒地區場景的使用提出了相關設計建議。


目前,撤站後的全網聯網收費體系運行已趨於穩定。在新的運營模式下,收費站出入口車道仍是高速公路收費業務處理的主要集中地。據統計,雖然ETC使用佔比已較撤站前獲得大幅度提高,但仍有約三分之一的車輛需要通過人工方式提供交易服務,並且收費站車道出現的收費特情只能以人工方式進行處理,效率低,也易導致擁堵。因此,如何在高速公路收費運營日漸穩定的背景下,利用人工智能、雲計算、大數據等技術進一步提升收費站的收費效率和異常應對能力,增加收費交易的準確性,提高客戶滿意度並有效滿足司機非現金支付快捷通行的需求,降低收費站的日常運營成本和收費人員工作強度,已成為行業發展重點關注的內容。

當前收費方式及侷限性

在收費站場的收費場景下,目前仍舊存在運營成本壓力大、智慧化支撐能力不足、逃費追繳難閉環等問題,對路段企業的經營工作非常不利,更是與智慧收費站目標存有一定的差距。具體問題和提升方向如下。

(1)撤站後仍有小部分車次使用MTC付費。為應對這部分非ETC車輛,高速公路路段只能依賴大量的人工投入來處理,導致投入與收入不成正比,人力成本等問題已成為橫亙在路方降本增效、實現行業供給側改革前的一座大山。例如,在一些車流量較小的收費站,路方需要為極少的車流量投入四五十餘人的人力成本;對於大流量的站點,路方為了維持運營,除大規模配置人員外,還要考慮工作人員生活、交通、培訓等方面的內容,以便能夠降低人員流失風險。

(2)目前現有的髮卡機和繳費機未配套對應的運維支撐,也無法支持高寒條件下的運行維護。這類髮卡機、繳費機雖然能一定程度上通過自動作業的方式,實現髮卡、收卡及繳費處理,但是設備多為單一的硬件裝置,未配套專業的運維支撐體系。具體到東三省等高寒地區,現有的髮卡機、繳費機缺乏應對極寒天氣的運維支撐能力。一方面,對裝置本身和其他外接設備的運行狀況未充分認知,出現系統故障時需要依託多個系統獲取運行信息,無法第一時間準確定位系統問題所在,影響運維效率;另一方面,由於缺乏長效保障,難以支持全天候運行,最終又走向用人力支持的老路。

(3)目前現有的髮卡機和繳費機為單一機電設備,缺乏對特情處理的智慧能力。這些設備大多隻能直接求助於人工介入,不僅造成車道智慧化程度不足,更令原本的自助服務特色消退,導致降本增效的效果不明顯,用戶體驗差,拉低了高速公路信息化發展水平。

智慧收費機器人技術目標及應用


為應對高寒地區戶外收費設備運行不穩定、人工無法長期戶外值守、運營方人力成本壓力大、智慧化支撐能力不足、逃費追繳難閉環等收費手段的侷限性,依託智慧收費雲後臺,結合國家交通強國戰略相關內容,打造新型智慧收費機器人終端,是實現智慧收費領域機電一體化產品的一次重要創新。

本次應用探索結合現有收費軟件,同時融合了雲計算、人工智能、智能濾噪、語義識別、視頻分析等前沿技術,為高速公路收費服務向少人化、無人化發展提供助力,也為未來路段經營單位“智慧收費”“智慧公路”的發展奠定數字化設施和能力基礎。通過對智慧收費機器人的探索及應用,力爭提升車主用戶的智能服務體驗,在不影響車道正常經營、管理之餘,切實減少經營管理單位的人力投入,幫助路段經營單位探索出一種降本增效之路。

智慧收費機器人是無人收費站的智能化前端AI設備,整機通過集成車道收費所需的多種硬件模塊,輔以人機交互工程設計,藉助邊緣計算、智能語音、4G/5G等技術手段,依託智慧收費雲客服平臺支撐,實現收費站現場無人化自助收費和特情自動及遠程輔助支撐處理,達到路段“降本、增效、保暢通、好體驗”的收費運營管理目標。智慧收費機器人以“智能體”理念、“雲+端”技術路線、“線上+線下”服務模式,實現了收費技術與服務的創新變革。整套方案搭載三大核心繫統,包括自助收發卡和自助繳費系統、車牌車型智能識別系統以及智能雲客服系統。

1、實現高寒地區系統可穩定運行

設備可自動調節溫度,實現恆溫運行,在溫度低至零下40度時機器人工作狀態穩定,收費業務可正常進行。實現雨雪等惡劣天氣能見度低時,可正常識別車牌信息、車型信息等關鍵內容。

