高速公路車型分揀系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

吳壯松，張 華

(廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

2020-01-01，全國高速公路成功取消省界收費站，實現(xiàn)所有車輛按車型收費，運行高效化，改善廣大人民群眾出行體驗[1]，提升高速公路通行效率，降低高速公路運營成本。目前大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、超級計算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合，多種支付手段、模式的出現(xiàn)，方便車主交費、減少找零、減少現(xiàn)金點鈔、快速通行及安保，逐漸實現(xiàn)高速公路收費站“無人值守”化和智能化，減少人工成本。但車型識別率及車牌識別率達(dá)不到100%的準(zhǔn)確，仍然存在大車小標(biāo)問題，人工干預(yù)及后臺稽查成本依然很大[2]。車型識別率不準(zhǔn)確，導(dǎo)致無人值守的自動發(fā)卡系統(tǒng)、無人值守自助交費系統(tǒng)、ETC/MTC收費系統(tǒng)在使用的過程中存在以下問題：

(1)出口收費員發(fā)現(xiàn)車型和實際車型不匹配，大車改小車，需要收費班長授權(quán)，糾正車型，才能收費，耗時耗力。

(2)由于入口車型識別有誤，出口收費員每糾正一筆收費，公司就應(yīng)給予相應(yīng)比例的獎勵，從而增加了收費成本的支出。

(3)出口收費員未核對車型，或者人為對邊界車型識別有誤，導(dǎo)致多收或者少收司機費用，事后產(chǎn)生糾紛。

(5)ETC車道存在大車小標(biāo)的現(xiàn)象，由于存在發(fā)放電子標(biāo)簽不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)仍?，綁定的車型比實際車型小，比如2類車綁定為1類車的情況，造成在ETC出口2類車按照1類車的標(biāo)準(zhǔn)來收費放行，導(dǎo)致運營公司通行費損失[3]。

(6)車型識別器識別不能達(dá)到百分百之精準(zhǔn)，無人值守自助發(fā)卡或者自助交費系統(tǒng)完全依靠車型識別器的識別結(jié)果，會造成收費爭議和損失。

1 總體技術(shù)架構(gòu)

為了降低維護(hù)成本，復(fù)用現(xiàn)有業(yè)務(wù)技術(shù)，采用基于同一技術(shù)棧的技術(shù)路線出發(fā)，提出了如圖1所示的總體技術(shù)架構(gòu)，總體架構(gòu)由數(shù)據(jù)采集層、車型應(yīng)用層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和車型挖掘與管理層構(gòu)成。

圖1 總體技術(shù)架構(gòu)圖

(1)在每個收費站服務(wù)器部署一個車型數(shù)據(jù)采集服務(wù)，負(fù)責(zé)提取歷年出口過車的車型數(shù)據(jù)(出口時間、車牌號碼、車牌顏色、客貨標(biāo)志、車型等信息)，并上傳至路段總服務(wù)器的分揀系統(tǒng)。

(2)路段總服務(wù)器分揀系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收各收費站服務(wù)器上報的車型數(shù)據(jù)并入庫，然后進(jìn)行車型數(shù)據(jù)挖掘、分揀，提煉出正確車型數(shù)據(jù)，生成車型分揀庫，形成車型數(shù)據(jù)文件(全量包文件、增量包文件)，然后把車型數(shù)據(jù)文件移至FTP服務(wù)器總目錄，供車道軟件同步下載更新。

(3)車道軟件定期到服務(wù)器檢查車型數(shù)據(jù)版本，發(fā)現(xiàn)有新版本車型數(shù)據(jù)，則下載到本地入庫，并把數(shù)據(jù)同步結(jié)果狀態(tài)反饋給服務(wù)器，以便維護(hù)人員了解各條車道的同步情況。

(4)車型信息管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對車型庫的管理，新增或刪除車型信息，或者對疑似錯誤車型車輛，調(diào)取抓拍圖片進(jìn)行核實糾正。

2 系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

該系統(tǒng)的特點是分散性比較強，采用“分散式+總服務(wù)器”的方式部署，過車車型數(shù)據(jù)分散到從各個收費站提取并上報到路段總服務(wù)器，然后由路段總服務(wù)器的分揀系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析挖掘并提取，形成車型信息文件，最后由車道軟件采用FTP下載的方式，從FTP服務(wù)器同步車型信息文件并入庫，形成車型數(shù)據(jù)庫，供車道軟件使用。該系統(tǒng)由幾個獨立的子模塊組成，分別是：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊、車輛通行數(shù)據(jù)及車型信息數(shù)據(jù)同步模塊、車型信息挖掘分揀模塊、車輛檔案庫管理模塊、車道軟件對車型信息庫的使用模塊等。其中，車道軟件對車型信息庫的使用模塊又分為3種使用方式：(1)MTC混合出入口車道；(2)無人值守的自動發(fā)卡車道；(3)電子不停車ETC專用車道。

2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計包括ETC交易流水?dāng)?shù)據(jù)表、MTC交易流水?dāng)?shù)據(jù)表、ETC車輛及MTC車輛篩選出的車型信息數(shù)據(jù)表、車型檔案信息表，及后臺用戶、權(quán)限、角色等數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計表關(guān)系如圖2所示。其中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系描述如下：

圖2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系圖

(1)ETC車型篩選通過ETC專用車道流水結(jié)合ETC車型不一致表，篩選出車型信息Collect_TmpETC。

(2)MTC車輛車型篩選通過MTC車道流水篩選出MTC車輛車型篩選表Collect_TmpMTC。

(3)ETC/MTC車輛篩選出的車型信息數(shù)據(jù)與現(xiàn)有的車輛管理公安庫及ETC發(fā)行庫結(jié)合，形成車輛檔案庫Car_Archive，車輛檔案信息包括車牌、車牌顏色、車種、車型、信用評級、置信度等。

