基于稱重與車牌識別聯(lián)動控制的治超預(yù)檢系統(tǒng)研究

宋常華　李興國　吳昊

摘 要：公路超限運輸是一個屢禁不止的難題，各國政府都深深意識到公路超限車輛對交通安全、環(huán)境和公路設(shè)施的巨大危害。預(yù)檢系統(tǒng)就是在車輛不停車的情況下，檢測車輛是否超限。傳統(tǒng)的預(yù)檢系統(tǒng)都是依托計重收費站，采用收費站計重收費的預(yù)檢模式，在檢測完成后，需要手工將來自收費站的車輛信息與來自稱重設(shè)備的檢測信息進行整合。而基于稱重與車牌識別聯(lián)動控制的治超預(yù)檢系統(tǒng)，可以通過稱重設(shè)備與車牌識別聯(lián)動，實現(xiàn)在軟件層車輛信息與檢測信息的自動匹配，大大減少了人工工作負擔。

關(guān)鍵詞：治超檢測；預(yù)檢系統(tǒng)；聯(lián)動控制

1 概述

超限超載預(yù)檢系統(tǒng)主要包括一套高速預(yù)檢稱重設(shè)備和配套的車牌識別設(shè)備，當待檢測車輛通過預(yù)檢站時，通過車輛檢測器與埋設(shè)在行車路面上感應(yīng)線圈，同時觸發(fā)稱重設(shè)備和車牌識別設(shè)備，車牌識別設(shè)備啟動抓拍，當車輛行駛到車尾完全離開車輛分離線圈后，稱重設(shè)備將所有的軸數(shù)的稱重信息進行匯總處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送給車牌識別設(shè)備，由車牌識別設(shè)備對照片、車輛信息、稱重信息統(tǒng)一歸檔壓縮成數(shù)據(jù)包發(fā)送給上層治超監(jiān)測軟件，軟件自動識別出車牌和行駛中的整車重量，將數(shù)據(jù)整合成一條記錄存入數(shù)據(jù)庫，通過規(guī)范認定的超限超載認定規(guī)則，軟件自動判斷是否超限，如果超限，通過信息誘導(dǎo)設(shè)備—可變情報板進行信息提示，引導(dǎo)超限的行駛車輛進站精檢卸載?；诜Q重與車牌識別聯(lián)動控制的治超預(yù)檢系統(tǒng)能方便的在車輛正常行駛不減速的情況下，對車輛整車的重量識別和車輛號牌進行識別，減少了人為干預(yù)和人工工作負擔，同時為后續(xù)的“精檢”和“卸載”提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)和后期執(zhí)法的電子證據(jù)。

2 硬件部分

2.1 預(yù)檢設(shè)備的驅(qū)動接口標準化

治超站中預(yù)檢設(shè)備種類繁多，型號各異，各自獨立都能完成某一項工作。但如果應(yīng)用到治超站中，對超限超載信息的檢測，就需要進行集成應(yīng)用，使設(shè)備組合起來形成一個整體發(fā)揮效用。

為了達到集成應(yīng)用效果，通過統(tǒng)一的超限超載檢測站應(yīng)用管理軟件來統(tǒng)一的管理各種設(shè)備所采集的信息。同時為了避免治超站檢測應(yīng)用管理軟件在管理設(shè)備過程中設(shè)備頻繁的更換給軟件帶來的維護工作量，對治超站所有與軟件進行通信的設(shè)備的設(shè)備軟件通信接口進行了重新約定，并發(fā)布軟件接口標準，通過軟件接口軟件來與設(shè)備進行直接通訊，檢測應(yīng)用管理軟件只與接口軟件發(fā)生信息交互，實現(xiàn)了軟件與“設(shè)備的無關(guān)性”。這樣設(shè)備更換后，應(yīng)用管理軟件可以無縫連接，避免軟件的頻繁更新。

