湖南省高速公路路徑識(shí)別軟件關(guān)鍵技術(shù)研究

盧楨

摘 要：詳細(xì)分析了我省高速公路收費(fèi)中路徑識(shí)別普遍存在的“路徑二義性”問題和其帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)難題。結(jié)合我省路徑識(shí)別的實(shí)際情況，開發(fā)了基于實(shí)際路徑識(shí)別收費(fèi)的核心軟件。該軟件較好地解決了拆分不準(zhǔn)確、響應(yīng)速度、峰值處理能力和數(shù)據(jù)傳輸完整性等問題。

關(guān)鍵詞：路徑識(shí)別；建模；架構(gòu)；軟件

中圖分類號(hào)：U491.1+23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）12-0015-02

截至2013-12，我省高速公路通車總里程達(dá)5 084 km，全省14個(gè)市、州與省會(huì)長(zhǎng)沙均有高速公路直連，形成了以長(zhǎng)沙為中心的4 h高速經(jīng)濟(jì)圈，長(zhǎng)沙、株洲、湘潭城市群形成了30 min高速通勤圈。

對(duì)聯(lián)網(wǎng)的高速公路網(wǎng)來(lái)說(shuō)，不可避免地存在高速公路環(huán)網(wǎng)情況，出現(xiàn)車輛從A點(diǎn)到B點(diǎn)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。由于經(jīng)營(yíng)性高速公路越來(lái)越多，業(yè)主更關(guān)注通行費(fèi)征收、拆賬準(zhǔn)確性等關(guān)乎自身利益的問題。因此，如何解決二義性路徑問題和路徑識(shí)別軟件精確識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施是越來(lái)越突出的技術(shù)難題。

1 軟件整體設(shè)計(jì)

在應(yīng)用軟件方面，需要考慮200個(gè)左右識(shí)別點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和處理，及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑構(gòu)建，并基于路徑構(gòu)建信息進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)、實(shí)時(shí)拆賬和結(jié)算，以滿足我省高速按路徑實(shí)時(shí)收費(fèi)的需求，打造依據(jù)管理需要可以實(shí)時(shí)進(jìn)行拆賬和結(jié)算的能力。

2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

負(fù)載均衡技術(shù)和MQ消息中間件技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫分離等。具體情況如圖1所示。

3 路徑識(shí)別關(guān)鍵核心技術(shù)

3.1 帶權(quán)有向圖路網(wǎng)模型

模型基于實(shí)際路網(wǎng)的最小路網(wǎng)元素進(jìn)行帶權(quán)有向圖建模（精細(xì)化原則），具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。它能很好地應(yīng)對(duì)比如路段費(fèi)率變化、路段歸屬變化、站名稱變化、站拆除、站增加、橋隧收費(fèi)策略變化等情況。

采用多維權(quán)策略。多維權(quán)帶權(quán)有向圖能夠很方便地計(jì)算和生成各種車型的最低費(fèi)額分段路由表和最短距離分段路由表等。

通過帶權(quán)有向圖路網(wǎng)模型能夠快速生成高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（分段路由表、費(fèi)率表、行程時(shí)間表等）和用于按實(shí)際路徑收費(fèi)的關(guān)鍵支撐數(shù)據(jù)（分組優(yōu)先分發(fā)表）。

帶權(quán)有向圖路網(wǎng)模型可快速計(jì)算車輛的實(shí)際路徑，為按實(shí)際路徑收費(fèi)提供收費(fèi)依據(jù)，從而滿足按照實(shí)際路徑收費(fèi)的要求。

3.2 基于路網(wǎng)模型的實(shí)際路徑計(jì)算

3.3 路徑信息分發(fā)技術(shù)

在按實(shí)際路徑進(jìn)行計(jì)費(fèi)的過程中，為了確保車輛在出收費(fèi)站時(shí)可以快速獲取車輛行駛的實(shí)際路徑，就需要預(yù)先將車輛行駛的動(dòng)態(tài)路徑在車輛出站之前發(fā)送到收費(fèi)站系統(tǒng)。由于動(dòng)態(tài)路徑信息量巨大，如果每條動(dòng)態(tài)路徑數(shù)據(jù)都向聯(lián)網(wǎng)中的所有收費(fèi)站發(fā)送，勢(shì)必會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁堵和數(shù)據(jù)發(fā)送延遲的情況。為了有效減少網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)量，提出了分組優(yōu)先發(fā)送的解決方案。