(4)車輛檔案庫管理平臺通過超級管理員賬戶登錄，添加其他用戶，并賦予用戶不同權(quán)限，決定用戶是否對車輛檔案庫擁有增刪改查操作權(quán)限。

2.2 車輛通行數(shù)據(jù)及車型信息數(shù)據(jù)同步模塊

數(shù)據(jù)同步模塊包含上傳功能及下載功能，架構(gòu)圖如圖3所示。其中，上傳功能是把ETC專用車道和MTC混合車道出口的收費流水?dāng)?shù)據(jù)上傳至站級服務(wù)器，然后再上傳至分公司處級服務(wù)器(車型分揀系統(tǒng)所在服務(wù)器)，這些流水?dāng)?shù)據(jù)是車型分揀系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)來源，有了原始數(shù)據(jù)，才能對車型進(jìn)行分揀工作。

圖3 數(shù)據(jù)同步架構(gòu)圖

下載功能是從FTP服務(wù)器指定目錄下載同步車型信息更新包(由車型信息挖掘分揀模塊生成)到車道數(shù)據(jù)庫，供車道軟件使用，同時將數(shù)據(jù)同步結(jié)果反饋到FTP服務(wù)器指定目錄。

2.3 車型信息挖掘分揀模塊

該模塊是車型信息庫的生成者，其對原始ETC車輛及MTC車輛的收費流水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行車型數(shù)據(jù)挖掘、分揀，按照分揀規(guī)則算法，篩選出最有可能正確的車型信息，生成準(zhǔn)確的車型信息分揀庫，與車輛管理公安庫及ETC發(fā)行庫結(jié)合，形成車輛檔案庫。根據(jù)數(shù)據(jù)同步機制，生成車輛檔案信息更新包，放至FTP服務(wù)器指定目錄，供車型信息數(shù)據(jù)同步模塊同步下載更新到車道數(shù)據(jù)庫，車型信息挖掘分揀流程如圖4所示。

圖4 車型信息挖掘分揀流程圖

2.4 車輛檔案庫管理模塊

用戶可以在車輛檔案庫管理平臺對車輛檔案庫進(jìn)行增、刪、改、查操作。其中檔案庫數(shù)據(jù)來源主要分為通行數(shù)據(jù)、公安廳數(shù)據(jù)、發(fā)行數(shù)據(jù)，以及第三方圖片識別廠家的圖片識別數(shù)據(jù)。除了車型信息分揀外，還可以查詢關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)來源，包括人工審核記錄、公安廳接口、車輛黑名單、通行記錄、發(fā)行信息等。車輛檔案庫根據(jù)“一車一檔”原則，每個車輛檔案均采用置信度計算，如果車輛檔案來源包含人工審核確認(rèn)記錄、公安廳數(shù)據(jù)、車輛黑名單，則置信度為100%，其他情況根據(jù)置信度建立模型制定。

2.5 車道軟件對車型信息庫的使用模塊

該模塊是車型信息庫的最終使用者，充分利用車牌識別器與車型識別器識別車輛信息、OBU內(nèi)車輛信息、車型庫信息，判斷車輛信息的一致性，保證發(fā)卡及計費的準(zhǔn)確性，判定規(guī)則如表1所示。當(dāng)遇到車型不一致時，優(yōu)先使用車型庫的車型信息，如果都無車型數(shù)據(jù)時將報警提示，進(jìn)行人工處理，并記錄不一致特情。

表1 車型不一致判斷規(guī)則表

3 實際應(yīng)用效果分析

對廣西高速公路某收費站入口無人值守收費系統(tǒng)的交易數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，其中如表2所示為某年8月份未應(yīng)用車輛檔案庫前的交易數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如表3所示為該年9～10月應(yīng)用車輛檔案庫后的交易數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如表4所示為應(yīng)用車輛檔案庫前后效果對比分析。

表2 未使用車輛檔案庫前的8月交易數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表3 應(yīng)用車輛檔案庫后的9～10月交易數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

由表4可知，應(yīng)用車輛檔案庫后，無人工干預(yù)情況下車型準(zhǔn)確率從99.23%提高到99.88%，人工干預(yù)處理比率從0.77%下降到0.12%，總體的車型準(zhǔn)確率從99.97%提高到99.99%。因此應(yīng)用車輛檔案庫后，提高了車型識別的準(zhǔn)確率，減少了人工處理成本。

表4 應(yīng)用車輛檔案庫前后效果對比分析表

4 結(jié)語

取消全國高速公路省界收費站后，有效提高了綜合交通運輸體系運轉(zhuǎn)效率，實現(xiàn)不停車快捷收費，改善了廣大人民群眾出行體驗。本文以廣西高速公路聯(lián)網(wǎng)收費為背景，對高速公路車型分揀系統(tǒng)設(shè)計研究與應(yīng)用展開了深入探討，提出了基于同一技術(shù)棧的總體技術(shù)架構(gòu)，從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)同步、大數(shù)據(jù)挖掘與分揀、信息庫管理、信息庫的使用等方面介紹了車型分揀系統(tǒng)設(shè)計研究與應(yīng)用。系統(tǒng)實際運行情況表明，能有效地輔助完成計費精準(zhǔn)化、運行高效化，解決因車型識別不準(zhǔn)確而導(dǎo)致通行費收費不精確的問題，為不停車收費系統(tǒng)、無人值守的自動發(fā)卡系統(tǒng)、無人值守自助交費系統(tǒng)實現(xiàn)“無人值守”化和智能化奠定堅實的基礎(chǔ)。