高速公路自動發卡系統的防盜卡解決方案探討

張 華，覃上洲，黃春華，何增鎮

(廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

?

高速公路自動發卡系統的防盜卡解決方案探討

張 華，覃上洲，黃春華，何增鎮

(廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

在高速公路自動發卡系統的實際應用過程中，存在車輛通過車道時司機惡意盜卡現象。針對此問題，文章從高速公路自動發卡系統的線圈模塊、車輛行駛方向、工控機的硬件和軟件模塊等方面出發，提出了一個增加輔助線圈的自動發卡系統防盜卡解決方案，對高速公路收費管理具有現實意義。

高速公路；收費管理；自動發卡系統；防盜卡；輔助線圈

0 引言

近年來，隨著國家對高速公路建設力度的加大，廣西高速公路的發展建設也越來越快，無人值守的自動發卡系統(Automatic card issuing system，以下簡稱發卡系統，或ACIS)的應用也越來越普及[1]。現有的發卡系統，由于具有無人值守、自助取卡等特點，在大量節省人力成本、提高通行效率的同時，由于其自身沒有判別車輛行駛方向的功能，給了不法分子可乘之機。據統計，目前在用的自動發卡車道，基本上都存在司機惡意盜卡的現象，通過監控錄像可以清楚地看到，司機抓住了發卡系統存在的漏洞，駕駛車輛在車道的取卡線圈和通過線圈之間來回行駛，重復取卡，倒賣卡片，諸如此類外部不可控的因素，給高速公路各業主造成了不可估計的損失。為防止這種盜卡現象，有必要對發卡系統各個相關模塊以及工作流程進行具體分析并研究出可行的解決方案。

1 自動發卡系統

自動發卡機是安裝于高速公路入口車道、自動發放高速公路通行卡的一種高效、無人值守的自動化設備，其控制系統是基于X86平臺，采用先進技術和標準開發的性能卓越、功能完備的新一代車道系統[2]。它將外部設備(如通行燈、頂棚燈、報警器、欄桿機、IC卡讀寫器、感應線圈、卡機、車型識別儀、車牌識別儀等)融合在一起并進行統一控制管理，實現司機按鍵、取卡、過車，壞卡自動回收，無人發卡功能。具有過車效率高、人力成本低等特點，極大地緩解了高速公路入口由于擁堵造成的壓力，并逐步代替了人工發卡系統。自動發卡車道工控機是整個發卡系統的核心，控制著與之相連的外部設備。自動發卡系統圖如圖1所示。

圖1 自動發卡系統主要外設連接示意圖

2 自動發卡系統的工作流程

發卡系統啟動后，收費員輸入工號密碼上班，發卡系統控制頂棚燈變綠，并進入等待發卡狀態：當車輛駛入車道，經過車型識別儀進入取卡線圈時，車牌識別儀開始抓拍圖片并識別車牌，發卡系統根據取卡線圈反饋信號，判斷車輛已駛入，立即語音提示司機按鍵取卡，司機按鍵，發卡系統根據車型識別以及車牌識別結果，通過IC卡讀寫器把車輛入口信息寫入IC卡，并控制卡機出卡，司機取卡后，發卡系統控制欄桿機抬起，通行燈變綠，此時車輛往前行駛到卡機下的通過線圈，通過線圈反饋有車輛信號，當通過線圈信號消失時，發卡系統判斷車輛已駛離車道，立即控制欄桿機落下，通行燈變紅，并等待下一輛車取卡通行。以上為發卡系統正常的工作流程以及相關判斷原理。

3 偷盜卡現象原因分析

根據上述發卡系統的工作流程，可以看出：發卡系統是根據兩個傳感線圈(取卡線圈、通過線圈)的信號來判斷車輛的行駛狀態的，具體如下：

(1)取卡線圈有信號，發卡系統判斷有車輛駛入，可以按鍵取卡或者刷儲值卡；

(2)通過線圈有信號，發卡系統判斷有車輛壓在通過線圈上，通過線圈的信號從無到有，再從有到無，發卡系統就判斷車輛已經駛離通過線圈，并且駛離車道。

通過以上兩點可知：發卡系統只是簡單地根據通過線圈信號的變化來判斷車輛是否駛離車道，這是不準確的，因為它無法準確地判斷車輛的行駛方向是前進還是回退。具體如圖2所示。

圖2 司機取卡、欄桿抬起示意圖

圖2為司機按鍵取卡后，欄桿抬起放行，司機駕駛車輛往前行駛。

圖3 車輛駛入通過線圈示意圖

圖3為司機駕駛車輛駛入通過線圈，通過線圈感應到車輛信號。此時司機可以有兩種操作：(1)駕駛車輛往前行駛離開通過線圈；(2)駕駛車輛回退離開通過線圈，不管采取哪種操作，發卡系統均認為車輛已經駛離車道，控制欄桿機落下，并等待發下一輛車的卡。

