車臉識別的停車場收費系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

朱百萬

（廣東工業(yè)大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 廣東省廣州市 510006）

目前智能交通領(lǐng)域中汽車車輛識別主要依靠車牌識別[1]，但這種技術(shù)有些缺點，比如對無牌車、套牌車不能有效地識別，從而導(dǎo)致對無牌車無法扣費和套牌車逃費的問題。當(dāng)無牌車準(zhǔn)備進(jìn)入停車場時，因為基于車牌識別技術(shù)的停車場收費系統(tǒng)無法識別無車牌，所以不會抬桿放行，這時只能通過保安或收費員人工抬桿才能進(jìn)入停車場，無牌車準(zhǔn)備離開停車場時也會因為同樣的原因?qū)е聼o法扣費，往往通過人工估算并扣費，這降低了停車場收費管理的智能化水平。一般停車場收費系統(tǒng)都會將車輛分為臨時車和月保車，臨時車是要通過扣費才能放行，月保車是免費放行，因此部分臨時車的車主將自己的車牌套換成月保車的車牌，在離開停車場時將免費放行，從而達(dá)到逃費的目的。另外，基于車牌識別技術(shù)的停車場收費系統(tǒng)在識別混淆字符時的表現(xiàn)非常糟糕，經(jīng)常出現(xiàn)錯讀，因此通過車牌查詢不到對應(yīng)入口時間，導(dǎo)致系統(tǒng)無法計費。綜上所述，基于車牌識別技術(shù)的停車場收費系統(tǒng)存在上述幾個問題，需要一種更加智能的能夠基于車牌之外的其它車輛特征來對車輛進(jìn)行自動準(zhǔn)確的識別，而車臉能夠有效的表達(dá)車輛的外觀屬性[2]，車臉類似于“人臉”，能夠有效表達(dá)車輛特征信息，車臉即車輛前端部分，包括前保險桿、左右大燈、左右角燈、前霧燈、前格柵等，車臉識別的停車場收費系統(tǒng)很好地解決上述幾個問題，為了實現(xiàn)停車場管理的信息化、智能化、低成本、多收益的經(jīng)營管理目標(biāo)[3]，該系統(tǒng)還使用移動支付技術(shù)，提供更便捷的收費方式，更好地實現(xiàn)停車場無人值守。

圖1：停車場車道管理子系統(tǒng)功能

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

車臉識別的停車場收費系統(tǒng)主要完成停車場車道的過車自動收費的功能，它由硬件部分與軟件部分組成，硬件部分包括攝像機(jī)、補(bǔ)光燈、地感線圈、車輛檢測器、攔桿機(jī)、掃碼槍、費額顯示器和通用計算機(jī)等，軟件部分包括四個子系統(tǒng)，分別是停車場車道管理子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理服務(wù)子系統(tǒng)和圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)，手機(jī)客戶端車輛管理子系統(tǒng)。

1.1 停車場車道管理子系統(tǒng)

停車場車道管理子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制車輛檢測器、費額顯示器、攔桿機(jī)等設(shè)備、費額計算和扣費操作、向圖像處理服務(wù)系統(tǒng)獲取車臉識別結(jié)果、向數(shù)據(jù)管理服務(wù)系統(tǒng)發(fā)送交易流水、查詢?nèi)肟谛畔?，查詢交易流水等，該系統(tǒng)功能列表如圖1 所示。

1.2 圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)

圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)車道網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的接入與進(jìn)出停車場的車輛進(jìn)行車臉檢測、車輛顏色識別、車輛型號識別、車牌識別、車臉識別等，并將檢測與識別的結(jié)果信息實時發(fā)送給停車場車道管理子系統(tǒng)。

1.3 數(shù)據(jù)管理服務(wù)子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理服務(wù)子系統(tǒng)主要用于用戶信息管理、交易流水管理、車輛信息管理、報表管理、車道信息管理和日志管理。

1.4 手機(jī)客戶端車輛管理子系統(tǒng)

