基于高清車牌識別的二義性路徑識別系統

劉耀喜 李祖文 何增鎮 徐汶菊

摘要：在高速公路路網結構復雜、多變的情況下，考慮到高速公路收費站的運營需求以及高清車牌識別技術的迅速崛起，文章提出了基于高清車牌識別的二義性路徑識別系統，以解決現有路網條件下的二義性問題，實現通行費精確拆分，從而有效地提高了高速公路收費系統和相應服務器采集、傳輸、分析數據的精準性以及運營管理工作的效率。

關鍵詞：高速公路收費管理;二義性路徑識別;高清車牌識別;車輛信息比對

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.050

文章編號：1673-4874（2019）09-0179-03

0引言

網狀結構高速公路的飛速發展和普及，在很大程度上方便了用戶出行，使高速公路的利用率也有了很大的提升。近些年高速公路的通行里程不斷增加、延長，高速公路的設計結構也越來越復雜，由此帶來新的難點.如何在路網結構復雜、多變的情況下，實現通行費的精確收取，從而保障用戶和業主的切身利益，是所謂的二義性路徑識別問題。隨著我國汽車保有量的不斷上升和各種收費政策的實施，高速公路二義性路徑識別現狀日漸堪憂。所以，如何合理解決二義性路徑識別問題，是現今亟需解決的一項重要難題。本文提出了基于高清車牌識別的高速公路二義性路徑識別系統，該系統實現了對通行車輛的實時路徑軌跡追蹤，為高速公路的大數據采集提供大量的實時通行車輛數據，從而為未來的高速公路路網規劃和有序發展提供有力的數據保障。

1相關基本概念

1.1車牌識別

車牌識別系統作為高速公路行業的重要設備，是收費站收取車輛通行費用的重要憑證，所以車牌識別技術的日趨成熟也成為了高速公路收費站的一大助力.根據相關政策的要求，車牌識別系統要同時具備車牌識別、抓拍、錄像、車輛特征識別等基礎功能，還要具備多種外接口和多種設備兼容，可傳輸高清的視頻圖像給服務器，傳輸車輛的車牌信息及識別結果給工控機，還可以接入車輛檢測器的前、后線圈等設備。

隨著大數據等技術的高速發展，車牌識別系統的準確率越來越高，從而滿足了收費站日常工作的運營需求。

1.2 二義性

目前高速公路的發展越來越趨向于網狀結構發展，這也是社會和大眾的需求所致，從而導致了車輛從某個卡口到另一個卡口的路徑不是唯一的，也就是存在兩條或兩條以上路徑的情形。所以車輛在通行的過程中，不同的人會有不同的選擇，如何確定車輛的實際通行路徑，就是二義性問題。所謂的高速公路多義性路徑也可稱為二義性路徑，是指高速公路同一對出、入口之間有兩條或兩條以上路徑。如圖1所示，從卡口A到卡口C存在兩條通行路徑，分別是A-B-C和A-D-C路徑。

1.3二義性路徑識別

最短路徑收費和最小收費額收費是現今全國大多省份采用頻率最高的方式，主要用來解決二義性路徑引起的歧義問題。事實上二義性路徑識別技術發展相對比較成熟的有：車牌識別、移動網絡、5.8GHz路徑識別以及射頻識別等方法。這幾種方式各有特點，要因地制宜，具體見表1。

由表1對比可得，本文采用的基于高清車牌識別的高速公路二義性路徑識別系統成本較低，且改造難度較小。

2 系統結構設計

考慮到高速公路收費系統現狀以及車牌識別技術的最新發展，設計了基于車牌識別原理的高速公路二義性路徑識別系統，系統架構圖如圖2所示。首先在各個卡口都要安裝高清的抓拍系統，當有車輛經過多義性路徑時，卡口的抓拍系統會把車輛的出入口圖像信息上傳到前端存儲服務器，經過信息出入口的信息比對，從而確定該車輛實際通行的路徑是哪一條。接著相關信息會通過交換機上傳至結算中心，計算該車輛的實際通行費用并完成扣費，同時把所有的信息上傳至監控分中心的收費系統平臺存檔.該系統具體的業務流程如下：

（1）車輛進入高速公路之后，經過A點和B點卡口;

（2）不管A卡口和B卡口的先后出行順序，只需把出行車輛的通行車牌、通行時間等信息抓拍留存至前端存儲服務器;

（3）根據出入信息比對，確定通行車輛的實際路徑;

（4）確定的實際通行軌跡會經過交換機傳輸到收費結算中心，按照收費站的相關政策及通行路徑，扣除通行費用;

