智慧城市中高速公路收費站無感知通行解決方案研究

宋高雁，楊玉柱

（中國聯通濟南市分公司）

1 引言

隨著互聯網技術的發展，物聯網、大數據、云計算等技術正在改變著智慧城市的管理及服務模式。目前高速公路收費站出入口通行效率已經成為高速收費管理及群眾關心的熱點問題，特別是在節假日出入口通行慢造成車輛擁堵的現象時有發生。手工取卡、人工收費等服務模式已經不適應智慧城市的要求了，而 ETC 方式由于需要預存及綁定銀行卡辦理等原因，用戶使用占比也不超過40%。隨著車牌識別及支付寶、微信支付等技術的發展使高速出入口不停車收費成為可能。

2 高速公路目前出入口通行中存在的問題

2.1 取卡困難

手工取通行卡時，需要車與通行卡按鈕距離非常近，很多司機難以掌握技巧造成車輛與卡口路基刮擦、距離太長拿不到卡、誤踩油門等現象時有發生。在濟南北收費站中將取卡按鈕突出了2CM 左右，同時出卡時有個機械手將卡送出，算是解決了取卡問題，但還是從跟本上解決不了出入口通行效率問題。

2.2 人工收費問題

在車輛到達終站出口時，人工收費窗口需要司機遞交通行卡，核算費用，打印發票，找零錢等復雜的程序，每輛車大約需要 1 min的時間才能完成收費，容易造成車輛擁堵。

2.3 ETC 識別率

高速 ETC 卡的使用在一額上程度上解決了通行及收費問題，但由于 ETC 卡需要辦理預存及與銀行卡綁定等原因導致 ETC 用戶占比并不是很高，目前 ETC卡的使用率在 40%左右，并且 ETC 識別率也存在一定的問題，有時車輛需要反復后退及前進才能識別出來。

2.4 車輛違法監管

由于高速通行收費系統車輛識別與公安交警系統沒有聯網，因此對于車輛套牌、無牌、違法運輸等現象不能很好的監管。

3 高速公路出入口無感知通行解決方案

3.1 高清車牌識別

車牌識別系統(Vehicle License Plate Recognition，VLPR) 是計算機視頻圖像識別技術在車輛牌照識別中的一種應用。高清車牌識別系統由車輛檢測單元、高清圖像采集識別處理單元及通訊單元組成。實現對通行車輛信息的采集、傳輸、分析、處理與集中管理。車牌識別技術要求能夠將運動中的汽車牌照從復雜背景中提取并識別出來，通過車牌提取、圖像預處理、特征提取、車牌字符識別等技術，識別車輛牌號、顏色等信息，目前最新的技術水平為字母和數字的識別率可達到 99.7%，漢字的識別率可達到 99%。目前車輛識別系統不僅可以識別車牌，還可以對車型及車輛特征、駕乘人員進行精準識別[1]。

高速公路出入口通過收費站閘口攝像機改造實現車輛車牌自動識別，識別后自動分配虛擬通行卡號，并自動開啟閘機放行。高清車牌識別系統主要包括地磁檢測單元、高清圖像采集單元、收費接口單元、通信單元等組成。車輛檢測單元主要為地感線圈、車輛檢測器等設備組成。一般情況下，線圈觸發沿安裝在距收費亭邊 300mm 的地方，正好在收費窗口下。車輛檢測器與高清抓拍攝像機之間采用 IO 控制線方式通信，當車輛通過檢測區域時，車輛檢測器獲取信號并觸發攝像機進行過車抓拍[2]。高清圖像采集單元主要包括抓拍單元、補光單元和立柱單元等裝置，智能高清攝像機內部集成了工業級逐行掃描 CCD 和高速DSP 芯片，可獨立完成整個圖像抓拍、車牌識別獲取等功能。收費接口單元按照統一協議提供一個標準的輸入輸出接口，將識別結果傳輸給車道控制機。通訊單元完成數據信息的傳輸與交換。主要由交換機以及傳輸鏈路組成，完成數據信息的傳遞、交互。

高清車牌識別原理如圖1 ，高清圖像采集及識別處理單元如圖2所示：

3.2 自動收費

司機通過微機公眾號或手機 APP 與支付寶、微信支付關聯后確認自動扣費功能，到出口時車牌識別查詢扣費后放行，目前山東高速、齊魯高速等實現了微信、支付寶掃碼技術等服務，但仍需要手工打開支付寶客戶端掃描二維碼，只是解決了無現金技術問題，從跟本上也解決不了通行效率問題。

圖1 高清車牌識別原理

圖2 高清圖像采集及識別處理單元

3.3 大數據分析

車牌識別后可以記錄識別輛車的起點及終點的日期時間，結合道路監控等數據實現車輛通行大數據分析。

3.4 車輛違法監控

通過收費站系統與公安交警系統的聯網實現車輛的后臺比對，對套牌車輛、無牌車輛、其它違法車輛、可疑犯罪人員實現智能化分析并實時報警。

4 高速公路出入口無感知通行方案特點

4.1 系統升級簡單

車輛識別后自動生成虛擬卡號，對原有系統只需要做對很小的改動即可完成系統的升級功能，對原有系統功能沒有任何影響。

4.2 實現快速通行

通過車輛識別及自動支付手段，結合快速 閘機改造，可使每輛車的通行時間控制在10s以內，極大地改善出入口通行效率。

4.3 改善用戶體驗

實現快速通行后可在很大程度上改善用戶體驗，結合大數據分析可以與旅游、酒店等合作，實現駕駛人員的精準化服務。

4.4 節省人力成本

采用車輛識別不停車通行及自動收費后每個收費站將會減少 50%以上的值班人員，可有效地降低各收費站的人力成本。

5 高速公路出入口無感知通行方案優點

開發高速公路手機 APP 及微信公眾號，基本功能為車輛與駕駛人員支付寶及微信支付實現綁定功能，用戶確認后可實現自動扣費功能，同時可以擴展其它增值服務。

5.1 綁定扣費

車牌與駕駛人員支付寶或微信支付綁定后實現出口自動扣費。

5.2 車輛服務

與交警部門及保險公司、汽車 4S 店等平臺合作，實現車輛保險、年審、保養、購車、維修、二手車等增值服務。

5.3 大數據分析

通過大數據分析及目的地出口數據等信息自動推送車主相關的城市生活導航信息。

5.4 服務區服務

下載 APP 后可以享受服務區免費WIFI、加油、購物、餐飲、住宿等優惠內容。

6 后記

隨著國內消費互聯網向產業互聯網的發展，如何運用新技術打造新產業，改善用戶感知、提高服務能力及經營效益成為智慧城市高度關注的內容，在交通運輸行業鐵路通過網上購票選座、網上換乘、網上支付、自助售票機、人像識別入站等措施大大提高了人們乘車的體驗感知，高速通行在這方面還有待于進一步通過新技術提高人們的通行效率。

[1]潘國輝（西剎子）. 智能高清視頻監控原理精解與最佳實踐[M]. 北京:清華大學出版社，2014（06）.

[2]熊璋.智慧城市[M]. 北京:科學出版社，2017（07）.