近幾年來,受益于移動通信技術(shù)的不斷進(jìn)步和智能手機(jī)的日益普及,我國的移動支付發(fā)展迅速[4]。因此，本文實現(xiàn)了手機(jī)客戶端車輛管理子系統(tǒng)，它的主要功能是手機(jī)用戶注冊、賬號預(yù)付費、移動支付、交易信息查詢、在線服務(wù)信息推送等。該系統(tǒng)分為安卓版本和IOS 版本，能夠為當(dāng)前主流的手機(jī)用戶提供移動支付。該系統(tǒng)支持的移動支付通道包括：微信支付和支付寶支付。用戶通過停車場車道管理子系統(tǒng)生成的二維碼進(jìn)行掃描支付。已注冊會員的用戶則可以綁定的支付賬戶進(jìn)行不停車自動預(yù)付費扣款支付，可以實現(xiàn)車輛不停車收費。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

車臉識別的停車場收費系統(tǒng)使用MYSQL 數(shù)據(jù)庫,存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)分別是：運(yùn)營參數(shù)版本信息、用戶權(quán)限信息、停車場車道信息、交易流水信息等。

2.1 運(yùn)營參數(shù)版本信息

表1 主要是保存參數(shù)的版本信息，當(dāng)有參數(shù)信息發(fā)生改變時，數(shù)據(jù)管理服務(wù)子系統(tǒng)通知車道端有參數(shù)更新，停車場車道管理子系統(tǒng)對比參數(shù)版本信息后下載參數(shù)數(shù)據(jù)。

2.2 用戶權(quán)限信息

表2 存儲的用戶的賬號與密碼信息，操作權(quán)限分為系統(tǒng)管理員與普通收費員，這是防止普通收費員惡意修改數(shù)據(jù)庫信息，尤其是車輛交易數(shù)據(jù)，從而保障系統(tǒng)的安全性。

2.3 停車場車道信息

表3 保存停車場的車道信息，車道編碼是車道信息的唯一標(biāo)識，每條車道均有唯一的車道編碼。

表1：運(yùn)營參數(shù)版本信息表

表2：用戶權(quán)限信息表

表3：停車場車道信息表

表4：交易流水信息表

2.4 交易流水信息

表4 為實時保存車輛的交易記錄，為數(shù)據(jù)管理服務(wù)子系統(tǒng)的報表功能的實現(xiàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)流程說明

圖2：套牌車的識別流程

3.1 車臉檢測流程

車輛在經(jīng)過停車場車道的地感線圈時導(dǎo)致地感信號變化，停車場車道管理子系統(tǒng)通過車輛檢測器獲取到地感信號變化信息，根據(jù)地感邏輯模塊的處理結(jié)果，判定有車輛進(jìn)入車道，然后發(fā)送網(wǎng)絡(luò)消息通知圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)對車輛進(jìn)行車臉檢測操作，車臉檢測成功后截取車臉區(qū)域并生成車臉圖片。圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)的車臉檢測的功能是通過深度學(xué)習(xí)的YOLOv3 算法實現(xiàn)。

3.2 車臉識別流程

當(dāng)車臉檢測成功后，圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)對車臉圖片進(jìn)行校準(zhǔn)，然后對已校準(zhǔn)的車臉圖片進(jìn)行識別，與人臉識別相似，車臉識別成功后將生成128 維特征向量，并與圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)的車臉圖片庫文件進(jìn)行車臉匹配，若匹配成功，則獲取相應(yīng)的車臉編碼，則匹配失敗，則認(rèn)為是陌生車輛。圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)的車臉識別的功能是使用深度學(xué)習(xí)的殘差網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。