（5）把車輛的所有相關信息上傳到收費站的系統平臺，收費站的相關工作人員在客戶端就可以實時查詢收費站的通行數據。

因為前端存儲服務器的容量是有限的，為了節約成本投資及延長服務器的使用壽命，服務器留存的車輛通行信息在車輛繳費出站后，依據系統設置的清除原則，監控分中心的收費系統平臺將相關通行信息上傳至客戶端后，客戶端把車輛出站的信息下發到前端存儲服務器，并發出刪除該車輛路徑信息的指令。同時，客戶端在接收到前端存儲服務器刪除該車輛的信息后，將依據收費站的相關規定，將車輛的實際通行信息轉移、存儲至相關存儲設備中備份，從而可以將服務器和客戶端的存儲空間有效地釋放出來，還可以進一步提高信息在該系統中的傳輸速度。

系統主要采用光纖有線的方式傳輸車輛通行信息，當網絡鏈路出現中斷的情況時，系統自動啟用備份的數據傳輸鏈路，不影響正常的車輛信息傳輸。當光纖鏈路恢復正常通信的時候，系統也恢復有線鏈路數據傳輸模式，從而保證了正常通信鏈路出現意外狀況時相關數據依然可以實時、準確地進行識別、傳輸。

3 系統功能分析

本文提出的二義性路徑識別系統主要是將通行車輛在各個出入口的相關信息進行逐一比對，從而確定車輛的通行路徑。此系統是利用車牌號作為通行車輛唯一性的特征，基于高清車牌識別技術的成熟應用和實時傳輸的網絡技術，在高速公路的所有出入口以及二義性路徑處都放置了高清車牌識別系統，從而保障了通行車輛的車牌信息有效、精準地被識別出來，進而將識別出來的車牌信息經過實時網絡傳輸至收費系統。接著實時信息會進一步傳輸至結算中心，結算中心依據通行車輛的實際路線收取通行費用，所以該系統滿足了高速公路對精確拆分通行費用的要求。

基于高清車牌識別的高速公路二義性路徑識別系統的具體功能如圖3所示，A地卡口系統采集車輛的通行時間、車牌號碼、車型、車牌顏色、通行方向、站點名稱、抓拍照片路徑和車牌簡碼等信息，B地卡口系統采集的信息則是對數據庫A的補充，包括通行時間、通行類型、車牌號碼、第一個站點名稱、第二個站點名稱、第一個站點時間、第二個站點時間、第一個站點類型以及第二個站點類型等信息。接著A地卡口系統和B地卡口系統將采集到的車輛信息上傳至卡口平臺，卡口平臺接收相關信息之后留存.再接著傳輸至高速公路的收費系統，收費系統接收、存檔的同時，上傳至結算中心。結算中心依據上傳的車輛信息扣除通行車輛的費用。

除此之外，該系統可以根據通行車輛的信息進行查詢、統計。查詢的類型不僅僅限于實時查詢、精確查詢及模糊查詢，可供查詢、統計的條件至少包括地點、方向、車道、車牌號碼、車牌顏色、通行時間、通行日期（包括年、月、日）、類型等，當然查詢信息的方式也有今日查詢和歷史查詢。本文主要采用按時間查詢和按車牌查詢這兩種方式。

4 開發與應用

4.1軟件編程開發與運行環境

本文提出的基于高清車牌識別的高速公路二義性路徑識別系統，要想達到良好的實際應用效果，需要選擇適應配套的軟件開發平臺和運行環境，兩者缺一不可.首先該系統采用Java為開發語言，Microsoft Visual Studio.NET 2005為開發環境，數據庫采用甲骨文股份有限公司的oracle 12C，在Win-dows7/8/10等操作系統都可以運行與進一步地應用開發。

4.2 系統應用

基于高清車牌識別的高速公路二義性路徑識別系統已經成為了高速公路收費系統的關鍵環節。在廣西一些收費站進行測試的過程中發現，本文設計的系統通信鏈路有效地確定了數據的準確性和實時性，減少了因為通行費用產生的分歧，提高了收費站工作人員的工作效率及車主對收費站的信任度。系統采用高清車牌識別技術進行二義性路徑識別之后，使得整個收費工作都在朝著“精確性和有效性”發展，有關車輛的通行數據、費用數據都更加完善和精準，從而有效地避免了當前聯網收費運營中的稽核問題。

5 結語

通過對高速公路網的迅速發展進行分析、調查，在高清車牌識別技術的成熟發展和應用及控制成本等多方面原因的基礎上，設計并實現了基于高清車牌識別的二義性路徑識別系統，解決了高速公路網狀結構出現的二義性路徑識別問題，從而提高了業主單位采集相關數據信息的精準度，也從側面減少了人工成本的投入，進而有效提高了在運營管理方面的效率。