當(dāng)車輛經(jīng)過識(shí)別點(diǎn)后，對(duì)即將到達(dá)的收費(fèi)站按需要時(shí)間（以高速公路最高限速計(jì)算時(shí)間）進(jìn)行分組排序，時(shí)間短的優(yōu)先發(fā)送。當(dāng)車輛到站后，還沒有發(fā)送的就不需要再發(fā)送，從而有效減少發(fā)送的數(shù)據(jù)量。

4 實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)核心技術(shù)

4.1 路徑預(yù)測(cè)及計(jì)算

為了滿足車輛在出收費(fèi)站時(shí)能夠快速確定車輛的行駛路徑并且不受網(wǎng)絡(luò)的影響，系統(tǒng)要能夠預(yù)先將車輛行駛的動(dòng)態(tài)路徑推送到車輛將要到達(dá)的收費(fèi)站，具體處理路徑如圖3所示。

4.2 分發(fā)調(diào)度管理

為了滿足調(diào)度任務(wù)實(shí)時(shí)性的要求，對(duì)路徑分發(fā)調(diào)度任務(wù)要在進(jìn)入內(nèi)存后按隊(duì)列進(jìn)行緩存，緩存的調(diào)度任務(wù)信息包括任務(wù)編號(hào)、動(dòng)態(tài)路徑信息、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間和需要分發(fā)路徑的收費(fèi)站列表等。

分發(fā)異常處理主要有以下幾方面的作用：①能夠監(jiān)控路徑分發(fā)任務(wù)的執(zhí)行，并能重新調(diào)度執(zhí)行失敗的任務(wù)；②能夠?qū)Χ啻螆?zhí)行失敗的任務(wù)進(jìn)行警告、提示或制訂其他的異常處理機(jī)制。

4.2.1 車輛從a收費(fèi)站入站時(shí)數(shù)據(jù)采集、上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存當(dāng)前采集的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖4.

4.2.2 車輛經(jīng)過b識(shí)別點(diǎn)時(shí)數(shù)據(jù)采集、上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖5.

4.2.3 d收費(fèi)站所保存的車輛行駛路徑信息上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存

當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖6.

4.2.4 車輛從d收費(fèi)站出站時(shí)數(shù)據(jù)采集、上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖7.

4.2.5 沒有查詢到車輛動(dòng)態(tài)路徑

車輛從a收費(fèi)站入站，途經(jīng)b識(shí)別點(diǎn)、c識(shí)別點(diǎn)后從d收費(fèi)站出站，計(jì)費(fèi)時(shí)，沒有查詢到分發(fā)下來(lái)的車輛動(dòng)態(tài)路徑。

解決此問題的思路是：①在收費(fèi)站沒有查詢到分發(fā)下來(lái)的動(dòng)態(tài)路徑時(shí)，向省中心請(qǐng)求補(bǔ)發(fā)；②如果在省中心也沒有查詢到相應(yīng)信息，則采用a收費(fèi)站到d收費(fèi)站的最短路徑計(jì)費(fèi)。見圖8.

4.2.6 計(jì)費(fèi)路徑多于實(shí)際路徑

車輛從a收費(fèi)站入站，途經(jīng)b識(shí)別點(diǎn)，從e收費(fèi)站出站。此時(shí)，出站信息由于上報(bào)失敗，又從e收費(fèi)站入站，此時(shí)，入站信息也上報(bào)失敗，后途經(jīng)c識(shí)別點(diǎn)，從d收費(fèi)站出站。由于缺少e收費(fèi)站的出入站信息，當(dāng)從d收費(fèi)站出站時(shí)，獲取的動(dòng)態(tài)路徑為“a收費(fèi)站，b識(shí)別點(diǎn)，c識(shí)別點(diǎn)，d收費(fèi)站”，這就導(dǎo)致計(jì)費(fèi)路徑比實(shí)際路徑多。見圖9.

