淺談湖南省高速公路路徑識別技術

方 偉，李 云，劉 暢

(湖南省交通科學研究院，湖南長沙 410015)

1 湖南省高速公路路徑識別概述

對于湖南省進行聯網的高速公路網來說，不可避免的存在高速公路環網情況，從而出現車輛從A點到B點存在兩條或兩條以上可選擇路徑通行的情況，即:路徑二義性問題。目前湖南省高速公路網已經形成了邵永、長株、衡邵、潭衡西4個環網。

“十一五”期間，我省高速公路實現了跨越式發展。5a新開工53個項目4457km，是“十五”的5.7倍，超過2005年以前開工里程的總和。長潭西、醴潭、邵懷、懷新、常吉、韶山、邵永、衡炎、長株、衡邵10條高速公路建成通車，新增通車里程983km。全省高速公路通車里程2386km，全省14個市州均實現了與省會長沙有高速公路直連，形成了以長沙為中心的4h高速經濟圈，長株潭城市群形成了半小時高速通勤圈。

高速公路在建和通車總里程達到6450km，路網規模進入全國前列。建成通車的“一縱五橫”高速公路網輻射全省65%的縣市區、約70%的人口。

根據2010年11月的湖南省“十二五”高速公路網規劃，湖南省高速公路網的環網將會隨著路網的不斷擴大而倍增，路徑識別將是聯網收費的關鍵性技術。

2 湖南省高速公路路徑識別的經濟效益和社會效益

2.1 經濟效益

經過對京珠高速公路聯網區域形成環網以來的整體抽樣估算統計數據見表1，按最短路徑收費將流失掉總收費額的3.59%，在京珠區域約2190萬元/月，收費額上流失度相當龐大。

表1 京珠高速公路聯網區域環網整體抽樣估算統計數據表

2.2 社會效益

體現路徑識別建設對社會生活等方面所提供的貢獻，建設實施后無疑將會在資源使用的公平性、人力資源的節約、高速公路機電系統管理服務水平等方面都會有較大的提升。同時可提供有效的稽查監控手段，管理人員可借助于高效的監控計算機網有效地監控路網交通及設施運行狀況，為管理人員提供決策依據，產生直接和間接的社會效益。

3 路徑識別技術分析

從宏觀思路上看，解決路徑識別問題分為精確識別、概率識別兩種思路。精確識別包括:標識站法、車牌識別法、射頻卡識別法、移動網絡、GPS定位等。概率識別包括:最短路徑法、車輛分型統計法、協商調查法、應用概率統計法等。目前國內多個省基本采用“最短路徑或最小收費額收費，交通概率+協商法拆分”的方法解決路徑識別問題。還有些省份采用標識站法(如廣東)及車牌識別法(天津、江西等)。浙江是利用RFID有源電子標簽+非接觸式IC卡實現路徑識別，主要由復合通行卡、復合讀寫器、路側標識系統、路段分中心系統、省中心系統等設備組成。其最大的問題是人為屏蔽信息傳輸，導致卡上不能寫入標記信息。因此未來如果根據技術發展及實際需要采用以上方式時，現在的站點設備仍具備利用價值。另外利用手機等終端設備+GSM/GPS實現真實路徑(軌跡)判斷也是一種值得期待的方式。

下面對幾種可能(包括已用、未用)的方式做一個比較，見表2。

表2 路徑識別技術方案比較表

從表2對幾種方式的比較可以看出，目前來說，車牌識別方式應用較多，標識站方式不適宜在環網較多的情況的使用，射頻卡技術則不能實現軌跡識別，其識別還是依靠關鍵點來確定的，并且卡的成本也較高，移動識別技術則是未來較有可能的發展方向，但目前并沒有成熟應用。