治超檢測應(yīng)用管理系統(tǒng)軟件通訊接口文件（動態(tài)鏈接庫文件）要根據(jù)具體的設(shè)備類型，按照通訊接口文件的要求編制接口文件，接口文件需要經(jīng)過測試，滿足計算機與設(shè)備進行信息通訊后，聯(lián)同設(shè)備一起提供給使用者，統(tǒng)一部署在檢測系統(tǒng)應(yīng)用軟件中。

主要設(shè)備及接口說明如下表：

從上表看，檢測設(shè)備大部分通過“RS232或485串行通信接口”與計算機進行通信。

一般情況下，設(shè)備生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過程中，會給設(shè)備提供一套針對設(shè)備本身的通信協(xié)議。需要針對治超檢測應(yīng)用管理軟件的需求，封裝針對各個設(shè)備與治超檢測應(yīng)用管理軟件的通信協(xié)議及應(yīng)答方式。

封裝的通信協(xié)議及應(yīng)答方式約定為接口交換文件，用動態(tài)鏈接庫文件來表示。設(shè)備接口交換動態(tài)鏈接庫文件在提供設(shè)備時一并提供，配置文件為可執(zhí)行文件所需要的相關(guān)配置信息。

2.2 稱重與車牌識別聯(lián)動控制及信息匹配

在高速預(yù)檢區(qū)域，高速預(yù)檢稱重設(shè)備與高速預(yù)檢車牌識別控制信息聯(lián)動與信息匹配的穩(wěn)定和高效率是高速預(yù)檢運行的關(guān)鍵。

在此過程中，由于稱臺的廠家與車牌識別這兩種設(shè)備廠家單獨生產(chǎn)，各自獨立運行，為了保證設(shè)備在高速預(yù)檢區(qū)域集成應(yīng)用后，能做到兩者信息一一匹配，需要在預(yù)檢設(shè)備的自動管理策略上做些研究，即需要在高速預(yù)檢稱臺與車牌識別兩設(shè)備間的同步觸發(fā)啟動和數(shù)據(jù)的同步上做進一步研究。

（1）設(shè)備同步觸發(fā)啟動

為了保證設(shè)備在第一時間內(nèi)觸發(fā)啟動工作，需要有相同的觸發(fā)設(shè)備來保證。經(jīng)過考察，高速預(yù)檢稱臺的啟動觸發(fā)是通過車輛檢測器與埋設(shè)在行車路面上感應(yīng)線圈發(fā)來的開關(guān)量I/O實現(xiàn)觸發(fā)。高速預(yù)檢車牌識別系統(tǒng)也是可以通過開關(guān)量I/O來實現(xiàn)觸發(fā)。為了統(tǒng)一，在高速預(yù)檢區(qū)域路面敷設(shè)的車輛感應(yīng)線圈感應(yīng)信號由稱重設(shè)備控制器分發(fā)給一路開關(guān)量I/O給高速預(yù)檢車牌識別系統(tǒng)，這樣就能實現(xiàn)同一線圈啟動兩個設(shè)備同時工作。

（2）數(shù)據(jù)同步上傳

為了保證高速預(yù)檢稱重設(shè)備與車牌識別設(shè)備的工作聯(lián)動，除了讓設(shè)備在同一時間工作外，還需要保證設(shè)備所獲得的數(shù)據(jù)能匹配的上，形成一條完整有效的檢測數(shù)據(jù)。在此需要進一步研究設(shè)備間的數(shù)據(jù)同步機制。

車輛在剛剛接觸到感應(yīng)線圈的時候，就啟動高速車牌識別抓拍，如車輛經(jīng)過高速預(yù)檢設(shè)備模擬圖所示，通過測算車牌識別設(shè)備所需要的時間必須控制在40毫秒之內(nèi)完成拍攝。

在設(shè)備的處理時間內(nèi)，車輛也是按照原來既定的行車速度行駛，車輛抓拍的角度固定不變，這樣預(yù)留給設(shè)備的抓拍時間內(nèi)必須要完成抓拍，否者車輛就會超過抓拍范圍，導(dǎo)致車輛行駛出抓拍的區(qū)域，無效抓拍。在正常抓拍完成后，車牌識別設(shè)備還需要經(jīng)過一定時間Ta的計算，識別出車牌號碼和顏色。

