代 士 磊

(1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣州510641;2.深圳市金溢科技有限公司，廣東深圳518057)

隨著我國高速公路網(wǎng)規(guī)模的日益擴大，不可避免的會產(chǎn)生高速公路多義性路徑問題，多義性路徑指的是在高速公路兩個收費站之間至少存在兩條不同的車輛行駛路徑，當(dāng)路網(wǎng)規(guī)模特別大時，還會出現(xiàn)多重嵌套的多義性路徑.高速公路收費系統(tǒng)如果無法準(zhǔn)確判斷車輛的行駛路徑，就無法精確地計算每一輛車的通行費用，進而會引起通行費用的拆分糾紛問題，對正常的聯(lián)網(wǎng)收費工作帶來很大的負面作用，有效解決高速公路的多義性路徑問題尤為重要，必須采取合理的路徑識別方案解決通行費用的拆分以及利益的分配問題.

1 高速公路路徑識別技術(shù)

多義性路徑識別技術(shù)一般分為模糊識別技術(shù)和精確識別技術(shù).模糊識別的方法大致有最短路徑法、車輛分型統(tǒng)計法、協(xié)商調(diào)查法、應(yīng)用概率統(tǒng)計法等;精確識別方法[1]大致有車牌識別法和電子標(biāo)簽識別法.本文重點介紹這兩種精確識別技術(shù).

1.1 車牌識別技術(shù)

1.1.1 技術(shù)原理

以二義性路徑為例，在高速公路存在二義性路徑的長路徑斷面處安裝龍門架，把按車道布設(shè)的多個攝像機安裝在龍門架上使其能相互交叉覆蓋所有車道，由標(biāo)識站中的視頻光端機將所采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰嚺谱R別器，識別完畢后，車牌識別軟件會將識別器所識別的車牌信息如車牌號碼及照片、采集時間、標(biāo)識站點等信息保存在本地服務(wù)器中，然后經(jīng)傳輸軟件將此信息上傳到高速公路聯(lián)網(wǎng)收費中心，再由其下發(fā)到各個收費站出口.一旦車輛來到收費站出口，收費系統(tǒng)會把聯(lián)網(wǎng)收費中心傳來的車牌信息與此車牌進行查詢和對比，如有此車牌信息，則系統(tǒng)會根據(jù)車牌信息確定該車輛的行駛路徑，然后計算通行費以及對其進行拆分;否則認為車輛行駛的是另外一條最短路徑，則按照最短路徑進行計費和拆分.

1.1.2 路徑識別流程

見圖1.

圖1 車牌識別系統(tǒng)收費流程圖

1.1.3 主要硬件設(shè)備

所涉及到的硬件[2]主要有標(biāo)識站服務(wù)器、收費站服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、車牌識別器、視頻光端機、采集攝像機、交換機、照明燈，傳輸光纜等.

1.1.4 系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計方面，考慮到標(biāo)識站24 h不間斷工作，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，對數(shù)據(jù)庫定期維護顯得尤為重要，及時刪除舊的以及可用性不高的數(shù)據(jù)，提高對數(shù)據(jù)庫訪問速度.

在車牌識別系統(tǒng)軟件實現(xiàn)過程中，需要對系統(tǒng)中的信息采集模塊、信息處理模塊、信息傳輸模塊以及外場設(shè)備進行合理的布設(shè)以及整合，以保證其對車牌的精確識別并及實地上傳和下發(fā)車輛及路徑信息，同時使收費系統(tǒng)軟件在保證其精確查詢車輛路徑的基礎(chǔ)上，進一步加強其實用性和可操作性.

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方面采用千兆混合以太網(wǎng)進行連接，以實現(xiàn)動態(tài)資源數(shù)據(jù)的管理和共享.聯(lián)網(wǎng)收費中心采用千兆以太網(wǎng)交換式路由與各個收費站相聯(lián)，為保證信息傳輸?shù)陌踩?，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基于TCP/IP通信協(xié)議，標(biāo)識站和聯(lián)網(wǎng)收費中心以及各收費站服務(wù)器均安裝相應(yīng)的服務(wù)程序，標(biāo)識站服務(wù)器將車牌識別結(jié)果上傳到聯(lián)網(wǎng)收費中心服務(wù)器，由其處理后下發(fā)給各收費站服務(wù)器.

