高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)二義性路徑識別系統(tǒng)原理及開發(fā)

羅志偉

（廣西交通投資集團(tuán)欽州高速公路運(yùn)營有限公司，廣西欽州 535000）

高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)二義性路徑識別系統(tǒng)原理及開發(fā)

羅志偉

（廣西交通投資集團(tuán)欽州高速公路運(yùn)營有限公司，廣西欽州 535000）

為滿足我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，我國高速公路的建設(shè)規(guī)模越來越大，高速公路逐漸形成網(wǎng)絡(luò)狀，在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的背景下，對于使用高速公路的車輛，如果車輛從同一個地點(diǎn)出發(fā)，利用多個路徑達(dá)到目的地，現(xiàn)有的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)則很難確定車輛的具體路徑，這種現(xiàn)象被成為二義性路徑問題，為有效地解決二義性路徑問題，必須在高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一套二義性路徑識別系統(tǒng)。

高速公路 聯(lián)網(wǎng)收費(fèi) 二義性路徑 識別系統(tǒng)

在近幾年來，我國的高速公路的建設(shè)進(jìn)程越來越快，與之相對應(yīng)的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模也越來越大。隨著高速公路的增多，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，人們能從一個出發(fā)點(diǎn)選擇多個路徑達(dá)到目的地，但現(xiàn)有的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)，并不能對車輛的具體路徑進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，導(dǎo)致在通行費(fèi)方面產(chǎn)生很大的矛盾，這就限制了高速公路服務(wù)水平的提高，為解決這種問題，必須開發(fā)一套完善的高速公路二義性路徑識別系統(tǒng)。

1 路徑識別原理

路徑識別原理是根據(jù)車輛入口、出口、路段等行駛路徑信息來判斷車輛的形式路徑，而判斷車輛行駛最主要的依據(jù)時(shí)車輛的車牌號。當(dāng)車輛使用高速公路時(shí)，首先會分析車輛是不是存在其他卡號記錄，如果車輛存在其他卡號記錄，這說明該車輛可能出現(xiàn)倒換卡的現(xiàn)象，系統(tǒng)會自動記錄該車輛可能存在倒換卡，當(dāng)車輛到達(dá)高速公路出口后，檢查人員就能根據(jù)記錄判斷車輛的情況。路徑識別原理是采用車牌號進(jìn)行唯一判斷，這種方式雖然能判斷車輛是否存在倒換卡的現(xiàn)象，但這種方法也存在一定的弊端，路徑識別的前提是高速公路入口流水要比出口流水優(yōu)先上傳信息，但在實(shí)際工作中，當(dāng)高速公路網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象后，就可能出現(xiàn)系統(tǒng)判斷錯誤的現(xiàn)象，就會引起矛盾。在封閉式聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)中，車輛在進(jìn)入高速公路時(shí)，已經(jīng)具有入口信息和出口信息，在判斷車輛的行駛路徑時(shí)，只需要確定車輛行駛的路段信息即可，在二義性路徑兩點(diǎn)設(shè)置雙向標(biāo)識點(diǎn)，對過往車輛的車牌號、經(jīng)過時(shí)間、站點(diǎn)等進(jìn)行信息記錄，并傳輸?shù)娇刂浦行?，這樣就能掌握車輛在路段的信息，從而達(dá)到路徑識別的目的。