在車牌識別設(shè)備啟動抓拍后，稱重設(shè)備才開始啟動工作，當車輛行駛到車尾完全離開車輛分離線圈后，稱重設(shè)備才能將所有的軸數(shù)的稱重信息進行匯總處理。這個過程中，車輛行駛了（車長+兩線圈外側(cè)的距離），一般兩線圈外側(cè)的距離為5米。貨車車輛長度按照8米至20米計算，總長度按照13米至25米計算，詳見高速預(yù)檢區(qū)車輛經(jīng)過感應(yīng)線圈處理時間計算表。

從高速預(yù)檢區(qū)車輛經(jīng)過感應(yīng)線圈處理時間計算表中，看到：車輛在經(jīng)過高速預(yù)檢區(qū)域，如果按照60Km/h的車速行駛，如果稱重設(shè)備出來稱重結(jié)果，至少要等Tb（0.78秒～1.50秒）或（0.59秒～1.13秒），如果車速慢，等待的時間更長。

為了使車牌識別時間Ta和車牌數(shù)據(jù)與高速預(yù)檢稱重處理時間Tb和車輛稱重數(shù)據(jù)保持同步，需要設(shè)置堆棧和數(shù)據(jù)同步的計數(shù)策略，來確定先出來者按照統(tǒng)一規(guī)則等待后出來者，進行匹配確認后，組成一條完整的超限稱重檢測數(shù)據(jù)。

同步的規(guī)則：雙方（指車牌與稱重設(shè)備）在對數(shù)據(jù)進行采集過程中，設(shè)置計數(shù)器，分車道將識別的結(jié)果放置在各自的堆棧中，記錄存放的名稱以獲取該記錄的時間戳命名，通過車道號和計數(shù)器以及限定的時間T來進行匹配，車道號相同，計數(shù)器指數(shù)相同，同時兩條記錄的時間戳的差值在1000毫秒之內(nèi)的，認為是同一車輛的數(shù)據(jù)，此時兩條記錄同時出堆棧，發(fā)送給車牌識別設(shè)備，由車牌識別設(shè)備統(tǒng)一歸檔壓縮發(fā)送給軟件層。如果超過了限定的時間T就舍棄，舍棄后雙方統(tǒng)一“置零”，避免長時間的等待，詳見車牌識別與稱重設(shè)備同步示意圖。

經(jīng)過以上對高速預(yù)檢稱重與車牌識別同步的研究，在實際使用中兩者同步的匹配率提高到了90%以上，取得了良好的實際效果。

2.3 設(shè)備選型

高速預(yù)檢區(qū)域的稱重設(shè)備是治超站信息化檢測、治超數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵設(shè)備，課題組在對設(shè)備進行選型時，做了廣泛的調(diào)研工作。

高速預(yù)檢稱重設(shè)備是車輛在不停車的情況下，對車輛整車的重量的獲取，需要在路面敷設(shè)傳感器，來獲取車輛的重量信息。

經(jīng)過調(diào)研，目前在市場上廣泛應(yīng)用的高速預(yù)檢稱重傳感器共有三類，分別是壓電薄膜式傳感器、彎板式傳感器、壓電石英傳感器。壓電石英傳感器又分為進口石英傳感器和國產(chǎn)石英傳感器。

為了更好的了解三種設(shè)備的檢測性能和精確度，課題組分別對三種設(shè)備進行了詳細的試驗和調(diào)研，先后在三個治超站安裝了三種不同類型的傳感器進行試點，每個試點治超站采集了10天的近8萬條交通流量數(shù)據(jù)進行分析，與廠家提供的數(shù)據(jù)進行分析對比。