解決此問題的思路是：①不處理采集上報(bào)失敗的識(shí)別點(diǎn)序列；②計(jì)費(fèi)時(shí)，使用“a收費(fèi)站，c識(shí)別點(diǎn)，d收費(fèi)站”此動(dòng)態(tài)路徑進(jìn)行計(jì)費(fèi)。

4.2.7 重復(fù)c識(shí)別點(diǎn)數(shù)據(jù)

解決此問題的思路是：①對(duì)收費(fèi)卡中記錄的進(jìn)站編號(hào)進(jìn)行比對(duì)；②如果比對(duì)結(jié)果顯示動(dòng)態(tài)路徑中的收費(fèi)站入站編號(hào)與收費(fèi)卡中入站編號(hào)不一致，則以收費(fèi)卡中入站編號(hào)為起始點(diǎn)開始計(jì)算有效路徑。

5 結(jié)束語(yǔ)

我省路徑識(shí)別系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)高速公路按實(shí)際路徑收費(fèi)技術(shù)的先河。在我省高速公路路徑識(shí)別工程項(xiàng)目中，首次將基于路網(wǎng)模型和路徑預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中，為我國(guó)高速公路路徑識(shí)別收費(fèi)系統(tǒng)的建設(shè)作出了一次具有前瞻性的嘗試。

〔編輯：白潔〕

摘 要：詳細(xì)分析了我省高速公路收費(fèi)中路徑識(shí)別普遍存在的“路徑二義性”問題和其帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)難題。結(jié)合我省路徑識(shí)別的實(shí)際情況，開發(fā)了基于實(shí)際路徑識(shí)別收費(fèi)的核心軟件。該軟件較好地解決了拆分不準(zhǔn)確、響應(yīng)速度、峰值處理能力和數(shù)據(jù)傳輸完整性等問題。

關(guān)鍵詞：路徑識(shí)別；建模；架構(gòu)；軟件

中圖分類號(hào)：U491.1+23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）12-0015-02

截至2013-12，我省高速公路通車總里程達(dá)5 084 km，全省14個(gè)市、州與省會(huì)長(zhǎng)沙均有高速公路直連，形成了以長(zhǎng)沙為中心的4 h高速經(jīng)濟(jì)圈，長(zhǎng)沙、株洲、湘潭城市群形成了30 min高速通勤圈。

對(duì)聯(lián)網(wǎng)的高速公路網(wǎng)來(lái)說(shuō)，不可避免地存在高速公路環(huán)網(wǎng)情況，出現(xiàn)車輛從A點(diǎn)到B點(diǎn)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。由于經(jīng)營(yíng)性高速公路越來(lái)越多，業(yè)主更關(guān)注通行費(fèi)征收、拆賬準(zhǔn)確性等關(guān)乎自身利益的問題。因此，如何解決二義性路徑問題和路徑識(shí)別軟件精確識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施是越來(lái)越突出的技術(shù)難題。

1 軟件整體設(shè)計(jì)

在應(yīng)用軟件方面，需要考慮200個(gè)左右識(shí)別點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和處理，及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑構(gòu)建，并基于路徑構(gòu)建信息進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)、實(shí)時(shí)拆賬和結(jié)算，以滿足我省高速按路徑實(shí)時(shí)收費(fèi)的需求，打造依據(jù)管理需要可以實(shí)時(shí)進(jìn)行拆賬和結(jié)算的能力。

2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

負(fù)載均衡技術(shù)和MQ消息中間件技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫分離等。具體情況如圖1所示。

3 路徑識(shí)別關(guān)鍵核心技術(shù)

3.1 帶權(quán)有向圖路網(wǎng)模型

模型基于實(shí)際路網(wǎng)的最小路網(wǎng)元素進(jìn)行帶權(quán)有向圖建模（精細(xì)化原則），具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。它能很好地應(yīng)對(duì)比如路段費(fèi)率變化、路段歸屬變化、站名稱變化、站拆除、站增加、橋隧收費(fèi)策略變化等情況。

