一、项目背景
近年来，随着城市交通形势不断变化，各种交通监测和交通管控手段不断进步和推陈出新，各种智能交通系统规模也在急剧扩大。随之而来的是各种问题，一是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，二是传统视频监控系统只能通过人来识别现场情况，无法在视频画面上直接查看路口路段的车辆实时数据，对拥堵路段不能及时发现和疏导，造成交通运行效率低下，三是指挥人员基于二维地图系统和普通视频监控系统无法直观了解现场情况，不能高效处置交通事故和完成导流业务。
为此，研究基于AR可视化的车辆自动检测和跟踪技术，建立AR可视化的交通信息应用系统，通过高点监控摄像机自动车辆位置，跟踪车辆轨迹，同时结合匝道/主线ETC自由流预交易，将收费业务数据通过AR可视化呈现和视频进行关联，研发一　　套基于AR可视化诱导的智慧通道快速收费系统可达到实时掌握交通状态、快速导流和提高交通效益的目。
二、项目总体设计
智慧通道系统由四大系统构成，包括主线及匝道自由流ETC收费系统、智能标定诱导云行平台、出口混合车道+自由流验证ETC系统及后台收费管理系统，通过数据共享融合处理，打破收费广场界限，实现提前收费、分类诱导、高效管控及事后稽查，从而大大提高收费站服务水平和车主体验，提升收费站总体运行效率及智能化水平。
总体布局如图1所示，在机场往三元里方向靠近北环汇入处与北环转三元里匝道处，建立自由流ETC门架1和门架2，门架上部署相控阵天线及高清摄像机，提前交易机场方向驶来的ETC车辆。同时系统实时获取车辆的车牌、车身颜色、车型、收费等信息，建立探测感知走廊。
在收费站前200米处设门架3，部署900万高清摄像机及车辆诱导屏，结合高点布置的超级云眼，通过云行平台，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进行结构化描述，使车辆信息可搜索、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，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。

图1 总体布局图

现场管控区设置5条双亭复式混合车道，5条自由流快速验证ETC车道。平面示意图如图2所示，所有ETC车道控制设备集中在右侧岛一个机柜管理，所有ETC专用车道，天线、摄像机及费显采用吊装方式，实现对车辆的快速交易与放行。同时，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。

图2 平面示意图

三、项目详细方案
（一）自由流ETC系统
主线及匝道自由流ETC收费系统简单来说就是“提前交费，快速放行”。自由流ETC收费系统采用在主线或匝道上以龙门架方式安装ETC设备，相当于预设一个ETC交易车道，在ETC车辆进入收费站车道之前完成无感通行扣费，一旦车辆扣费成功，后台服务器立即将已扣费车辆信息下发给本收费站的所有收费车道的车道控制器。已扣费车辆可以从收费站的任意车道快速驶出。而同步系统采集交易信息时实发送到智能标定诱导系统，对车辆实行精确诱导。经过以上操作，ETC车道交易效率理论上可提高3倍以上，大幅提升广场车辆整体通行能力。
本方案依赖激光对车辆高精度的定位，RSU对存有OBU的车辆RSU高精度定位为基础，辅以OBU车牌信息及视频车牌识别信息，能够确保车辆匹配率高达 99.5%以上。
其中自由流ETC设备布局和系统功能如图3和4所示。

图3 自由流ETC设备布局示意图

图4 自由流ETC系统功能

（二）智能标定诱导云行系统
智能标定系统结构可分为接入层、支撑层、数据层、应用层四部分，系统架构如图5所示。接入层主要功能为设备、数据接入管理两大功能。包括新建的AR视频监控单元、车辆卡口单元，已建视频监控可通过现有视频监控平台级联接入、交通态势采集单元、信息发布单元、收费业务系统等关联对接；支撑层主要功能为数据加工、视频分析、地图引擎等底层支撑应用。包括流媒体存储转发服务、VGIS实景地图引擎、车辆识别跟踪算法、GIS地图引擎等功能；数据层主要功能为把系统生成价值密度高的应用数据进行统一存储管理。包括过车信息资源库、交通态势资源库、告警事件库、设备维护资源库；应用层主要为用户提供可用性高的实战业务应用，包括交通运行监测、高低联动、实景标注、值班布勤、联动诱导、逃费报警、车辆跟踪等功能。
此系统基于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、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引导分流，使得正常车辆可以快速通行，从而整体提高收费站服务水平和收费站运行效率。

图5 系统架构图

（三）混合车道+自由流ETC验证系统
1.车道布局
1）混合车道布局
现场管控区设置5条双亭复式混合车道，前亭部署MTC系统，后亭部署MTC/ETC混合系统，采用相控阵天线，车道布局图如图6所示。当ETC车辆行驶进入天线交易范围，RSU将与OBU进行通信实现电子交易，交易完成后打开栏杆机通行；对于非ETC车辆和ETC交易失败车辆，将通过人工方式进行现金或电子交易。