2、實現全車型自動收費/自動髮卡處理

支持全車型收費:貨車、客車、綠通車、集裝車等。融合多種電子支付手段:ETC天線交易、CPC+ETC卡刷卡交易、微信、支付寶等移動支付、紙券交易等。採用新技術對出口繳費車輛進行分流引導,進一步提高智能化。

3、實現對車輛、用戶等關鍵信息的識別、提取、加工

藉助AI計算能力,綜合提高車型、車牌的識別準確率,並實現臨牌自動識別。多角度事件監控,便於後端分析、事件回溯。全面綜合取證,為爭議解決和收費稽查提供強大支持。

4、實現對車主的智能語音客服和視頻對講交互

智能降噪,在嘈雜環境下,能清晰辨析雙方交互內容。語音識別、要義提取、語義理解和多模式答覆(語音、顯示屏提示等)。後臺雲客服支持對多條機器人車道進行管控。

5、實現對特情事件的引導處理

融合後臺AI技術、海量信息庫及機器人強大的計算處理能力。內嵌知識圖譜,配有超過100項車道收費常用知識條目,支撐用戶自助應對車道特情事件,如無車型/車牌、車型/車牌不符、特殊車輛過車、無入口信息等。

6、多車道場景支持

滿足不同車道場景需求,包括ETC車道、MTC車道、混合車道、貨車車道,同時在佈局上支持單機器人模式、複式機器人(雙機器人)模式。

系統方案設計


(一)工作原理

鑑於上述問題及需求,結合行業發展趨勢及黑龍江哈大高速公路的運營、管理和服務現狀,本文提出一種應用於高速公路出入口交易與特情處理的智慧收費機器人系統,結合高寒地區的嚴寒天氣,實現高寒地區全場景的應用探索。全套系統方案通過運用行業領先的前沿技術,聚焦路段經營單位的收費業務場景,打造更具智慧能力、數字能力、高效能力、降本能力的收費運營新服務體系,從車道、站、路段等多個層面上實現對現有公路收費體系的全面升級,滿足路段經營單位新時代下的業務發展訴求。

該方案主要在車道前端以智能硬件和應用軟件為載體,後臺則以SaaS雲服務為主要服務形式,通過雲、大數據和AI的應用,在收費站無人化、少人化的人力資源配置下,通過智慧、友好、一致的服務手段,保障車道收費業務的正常開展,達到高智慧運營和服務水平。

智慧收費機器人可檢測車輛的到達和類別,並提供相應的交易處理服務,如ETC交易或CPC卡交易。入口機器人可對ETC車輛進行驗證放行,併為非ETC車輛發放通行卡;出口機器人可對ETC車輛進行驗證放行,同時為非ETC車輛收取通行介質並收取通行費用。智慧收費機器人系統工作原理如圖1所示。

圖1  智慧收費機器人系統工作原理圖

當車輛產生特情交易時,可發揮智慧收費機器人的AI能力,識別特情類別,獲取車輛信息、計算路徑和費額,並用友好的方式與用戶進行確認,或接受用戶更進一步的交互請求,最終通過層層場景嵌套和引導,實現對車輛在無人介入的情況下完成計費和放行處理。

當用戶通過車道機器人仍無法對車輛進行正常的交易處理時,在車主請求或事件觸發下,後臺的客服人員可遠程介入,為用戶提供緊急處理。

若該事件不適合後臺處理,後臺還可以呼叫車道管理人員予以現場協助,由其通過手持終端為用戶提供現場應急處理服務,以此實現服務的快捷、有效閉環,讓用戶在不同特情事件下獲得最合適的處理服務。智慧收費機器人對特情交易的處理如圖2所示。

圖2  智慧收費機器人系統特情交易工作原理圖

(二)總體佈局

一般情況下,機器人車道佈局無需對現有收費車道進行太大的擴建改造,在收費車道上除了佈設常用的ETC車道設備,如車道天線、車道工控機、費額顯示牌、自動欄杆機、車牌識別設備等,具體改造內容還包括:在收費島島頭裝設用於識別車型的車型識別設備,以保證系統對車型判別的可靠性和成功率;在自動欄杆前裝設收費機器人,為入口非ETC車輛髮卡,為出口非ETC車輛收卡並收費。智慧收費機器人系統的車道佈局具體如圖3所示。