采用多維權(quán)策略。多維權(quán)帶權(quán)有向圖能夠很方便地計(jì)算和生成各種車型的最低費(fèi)額分段路由表和最短距離分段路由表等。

通過帶權(quán)有向圖路網(wǎng)模型能夠快速生成高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（分段路由表、費(fèi)率表、行程時(shí)間表等）和用于按實(shí)際路徑收費(fèi)的關(guān)鍵支撐數(shù)據(jù)（分組優(yōu)先分發(fā)表）。

帶權(quán)有向圖路網(wǎng)模型可快速計(jì)算車輛的實(shí)際路徑，為按實(shí)際路徑收費(fèi)提供收費(fèi)依據(jù)，從而滿足按照實(shí)際路徑收費(fèi)的要求。

3.2 基于路網(wǎng)模型的實(shí)際路徑計(jì)算

3.3 路徑信息分發(fā)技術(shù)

在按實(shí)際路徑進(jìn)行計(jì)費(fèi)的過程中，為了確保車輛在出收費(fèi)站時(shí)可以快速獲取車輛行駛的實(shí)際路徑，就需要預(yù)先將車輛行駛的動(dòng)態(tài)路徑在車輛出站之前發(fā)送到收費(fèi)站系統(tǒng)。由于動(dòng)態(tài)路徑信息量巨大，如果每條動(dòng)態(tài)路徑數(shù)據(jù)都向聯(lián)網(wǎng)中的所有收費(fèi)站發(fā)送，勢(shì)必會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁堵和數(shù)據(jù)發(fā)送延遲的情況。為了有效減少網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)量，提出了分組優(yōu)先發(fā)送的解決方案。

當(dāng)車輛經(jīng)過識(shí)別點(diǎn)后，對(duì)即將到達(dá)的收費(fèi)站按需要時(shí)間（以高速公路最高限速計(jì)算時(shí)間）進(jìn)行分組排序，時(shí)間短的優(yōu)先發(fā)送。當(dāng)車輛到站后，還沒有發(fā)送的就不需要再發(fā)送，從而有效減少發(fā)送的數(shù)據(jù)量。

4 實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)核心技術(shù)

4.1 路徑預(yù)測(cè)及計(jì)算

為了滿足車輛在出收費(fèi)站時(shí)能夠快速確定車輛的行駛路徑并且不受網(wǎng)絡(luò)的影響，系統(tǒng)要能夠預(yù)先將車輛行駛的動(dòng)態(tài)路徑推送到車輛將要到達(dá)的收費(fèi)站，具體處理路徑如圖3所示。

4.2 分發(fā)調(diào)度管理

為了滿足調(diào)度任務(wù)實(shí)時(shí)性的要求，對(duì)路徑分發(fā)調(diào)度任務(wù)要在進(jìn)入內(nèi)存后按隊(duì)列進(jìn)行緩存，緩存的調(diào)度任務(wù)信息包括任務(wù)編號(hào)、動(dòng)態(tài)路徑信息、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間和需要分發(fā)路徑的收費(fèi)站列表等。

分發(fā)異常處理主要有以下幾方面的作用：①能夠監(jiān)控路徑分發(fā)任務(wù)的執(zhí)行，并能重新調(diào)度執(zhí)行失敗的任務(wù)；②能夠?qū)Χ啻螆?zhí)行失敗的任務(wù)進(jìn)行警告、提示或制訂其他的異常處理機(jī)制。

4.2.1 車輛從a收費(fèi)站入站時(shí)數(shù)據(jù)采集、上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存當(dāng)前采集的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖4.

4.2.2 車輛經(jīng)過b識(shí)別點(diǎn)時(shí)數(shù)據(jù)采集、上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖5.

4.2.3 d收費(fèi)站所保存的車輛行駛路徑信息上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存

當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖6.

4.2.4 車輛從d收費(fèi)站出站時(shí)數(shù)據(jù)采集、上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖7.

4.2.5 沒有查詢到車輛動(dòng)態(tài)路徑

車輛從a收費(fèi)站入站，途經(jīng)b識(shí)別點(diǎn)、c識(shí)別點(diǎn)后從d收費(fèi)站出站，計(jì)費(fèi)時(shí)，沒有查詢到分發(fā)下來(lái)的車輛動(dòng)態(tài)路徑。

解決此問題的思路是：①在收費(fèi)站沒有查詢到分發(fā)下來(lái)的動(dòng)態(tài)路徑時(shí)，向省中心請(qǐng)求補(bǔ)發(fā)；②如果在省中心也沒有查詢到相應(yīng)信息，則采用a收費(fèi)站到d收費(fèi)站的最短路徑計(jì)費(fèi)。見圖8.