1.2 電子標(biāo)簽識別技術(shù)

1.2.1 技術(shù)原理

微波天線(RSU)和車載電子標(biāo)簽(OBU)是組成ETC系統(tǒng)的兩個非常重要的設(shè)備，車載電子標(biāo)簽與車牌號碼、車主信息綁定，安裝在車輛擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè).同時車主會有一張已經(jīng)開設(shè)了信用卡賬戶或者儲蓄卡賬戶的IC卡，將其插入OBU內(nèi).當(dāng)車輛駛?cè)隕TC車道并且進入微波天線的覆蓋范圍時，微波天線會與車載電子標(biāo)簽進行通訊，讀取行駛車輛IC卡中得信息并與數(shù)據(jù)庫信息進行匹配，如匹配一致，自動從車主的IC卡賬戶中劃扣通行費用，同時發(fā)送指令給收費站服務(wù)器，由其控制自動欄桿機對車輛進行放行.沒有安裝車載電子標(biāo)簽的車主在路網(wǎng)入口處領(lǐng)取電子標(biāo)簽和IC卡，將其攜帶上路，同時由IC卡讀寫器將入口信息寫入IC中.

在具有多義性路徑的長路段上安裝信標(biāo)基站(標(biāo)識站)，一旦車輛經(jīng)過標(biāo)識站，標(biāo)識站會將標(biāo)識的路徑信息寫入電子標(biāo)簽中的IC中，然后將數(shù)據(jù)上傳到聯(lián)網(wǎng)收費中心，當(dāng)車輛行駛到收費站出口時，微波天線與車載電子標(biāo)簽進行通訊，讀取IC卡中的信息，判定車輛所經(jīng)過的路徑，從而精確地完成不停車收費和放行，由此可以將所收取的通行費用精確拆分到各高速公路業(yè)主賬戶中，即實現(xiàn)了不停車收費又達到了通行費用的精確拆分.

1.2.2 路徑識別系統(tǒng)工作模式

見圖2.

圖2 路徑識別系統(tǒng)工作模式

1.2.3 主要硬件設(shè)備

所涉及到的主要硬件[3]有路側(cè)信標(biāo)基站(RSU)、車載電子標(biāo)簽(OBU)、IC卡、IC卡讀卡器、后臺服務(wù)器、UPS、避雷器、配電箱等.RSU包含電源模塊、天線模塊、遠程控制模塊、功率放大模塊、無線射頻模塊、微處理器模塊等;OBU主要有天線模塊、電源模塊、無線射頻模塊、存儲模塊、微處理器模塊等，用于路徑識別的電子標(biāo)簽識別技術(shù)多采用433 MHz的無線通信技術(shù).

1.2.4 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)總體組成架構(gòu)可以抽象分為用戶層、服務(wù)提供層、應(yīng)用系統(tǒng)層、基礎(chǔ)平臺層、數(shù)據(jù)層、支撐層等組成.其中用戶層定義了系統(tǒng)的用戶對象;服務(wù)提供層為用戶提供各類的服務(wù)渠道，以實現(xiàn)用戶的需求;應(yīng)用系統(tǒng)層是系統(tǒng)各類應(yīng)用功能的主要體現(xiàn)層，并且該層與安全體系和外部接口形成銜接，以確保該層所提供的應(yīng)用功能的安全性及與外部其他系統(tǒng)形成有效的數(shù)據(jù)信息交換;基礎(chǔ)平臺層由通信中間件、平臺中間件、面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(SOA)組成，為數(shù)據(jù)層和應(yīng)用系統(tǒng)層提供數(shù)據(jù)交換服務(wù);數(shù)據(jù)層主要執(zhí)行各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲數(shù)據(jù)金額管理;支撐層為數(shù)據(jù)層提供服務(wù)和支撐.

