两种多义性路径精确识别技术的比较

代 士 磊

(1.华南理工大学土木与交通学院，广州510641;2.深圳市金溢科技有限公司，广东深圳518057)

随着我国高速公路网规模的日益扩大，不可避免的会产生高速公路多义性路径问题，多义性路径指的是在高速公路两个收费站之间至少存在两条不同的车辆行驶路径，当路网规模特别大时，还会出现多重嵌套的多义性路径.高速公路收费系统如果无法准确判断车辆的行驶路径，就无法精确地计算每一辆车的通行费用，进而会引起通行费用的拆分纠纷问题，对正常的联网收费工作带来很大的负面作用，有效解决高速公路的多义性路径问题尤为重要，必须采取合理的路径识别方案解决通行费用的拆分以及利益的分配问题.

1 高速公路路径识别技术

多义性路径识别技术一般分为模糊识别技术和精确识别技术.模糊识别的方法大致有最短路径法、车辆分型统计法、协商调查法、应用概率统计法等;精确识别方法[1]大致有车牌识别法和电子标签识别法.本文重点介绍这两种精确识别技术.

1.1 车牌识别技术

1.1.1 技术原理

以二义性路径为例，在高速公路存在二义性路径的长路径断面处安装龙门架，把按车道布设的多个摄像机安装在龙门架上使其能相互交叉覆盖所有车道，由标识站中的视频光端机将所采集的数据传输到车牌识别器，识别完毕后，车牌识别软件会将识别器所识别的车牌信息如车牌号码及照片、采集时间、标识站点等信息保存在本地服务器中，然后经传输软件将此信息上传到高速公路联网收费中心，再由其下发到各个收费站出口.一旦车辆来到收费站出口，收费系统会把联网收费中心传来的车牌信息与此车牌进行查询和对比，如有此车牌信息，则系统会根据车牌信息确定该车辆的行驶路径，然后计算通行费以及对其进行拆分;否则认为车辆行驶的是另外一条最短路径，则按照最短路径进行计费和拆分.

1.1.2 路径识别流程

见图1.

图1 车牌识别系统收费流程图

1.1.3 主要硬件设备

所涉及到的硬件[2]主要有标识站服务器、收费站服务器、数据传输服务器、数据库服务器、车牌识别器、视频光端机、采集摄像机、交换机、照明灯，传输光缆等.

1.1.4 系统设计

数据库设计方面，考虑到标识站24 h不间断工作，会产生大量的数据信息，对数据库定期维护显得尤为重要，及时删除旧的以及可用性不高的数据，提高对数据库访问速度.

在车牌识别系统软件实现过程中，需要对系统中的信息采集模块、信息处理模块、信息传输模块以及外场设备进行合理的布设以及整合，以保证其对车牌的精确识别并及实地上传和下发车辆及路径信息，同时使收费系统软件在保证其精确查询车辆路径的基础上，进一步加强其实用性和可操作性.

网络设计方面采用千兆混合以太网进行连接，以实现动态资源数据的管理和共享.联网收费中心采用千兆以太网交换式路由与各个收费站相联，为保证信息传输的安全性，网络协议基于TCP/IP通信协议，标识站和联网收费中心以及各收费站服务器均安装相应的服务程序，标识站服务器将车牌识别结果上传到联网收费中心服务器，由其处理后下发给各收费站服务器.

1.2 电子标签识别技术

1.2.1 技术原理

微波天线(RSU)和车载电子标签(OBU)是组成ETC系统的两个非常重要的设备，车载电子标签与车牌号码、车主信息绑定，安装在车辆挡风玻璃内侧.同时车主会有一张已经开设了信用卡账户或者储蓄卡账户的IC卡，将其插入OBU内.当车辆驶入ETC车道并且进入微波天线的覆盖范围时，微波天线会与车载电子标签进行通讯，读取行驶车辆IC卡中得信息并与数据库信息进行匹配，如匹配一致，自动从车主的IC卡账户中划扣通行费用，同时发送指令给收费站服务器，由其控制自动栏杆机对车辆进行放行.没有安装车载电子标签的车主在路网入口处领取电子标签和IC卡，将其携带上路，同时由IC卡读写器将入口信息写入IC中.

在具有多义性路径的长路段上安装信标基站(标识站)，一旦车辆经过标识站，标识站会将标识的路径信息写入电子标签中的IC中，然后将数据上传到联网收费中心，当车辆行驶到收费站出口时，微波天线与车载电子标签进行通讯，读取IC卡中的信息，判定车辆所经过的路径，从而精确地完成不停车收费和放行，由此可以将所收取的通行费用精确拆分到各高速公路业主账户中，即实现了不停车收费又达到了通行费用的精确拆分.