圖1 高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)二義性路徑識別系統(tǒng)圖

2 路徑識別系統(tǒng)的構(gòu)成

路徑識別系統(tǒng)主要由龍門架、前段圖像設(shè)備、高清車牌識別器、高清攝像機(jī)、AC/DC模塊等部分組成，其中龍門架主要設(shè)置在主線路段的標(biāo)識點(diǎn)上，識別車牌號的設(shè)備安裝在龍門架上，在每個方向的車道上設(shè)置兩臺攝像機(jī)，為有效地提高識別系統(tǒng)的識別精度，確保車輛在夜間的行車安全，需要在龍門架上安裝一套金鹵燈。對于前段圖像設(shè)備主要安裝在護(hù)罩中的補(bǔ)光燈、鏡頭、攝像機(jī)等位置，而高清車牌識別器主要在遠(yuǎn)端收費(fèi)站進(jìn)行安裝。對于高清攝像機(jī)和AC/DC模塊，需要安裝在車道路面上的護(hù)罩中，龍門架與前段圖像設(shè)備的中心點(diǎn)的水平距離要控制在35m之內(nèi)，高亮LED輔助光源與高清攝像機(jī)的水平距離控制在0.1m以內(nèi)，輔助光源要指向車道攝像機(jī)的覆蓋范圍。高清攝像機(jī)是通過100m的網(wǎng)絡(luò)口將JPEG幀信號傳出來，然后利用交換機(jī)將信號傳輸?shù)绞召M(fèi)站，JPEG信號信息經(jīng)過高清識別器處理后，將信息結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，并利用通信設(shè)備將結(jié)果傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

3 系統(tǒng)總體框架

高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)二義性路徑識別系統(tǒng)主要由車道系統(tǒng)、復(fù)合通行卡、收費(fèi)站系統(tǒng)、路段收費(fèi)分中心系統(tǒng)、路側(cè)標(biāo)識別系統(tǒng)、收費(fèi)結(jié)算管理系統(tǒng)等部分組成，二義性路徑識別系統(tǒng)是在原來聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用非接觸式IC卡和RFID電子標(biāo)簽相結(jié)合的形式進(jìn)行二義性路徑識別系統(tǒng)的開發(fā)。二義性路徑識別系統(tǒng)的總體框架圖如圖1所示。

4 高速公路二義性路徑識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 智能卡

二義性識別系統(tǒng)能利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、模塊識別技術(shù)、光電技術(shù)、圖像處理及時(shí)、數(shù)據(jù)訪問技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)，全天候記錄過往車輛的全景圖像和前部圖像。根據(jù)高清攝像頭提供的車牌號識別情況，能對車輛進(jìn)行布控，當(dāng)發(fā)生肇事逃逸、搶劫、超速、逆行等現(xiàn)象后，能及時(shí)為公安部門提供嫌疑車輛的詳細(xì)信息。二義性路徑識別系統(tǒng)具有識別92式、02式標(biāo)準(zhǔn)民用車牌照的功能，還能識別新軍牌、新武警車牌的字母、漢子、顏色等功能，在夜間，二義性路徑識別系統(tǒng)能利用LED頻閃燈和夜間檢查算法抓拍車輛信息。二義性路徑識別系統(tǒng)是利用200萬、300萬、500萬像素的高清攝像機(jī)對車輛進(jìn)行抓拍，一臺高清攝像機(jī)能對三個車道的過往車輛進(jìn)行車身顏色判斷和車型確定。二義性識別系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)參數(shù)，如表1所示。

表1 二義性識別系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)參數(shù)

4.2 交通流量調(diào)查及電子警察

在高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)二義性路徑識別系統(tǒng)中，電子警察是利用高清攝像機(jī)對闖紅綠燈、違章駕駛的車輛進(jìn)行抓拍，高清攝像機(jī)的像素為500萬，對于闖紅綠燈的車輛，高清攝像機(jī)會抓拍三張圖片，一張是車輛在停止線前面的圖片，一張是車輛在停止線上面的圖片，還有一張是車輛在停止線后面的圖片。通過這一組圖片，能準(zhǔn)確的反映出車輛的違章地點(diǎn)、違章車道、車牌號等，對于不同的客戶，能滿足不同的需求。同時(shí)采用的高清攝像機(jī)能在清晰記錄車牌號的同時(shí)，進(jìn)行錄像，這樣就能為客戶還原真實(shí)的場景，從而準(zhǔn)確的判斷其違章行為。另外，二義性路徑識別系統(tǒng)具有夜間補(bǔ)光及觸發(fā)同步技術(shù)，能根據(jù)具體情況，判斷補(bǔ)光設(shè)備是否需要開啟。

