基于多路徑識別的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)分析

戴澤華 張連連 鄧全才 張玉瑾

（1.張家口市交通局；2.河北建筑工程學(xué)院，張家口075000）

0 前 言

隨著高速公路路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)區(qū)域內(nèi)的環(huán)狀路結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，僅河北省一片區(qū)（京津以南高速公路）聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)區(qū)域內(nèi)的已有路、在建路和未建路共有約20個(gè)最小封閉環(huán)路，如果在每個(gè)不同業(yè)主的路段設(shè)收費(fèi)站，投資巨大，也會(huì)影響高速公路的效率，同時(shí)，傳統(tǒng)的收費(fèi)車道所采用的人工輸入車牌號碼后3位數(shù)字的方式時(shí)效性差，巨大的工作量直接影響高速公路的通行能力和服務(wù)水平.因此，高速公路通行費(fèi)的合理收取以及通行費(fèi)的準(zhǔn)確拆分等問題迫切需要采用技術(shù)手段來解決［1］.

1 多路徑識別方法的分類

隨著各省市高速公路的不斷建設(shè)，基本上建成了大小規(guī)模不等的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)，在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)建設(shè)中，都面臨了一個(gè)共同的問題——車輛行駛路徑的識別.路徑識別不僅僅涉及對每一通行車輛如何計(jì)算通行費(fèi)，同時(shí)還要考慮將收入的通行費(fèi)拆分給哪個(gè)收費(fèi)單位的問題，通行費(fèi)的拆分直接關(guān)系到各條高速公路的合法利益，是聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的關(guān)鍵［2］.

目前，在高速公路路徑識別的主要技術(shù)方法有：標(biāo)識站法、車牌照識別法、最短路徑法.從基本思路看，多路徑識別技術(shù)可以分為精確識別和概率識別兩類.

1.1 精確識別

精確識別的原理是識別出路網(wǎng)中每一車輛的實(shí)際行駛路徑，避免路網(wǎng)中出現(xiàn)行駛路徑的歧義，從而解決路網(wǎng)中多路徑問題.標(biāo)識站法、車牌照識別法都屬于精確識別的范疇.

要做到對車輛行駛路徑的精確識別通常由兩種方法：通過土建設(shè)施的手段，確保任意車輛從一個(gè)收費(fèi)站（點(diǎn)）到另一收費(fèi)站（點(diǎn)）間只能有唯一的行駛路徑；通過標(biāo)識方法采集車輛行駛路徑信息，確認(rèn)車輛行駛路徑.第二種方法只需在產(chǎn)生歧義的路段設(shè)立標(biāo)識站，獲取車輛行駛的標(biāo)識信息，就可以根據(jù)出口信息、入口信息、標(biāo)識信息，識別出任意車輛的行駛路徑［3］.

1.1.1 標(biāo)識站識別法

準(zhǔn)確識別車輛的實(shí)際行駛路徑，可分為停車式和不停車兩種，以下提到的標(biāo)識站均為“停車式標(biāo)識站”.在收費(fèi)車道上安裝非接觸式IC卡讀寫設(shè)備，司機(jī)通過此路段時(shí)，將IC卡（通行卡）在讀寫天線的規(guī)定距離內(nèi)劃過，自動(dòng)欄桿開啟、車輛通行，并記錄該標(biāo)識站信息.

標(biāo)識站的主要缺點(diǎn)是車輛每次經(jīng)過標(biāo)識站時(shí)必須停車，導(dǎo)致行車速度減慢，降低了高速公路的服務(wù)水平，與聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的精神直接相違背，在實(shí)施時(shí)，輕易不采用.在國家政策方面，交通部交公路發(fā)［1999］9號文件《關(guān)于認(rèn)真做好公路收費(fèi)站點(diǎn)清理整頓的通知》中規(guī)定“對通行車輛一次完成通行費(fèi)收繳和票證發(fā)放工作，不準(zhǔn)設(shè)立旨在進(jìn)行內(nèi)部監(jiān)督驗(yàn)票的檢查站”.顯然，國家法律法規(guī)的規(guī)定對設(shè)置停車式標(biāo)識站做出了限制，設(shè)置停車式標(biāo)識站已不可行.

