淺談湖南省高速公路路徑識別技術(shù)

方 偉，李 云，劉 暢

(湖南省交通科學研究院，湖南長沙 410015)

1 湖南省高速公路路徑識別概述

對于湖南省進行聯(lián)網(wǎng)的高速公路網(wǎng)來說，不可避免的存在高速公路環(huán)網(wǎng)情況，從而出現(xiàn)車輛從A點到B點存在兩條或兩條以上可選擇路徑通行的情況，即:路徑二義性問題。目前湖南省高速公路網(wǎng)已經(jīng)形成了邵永、長株、衡邵、潭衡西4個環(huán)網(wǎng)。

“十一五”期間，我省高速公路實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。5a新開工53個項目4457km，是“十五”的5.7倍，超過2005年以前開工里程的總和。長潭西、醴潭、邵懷、懷新、常吉、韶山、邵永、衡炎、長株、衡邵10條高速公路建成通車，新增通車里程983km。全省高速公路通車里程2386km，全省14個市州均實現(xiàn)了與省會長沙有高速公路直連，形成了以長沙為中心的4h高速經(jīng)濟圈，長株潭城市群形成了半小時高速通勤圈。

高速公路在建和通車總里程達到6450km，路網(wǎng)規(guī)模進入全國前列。建成通車的“一縱五橫”高速公路網(wǎng)輻射全省65%的縣市區(qū)、約70%的人口。

根據(jù)2010年11月的湖南省“十二五”高速公路網(wǎng)規(guī)劃，湖南省高速公路網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)將會隨著路網(wǎng)的不斷擴大而倍增，路徑識別將是聯(lián)網(wǎng)收費的關(guān)鍵性技術(shù)。

2 湖南省高速公路路徑識別的經(jīng)濟效益和社會效益

2.1 經(jīng)濟效益

經(jīng)過對京珠高速公路聯(lián)網(wǎng)區(qū)域形成環(huán)網(wǎng)以來的整體抽樣估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1，按最短路徑收費將流失掉總收費額的3.59%，在京珠區(qū)域約2190萬元/月，收費額上流失度相當龐大。

表1 京珠高速公路聯(lián)網(wǎng)區(qū)域環(huán)網(wǎng)整體抽樣估算統(tǒng)計數(shù)據(jù)表

2.2 社會效益

體現(xiàn)路徑識別建設(shè)對社會生活等方面所提供的貢獻，建設(shè)實施后無疑將會在資源使用的公平性、人力資源的節(jié)約、高速公路機電系統(tǒng)管理服務(wù)水平等方面都會有較大的提升。同時可提供有效的稽查監(jiān)控手段，管理人員可借助于高效的監(jiān)控計算機網(wǎng)有效地監(jiān)控路網(wǎng)交通及設(shè)施運行狀況，為管理人員提供決策依據(jù)，產(chǎn)生直接和間接的社會效益。

3 路徑識別技術(shù)分析

從宏觀思路上看，解決路徑識別問題分為精確識別、概率識別兩種思路。精確識別包括:標識站法、車牌識別法、射頻卡識別法、移動網(wǎng)絡(luò)、GPS定位等。概率識別包括:最短路徑法、車輛分型統(tǒng)計法、協(xié)商調(diào)查法、應用概率統(tǒng)計法等。目前國內(nèi)多個省基本采用“最短路徑或最小收費額收費，交通概率+協(xié)商法拆分”的方法解決路徑識別問題。還有些省份采用標識站法(如廣東)及車牌識別法(天津、江西等)。浙江是利用RFID有源電子標簽+非接觸式IC卡實現(xiàn)路徑識別，主要由復合通行卡、復合讀寫器、路側(cè)標識系統(tǒng)、路段分中心系統(tǒng)、省中心系統(tǒng)等設(shè)備組成。其最大的問題是人為屏蔽信息傳輸，導致卡上不能寫入標記信息。因此未來如果根據(jù)技術(shù)發(fā)展及實際需要采用以上方式時，現(xiàn)在的站點設(shè)備仍具備利用價值。另外利用手機等終端設(shè)備+GSM/GPS實現(xiàn)真實路徑(軌跡)判斷也是一種值得期待的方式。

下面對幾種可能(包括已用、未用)的方式做一個比較，見表2。

表2 路徑識別技術(shù)方案比較表

從表2對幾種方式的比較可以看出，目前來說，車牌識別方式應用較多，標識站方式不適宜在環(huán)網(wǎng)較多的情況的使用，射頻卡技術(shù)則不能實現(xiàn)軌跡識別，其識別還是依靠關(guān)鍵點來確定的，并且卡的成本也較高，移動識別技術(shù)則是未來較有可能的發(fā)展方向，但目前并沒有成熟應用。

根據(jù)國內(nèi)路徑識別的技術(shù)現(xiàn)狀，綜合考慮投資、管理等各方面因素，湖南省的高速公路路徑識別根據(jù)不同時期采用不同的技術(shù)路線。因此現(xiàn)在湖南省高速公路采用車牌識別方式。