3.3 無牌車進(jìn)入停車場流程

無牌車駛?cè)胪＼噲鲕嚨啦?zhǔn)備進(jìn)入停車場，它在經(jīng)過車道的地感線圈時導(dǎo)致地感信號發(fā)生變化，停車場車道管理子系統(tǒng)通過車輛檢測器獲取地感信號變化，地感邏輯模塊對信號變化進(jìn)行分析，判定有車輛準(zhǔn)備進(jìn)入停車場，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)消息通知圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)進(jìn)行車臉檢測，車臉檢測成功后對車臉圖片進(jìn)行校準(zhǔn)，然后對已校準(zhǔn)的車臉圖片進(jìn)行車臉識別，車臉識別結(jié)果是生成128 維特征向量，并與圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)的車臉庫圖片文件進(jìn)行匹配，如果匹配成功，則獲取相應(yīng)的車臉編碼，若匹配失敗，則認(rèn)為是陌生車輛，針對該車輛重新生成車臉編碼并抓拍若干車臉圖片保存到車臉庫。車臉識別完成后再識別車牌、顏色、型號，若車輛沒有車牌則將車牌識別結(jié)果標(biāo)記為“無牌車”，然后將識別結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)消息發(fā)送給停車場車道管理子系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)車臉識別結(jié)果判斷是否抬桿放行，若車臉識別結(jié)果滿足車輛放行條件則控制攔桿抬起，車輛進(jìn)入停車場后生成入口流水，并將它上傳至數(shù)據(jù)管理服務(wù)子系統(tǒng)。

3.4 無車牌的扣費流程

無牌車駛?cè)胪＼噲鲕嚨啦?zhǔn)備離開停車場，它在經(jīng)過車道的地感線圈時觸發(fā)地感信號變化，停車場車道管理子系統(tǒng)通過車輛檢測器獲取到地感信號變化信息，根據(jù)地感邏輯模塊處理結(jié)果，判定有車輛準(zhǔn)備離開停車場，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)消息通知圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)進(jìn)行車臉檢測，車臉檢測成功后對車臉圖片進(jìn)行校準(zhǔn)，然后對已校準(zhǔn)的車臉圖片進(jìn)行車臉識別，車臉識別結(jié)果是生成128 維特征向量，并與圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)的車臉庫圖片文件進(jìn)行匹配，如果匹配成功，則獲取相應(yīng)的車臉編碼，若匹配失敗，則認(rèn)為是陌生車輛則攔截。車臉匹配成功后再識別車牌、顏色、型號，若車輛沒有車牌則將車牌識別結(jié)果標(biāo)記為“無車牌”，然后將識別結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)消息發(fā)送給停車場車道管理子系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用車臉編碼向數(shù)據(jù)管理服務(wù)子系統(tǒng)獲取該車輛的入場時間，車輛停留時間為當(dāng)前時間與入場時間的差值，根據(jù)停留時間計算出費額，車主通過移動支付或人工繳費后抬桿放行，將交易信息生成出口交易流水記錄，并將交易流水記錄上傳至數(shù)據(jù)管理服務(wù)子系統(tǒng)。

3.5 套牌車的識別流程

套牌車的識別原理是，車輛駛?cè)胪＼噲鲕嚨啦?zhǔn)備離開停車場時，停車場車道管理子系統(tǒng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)消息通知圖像處理服務(wù)子系統(tǒng)進(jìn)行車臉檢測與識別，車臉識別成功后再識別車牌、顏色、型號，然后將所有識別結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)消息發(fā)送給停車場車道管理子系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用車臉編碼向數(shù)據(jù)管理服務(wù)子系統(tǒng)獲取該車輛的入口信息，比對識別的車牌與入口信息的車牌，根據(jù)兩者比對的結(jié)果判斷是否為套牌車，若為套牌車，則攔截車輛并進(jìn)行聲光報警。套牌車的識別流程如圖2 所示。

4 結(jié)語

因為基于車牌識別技術(shù)的停車場收費系統(tǒng)不具備識別無牌車、套牌車的功能，導(dǎo)致無牌車無法扣費與套牌車逃費的問題，本文提出基于車臉識別技術(shù)的停車場收費系統(tǒng)，解決了無牌車無法扣費與套牌車逃費的問題，并且提供移動支付方式，提高了停車場智能化管理水平。