基于高清車牌識(shí)別的二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)

劉耀喜 李祖文 何增鎮(zhèn) 徐汶菊

摘要：在高速公路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多變的情況下，考慮到高速公路收費(fèi)站的運(yùn)營(yíng)需求以及高清車牌識(shí)別技術(shù)的迅速崛起，文章提出了基于高清車牌識(shí)別的二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有路網(wǎng)條件下的二義性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)通行費(fèi)精確拆分，從而有效地提高了高速公路收費(fèi)系統(tǒng)和相應(yīng)服務(wù)器采集、傳輸、分析數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性以及運(yùn)營(yíng)管理工作的效率。

關(guān)鍵詞：高速公路收費(fèi)管理;二義性路徑識(shí)別;高清車牌識(shí)別;車輛信息比對(duì)

中圖分類號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.050

文章編號(hào)：1673-4874（2019）09-0179-03

0引言

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高速公路的飛速發(fā)展和普及，在很大程度上方便了用戶出行，使高速公路的利用率也有了很大的提升。近些年高速公路的通行里程不斷增加、延長(zhǎng)，高速公路的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，由此帶來(lái)新的難點(diǎn).如何在路網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多變的情況下，實(shí)現(xiàn)通行費(fèi)的精確收取，從而保障用戶和業(yè)主的切身利益，是所謂的二義性路徑識(shí)別問(wèn)題。隨著我國(guó)汽車保有量的不斷上升和各種收費(fèi)政策的實(shí)施，高速公路二義性路徑識(shí)別現(xiàn)狀日漸堪憂。所以，如何合理解決二義性路徑識(shí)別問(wèn)題，是現(xiàn)今亟需解決的一項(xiàng)重要難題。本文提出了基于高清車牌識(shí)別的高速公路二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)通行車輛的實(shí)時(shí)路徑軌跡追蹤，為高速公路的大數(shù)據(jù)采集提供大量的實(shí)時(shí)通行車輛數(shù)據(jù)，從而為未來(lái)的高速公路路網(wǎng)規(guī)劃和有序發(fā)展提供有力的數(shù)據(jù)保障。

1相關(guān)基本概念

1.1車牌識(shí)別

車牌識(shí)別系統(tǒng)作為高速公路行業(yè)的重要設(shè)備，是收費(fèi)站收取車輛通行費(fèi)用的重要憑證，所以車牌識(shí)別技術(shù)的日趨成熟也成為了高速公路收費(fèi)站的一大助力.根據(jù)相關(guān)政策的要求，車牌識(shí)別系統(tǒng)要同時(shí)具備車牌識(shí)別、抓拍、錄像、車輛特征識(shí)別等基礎(chǔ)功能，還要具備多種外接口和多種設(shè)備兼容，可傳輸高清的視頻圖像給服務(wù)器，傳輸車輛的車牌信息及識(shí)別結(jié)果給工控機(jī)，還可以接入車輛檢測(cè)器的前、后線圈等設(shè)備。

隨著大數(shù)據(jù)等技術(shù)的高速發(fā)展，車牌識(shí)別系統(tǒng)的準(zhǔn)確率越來(lái)越高，從而滿足了收費(fèi)站日常工作的運(yùn)營(yíng)需求。

1.2 二義性

目前高速公路的發(fā)展越來(lái)越趨向于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)展，這也是社會(huì)和大眾的需求所致，從而導(dǎo)致了車輛從某個(gè)卡口到另一個(gè)卡口的路徑不是唯一的，也就是存在兩條或兩條以上路徑的情形。所以車輛在通行的過(guò)程中，不同的人會(huì)有不同的選擇，如何確定車輛的實(shí)際通行路徑，就是二義性問(wèn)題。所謂的高速公路多義性路徑也可稱為二義性路徑，是指高速公路同一對(duì)出、入口之間有兩條或兩條以上路徑。如圖1所示，從卡口A到卡口C存在兩條通行路徑，分別是A-B-C和A-D-C路徑。

1.3二義性路徑識(shí)別

最短路徑收費(fèi)和最小收費(fèi)額收費(fèi)是現(xiàn)今全國(guó)大多省份采用頻率最高的方式，主要用來(lái)解決二義性路徑引起的歧義問(wèn)題。事實(shí)上二義性路徑識(shí)別技術(shù)發(fā)展相對(duì)比較成熟的有：車牌識(shí)別、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、5.8GHz路徑識(shí)別以及射頻識(shí)別等方法。這幾種方式各有特點(diǎn)，要因地制宜，具體見(jiàn)表1。