1.1.2 車牌照識別技術(shù)

隨著圖像識別技術(shù)的發(fā)展，也可應(yīng)用“車牌照識別”技術(shù)進(jìn)行多路徑的識別.即高速公路入、出口以及路網(wǎng)內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置車牌照抓拍系統(tǒng)，攝取通過車輛牌照.

車牌照識別方法雖然不影響行車速度，但是應(yīng)用車牌照抓拍系統(tǒng)進(jìn)行多路徑的判別，投資較大且系統(tǒng)精度根據(jù)圖像識別算法的不同效果也不同一般不能達(dá)到100%.

1.2 概率識別

一般來說，道路使用者路徑選擇行為是基于道路使用效益最大化和運(yùn)營成本最小化的原則之上的，即：花最少的時(shí)間、最少的費(fèi)用、走最短的路、獲取最大的效益.因此，運(yùn)行時(shí)間最少的路徑對于時(shí)間價(jià)值導(dǎo)向型的道路使用者來說具有更強(qiáng)的吸引力，用戶一般采用最短路徑法.

最短路徑法取最短路徑為行駛路徑.從起點(diǎn)到終點(diǎn)存在兩條或兩條以上的路徑，將最短路徑作為車輛選擇路徑，此方法最為簡便，投資最少.最短路徑法直接將多路徑車輛通行費(fèi)分配給最短路徑業(yè)主，因此，這種方法的精確度取決于車輛在實(shí)際的路徑選擇過程中選擇最短路徑的概率.但是在高速公路中倒卡、逃費(fèi)問題嚴(yán)重，因此這種算法的拆分關(guān)系到將通行費(fèi)拆分給哪個(gè)收費(fèi)單位的問題，影響了一部分單位的收益.

2 多路徑識別系統(tǒng)的需求及設(shè)計(jì)方案

本文主要介紹基于車牌照識別技術(shù)的多路徑識別收費(fèi)系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要利用計(jì)算機(jī)圖像模式識別技術(shù)，即通過車道及標(biāo)識站的高清攝像機(jī)的對車輛進(jìn)行圖像抓拍，同時(shí)對車輛圖像進(jìn)行車牌自動(dòng)識別，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)入路網(wǎng)的車輛進(jìn)行路徑的跟蹤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)按車輛行駛的實(shí)際路徑進(jìn)行收費(fèi)拆分的目標(biāo).

2.1 多路徑識別系統(tǒng)需求分析

多路徑識別系統(tǒng)主要解決高速公路通行費(fèi)的合理收取以及通行費(fèi)的準(zhǔn)確拆分問題.同時(shí)由于高速公路中大型車輛倒卡、逃費(fèi)現(xiàn)象十分猖獗，通常表現(xiàn)為利用目前機(jī)電系統(tǒng)存在的功能不完善漏洞，實(shí)現(xiàn)相同貨車套牌倒卡具體表現(xiàn)為滿載長途與空載短途同號牌車輛倒卡，即通過減少里程，逃避超載處罰力度.為高速公路正常收取車輛通行費(fèi)造成的及大的損失，同時(shí)也帶來了不良的社會(huì)影響.所以多路徑識別系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)識別車輛的實(shí)際行駛路徑從而進(jìn)行收費(fèi)拆分，同時(shí)也要解決倒卡、逃費(fèi)問題.綜上所述，多路徑識別系統(tǒng)要求解決以下三個(gè)問題：

（1）高速公路通行費(fèi)的合理收取.

（2）通行費(fèi)的準(zhǔn)確拆分.

（3）倒卡、逃費(fèi)問題.