系統(tǒng)通過SDH專線從數(shù)據(jù)采集點即前端車道系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)由骨干路由器、核心防火墻、核心交換機發(fā)送到應(yīng)用服務(wù)器、傳輸服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器進行相應(yīng)的應(yīng)用處理，各服務(wù)器均采用雙機熱備份的集群方案.發(fā)送到各服務(wù)器的數(shù)據(jù)都同時將存儲在磁盤存儲設(shè)備中，并進行定時的備份管理.

電子支付卡片(IC卡)與OBU之間以非接觸式方式通信(ISO14443A/B/C)，車載電子標(biāo)簽與信標(biāo)基站之間以433 MHz無線微波方式通信[4]，電子標(biāo)簽與收費點微波天線以5.8 GHz收費點RSU與控制計算機之間可以通過RS232、RS485、TCP/IP、WIFI等多種方式通信，系統(tǒng)方案示意圖如圖3所示.

圖3 系統(tǒng)方案示意圖

2 兩種技術(shù)優(yōu)缺點對比

車牌識別方法技術(shù)比較成熟，具有安裝方便、運行維護費用低等優(yōu)點.一般的車牌識別設(shè)備的識別率介于93%～97%之間，車牌識別率會受惡劣天氣、夜晚、車牌遮掩、車燈反射等條件有所下降，如果車流量較大時，將會有一批車輛不能被識別出來，針對這部分車輛就無法精確地判定其行駛路徑，對通行費用的拆分帶來一定的困難.

電子標(biāo)簽識別技術(shù)首先應(yīng)用在電子不停車收費系統(tǒng)(ETC)中，國標(biāo)中規(guī)定專用短程無線通訊(DSRC)技術(shù)采用5.8 GHz的通信頻率，其在國內(nèi)經(jīng)過十多年的發(fā)展，已經(jīng)日臻成熟.電子標(biāo)簽技術(shù)應(yīng)用于多義性路徑識別，也是近幾年發(fā)展起來的，目前所采用的主流通信頻率是433 MHz，有非常多的車主還沒有安裝車載電子標(biāo)簽，這就需要電子標(biāo)簽識別系統(tǒng)對IC卡收費系統(tǒng)進行升級和改造，將車載IC卡和IC卡讀寫器改換成具有433 MHz的無線通信功能，所以采用電子標(biāo)簽技術(shù)進行多義性路徑識別的花費相對來說是比較高的，但是其識別率能達到96%以上.

3 結(jié)語

在進行多義性路徑識別方面，一套車牌識別系統(tǒng)的花費相對于電子標(biāo)簽識別系統(tǒng)來說要小許多，但對于路徑的精確識別率卻沒有電子標(biāo)簽高;當(dāng)路網(wǎng)規(guī)模較大，多義性路徑比較復(fù)雜時，采用車牌識別系統(tǒng)將是一筆巨大的花費[5－6].因此建議當(dāng)多義性路徑較少時采用車牌識別技術(shù)以節(jié)省投資，當(dāng)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時，可采用電子標(biāo)簽識別技術(shù).隨著路網(wǎng)規(guī)模的繼續(xù)擴大，多義性路徑會越來越多，同時伴隨著電子不停車收費系統(tǒng)的全國推廣，電子標(biāo)簽將大規(guī)模安裝到機動車上，電子標(biāo)簽技術(shù)用于多義性路徑識別必將有其廣闊的應(yīng)用前景.

[1]于江浩.高速公路聯(lián)網(wǎng)收費中多義性路徑識別技術(shù)探討[J].交通縱橫，2009，211:74－77.

[2]劉圣卿.基于車牌識別解決高速公路行駛路徑二義性的設(shè)計和實現(xiàn)[D].南昌:南昌大學(xué)，2009.

[3]鄧洪波，張遠見，李宇輝，等.多義性路徑識別系統(tǒng)[J].電子產(chǎn)品世界，2006(21):88－90.

[4]郭海陶.智能交通專用短程通信(DSRC)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究[D].廣州:華南理工大學(xué)，2010.

[5]劉 濤.高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)中的多義性路徑識別[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2010，20(10):105－106.

[6]代士磊.高速公路ETC與MTC方式下車輛延誤比較[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2012，28(1):99－101.