4.2.6 計(jì)費(fèi)路徑多于實(shí)際路徑

車輛從a收費(fèi)站入站，途經(jīng)b識(shí)別點(diǎn)，從e收費(fèi)站出站。此時(shí)，出站信息由于上報(bào)失敗，又從e收費(fèi)站入站，此時(shí)，入站信息也上報(bào)失敗，后途經(jīng)c識(shí)別點(diǎn)，從d收費(fèi)站出站。由于缺少e收費(fèi)站的出入站信息，當(dāng)從d收費(fèi)站出站時(shí)，獲取的動(dòng)態(tài)路徑為“a收費(fèi)站，b識(shí)別點(diǎn)，c識(shí)別點(diǎn)，d收費(fèi)站”，這就導(dǎo)致計(jì)費(fèi)路徑比實(shí)際路徑多。見圖9.

解決此問題的思路是：①不處理采集上報(bào)失敗的識(shí)別點(diǎn)序列；②計(jì)費(fèi)時(shí)，使用“a收費(fèi)站，c識(shí)別點(diǎn)，d收費(fèi)站”此動(dòng)態(tài)路徑進(jìn)行計(jì)費(fèi)。

4.2.7 重復(fù)c識(shí)別點(diǎn)數(shù)據(jù)

解決此問題的思路是：①對(duì)收費(fèi)卡中記錄的進(jìn)站編號(hào)進(jìn)行比對(duì)；②如果比對(duì)結(jié)果顯示動(dòng)態(tài)路徑中的收費(fèi)站入站編號(hào)與收費(fèi)卡中入站編號(hào)不一致，則以收費(fèi)卡中入站編號(hào)為起始點(diǎn)開始計(jì)算有效路徑。

5 結(jié)束語(yǔ)

我省路徑識(shí)別系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)高速公路按實(shí)際路徑收費(fèi)技術(shù)的先河。在我省高速公路路徑識(shí)別工程項(xiàng)目中，首次將基于路網(wǎng)模型和路徑預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中，為我國(guó)高速公路路徑識(shí)別收費(fèi)系統(tǒng)的建設(shè)作出了一次具有前瞻性的嘗試。

〔編輯：白潔〕

摘 要：詳細(xì)分析了我省高速公路收費(fèi)中路徑識(shí)別普遍存在的“路徑二義性”問題和其帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)難題。結(jié)合我省路徑識(shí)別的實(shí)際情況，開發(fā)了基于實(shí)際路徑識(shí)別收費(fèi)的核心軟件。該軟件較好地解決了拆分不準(zhǔn)確、響應(yīng)速度、峰值處理能力和數(shù)據(jù)傳輸完整性等問題。

關(guān)鍵詞：路徑識(shí)別；建模；架構(gòu)；軟件

中圖分類號(hào)：U491.1+23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）12-0015-02

截至2013-12，我省高速公路通車總里程達(dá)5 084 km，全省14個(gè)市、州與省會(huì)長(zhǎng)沙均有高速公路直連，形成了以長(zhǎng)沙為中心的4 h高速經(jīng)濟(jì)圈，長(zhǎng)沙、株洲、湘潭城市群形成了30 min高速通勤圈。

對(duì)聯(lián)網(wǎng)的高速公路網(wǎng)來(lái)說(shuō)，不可避免地存在高速公路環(huán)網(wǎng)情況，出現(xiàn)車輛從A點(diǎn)到B點(diǎn)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。由于經(jīng)營(yíng)性高速公路越來(lái)越多，業(yè)主更關(guān)注通行費(fèi)征收、拆賬準(zhǔn)確性等關(guān)乎自身利益的問題。因此，如何解決二義性路徑問題和路徑識(shí)別軟件精確識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施是越來(lái)越突出的技術(shù)難題。

1 軟件整體設(shè)計(jì)

