朱百萬

（廣東工業大學計算機學院 廣東省廣州市 510006）

目前智能交通領域中汽車車輛識別主要依靠車牌識別[1]，但這種技術有些缺點，比如對無牌車、套牌車不能有效地識別，從而導致對無牌車無法扣費和套牌車逃費的問題。當無牌車準備進入停車場時，因為基于車牌識別技術的停車場收費系統無法識別無車牌，所以不會抬桿放行，這時只能通過保安或收費員人工抬桿才能進入停車場，無牌車準備離開停車場時也會因為同樣的原因導致無法扣費，往往通過人工估算并扣費，這降低了停車場收費管理的智能化水平。一般停車場收費系統都會將車輛分為臨時車和月保車，臨時車是要通過扣費才能放行，月保車是免費放行，因此部分臨時車的車主將自己的車牌套換成月保車的車牌，在離開停車場時將免費放行，從而達到逃費的目的。另外，基于車牌識別技術的停車場收費系統在識別混淆字符時的表現非常糟糕，經常出現錯讀，因此通過車牌查詢不到對應入口時間，導致系統無法計費。綜上所述，基于車牌識別技術的停車場收費系統存在上述幾個問題，需要一種更加智能的能夠基于車牌之外的其它車輛特征來對車輛進行自動準確的識別，而車臉能夠有效的表達車輛的外觀屬性[2]，車臉類似于“人臉”，能夠有效表達車輛特征信息，車臉即車輛前端部分，包括前保險桿、左右大燈、左右角燈、前霧燈、前格柵等，車臉識別的停車場收費系統很好地解決上述幾個問題，為了實現停車場管理的信息化、智能化、低成本、多收益的經營管理目標[3]，該系統還使用移動支付技術，提供更便捷的收費方式，更好地實現停車場無人值守。

圖1：停車場車道管理子系統功能

1 系統總體設計

車臉識別的停車場收費系統主要完成停車場車道的過車自動收費的功能，它由硬件部分與軟件部分組成，硬件部分包括攝像機、補光燈、地感線圈、車輛檢測器、攔桿機、掃碼槍、費額顯示器和通用計算機等，軟件部分包括四個子系統，分別是停車場車道管理子系統，數據管理服務子系統和圖像處理服務子系統，手機客戶端車輛管理子系統。

1.1 停車場車道管理子系統

停車場車道管理子系統主要負責控制車輛檢測器、費額顯示器、攔桿機等設備、費額計算和扣費操作、向圖像處理服務系統獲取車臉識別結果、向數據管理服務系統發送交易流水、查詢入口信息，查詢交易流水等，該系統功能列表如圖1 所示。

1.2 圖像處理服務子系統

圖像處理服務子系統主要負責車道網絡攝像機的接入與進出停車場的車輛進行車臉檢測、車輛顏色識別、車輛型號識別、車牌識別、車臉識別等，并將檢測與識別的結果信息實時發送給停車場車道管理子系統。

1.3 數據管理服務子系統

數據管理服務子系統主要用于用戶信息管理、交易流水管理、車輛信息管理、報表管理、車道信息管理和日志管理。

1.4 手機客戶端車輛管理子系統

近幾年來,受益于移動通信技術的不斷進步和智能手機的日益普及,我國的移動支付發展迅速[4]。因此，本文實現了手機客戶端車輛管理子系統，它的主要功能是手機用戶注冊、賬號預付費、移動支付、交易信息查詢、在線服務信息推送等。該系統分為安卓版本和IOS 版本，能夠為當前主流的手機用戶提供移動支付。該系統支持的移動支付通道包括：微信支付和支付寶支付。用戶通過停車場車道管理子系統生成的二維碼進行掃描支付。已注冊會員的用戶則可以綁定的支付賬戶進行不停車自動預付費扣款支付，可以實現車輛不停車收費。

