ETC不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

汪毅

摘 要：不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection System，簡(jiǎn)稱(chēng)為ETC系統(tǒng)）利用專(zhuān)用短程微波通信技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)為DSRC），通過(guò)收費(fèi)車(chē)道或路側(cè)單元（RUS）與車(chē)載單元（OBU）交換信息，然后通過(guò)終端計(jì)算費(fèi)額，完成不停車(chē)電子賬戶收費(fèi)。在不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)際使用時(shí)，希望及時(shí)高效地完成過(guò)車(chē)交費(fèi)業(yè)務(wù)，并使客戶能夠完全接受這種新的收費(fèi)方式。ETC不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)由自動(dòng)車(chē)輛識(shí)別、自動(dòng)車(chē)型分類(lèi)、逃費(fèi)抓拍三個(gè)部分組成。

關(guān)鍵詞：ETC車(chē)道系統(tǒng) 車(chē)型分類(lèi)識(shí)別 車(chē)牌識(shí)別 逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP872 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）01（c）-0153-02

1 不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)際使用時(shí)，希望及時(shí)高效地完成過(guò)車(chē)交費(fèi)業(yè)務(wù)，并使客戶能夠完全接受這種新的收費(fèi)方式。ETC不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)由以下3個(gè)部分組成。

（1）自動(dòng)車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)需要所通過(guò)的車(chē)輛帶有電子標(biāo)簽，當(dāng)汽車(chē)駛過(guò)高速公路車(chē)道時(shí)，車(chē)道旁的微波天線就與電子便簽進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，驗(yàn)證用戶信息和車(chē)輛信息，判斷是否為正常狀況，是否可以讓車(chē)輛通過(guò)。

（2）自動(dòng)車(chē)型分類(lèi)系統(tǒng)是讓車(chē)輛駛過(guò)地面安裝有大量傳感器的高速公路路段，將傳感器所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與RFID中所記憶的信息相比對(duì)，確定無(wú)誤后就進(jìn)行扣費(fèi)交易。

（3）逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)是用來(lái)抓拍未付費(fèi)強(qiáng)行闖關(guān)的車(chē)輛，攝像頭攝取到車(chē)輛的車(chē)型數(shù)據(jù)及車(chē)牌數(shù)據(jù)，交予交管部門(mén)進(jìn)行處理。

2 不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)的分類(lèi)

不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection System，簡(jiǎn)稱(chēng)為ETC系統(tǒng)）利用專(zhuān)用短程微波通信技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)為DSRC），通過(guò)收費(fèi)車(chē)道或路側(cè)單元（RUS）與車(chē)載單元（OBU）交換信息，然后通過(guò)終端計(jì)算費(fèi)額，完成不停車(chē)電子賬戶收費(fèi)。不停車(chē)收費(fèi)方式有兩種：事后收費(fèi)方式及同步扣費(fèi)方式。

2.1 事后收費(fèi)方式

系統(tǒng)主要還是通過(guò)IC卡進(jìn)行扣費(fèi)。具體操作過(guò)程是：當(dāng)裝載有電子IC卡的車(chē)輛經(jīng)過(guò)收費(fèi)站時(shí)，裝載在道路兩側(cè)的設(shè)備識(shí)別并讀取IC卡信息，然后后臺(tái)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)將讀取的IC卡內(nèi)存儲(chǔ)的車(chē)輛信息和車(chē)主信息與終端進(jìn)行核對(duì)，核對(duì)無(wú)誤后將車(chē)輛的通過(guò)時(shí)間及收取的通行費(fèi)額等信息記錄備案，事后在該車(chē)輛IC卡賬戶上收取相應(yīng)的費(fèi)用，從而實(shí)現(xiàn)一次完整的收費(fèi)過(guò)程。

2.2 同步扣費(fèi)方式

該系統(tǒng)除了需要前面所使用到的IC卡之外還要使用到車(chē)載POS機(jī)。操作過(guò)程是：車(chē)輛上裝載有POS機(jī)，然后將IC卡插入POS機(jī)內(nèi)進(jìn)行讀取，當(dāng)車(chē)輛以這樣的狀態(tài)通過(guò)站臺(tái)時(shí)，收費(fèi)站臺(tái)設(shè)備通過(guò)第一區(qū)域天線發(fā)出微波信號(hào)，喚醒車(chē)內(nèi)POS機(jī)，使其將POS機(jī)號(hào)、車(chē)型、IC卡號(hào)、信用卡資金等信息發(fā)送給站臺(tái)設(shè)備，站臺(tái)的電腦確認(rèn)信息無(wú)誤后，就可以允許POS機(jī)扣費(fèi)了。隨后車(chē)輛進(jìn)入下一個(gè)區(qū)域，站臺(tái)設(shè)備判斷POS機(jī)是否成功扣費(fèi)，若成功站臺(tái)設(shè)備就對(duì)車(chē)輛進(jìn)行放行，將通行時(shí)間、所扣金額等信息記錄下來(lái)，方便用戶之后聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)，并完成一次自動(dòng)收費(fèi)過(guò)程。