4.3 組合兩片式電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)

目前，我國絕大多數(shù)的高速公路收費(fèi)站是利用IC卡的形式進(jìn)行收費(fèi)，而早二義性路徑識別系統(tǒng)中，車輛身份、行駛路徑、解繳通行費(fèi)等相關(guān)信息的載體是組合兩片式電子標(biāo)簽，這種標(biāo)簽不僅具有IC卡技術(shù)的特點(diǎn)，還具有RFID技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，組合兩片電子標(biāo)簽是由雙界面CPU卡、兩片式電子標(biāo)簽等構(gòu)成，它不但具有普通的IC路網(wǎng)收費(fèi)能力，還能準(zhǔn)確的記錄車輛的行車路徑。

4.4 雙路側(cè)標(biāo)識設(shè)計(jì)

在二義性路徑識別系統(tǒng)中，雙路側(cè)標(biāo)識是指分別利用多路徑標(biāo)識和車道路測標(biāo)識進(jìn)行標(biāo)簽信息的讀寫，其中車道路測標(biāo)識安裝在高速公路的出入口，是反射調(diào)制式讀寫，通過與電子標(biāo)簽的通信，能完成車輛形式路徑的判斷和收費(fèi)交易。雙路側(cè)標(biāo)識設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由路邊控制設(shè)備、天線及控制器、抓拍系統(tǒng)等幾部分組成，其中路邊控制設(shè)備一般是一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備，主要與天線控制器、抓拍系統(tǒng)等相連接；天線及控制器主要負(fù)責(zé)與車載OBU之間進(jìn)行信息交互；抓拍系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對違章車輛進(jìn)行抓拍，并進(jìn)行錄像，從而為事后對違章車輛進(jìn)行處罰提供依據(jù)。

4.5 二義性路徑識別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

4.5.1 高速移動遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)交換技術(shù)

在二義性路徑識別系統(tǒng)中，路徑識別卡會隨著車輛的移動，逐漸通過電子路標(biāo)，并與電子路標(biāo)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，但由于車輛在高速公路的行駛速度比較快，這就需要確保二義性路徑識別系統(tǒng)的路徑識別卡能在高速移動中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.5.2 低能耗數(shù)據(jù)接收處理

在二義性路徑識別系統(tǒng)中，首先要保證路徑識別卡具有良好的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)交換能力，路徑識別卡是高速公路中車輛行駛的通行證，需要在流動中工作，其使用情況是根據(jù)過往車輛確定的，由于路徑識別卡是一個動態(tài)的使用過程，同時(shí)還需要自身攜帶電源，如果電源過大，就會對路徑識別卡的正常使用造成影響，這就要求路徑識別卡能在低能耗的情況下，完成數(shù)據(jù)接收及處理。

4.5.3 保證路徑識別卡的可靠性

路徑識別卡是二義性路徑識別系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障，路徑識別卡記錄的各項(xiàng)信息是收費(fèi)站收取過往車輛通行費(fèi)的依據(jù)，因此，在二義性路徑識別系統(tǒng)中，必須不斷的提高路徑識別卡的可靠性、穩(wěn)定性，這樣才能確保路徑識別卡能全天候、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

5 二義性路徑識別系統(tǒng)的優(yōu)勢

5.1 全套解決方案

在二義性路徑識別系統(tǒng)中，從路側(cè)單元RSU、車載單元OBU等硬件設(shè)備到路段分中心系統(tǒng)軟件、收費(fèi)站系統(tǒng)軟件、管理中心系統(tǒng)軟件等的無縫銜接，這樣就能防止因設(shè)備選購的廠家不同，而引起產(chǎn)品繁瑣對接的問題。在二義性路徑系統(tǒng)中，能從高速公路入口到高速公路出口為客戶提供一站式服務(wù)，避免了二義性路徑問題矛盾的發(fā)生。