2 數據庫設計

車臉識別的停車場收費系統使用MYSQL 數據庫,存儲的相關數據分別是：運營參數版本信息、用戶權限信息、停車場車道信息、交易流水信息等。

2.1 運營參數版本信息

表1 主要是保存參數的版本信息，當有參數信息發生改變時，數據管理服務子系統通知車道端有參數更新，停車場車道管理子系統對比參數版本信息后下載參數數據。

2.2 用戶權限信息

表2 存儲的用戶的賬號與密碼信息，操作權限分為系統管理員與普通收費員，這是防止普通收費員惡意修改數據庫信息，尤其是車輛交易數據，從而保障系統的安全性。

2.3 停車場車道信息

表3 保存停車場的車道信息，車道編碼是車道信息的唯一標識，每條車道均有唯一的車道編碼。

表1：運營參數版本信息表

表2：用戶權限信息表

表3：停車場車道信息表

表4：交易流水信息表

2.4 交易流水信息

表4 為實時保存車輛的交易記錄，為數據管理服務子系統的報表功能的實現提供基礎數據。

3 系統流程說明

圖2：套牌車的識別流程

3.1 車臉檢測流程

車輛在經過停車場車道的地感線圈時導致地感信號變化，停車場車道管理子系統通過車輛檢測器獲取到地感信號變化信息，根據地感邏輯模塊的處理結果，判定有車輛進入車道，然后發送網絡消息通知圖像處理服務子系統對車輛進行車臉檢測操作，車臉檢測成功后截取車臉區域并生成車臉圖片。圖像處理服務子系統的車臉檢測的功能是通過深度學習的YOLOv3 算法實現。

3.2 車臉識別流程

當車臉檢測成功后，圖像處理服務子系統對車臉圖片進行校準，然后對已校準的車臉圖片進行識別，與人臉識別相似，車臉識別成功后將生成128 維特征向量，并與圖像處理服務子系統的車臉圖片庫文件進行車臉匹配，若匹配成功，則獲取相應的車臉編碼，則匹配失敗，則認為是陌生車輛。圖像處理服務子系統的車臉識別的功能是使用深度學習的殘差網絡實現。

3.3 無牌車進入停車場流程

無牌車駛入停車場車道并準備進入停車場，它在經過車道的地感線圈時導致地感信號發生變化，停車場車道管理子系統通過車輛檢測器獲取地感信號變化，地感邏輯模塊對信號變化進行分析，判定有車輛準備進入停車場，發送網絡消息通知圖像處理服務子系統進行車臉檢測，車臉檢測成功后對車臉圖片進行校準，然后對已校準的車臉圖片進行車臉識別，車臉識別結果是生成128 維特征向量，并與圖像處理服務子系統的車臉庫圖片文件進行匹配，如果匹配成功，則獲取相應的車臉編碼，若匹配失敗，則認為是陌生車輛，針對該車輛重新生成車臉編碼并抓拍若干車臉圖片保存到車臉庫。車臉識別完成后再識別車牌、顏色、型號，若車輛沒有車牌則將車牌識別結果標記為“無牌車”，然后將識別結果通過網絡消息發送給停車場車道管理子系統，該系統根據車臉識別結果判斷是否抬桿放行，若車臉識別結果滿足車輛放行條件則控制攔桿抬起，車輛進入停車場后生成入口流水，并將它上傳至數據管理服務子系統。

3.4 無車牌的扣費流程

無牌車駛入停車場車道并準備離開停車場，它在經過車道的地感線圈時觸發地感信號變化，停車場車道管理子系統通過車輛檢測器獲取到地感信號變化信息，根據地感邏輯模塊處理結果，判定有車輛準備離開停車場，發送網絡消息通知圖像處理服務子系統進行車臉檢測，車臉檢測成功后對車臉圖片進行校準，然后對已校準的車臉圖片進行車臉識別，車臉識別結果是生成128 維特征向量，并與圖像處理服務子系統的車臉庫圖片文件進行匹配，如果匹配成功，則獲取相應的車臉編碼，若匹配失敗，則認為是陌生車輛則攔截。車臉匹配成功后再識別車牌、顏色、型號，若車輛沒有車牌則將車牌識別結果標記為“無車牌”，然后將識別結果通過網絡消息發送給停車場車道管理子系統，該系統利用車臉編碼向數據管理服務子系統獲取該車輛的入場時間，車輛停留時間為當前時間與入場時間的差值，根據停留時間計算出費額，車主通過移動支付或人工繳費后抬桿放行，將交易信息生成出口交易流水記錄，并將交易流水記錄上傳至數據管理服務子系統。

3.5 套牌車的識別流程

套牌車的識別原理是，車輛駛入停車場車道并準備離開停車場時，停車場車道管理子系統發送網絡消息通知圖像處理服務子系統進行車臉檢測與識別，車臉識別成功后再識別車牌、顏色、型號，然后將所有識別結果通過網絡消息發送給停車場車道管理子系統，該系統利用車臉編碼向數據管理服務子系統獲取該車輛的入口信息，比對識別的車牌與入口信息的車牌，根據兩者比對的結果判斷是否為套牌車，若為套牌車，則攔截車輛并進行聲光報警。套牌車的識別流程如圖2 所示。

4 結語

因為基于車牌識別技術的停車場收費系統不具備識別無牌車、套牌車的功能，導致無牌車無法扣費與套牌車逃費的問題，本文提出基于車臉識別技術的停車場收費系統，解決了無牌車無法扣費與套牌車逃費的問題，并且提供移動支付方式，提高了停車場智能化管理水平。