在應(yīng)用軟件方面，需要考慮200個(gè)左右識(shí)別點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和處理，及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑構(gòu)建，并基于路徑構(gòu)建信息進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)、實(shí)時(shí)拆賬和結(jié)算，以滿足我省高速按路徑實(shí)時(shí)收費(fèi)的需求，打造依據(jù)管理需要可以實(shí)時(shí)進(jìn)行拆賬和結(jié)算的能力。

2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

負(fù)載均衡技術(shù)和MQ消息中間件技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫分離等。具體情況如圖1所示。

3 路徑識(shí)別關(guān)鍵核心技術(shù)

3.1 帶權(quán)有向圖路網(wǎng)模型

模型基于實(shí)際路網(wǎng)的最小路網(wǎng)元素進(jìn)行帶權(quán)有向圖建模（精細(xì)化原則），具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。它能很好地應(yīng)對(duì)比如路段費(fèi)率變化、路段歸屬變化、站名稱變化、站拆除、站增加、橋隧收費(fèi)策略變化等情況。

采用多維權(quán)策略。多維權(quán)帶權(quán)有向圖能夠很方便地計(jì)算和生成各種車型的最低費(fèi)額分段路由表和最短距離分段路由表等。

通過帶權(quán)有向圖路網(wǎng)模型能夠快速生成高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（分段路由表、費(fèi)率表、行程時(shí)間表等）和用于按實(shí)際路徑收費(fèi)的關(guān)鍵支撐數(shù)據(jù)（分組優(yōu)先分發(fā)表）。

帶權(quán)有向圖路網(wǎng)模型可快速計(jì)算車輛的實(shí)際路徑，為按實(shí)際路徑收費(fèi)提供收費(fèi)依據(jù)，從而滿足按照實(shí)際路徑收費(fèi)的要求。

3.2 基于路網(wǎng)模型的實(shí)際路徑計(jì)算

3.3 路徑信息分發(fā)技術(shù)

在按實(shí)際路徑進(jìn)行計(jì)費(fèi)的過程中，為了確保車輛在出收費(fèi)站時(shí)可以快速獲取車輛行駛的實(shí)際路徑，就需要預(yù)先將車輛行駛的動(dòng)態(tài)路徑在車輛出站之前發(fā)送到收費(fèi)站系統(tǒng)。由于動(dòng)態(tài)路徑信息量巨大，如果每條動(dòng)態(tài)路徑數(shù)據(jù)都向聯(lián)網(wǎng)中的所有收費(fèi)站發(fā)送，勢(shì)必會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁堵和數(shù)據(jù)發(fā)送延遲的情況。為了有效減少網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)量，提出了分組優(yōu)先發(fā)送的解決方案。

當(dāng)車輛經(jīng)過識(shí)別點(diǎn)后，對(duì)即將到達(dá)的收費(fèi)站按需要時(shí)間（以高速公路最高限速計(jì)算時(shí)間）進(jìn)行分組排序，時(shí)間短的優(yōu)先發(fā)送。當(dāng)車輛到站后，還沒有發(fā)送的就不需要再發(fā)送，從而有效減少發(fā)送的數(shù)據(jù)量。

4 實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)核心技術(shù)

4.1 路徑預(yù)測(cè)及計(jì)算

為了滿足車輛在出收費(fèi)站時(shí)能夠快速確定車輛的行駛路徑并且不受網(wǎng)絡(luò)的影響，系統(tǒng)要能夠預(yù)先將車輛行駛的動(dòng)態(tài)路徑推送到車輛將要到達(dá)的收費(fèi)站，具體處理路徑如圖3所示。

4.2 分發(fā)調(diào)度管理

為了滿足調(diào)度任務(wù)實(shí)時(shí)性的要求，對(duì)路徑分發(fā)調(diào)度任務(wù)要在進(jìn)入內(nèi)存后按隊(duì)列進(jìn)行緩存，緩存的調(diào)度任務(wù)信息包括任務(wù)編號(hào)、動(dòng)態(tài)路徑信息、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間和需要分發(fā)路徑的收費(fèi)站列表等。

分發(fā)異常處理主要有以下幾方面的作用：①能夠監(jiān)控路徑分發(fā)任務(wù)的執(zhí)行，并能重新調(diào)度執(zhí)行失敗的任務(wù)；②能夠?qū)Χ啻螆?zhí)行失敗的任務(wù)進(jìn)行警告、提示或制訂其他的異常處理機(jī)制。

4.2.1 車輛從a收費(fèi)站入站時(shí)數(shù)據(jù)采集、上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存當(dāng)前采集的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖4.