5.2 準(zhǔn)確識別路徑信息

在二義性路徑識別系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，這樣就能確保各種信息的及時(shí)更新、傳遞，二義性路徑識別系統(tǒng)采用光纖組網(wǎng)通信和移動網(wǎng)絡(luò)通信，能為路段收費(fèi)分中心、路段收費(fèi)中心、管理中心等提供一個信息交互的品臺。同時(shí)基于RFID的二義性路徑識別系統(tǒng)，其識別距離最大能達(dá)到200m，系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力，能在各種惡劣的環(huán)境下對多個車輛盡心識別，對于采集的信息，會通過特殊加密的形式進(jìn)行傳輸，能避免信息受到破壞，這極大的提高了路徑信息的準(zhǔn)確性。

5.3 便捷經(jīng)濟(jì)

在構(gòu)建二義性路徑識別系統(tǒng)時(shí)，建設(shè)人員只需要在現(xiàn)有的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，就能?shí)現(xiàn)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)和二義性路徑識別系統(tǒng)的有效結(jié)合。首先是在而二義性路徑的一些關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置一些路側(cè)標(biāo)識站，這樣就可以確保信息統(tǒng)一發(fā)送；其次要修改原來聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)中的拆分模塊，根據(jù)車輛的行駛路徑，對費(fèi)用進(jìn)行拆分；最后要對IC交易卡進(jìn)而讀寫器進(jìn)行更改，將原來的IC通行卡改成超高頻433MHz和兼顧高頻13.56MHz的復(fù)合通行卡，并用433MHzRFID讀寫桌面單元ODU及非接觸IC卡代替原有的讀寫器，這樣就完成了二義性路徑識別系統(tǒng)和高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的有效銜接。

對于二義性路徑系統(tǒng)，還具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，首先二義性路徑識別系統(tǒng)設(shè)置的關(guān)鍵點(diǎn)不是很多，這就能減少對路側(cè)標(biāo)識系統(tǒng)的投入；對于433MHz超高頻系統(tǒng)，其投資成本也沒有原來系統(tǒng)的投資成本高，從整體上看，整個二義性路徑識別系統(tǒng)除了需要更換桌面單元ODU和新增路徑標(biāo)識站以外，幾乎不需要投入其他，因此，二義性路徑識別系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)行很高。

5.4 維護(hù)及其難點(diǎn)

對高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)二義性路徑識別系統(tǒng)而言，其收費(fèi)運(yùn)行模式幾乎沒有發(fā)生改變，而車輛仍然采用以前的方式出入高速公路路口，各種信息資料的傳輸方式也沒有發(fā)生大的變化，從整體上看，二義性路徑識別系統(tǒng)的運(yùn)作和原來的系統(tǒng)幾乎沒有什么差別。在二義性路徑識別系統(tǒng)中，由于路側(cè)設(shè)備可能會在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生故障后，維修的難度比較大，為解決這個問題，在開發(fā)二義性路徑識別系統(tǒng)時(shí)，設(shè)置了狀態(tài)查詢、系統(tǒng)告警、故障診斷、系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)等功能，在管理中心能對各個標(biāo)識站的運(yùn)行情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，這就能極大的提高二義性路徑識別系統(tǒng)的維修效率，且為系統(tǒng)運(yùn)行加裝的斷電報(bào)警系統(tǒng)，能及時(shí)將供電情況用GSM的信息傳輸方式，第一時(shí)間通知到維護(hù)人員，確保了設(shè)備維護(hù)的及時(shí)率。

6 結(jié)語

基于RFID的高速公路二義性路徑識別系統(tǒng)能有效地解決高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)存在的二義性問題，能極大的提高高速公路的服務(wù)水平，加上二義性路徑識別系統(tǒng)具有全套解決方案、準(zhǔn)確識別路徑信息、便捷經(jīng)濟(jì)、維護(hù)方便等特點(diǎn)，因此，在實(shí)際工作中，高速公路管理部門要加大二義性路徑識別系統(tǒng)的建設(shè)力度，從而為我國高速公路事業(yè)的快速發(fā)展創(chuàng)建良好的條件。

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