由表1對(duì)比可得，本文采用的基于高清車牌識(shí)別的高速公路二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)成本較低，且改造難度較小。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到高速公路收費(fèi)系統(tǒng)現(xiàn)狀以及車牌識(shí)別技術(shù)的最新發(fā)展，設(shè)計(jì)了基于車牌識(shí)別原理的高速公路二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。首先在各個(gè)卡口都要安裝高清的抓拍系統(tǒng)，當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)多義性路徑時(shí)，卡口的抓拍系統(tǒng)會(huì)把車輛的出入口圖像信息上傳到前端存儲(chǔ)服務(wù)器，經(jīng)過(guò)信息出入口的信息比對(duì)，從而確定該車輛實(shí)際通行的路徑是哪一條。接著相關(guān)信息會(huì)通過(guò)交換機(jī)上傳至結(jié)算中心，計(jì)算該車輛的實(shí)際通行費(fèi)用并完成扣費(fèi)，同時(shí)把所有的信息上傳至監(jiān)控分中心的收費(fèi)系統(tǒng)平臺(tái)存檔.該系統(tǒng)具體的業(yè)務(wù)流程如下：

（1）車輛進(jìn)入高速公路之后，經(jīng)過(guò)A點(diǎn)和B點(diǎn)卡口;

（2）不管A卡口和B卡口的先后出行順序，只需把出行車輛的通行車牌、通行時(shí)間等信息抓拍留存至前端存儲(chǔ)服務(wù)器;

（3）根據(jù)出入信息比對(duì)，確定通行車輛的實(shí)際路徑;

（4）確定的實(shí)際通行軌跡會(huì)經(jīng)過(guò)交換機(jī)傳輸?shù)绞召M(fèi)結(jié)算中心，按照收費(fèi)站的相關(guān)政策及通行路徑，扣除通行費(fèi)用;

（5）把車輛的所有相關(guān)信息上傳到收費(fèi)站的系統(tǒng)平臺(tái)，收費(fèi)站的相關(guān)工作人員在客戶端就可以實(shí)時(shí)查詢收費(fèi)站的通行數(shù)據(jù)。

因?yàn)榍岸舜鎯?chǔ)服務(wù)器的容量是有限的，為了節(jié)約成本投資及延長(zhǎng)服務(wù)器的使用壽命，服務(wù)器留存的車輛通行信息在車輛繳費(fèi)出站后，依據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的清除原則，監(jiān)控分中心的收費(fèi)系統(tǒng)平臺(tái)將相關(guān)通行信息上傳至客戶端后，客戶端把車輛出站的信息下發(fā)到前端存儲(chǔ)服務(wù)器，并發(fā)出刪除該車輛路徑信息的指令。同時(shí)，客戶端在接收到前端存儲(chǔ)服務(wù)器刪除該車輛的信息后，將依據(jù)收費(fèi)站的相關(guān)規(guī)定，將車輛的實(shí)際通行信息轉(zhuǎn)移、存儲(chǔ)至相關(guān)存儲(chǔ)設(shè)備中備份，從而可以將服務(wù)器和客戶端的存儲(chǔ)空間有效地釋放出來(lái)，還可以進(jìn)一步提高信息在該系統(tǒng)中的傳輸速度。

系統(tǒng)主要采用光纖有線的方式傳輸車輛通行信息，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)鏈路出現(xiàn)中斷的情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟用備份的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，不影響正常的車輛信息傳輸。當(dāng)光纖鏈路恢復(fù)正常通信的時(shí)候，系統(tǒng)也恢復(fù)有線鏈路數(shù)據(jù)傳輸模式，從而保證了正常通信鏈路出現(xiàn)意外狀況時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)依然可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行識(shí)別、傳輸。