2.2 多路徑識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

多路徑識別系統(tǒng)在具體的開發(fā)過程中主要采用了函數(shù)、用戶對象、結(jié)構(gòu)、視圖、圖像特征提出、圖像識別等技術(shù)和方法.針對2.1中提出的幾個(gè)問題，多路徑識別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)路段和需求分為三個(gè)模塊：入口識別，出口識別及車牌照抓拍，系統(tǒng)功能框圖如圖1所示.其中入口識別和車牌照抓拍兩個(gè)模塊完成的是車輛信息提取的功能相對簡單，出口識別模塊不但要完成車輛信息提取的功能同時(shí)要完成IC中的信息對比及車牌照抓拍數(shù)據(jù)庫中大量信息的匹配.具體的模塊功能如下：

（1）入口識別：完成車牌照的識別功能，車牌照識別流程如圖2所示，并進(jìn)行人工核對及修正；獲取車輛的基本特征（車型、外觀、顏色、車牌等）；將車牌照等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到IC卡中.

圖1 多路徑識別系統(tǒng)功能框圖

（2）車牌照抓拍：完成行駛過程中的車牌照識別；將車牌照數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到車牌照抓拍數(shù)據(jù)庫.

圖2 識別流程

（3）出口識別：完成車牌照的識別功能，并進(jìn)行人工核對及修正；獲取車輛的基本特征（車型、外觀、顏色、車牌等）；將出口識別出的車牌照等數(shù)據(jù)與入口數(shù)據(jù)庫中的車牌照數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配匹配失敗出口對入口車輛信息比對若不匹配則報(bào)警進(jìn)行人工稽查，若匹配成功則與車牌照抓拍數(shù)據(jù)庫中的車牌照數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，區(qū)分出車輛的行駛路徑；若匹配成功按照車輛行駛路徑進(jìn)行收費(fèi)和拆分，若按照最短路徑收費(fèi)和拆分.圖像識別的界面如圖3所示：

通過多路徑識別系統(tǒng)的車輛圖像自動(dòng)抓拍、車牌信息自動(dòng)識別，以及入、出口車牌信息比對、核實(shí)等功能的實(shí)現(xiàn)，使車輛在入口車道記錄車輛的基本特征（車型、外觀、顏色、車牌等），并在出口車道對其基本特征進(jìn)行核對，基本解決了不同車型、不同外觀、不同車牌間的車輛倒卡逃費(fèi)的問題，但對于相同外觀的套牌車輛間的倒卡，還不能有效的解決.

圖3 識別界面

對于倒卡、逃費(fèi)問題來說車輛的載重信息是該類倒卡車輛的關(guān)鍵信息，可以在入口車道增加相應(yīng)的計(jì)重設(shè)備，使車輛的入口計(jì)重信息與車牌信息一樣同時(shí)記錄在通行卡中，并在出口車道對車輛的實(shí)際載重、車牌等信息與入口記錄在通行卡中的信息進(jìn)行比對、核實(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)入、出口計(jì)重信息誤差超過范圍，或車牌信息不符等情況，進(jìn)行人工稽查，避免套牌車輛倒卡.“入口計(jì)重，出口核重、人工稽查”的模式配合多路徑識別系統(tǒng)的車輛圖像抓拍及車牌自動(dòng)識別功能，將能有效的解決套牌車輛間的倒卡的問題.

3 總 結(jié)

本文介紹了幾種多路徑識別的技術(shù)，同時(shí)給出基于車牌照識別技術(shù)的多路徑識別收費(fèi)系統(tǒng)的需求分析及設(shè)計(jì)方案.基于車牌照識別技術(shù)的多路徑識別收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于圖像識別的技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、新的圖像技術(shù)的不斷出現(xiàn)，會(huì)有更多更新的路徑識別技術(shù)出現(xiàn)，從而提高車牌照的匹配率，更好的解決高速公路中的多路徑問題.

［1］魯恩科.高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)多路徑標(biāo)簽識別法［J］.技術(shù)與應(yīng)用，2003

［2］王希平，蘆文謙，戴偉.基于移動(dòng)定位技術(shù)的高速公路車輛行駛路徑精確識別解決方案［U4］.中國交通信息產(chǎn)業(yè)2006（10）

［3］柳惠忠，鄭茂林，杜煒，余磊.湖北省高速公路路徑識別方案及算法優(yōu)化［U4］.交通科技2008（5）

［4］李成.射頻識別技術(shù)在汽車電子上的應(yīng)用［U4］.汽車電器2007（7）