图6 车道布局图

2）自由流ETC验证车道布局
自由流ETC验证车道布局如图7所示：采用六个线圈模式，天线的覆盖范围随车辆的位置变化而变化，可分为五个通讯区，近区备用天线可以通过调整坐标分为两个交易区E及D；远区相控阵主天线通过车辆的交易状态及位置变化分为C、B及A三个通信区。从右向左依次命名各线圈为A、B、C、D、E、F地感，默认状态下，主天线覆盖范围为完整通讯区，A线圈用于车辆进入车道的判断前触发打开天线，B线圈用于收缩天线通讯区B区，C线圈用于收缩天线通讯区C区。

图7 自由流ETC验证车道布局图

如图8所示，在现场管控区域后端加装CPC防逃费监测软件，对持有CPC卡误通过、偷逃费车辆进行监测，上送至后台服务进行业务处理和分析。

图8 CPC卡检测监测天线布局图

2.系统功能
混合车道+自由流ETC验证系统主要包括九个功能模块构成包括：自由流ETC验证、ETC处理模块、MTC处理模块、共享设备控制模块、队列协同控制模块、计费模块、通信模块、图像抓拍模块、工班管理模块和设备诊断模块。
通过上述九个功能模块，实现ETC与非ETC车辆的交易与放行、收费信息的展示、车辆队列的管控、收费金额的拆分与减免、车道设备状态信息的发布、车辆图像信息的抓拍等功能，从而保证车辆的快速通过和收费稽核的准确无误。
（四）收费后台管理系统
后台服务管理系统在原有收费站后台服务的基础上进行迭代优化，新增传输子系统、运行状态检测子系统和稽查管理子系统。
传输子系统主要实现接收主备匝道ETC自由流流水去重合并和CPC防逃费检测流水，进行交易、牌识对比，确保校验合法性，并推送至相关业务系统；为确保数据查询实时性和准确性，增加查询接口对过车信息的实时查询。
运行状态监测系统包括设备状态监测系统与自由流实时预警系统。设备状态监测系统与后端通过建立通信通道进行消息推送，同时提供设备状态、交易流水和牌识成功率的实时统计展示，而自由流预警系统则是对各设备异常状态进行展示和预警处置。并且此系统集成短信、移动终端、大屏等多种发布手段于一体，实现多种规则、通信方式的综合发布控制渠道，为系统数据共享、事件处理提供有力业务支撑，节约人力资源，提升工作效率与业务质量。
稽查管理系统主要实现CPC防逃费与逃费车辆比选分析功能。其中CPC防逃费业务流程是根据人员对稽查的分类和数据水流合法性和证据链完整性的确认，在此基础上根据管理规定进行追讨工作；逃费车辆比选分析根据系统提供的通行数据对异常车辆进行历史追踪，对其行车记录，交易异常等线索进行数据分析，提取其行驶轨迹、欠费金额等非法证据，形成证据链，并支持打包下载和展示。
四、项目展示
（一）业务全程贯通、车辆快速导流
本方案对三元里高速出口区域进行改造，划分为深测感知廊道、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。具体流程如下：
1.当车辆经过深测感知廊道区域（第一道卡口龙门架）时，对ETC车辆进行提前交易，同时针对即将到达收费站的车辆，系统实时获取车辆的车牌、收费交易情况、车身颜色、车型等信息，并且在高点AR实时视频上标注跟踪车辆位置并叠加车辆相关信息显示，使车辆情况一目了然。
2.当车辆继续行驶到信息发布与诱导警示廊道区域（第二道卡口龙门架）时，监控指挥中心系统软件已提前跟缴费业务系统对接，获取到每辆车的车辆状态及ETC收费情况，当监测到ETC收费情况异常车辆信息时，中心系统把该车牌信息实时发送到LED诱导屏显示，提前通知车主将相关车辆行驶到右侧混合车道区域进行导流。此时在指挥中心的高点AR云行监测系统也通过AI视频智能分析技术，实时跟踪每辆车的行驶轨迹，并在每辆车的图像上叠加不同颜色的标签进行区分。
3.当车辆行驶到现场管控区域时，此区域一共有10条车道，分为自由流ETC验证快速通行车道和人工混合车道。监控指挥中心的高点AR云行监测系统对视频监控画面中的每辆进行实时轨迹跟踪，一旦发现异常车辆进入ETC快速通行车道，系统会实时报警，第一时间告知指挥中心联动现场工作人员进行拦截处理，从而整体提到收费站服务水平，提升收费站运行效率。监控展示如图9所示。

图9 三元里收费站监测云行系统

（二）收费站态势全息感知
云行平台把系统采集到的车辆状态、车辆结构化数据、车辆缴费信息等态势数据在实景地图上进行叠加展示，直观表现收费站周边态势变化，对异常事件系统自动发出声光报警，实现收费站态势全息感知。

图10 报警信息展示页面

（三）工作人员全时监督
针对高速收费站全景画面，在实景地图中编辑工作人员24小时排班执勤情况。通过高清实时视频画面实现工作人员实景值班监督，一旦收费站周边发生异常事件，指挥中心人员能够快速指挥周边的工作人员进行快速处理，全天候保障收费站高效运行。