3 系統(tǒng)功能分析

本文提出的二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)主要是將通行車輛在各個(gè)出入口的相關(guān)信息進(jìn)行逐一比對(duì)，從而確定車輛的通行路徑。此系統(tǒng)是利用車牌號(hào)作為通行車輛唯一性的特征，基于高清車牌識(shí)別技術(shù)的成熟應(yīng)用和實(shí)時(shí)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在高速公路的所有出入口以及二義性路徑處都放置了高清車牌識(shí)別系統(tǒng)，從而保障了通行車輛的車牌信息有效、精準(zhǔn)地被識(shí)別出來(lái)，進(jìn)而將識(shí)別出來(lái)的車牌信息經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸至收費(fèi)系統(tǒng)。接著實(shí)時(shí)信息會(huì)進(jìn)一步傳輸至結(jié)算中心，結(jié)算中心依據(jù)通行車輛的實(shí)際路線收取通行費(fèi)用，所以該系統(tǒng)滿足了高速公路對(duì)精確拆分通行費(fèi)用的要求。

基于高清車牌識(shí)別的高速公路二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)的具體功能如圖3所示，A地卡口系統(tǒng)采集車輛的通行時(shí)間、車牌號(hào)碼、車型、車牌顏色、通行方向、站點(diǎn)名稱、抓拍照片路徑和車牌簡(jiǎn)碼等信息，B地卡口系統(tǒng)采集的信息則是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)A的補(bǔ)充，包括通行時(shí)間、通行類型、車牌號(hào)碼、第一個(gè)站點(diǎn)名稱、第二個(gè)站點(diǎn)名稱、第一個(gè)站點(diǎn)時(shí)間、第二個(gè)站點(diǎn)時(shí)間、第一個(gè)站點(diǎn)類型以及第二個(gè)站點(diǎn)類型等信息。接著A地卡口系統(tǒng)和B地卡口系統(tǒng)將采集到的車輛信息上傳至卡口平臺(tái)，卡口平臺(tái)接收相關(guān)信息之后留存.再接著傳輸至高速公路的收費(fèi)系統(tǒng)，收費(fèi)系統(tǒng)接收、存檔的同時(shí)，上傳至結(jié)算中心。結(jié)算中心依據(jù)上傳的車輛信息扣除通行車輛的費(fèi)用。

除此之外，該系統(tǒng)可以根據(jù)通行車輛的信息進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)。查詢的類型不僅僅限于實(shí)時(shí)查詢、精確查詢及模糊查詢，可供查詢、統(tǒng)計(jì)的條件至少包括地點(diǎn)、方向、車道、車牌號(hào)碼、車牌顏色、通行時(shí)間、通行日期（包括年、月、日）、類型等，當(dāng)然查詢信息的方式也有今日查詢和歷史查詢。本文主要采用按時(shí)間查詢和按車牌查詢這兩種方式。

4 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

4.1軟件編程開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境

本文提出的基于高清車牌識(shí)別的高速公路二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)，要想達(dá)到良好的實(shí)際應(yīng)用效果，需要選擇適應(yīng)配套的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境，兩者缺一不可.首先該系統(tǒng)采用Java為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，Microsoft Visual Studio.NET 2005為開(kāi)發(fā)環(huán)境，數(shù)據(jù)庫(kù)采用甲骨文股份有限公司的oracle 12C，在Win-dows7/8/10等操作系統(tǒng)都可以運(yùn)行與進(jìn)一步地應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

4.2 系統(tǒng)應(yīng)用

基于高清車牌識(shí)別的高速公路二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)已經(jīng)成為了高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在廣西一些收費(fèi)站進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通信鏈路有效地確定了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，減少了因?yàn)橥ㄐ匈M(fèi)用產(chǎn)生的分歧，提高了收費(fèi)站工作人員的工作效率及車主對(duì)收費(fèi)站的信任度。系統(tǒng)采用高清車牌識(shí)別技術(shù)進(jìn)行二義性路徑識(shí)別之后，使得整個(gè)收費(fèi)工作都在朝著“精確性和有效性”發(fā)展，有關(guān)車輛的通行數(shù)據(jù)、費(fèi)用數(shù)據(jù)都更加完善和精準(zhǔn)，從而有效地避免了當(dāng)前聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)運(yùn)營(yíng)中的稽核問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高速公路網(wǎng)的迅速發(fā)展進(jìn)行分析、調(diào)查，在高清車牌識(shí)別技術(shù)的成熟發(fā)展和應(yīng)用及控制成本等多方面原因的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于高清車牌識(shí)別的二義性路徑識(shí)別系統(tǒng)，解決了高速公路網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的二義性路徑識(shí)別問(wèn)題，從而提高了業(yè)主單位采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)度，也從側(cè)面減少了人工成本的投入，進(jìn)而有效提高了在運(yùn)營(yíng)管理方面的效率。