如果司機采取了第二種操作，那么必須重新取一張卡才能過車，這就造成同一輛車可以取多張卡的情況發生，具體如圖4～5所示：

圖4 車輛離開通過線圈瞬間，車輛駛離示意圖

圖4為車輛駛離車道，通過線圈信號消失，發卡系統判斷車輛已駛離車道，控制欄桿落下。

圖5 車輛離開通過線圈瞬間，車輛回退示意圖

圖5為車輛在壓住通過線圈后，駕駛車輛回退，離開通過線圈，發卡系統判斷車輛已駛離車道，控制欄桿落下。

圖4為正常發卡過車流程，圖5為退回重新取卡流程，盜卡現象的出現，也是因為司機經過多次過車，抓住了這個系統漏洞而引起的。

4 可行方案的探討與分析

針對這種情況，通過實地考察，最后得出了兩種解決方案以及其可行性分析，一種解決方案是：控制同樣車牌號碼車輛不能重復取卡；另一種解決方案是：增加輔助線圈，具體如下。

(1)控制同樣車牌號碼的車輛不能重復取卡，即：系統判斷車輛前后兩次取卡的車牌號碼，如果發現是同樣的車牌號，系統拒絕當前車輛取卡。然而經過實際過車后發現這種方案存在以下問題：車輛第一次取卡時，車牌識別儀能識別到車牌號碼，當車輛取卡后往前行駛到通過線圈，在回退到取卡線圈的過程中，由于車尾先觸發取卡線圈抓拍，并且由于車牌識別儀抓拍角固定，導致無法抓拍到車頭的車牌號碼，所以無法識別車牌，這就導致系統無法判斷是否為同一輛車。此外，車牌識別儀也存在識別率的問題，同一輛車前后識別的車牌號碼也存在不一致的可能，綜上所述，這種方案不可行。

(2)增加輔助線圈，判斷車輛行駛方向。在通過線圈外面，額外增加一個輔助線圈來確認車輛離開，輔助線圈與通過線圈相距2 m，車輛離開通過線圈瞬間，發卡系統捕獲輔助線圈信號，如果輔助線圈有信號，則確認車輛已經離開車道，否則車輛為倒車回退，拒絕二次取卡。具體流程如下：

①車輛第一次駛入車道，取卡線圈捕獲信號，司機按鍵取卡，欄桿抬起，如圖6所示。

圖6 車輛取卡示意圖

②司機取卡，駕駛車輛向前駛入通過線圈，通過線圈捕獲信號，如圖7所示。

圖7 車輛駛入通過線圈示意圖

③車輛離開通過線圈，通過線圈信號消失瞬間(駛離或者回退)，發卡系統捕獲輔助線圈信號，如果有信號，表明車輛離開，欄桿落下，如圖8所示；如果無信號，則表示車輛回退，欄桿落下，如圖9所示。

圖8 車輛離開通過線圈瞬間，車輛駛離示意圖

圖9 車輛離開通過線圈瞬間，車輛回退示意圖

增加輔助線圈后，在車輛離開通過線圈(駛離或者后退)瞬間，可以根據輔助線圈的信號來判斷車輛是否離開，如果輔助線圈有信號，則表明車輛已經離開，否則表明車輛回退。如果車輛回退再次按鍵取卡，發卡系統發出報警信號并且提示車輛已經取過通行卡或者刷過儲值卡，不能重復操作，需要人工干預。這種方案可以根據輔助線圈和通過線圈的信號來判斷車輛的行駛方向，可以有效避免重復發卡。

5 結語

根據這個解決方案改造了一條盜卡現象比較頻繁的自動發卡車道，結合兩個月以來的統計結果發現：經過改造后的自動發卡車道，未出現重復取卡的車輛，從而可得出結論：增加輔助線圈的方案可以有效杜絕盜卡現象的發生，值得大力推廣。

[1]馬天智.高速公路收費管理系統的分析與設計[D].長沙：湖南大學，2014.

[2]趙 輝.高速公路自動發卡控制系統設計[D].南昌：南昌航空大學，2014.

Discussions on Anti-theft Card Solutions of Expressway Automatic Card System

ZHANG Hua，QIN Shang-zhou，HUANG Chun-hua，HE Zeng-zhen

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

During the actual application process of expressway automatic card system，there is the mali-cious card-stealing phenomenon by drivers when the vehicle pass through the lane.Regarding this problem，this article proposed the anti-theft card solution for automatic card system by adding the auxiliary coil in terms of coil module，vehicle traveling direction，industrial computer hardware and software mod-ules of automatic card system，thus it has practical significance for expressway toll management.

Expressway；Toll management；Automatic card system；Anti-theft card；Auxiliary coil

U491.2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.028

1673-4874(2016)09-0106-03

2016-05-15

張 華(1983—)，工程師，研究方向：智能交通軟件開發；

覃上洲(1983—)，工程師，研究方向：智能交通軟件開發；

黃春華(1976—)，高級工程師，研究方向：智能交通研究與軟件開發；

何增鎮(1974—)，工學博士，高級工程師，研究方向：智能交通系統技術與應用研究。

廣西科學研究與技術開發計劃項目(項目合同編號：桂科攻12400 01)