4.2.2 車輛經(jīng)過b識(shí)別點(diǎn)時(shí)數(shù)據(jù)采集、上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖5.

4.2.3 d收費(fèi)站所保存的車輛行駛路徑信息上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存

當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖6.

4.2.4 車輛從d收費(fèi)站出站時(shí)數(shù)據(jù)采集、上報(bào)失敗

解決此問題的思路是：①前置客戶端首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存當(dāng)前采集到的數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)設(shè)置“是否成功發(fā)送”的標(biāo)志位；③定時(shí)重新發(fā)送未發(fā)送成功的數(shù)據(jù)；④根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)生效時(shí)間的相關(guān)規(guī)則，定期清理數(shù)據(jù)表中的歷史作廢數(shù)據(jù)。見圖7.

4.2.5 沒有查詢到車輛動(dòng)態(tài)路徑

車輛從a收費(fèi)站入站，途經(jīng)b識(shí)別點(diǎn)、c識(shí)別點(diǎn)后從d收費(fèi)站出站，計(jì)費(fèi)時(shí)，沒有查詢到分發(fā)下來(lái)的車輛動(dòng)態(tài)路徑。

解決此問題的思路是：①在收費(fèi)站沒有查詢到分發(fā)下來(lái)的動(dòng)態(tài)路徑時(shí)，向省中心請(qǐng)求補(bǔ)發(fā)；②如果在省中心也沒有查詢到相應(yīng)信息，則采用a收費(fèi)站到d收費(fèi)站的最短路徑計(jì)費(fèi)。見圖8.

4.2.6 計(jì)費(fèi)路徑多于實(shí)際路徑

車輛從a收費(fèi)站入站，途經(jīng)b識(shí)別點(diǎn)，從e收費(fèi)站出站。此時(shí)，出站信息由于上報(bào)失敗，又從e收費(fèi)站入站，此時(shí)，入站信息也上報(bào)失敗，后途經(jīng)c識(shí)別點(diǎn)，從d收費(fèi)站出站。由于缺少e收費(fèi)站的出入站信息，當(dāng)從d收費(fèi)站出站時(shí)，獲取的動(dòng)態(tài)路徑為“a收費(fèi)站，b識(shí)別點(diǎn)，c識(shí)別點(diǎn)，d收費(fèi)站”，這就導(dǎo)致計(jì)費(fèi)路徑比實(shí)際路徑多。見圖9.

解決此問題的思路是：①不處理采集上報(bào)失敗的識(shí)別點(diǎn)序列；②計(jì)費(fèi)時(shí)，使用“a收費(fèi)站，c識(shí)別點(diǎn)，d收費(fèi)站”此動(dòng)態(tài)路徑進(jìn)行計(jì)費(fèi)。

4.2.7 重復(fù)c識(shí)別點(diǎn)數(shù)據(jù)

解決此問題的思路是：①對(duì)收費(fèi)卡中記錄的進(jìn)站編號(hào)進(jìn)行比對(duì)；②如果比對(duì)結(jié)果顯示動(dòng)態(tài)路徑中的收費(fèi)站入站編號(hào)與收費(fèi)卡中入站編號(hào)不一致，則以收費(fèi)卡中入站編號(hào)為起始點(diǎn)開始計(jì)算有效路徑。

5 結(jié)束語(yǔ)

我省路徑識(shí)別系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)高速公路按實(shí)際路徑收費(fèi)技術(shù)的先河。在我省高速公路路徑識(shí)別工程項(xiàng)目中，首次將基于路網(wǎng)模型和路徑預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中，為我國(guó)高速公路路徑識(shí)別收費(fèi)系統(tǒng)的建設(shè)作出了一次具有前瞻性的嘗試。

〔編輯：白潔〕