4 車牌識別技術(shù)

在高速公路主線路段合適位置設(shè)置龍門架，龍門架上安裝車牌識別設(shè)備，雙向四～六車道共采用4臺攝像機，每方向設(shè)置2臺采用熱備方式工作，布設(shè)在龍門架上。見圖1。

龍門架路側(cè)安裝設(shè)備柜內(nèi)一套，內(nèi)放置交換機、UPS、配電箱、防雷器等。

前端圖像設(shè)備主要是固定在護罩內(nèi)的攝像機、鏡頭和補光燈。

高清車牌識別器安裝在遠端的收費站內(nèi)。

攝像機與AC/DC模塊安裝在護罩里，護罩安裝在車道路面的上方，圖像的中心點與龍門架的水平距離為35m。3只高亮LED輔助光源安裝在攝像機周圍，水平間距0.1m，分別指向3條車道攝像機視野覆蓋的區(qū)域。

攝像機通過100M網(wǎng)絡(luò)口傳出JPEG幀，信號通過交換機傳輸?shù)骄徒召M站，然后數(shù)據(jù)才進入到高清識別器經(jīng)過識別處理后，識別結(jié)果保存到后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并通過通信系統(tǒng)傳到省中心，省中心配置計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括交換機、服務(wù)器、工作站等。

在路徑識別點龍門架前方(雙向)500m處增加一處預告標志牌，內(nèi)容為“前方高補光區(qū)，請謹慎駕駛”。

在識別點雙向車道龍門架攝像機前后方的路側(cè)設(shè)置9m高的桿燈照明，并在龍門架攝像機前方增加白色行進線。

以龍門架為中心點，在攝像機前方的路側(cè)設(shè)置3個9m桿燈，以由強變?nèi)醯姆绞矫扛?0m設(shè)置，具體為250W9m桿燈1個、200W9m桿燈1個、150W9m桿燈1個;在攝像機后方的路側(cè)設(shè)置2個9m桿燈，以由強變?nèi)醯姆绞矫扛?0m設(shè)置，具體為250W9m桿燈1個、200W9m桿燈1個。

圖1 車牌識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(單位:m)

5 車牌識別系統(tǒng)流程

車牌識別系統(tǒng)流程(見圖2)分為四個部分:

1)第一部分:識別點高清攝像機抓拍車輛圖像，然后由識別點附近的站服務(wù)器生成車牌識別信息，再將車牌識別信息向省中心上傳，通過省中心調(diào)度響應層傳送至路徑構(gòu)建服務(wù)器，經(jīng)過處理后將車牌信息發(fā)送至車牌數(shù)據(jù)庫。

2)第二部分:路徑構(gòu)建服務(wù)器向車牌數(shù)據(jù)庫提取車輛的路徑信息，并進行車輛路徑構(gòu)建，同時將構(gòu)建完成的車輛路徑信息發(fā)送至路徑數(shù)據(jù)庫進行存儲，并下發(fā)至相關(guān)路段分中心。

圖2 車牌識別系統(tǒng)流程圖

3)第三部分:車道級路徑匹配服務(wù)程序向本路段分中心查詢車輛路徑信息，由分中心下發(fā)相關(guān)車輛路徑信息;如果分中心沒有該車輛的路徑信息，則向省中心查詢，通過省中心調(diào)度響應層向路徑查詢服務(wù)器申請車輛路徑信息，路徑查詢服務(wù)器通過路徑數(shù)據(jù)庫對車輛的路徑信息進行匹配，匹配后的路徑信息再通過省中心調(diào)度響應層下發(fā)至車道級。

通過省中心和分中心雙層路徑匹配構(gòu)架，不僅可以提高車道級車輛路徑信息查詢的效率，而且還對車輛路徑信息進行雙重保障，使車輛路徑信息查詢更快捷、更安全。

第三部分:車道級計算出車輛通行費后，將費額信息通過省中心調(diào)度響應層發(fā)送至拆賬數(shù)據(jù)庫，拆賬服務(wù)器向拆賬數(shù)據(jù)庫提取費額信息，并進行拆賬，將拆賬結(jié)果發(fā)送至交易數(shù)據(jù)庫。

4)第四部分:路段分中心向省中心進行本路段所有交易信息查詢，通過省中心調(diào)度響應層向相關(guān)服務(wù)器進行查詢服務(wù)請求，查詢服務(wù)器向數(shù)據(jù)庫提取路段的各種相關(guān)交易信息，通過省中心調(diào)度響應層下發(fā)至路段分中心。

6 結(jié)束語

目前采用的車牌識別方式還不能保證較高的識別率，如車牌污損、清晨和傍晚燈光切換不及時、假牌套牌等。在高速公路未來發(fā)展中，如果不能很好解決路徑識別正確率問題，將減少相當大的收費額，為高速公路收費管理帶來不便。移動識別技術(shù)將是湖南省高速公路路徑識別未來的研究和發(fā)展重點技術(shù)。