從三種高速預(yù)檢設(shè)備比較看，在不考慮成本的情況下，壓電石英傳感器的精確度較高、施工方便，維護量小，對路面的破壞小。

3 軟件部分

3.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

治超檢測軟件收到的數(shù)據(jù)包分為兩種類型：以.tar.gz為文件格式的壓縮數(shù)據(jù)包和txt文件格式的文本數(shù)據(jù)。

壓縮數(shù)據(jù)包是以“時間戳-時間差”格式的17位數(shù)字命名，前13位是發(fā)送數(shù)據(jù)包的時間戳，后3位是車牌識別和稱重信息的時間差。每個數(shù)據(jù)包中存放就是每輛車的車輛信息和檢測數(shù)據(jù)，分別存放到壓縮包下的p_result和w_result兩個固定命名的文件夾，便于軟件解析數(shù)據(jù)。p_result文件夾下存放一張圖片和一個文本，圖片是抓拍的車牌號，文本里存放的是識別出來的車牌號，圖片和文本統(tǒng)一以“時間戳-車道”格式命名（此時間戳是車牌抓拍的時間）。w_result文件夾下存放一個文本文檔，以“時間戳-車道”格式命名（此時間戳是稱重檢測的時間），文本存放車重和軸數(shù)。

txt文件格式的文本數(shù)據(jù)是存放匹配失敗的車輛數(shù)據(jù)，車牌抓拍和稱重信息分別存放在p_invalid.txt和w_invalid.txt兩個文本里，每行記錄的內(nèi)容就是“時間戳-車道”。

p_invalid.txt時間戳-時間差.tar.gzw_invalid.txt存放車牌匹配失敗的數(shù)據(jù)存放稱重匹配失敗的數(shù)據(jù)p_resultw_result車牌號車牌圖片車重和軸數(shù)數(shù)據(jù)包

3.2 工作流程

（1）下載數(shù)據(jù)包

治超監(jiān)測軟件與車牌識別設(shè)備通過Http協(xié)議通訊，監(jiān)測軟件部署在Tomcat Web服務(wù)器上，車牌識別設(shè)備向服務(wù)器的一個名為Upload的servlet發(fā)送post請求，該servlet解析post請求中的數(shù)據(jù)包，將其下載到本地磁盤的固定路徑。

（2）解析數(shù)據(jù)包

在Tomcat服務(wù)啟動同時，啟動一個線程，監(jiān)聽磁盤固定文件夾下的數(shù)據(jù)包，當檢測到有數(shù)據(jù)包時，根據(jù)數(shù)據(jù)包的名字獲取時間差，同時解壓縮數(shù)據(jù)包，按照上文提到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容進行解析，記錄圖片位置、車牌號、車重、軸數(shù)，并按照規(guī)定的規(guī)范自動計算車輛是否超重以及超限率。

（3）數(shù)據(jù)入庫

將解析到的數(shù)據(jù)通過hibernate數(shù)據(jù)持久化技術(shù)，分有效信息和無效信息，保存到數(shù)據(jù)庫中，便于以后查詢，也是后期的執(zhí)法依據(jù)，數(shù)據(jù)保存入庫之后，刪除硬盤上的數(shù)據(jù)包。

3.3 實驗效果

按照上述軟硬件要求簡單搭建實驗系統(tǒng)，稱重設(shè)備和車牌識別設(shè)備聯(lián)動，統(tǒng)一向軟件層發(fā)送數(shù)據(jù)包，監(jiān)測軟件可以收到數(shù)據(jù)包，并解析入庫之后在前臺展示。

4 結(jié)束語

本文在研究了現(xiàn)有治超檢測設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于稱重與車牌識別聯(lián)動控制的治超預(yù)檢系統(tǒng)，可以通過稱重設(shè)備與車牌識別聯(lián)動，統(tǒng)一向軟件層發(fā)送檢測數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)在軟件層車輛信息與檢測信息的自動匹配，大大減少了人工工作負擔。經(jīng)過以上對高速預(yù)檢稱重與車牌識別同步的研究，在實際使用中兩者同步的匹配率提高到了90%以上，取得了良好的實際效果。

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