圖3  智慧收費機器人系統車道佈局圖

(三)系統組成

智慧收費機器人系統主要由智慧收費車道機器人、車道智能應急終端和雲端智能客服平臺系統組成,其產品架構如圖4所示。

圖4  智慧收費機器人系統產品架構圖

1、智慧收費機器人

智慧收費機器人主要由車道機器人硬件和車道機器人軟件系統組成。車道機器人系統主要負責與現有車道軟件的對接,以及基於車道軟件提供的事件信息、控制指令,識別需要回控的事件信息,執行對應場景的交易邏輯,並最終達到完成交易、放行車輛的處理目的。

2、車道智能應急終端

智能應急終端是一款處理現場特情的移動便攜式設備,主要由現場收費工作人員使用。該終端系統由智能終端應急硬件和軟件系統組成,硬件主要為專業移動終端設備;軟件主要為移動智能應急處理終端系統APP,可接收到同一廣場上的機器人異常事件信息,以及後臺發出的應急現場處理指令,按此提供需現場處置的對應服務。

3、雲端智能客服平臺

雲端智能客服平臺系統由後臺服務子系統和業務工作臺子系統組成,主要為車道機器人提供各類後臺處理服務及一些服務功能的輸出,如遠程回控、語音呼叫、視頻交互,信息查詢、系統配置等日常作業以及機器人運行狀態的監測、報表輸出等。

(四)針對高寒地區的應用

針對黑龍江等高寒地區的應用場景,機器人系統也應使用相關軟硬件措施,以保障其能在氣溫降至零下時仍正常運行。具體的措施應包括。

(1)環境溫度測試。將收費機器人設備及外設在實驗室中,從50攝氏度連續測試至零下40攝氏度,並在測試過程中模擬收費場景以及自然環境進行工作測試,記錄工作狀態加以完善。

(2)設備密封。機器人硬件設備機箱應至少滿足IP55的防護等級,以保證車道收費機器人在戶外工作時不被冷空氣及雨雪灌入。

(3)隔熱棉。機器人硬件設備機箱在內部貼置隔熱棉,以保證車道收費機器人的其他保溫措施不會因散熱原因快速失溫。

(4)空調與加熱器加熱。機器人硬件設備應在機箱內使用冷熱空調控溫,在冬季溫度極度嚴寒的地區應當另外加設加熱器,以保證內部設備處在正常的工作溫度。

(5)溫度監控。機器人硬件設備應在機箱內安裝溫度傳感器,並在後臺使用溫度監控系統對機箱內溫度進行監控,在溫度降低到工作溫度範圍以下,設備自動啟動加熱功能直至機器人溫度達到正常工作溫度。

(6)惡劣天氣應對。對於大霧、雨雪等可見度低的惡劣天氣及車牌被雨雪影響的場景中,通過車牌二次識別算法等手段有效提高收費站交易車輛車牌識別率。

(五)全場景應用

應用於高寒地區的智慧收費機器人還在不斷地研究和更新迭代,目前已在部分收費站進行試點,取得了較好的效果。

為提高用戶體驗,目前未設置現金結算方式,主要原因是交易時需要駕駛員自行插入貨幣完成交易,操作過程會增加交易時間;此外,高寒地區冬季戶外會異常寒冷,駕駛員進行現金支付操作也將因過於寒冷造成不適,進而會降低用戶的體驗,造成車輛擁堵,降低通行效率;再者,如果採用車道智能應急終端進行人工現金收費,冬季極寒氣溫下收費員也無法長期戶外值守。

結合嚴寒地區的實際場景,可採用智慧收費機器人嵌入收費亭設計方案,採取人工收費與智慧機器人設備智能切換方式,現金車輛採取人工收費方式收取,移動支付在智慧收費機器人上操作,將有效解決高寒地區智慧收費機器人設備不能使用現金收費的應用場景。

結束語


本文提出一種應對收費公路出入口收費交易的智慧收費機器人,該系統在車道前端以智能硬件和應用軟件為載體,後臺則是以SaaS雲服務為主要服務形式,主要通過雲、大數據和AI的應用,為收費站在無人化、少人化的條件下完成日常收費工作與特情處理工作,並針對黑龍江等高寒地區場景的使用提出了相關設計建議。該系統順應高速公路技術發展的要求,能夠提升路方形象、總體技術可靠性和服務能力,減輕路方工資、管理、培訓等人力成本,必將在高速公路日常運營中起到更大作用。

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(原文刊載於2022年第3期《中國交通信息化》)


微信編輯 | 戶利華

責任編輯 | 孫婧