同步扣費(fèi)方式由于在車(chē)輛通過(guò)時(shí)就立即扣取通行費(fèi)用，需要交換較多的信息數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)道設(shè)備的要求也較高，還要求車(chē)輛上配有專(zhuān)用的POS機(jī)，比較麻煩，并且還需要大量的資金投入建設(shè)，因此，使用得不是很廣泛。

3 不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)的組成與工作原理

3.1 ETC車(chē)道系統(tǒng)構(gòu)成

聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)是目前主要的收費(fèi)方式，ETC系統(tǒng)是聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的一部分。ETC系統(tǒng)由兩部分組成，即站級(jí)子系統(tǒng)和車(chē)道級(jí)子系統(tǒng)。站級(jí)子系統(tǒng)主要指的是后臺(tái)的計(jì)算機(jī)終端，而車(chē)道級(jí)子系統(tǒng)則指的是ETC系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要有以下3個(gè)方面。

（1）高速公路過(guò)車(chē)無(wú)需停車(chē)，可以直接快速通過(guò)。

（2）進(jìn)行非現(xiàn)金式的電子支付。

（3）緩解了交通擁堵帶來(lái)的壓力。

3.3 系統(tǒng)工作流程

當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入車(chē)道后，車(chē)輛首先會(huì)觸碰到1級(jí)觸發(fā)線圈，系統(tǒng)開(kāi)始工作，站臺(tái)側(cè)的微波天線被激活，試著識(shí)別電子標(biāo)簽，如果標(biāo)簽內(nèi)的信息有效，則嘗試完成通行費(fèi)扣費(fèi)，如果識(shí)別為無(wú)效信息后，交通信號(hào)燈顯示為紅色，同時(shí)系統(tǒng)控制自動(dòng)欄桿將車(chē)道封閉起來(lái)，迫使車(chē)輛駛離ETC車(chē)道，轉(zhuǎn)入MTC車(chē)道。當(dāng)交易成功后，交通信號(hào)燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，欄桿會(huì)自動(dòng)抬起，費(fèi)額顯示器上會(huì)顯示交易金額，隨后，車(chē)輛通過(guò)捕獲線圈，攝像頭進(jìn)行圖像采集，最后車(chē)輛通過(guò)線圈落桿線圈，欄桿自動(dòng)回落，交通信號(hào)燈變成紅色，系統(tǒng)保存交易記錄，并把它上傳到收費(fèi)站的服務(wù)器，接著等待下一輛車(chē)的進(jìn)入。

4 ETC系統(tǒng)的主要技術(shù)

4.1 車(chē)型分類(lèi)識(shí)別

自動(dòng)車(chē)型分類(lèi)系統(tǒng)是ETC系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要功能是檢測(cè)并核對(duì)車(chē)型信息。它的功能可以概括如下。

對(duì)于收費(fèi)系統(tǒng)，我們針對(duì)不同的車(chē)型有不同的計(jì)費(fèi)額。在過(guò)去的人工收費(fèi)系統(tǒng)中，我們通過(guò)人工方式實(shí)現(xiàn)車(chē)型分類(lèi)，而在不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)中，車(chē)型分類(lèi)工作是由專(zhuān)門(mén)的硬件設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)合完成的。

自動(dòng)車(chē)型分類(lèi)系統(tǒng)是通過(guò)架設(shè)在車(chē)道上的傳感器來(lái)檢測(cè)汽車(chē)的外部信息，并將這些信息用軟件來(lái)識(shí)別并確定車(chē)型。將已經(jīng)確定了車(chē)型的車(chē)輛有關(guān)信息發(fā)送到車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)，系統(tǒng)可將車(chē)型相關(guān)數(shù)據(jù)和收費(fèi)相關(guān)事宜聯(lián)系起來(lái)。在原始的人工收費(fèi)系統(tǒng)中，是先通過(guò)收費(fèi)工作人員確定車(chē)型，然后通過(guò)自動(dòng)車(chē)輛分類(lèi)系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)。而在電子不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)中，自動(dòng)車(chē)型分類(lèi)系統(tǒng)主要是用來(lái)計(jì)算費(fèi)額的，以及核對(duì)所通過(guò)車(chē)輛的車(chē)型是否與存儲(chǔ)在車(chē)載電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)一致，以確定是否存在用戶交換使用電子標(biāo)簽的現(xiàn)象[2]。

在實(shí)際的電子不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)用中，我們需要仔細(xì)考慮新型的自動(dòng)車(chē)輛分類(lèi)技術(shù)是否可以勝任費(fèi)額計(jì)算，但它至少可以作為車(chē)型抽檢的一個(gè)補(bǔ)充。