1.2.2 路径识别系统工作模式

见图2.

图2 路径识别系统工作模式

1.2.3 主要硬件设备

所涉及到的主要硬件[3]有路侧信标基站(RSU)、车载电子标签(OBU)、IC卡、IC卡读卡器、后台服务器、UPS、避雷器、配电箱等.RSU包含电源模块、天线模块、远程控制模块、功率放大模块、无线射频模块、微处理器模块等;OBU主要有天线模块、电源模块、无线射频模块、存储模块、微处理器模块等，用于路径识别的电子标签识别技术多采用433 MHz的无线通信技术.

1.2.4 系统设计

系统总体组成架构可以抽象分为用户层、服务提供层、应用系统层、基础平台层、数据层、支撑层等组成.其中用户层定义了系统的用户对象;服务提供层为用户提供各类的服务渠道，以实现用户的需求;应用系统层是系统各类应用功能的主要体现层，并且该层与安全体系和外部接口形成衔接，以确保该层所提供的应用功能的安全性及与外部其他系统形成有效的数据信息交换;基础平台层由通信中间件、平台中间件、面向服务的体系结构(SOA)组成，为数据层和应用系统层提供数据交换服务;数据层主要执行各类业务数据的存储数据金额管理;支撑层为数据层提供服务和支撑.

系统通过SDH专线从数据采集点即前端车道系统获取数据，并将数据经由骨干路由器、核心防火墙、核心交换机发送到应用服务器、传输服务器、数据服务器进行相应的应用处理，各服务器均采用双机热备份的集群方案.发送到各服务器的数据都同时将存储在磁盘存储设备中，并进行定时的备份管理.

电子支付卡片(IC卡)与OBU之间以非接触式方式通信(ISO14443A/B/C)，车载电子标签与信标基站之间以433 MHz无线微波方式通信[4]，电子标签与收费点微波天线以5.8 GHz收费点RSU与控制计算机之间可以通过RS232、RS485、TCP/IP、WIFI等多种方式通信，系统方案示意图如图3所示.

图3 系统方案示意图

2 两种技术优缺点对比

车牌识别方法技术比较成熟，具有安装方便、运行维护费用低等优点.一般的车牌识别设备的识别率介于93%～97%之间，车牌识别率会受恶劣天气、夜晚、车牌遮掩、车灯反射等条件有所下降，如果车流量较大时，将会有一批车辆不能被识别出来，针对这部分车辆就无法精确地判定其行驶路径，对通行费用的拆分带来一定的困难.

电子标签识别技术首先应用在电子不停车收费系统(ETC)中，国标中规定专用短程无线通讯(DSRC)技术采用5.8 GHz的通信频率，其在国内经过十多年的发展，已经日臻成熟.电子标签技术应用于多义性路径识别，也是近几年发展起来的，目前所采用的主流通信频率是433 MHz，有非常多的车主还没有安装车载电子标签，这就需要电子标签识别系统对IC卡收费系统进行升级和改造，将车载IC卡和IC卡读写器改换成具有433 MHz的无线通信功能，所以采用电子标签技术进行多义性路径识别的花费相对来说是比较高的，但是其识别率能达到96%以上.

3 结语

在进行多义性路径识别方面，一套车牌识别系统的花费相对于电子标签识别系统来说要小许多，但对于路径的精确识别率却没有电子标签高;当路网规模较大，多义性路径比较复杂时，采用车牌识别系统将是一笔巨大的花费[5－6].因此建议当多义性路径较少时采用车牌识别技术以节省投资，当路网结构比较复杂时，可采用电子标签识别技术.随着路网规模的继续扩大，多义性路径会越来越多，同时伴随着电子不停车收费系统的全国推广，电子标签将大规模安装到机动车上，电子标签技术用于多义性路径识别必将有其广阔的应用前景.

[1]于江浩.高速公路联网收费中多义性路径识别技术探讨[J].交通纵横，2009，211:74－77.

[2]刘圣卿.基于车牌识别解决高速公路行驶路径二义性的设计和实现[D].南昌:南昌大学，2009.

[3]邓洪波，张远见，李宇辉，等.多义性路径识别系统[J].电子产品世界，2006(21):88－90.

[4]郭海陶.智能交通专用短程通信(DSRC)关键技术与应用研究[D].广州:华南理工大学，2010.

[5]刘 涛.高速公路联网收费系统中的多义性路径识别[J].科技情报开发与经济，2010，20(10):105－106.

[6]代士磊.高速公路ETC与MTC方式下车辆延误比较[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版，2012，28(1):99－101.