根據國內路徑識別的技術現狀，綜合考慮投資、管理等各方面因素，湖南省的高速公路路徑識別根據不同時期采用不同的技術路線。因此現在湖南省高速公路采用車牌識別方式。

4 車牌識別技術

在高速公路主線路段合適位置設置龍門架，龍門架上安裝車牌識別設備，雙向四～六車道共采用4臺攝像機，每方向設置2臺采用熱備方式工作，布設在龍門架上。見圖1。

龍門架路側安裝設備柜內一套，內放置交換機、UPS、配電箱、防雷器等。

前端圖像設備主要是固定在護罩內的攝像機、鏡頭和補光燈。

高清車牌識別器安裝在遠端的收費站內。

攝像機與AC/DC模塊安裝在護罩里，護罩安裝在車道路面的上方，圖像的中心點與龍門架的水平距離為35m。3只高亮LED輔助光源安裝在攝像機周圍，水平間距0.1m，分別指向3條車道攝像機視野覆蓋的區域。

攝像機通過100M網絡口傳出JPEG幀，信號通過交換機傳輸到就近收費站，然后數據才進入到高清識別器經過識別處理后，識別結果保存到后臺數據庫服務器，并通過通信系統傳到省中心，省中心配置計算機網絡系統包括交換機、服務器、工作站等。

在路徑識別點龍門架前方(雙向)500m處增加一處預告標志牌，內容為“前方高補光區，請謹慎駕駛”。

在識別點雙向車道龍門架攝像機前后方的路側設置9m高的桿燈照明，并在龍門架攝像機前方增加白色行進線。

以龍門架為中心點，在攝像機前方的路側設置3個9m桿燈，以由強變弱的方式每隔50m設置，具體為250W9m桿燈1個、200W9m桿燈1個、150W9m桿燈1個;在攝像機后方的路側設置2個9m桿燈，以由強變弱的方式每隔50m設置，具體為250W9m桿燈1個、200W9m桿燈1個。

圖1 車牌識別系統結構圖(單位:m)

5 車牌識別系統流程

車牌識別系統流程(見圖2)分為四個部分:

1)第一部分:識別點高清攝像機抓拍車輛圖像，然后由識別點附近的站服務器生成車牌識別信息，再將車牌識別信息向省中心上傳，通過省中心調度響應層傳送至路徑構建服務器，經過處理后將車牌信息發送至車牌數據庫。

2)第二部分:路徑構建服務器向車牌數據庫提取車輛的路徑信息，并進行車輛路徑構建，同時將構建完成的車輛路徑信息發送至路徑數據庫進行存儲，并下發至相關路段分中心。

圖2 車牌識別系統流程圖

3)第三部分:車道級路徑匹配服務程序向本路段分中心查詢車輛路徑信息，由分中心下發相關車輛路徑信息;如果分中心沒有該車輛的路徑信息，則向省中心查詢，通過省中心調度響應層向路徑查詢服務器申請車輛路徑信息，路徑查詢服務器通過路徑數據庫對車輛的路徑信息進行匹配，匹配后的路徑信息再通過省中心調度響應層下發至車道級。

通過省中心和分中心雙層路徑匹配構架，不僅可以提高車道級車輛路徑信息查詢的效率，而且還對車輛路徑信息進行雙重保障，使車輛路徑信息查詢更快捷、更安全。

第三部分:車道級計算出車輛通行費后，將費額信息通過省中心調度響應層發送至拆賬數據庫，拆賬服務器向拆賬數據庫提取費額信息，并進行拆賬，將拆賬結果發送至交易數據庫。

4)第四部分:路段分中心向省中心進行本路段所有交易信息查詢，通過省中心調度響應層向相關服務器進行查詢服務請求，查詢服務器向數據庫提取路段的各種相關交易信息，通過省中心調度響應層下發至路段分中心。

6 結束語

目前采用的車牌識別方式還不能保證較高的識別率，如車牌污損、清晨和傍晚燈光切換不及時、假牌套牌等。在高速公路未來發展中，如果不能很好解決路徑識別正確率問題，將減少相當大的收費額，為高速公路收費管理帶來不便。移動識別技術將是湖南省高速公路路徑識別未來的研究和發展重點技術。