車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)的硬件主要由CCD相機(jī)、圖像采集卡、車(chē)型識(shí)別計(jì)算機(jī)組成。CCD攝像機(jī)將捕捉到的視頻信號(hào)傳輸?shù)綀D像采集卡，圖像采集卡再將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給車(chē)型識(shí)別計(jì)算機(jī)處理，經(jīng)過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)和分割，提取特征值并識(shí)別出車(chē)型來(lái)。

4.2 車(chē)牌識(shí)別

逃費(fèi)抓拍的一項(xiàng)主要任務(wù)是捕捉到高清晰度的圖像，用它來(lái)提取車(chē)輛的車(chē)牌數(shù)據(jù)，包括車(chē)牌號(hào)、車(chē)型、所在地區(qū)等。我們利用這些信息，可以連接到當(dāng)?shù)剀?chē)管所數(shù)據(jù)庫(kù)找到逃費(fèi)車(chē)主。目前，光學(xué)字符的識(shí)別技術(shù)已取得一定成果。將車(chē)牌識(shí)別技術(shù)與光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)相融合，是現(xiàn)在一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題。

車(chē)牌識(shí)別技術(shù)中存在一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，就是識(shí)別的準(zhǔn)確度問(wèn)題。不同的車(chē)牌設(shè)計(jì)、印刷以及其他人為因素造成的原因，比如車(chē)牌被弄臟、損壞，或者人為地?fù)踝≤?chē)牌的現(xiàn)象，都給識(shí)別車(chē)牌工作帶來(lái)了困難。

4.3 逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)

逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)是抓拍未能成功交費(fèi)的車(chē)輛。在ETC系統(tǒng)的具體使用中，它主要是抓拍獲準(zhǔn)使用了ETC車(chē)道，但沒(méi)有正確使用ETC電子標(biāo)簽的車(chē)輛車(chē)牌照。收集這些信息的目的是檢查車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)碼，幫助事后搜尋和處理。當(dāng)未交易通行費(fèi)用的車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)線圈時(shí)，線圈檢測(cè)出來(lái)后向攝像頭發(fā)送信息進(jìn)行抓拍。當(dāng)車(chē)輛逃費(fèi)時(shí)，除要交清正常收費(fèi)金額外，還需要補(bǔ)交罰款以示懲戒。而對(duì)拒付費(fèi)的車(chē)主，可直接將其移交當(dāng)?shù)厮痉ú块T(mén)處理。

逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)通常采用的技術(shù)如下：

（1）照相機(jī)技術(shù)。

早期對(duì)車(chē)輛的逃費(fèi)抓拍，都是人工使用照相機(jī)來(lái)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行抓拍。這種方法需要人工提取汽車(chē)牌照信息，需要巨大的勞動(dòng)量，現(xiàn)在逐漸已被市場(chǎng)淘汰。

（2）攝像技術(shù)。

錄像帶攝像（VCR）是在相機(jī)之后使用的抓拍技術(shù)。通常拍攝錄像后可以反復(fù)回放，提取出車(chē)牌信息。同時(shí)又由于是動(dòng)態(tài)圖像，可以查看出車(chē)輛的運(yùn)行軌跡。但是，這種方式通常是在傳統(tǒng)的人工收費(fèi)系統(tǒng)中廣泛使用，需要收費(fèi)人員付出較多的辛勤勞動(dòng)才能檢測(cè)出來(lái)。

（3）數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)。

數(shù)字圖像抓拍存儲(chǔ)技術(shù)是一種比較先進(jìn)的技術(shù)。這種數(shù)字系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能提取出數(shù)字圖像，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將信息存儲(chǔ)，并將其傳輸?shù)竭h(yuǎn)程存儲(chǔ)單元。除此之外，把車(chē)牌識(shí)別技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以起到雙贏的目的。車(chē)牌識(shí)別技術(shù)使用數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)自動(dòng)判別車(chē)牌在圖像中的位置，讀取車(chē)牌號(hào)并將其存儲(chǔ)起來(lái)。這樣就避免了繁重的人工操作，并且還降低了不停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。

4.4 信息融合技術(shù)

信息融合是將多個(gè)信息源得到的數(shù)據(jù)融合在一起，可得到比單一的信息源更豐富的信息。

ETC系統(tǒng)在使用中可以將IC卡數(shù)據(jù)、車(chē)輛檢測(cè)器以及攝像設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行多數(shù)據(jù)融合。主要目的是將對(duì)車(chē)型、車(chē)牌進(jìn)行識(shí)別得出的數(shù)據(jù)，與IC卡存儲(chǔ)的信息相比對(duì)，實(shí)現(xiàn)多信息的融合。這樣可以將三重證據(jù)（IC卡號(hào)、車(chē)牌、車(chē)型）融合為二重證據(jù)（車(chē)牌+車(chē)型、IC卡號(hào)+車(chē)型），可以很好地避免信息采集過(guò)程中的誤差、減少噪聲和人為因素的干擾。

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