高速公路联网收费二义性路径识别系统原理及开发

罗志伟

（广西交通投资集团钦州高速公路运营有限公司，广西钦州 535000）

高速公路联网收费二义性路径识别系统原理及开发

罗志伟

（广西交通投资集团钦州高速公路运营有限公司，广西钦州 535000）

为满足我国社会经济发展的需求，我国高速公路的建设规模越来越大，高速公路逐渐形成网络状，在联网收费的背景下，对于使用高速公路的车辆，如果车辆从同一个地点出发，利用多个路径达到目的地，现有的联网收费系统则很难确定车辆的具体路径，这种现象被成为二义性路径问题，为有效地解决二义性路径问题，必须在高速公路联网收费的基础上，构建一套二义性路径识别系统。

高速公路 联网收费 二义性路径 识别系统

在近几年来，我国的高速公路的建设进程越来越快，与之相对应的联网收费系统建设规模也越来越大。随着高速公路的增多，路网结构越来越复杂，人们能从一个出发点选择多个路径达到目的地，但现有的联网收费系统，并不能对车辆的具体路径进行准确的判断，导致在通行费方面产生很大的矛盾，这就限制了高速公路服务水平的提高，为解决这种问题，必须开发一套完善的高速公路二义性路径识别系统。

1 路径识别原理

路径识别原理是根据车辆入口、出口、路段等行驶路径信息来判断车辆的形式路径，而判断车辆行驶最主要的依据时车辆的车牌号。当车辆使用高速公路时，首先会分析车辆是不是存在其他卡号记录，如果车辆存在其他卡号记录，这说明该车辆可能出现倒换卡的现象，系统会自动记录该车辆可能存在倒换卡，当车辆到达高速公路出口后，检查人员就能根据记录判断车辆的情况。路径识别原理是采用车牌号进行唯一判断，这种方式虽然能判断车辆是否存在倒换卡的现象，但这种方法也存在一定的弊端，路径识别的前提是高速公路入口流水要比出口流水优先上传信息，但在实际工作中，当高速公路网络状态出现不稳定现象后，就可能出现系统判断错误的现象，就会引起矛盾。在封闭式联网收费系统中，车辆在进入高速公路时，已经具有入口信息和出口信息，在判断车辆的行驶路径时，只需要确定车辆行驶的路段信息即可，在二义性路径两点设置双向标识点，对过往车辆的车牌号、经过时间、站点等进行信息记录，并传输到控制中心，这样就能掌握车辆在路段的信息，从而达到路径识别的目的。

图1 高速公路联网收费二义性路径识别系统图

2 路径识别系统的构成

路径识别系统主要由龙门架、前段图像设备、高清车牌识别器、高清摄像机、AC/DC模块等部分组成，其中龙门架主要设置在主线路段的标识点上，识别车牌号的设备安装在龙门架上，在每个方向的车道上设置两台摄像机，为有效地提高识别系统的识别精度，确保车辆在夜间的行车安全，需要在龙门架上安装一套金卤灯。对于前段图像设备主要安装在护罩中的补光灯、镜头、摄像机等位置，而高清车牌识别器主要在远端收费站进行安装。对于高清摄像机和AC/DC模块，需要安装在车道路面上的护罩中，龙门架与前段图像设备的中心点的水平距离要控制在35m之内，高亮LED辅助光源与高清摄像机的水平距离控制在0.1m以内，辅助光源要指向车道摄像机的覆盖范围。高清摄像机是通过100m的网络口将JPEG帧信号传出来，然后利用交换机将信号传输到收费站，JPEG信号信息经过高清识别器处理后，将信息结果保存在数据库中，并利用通信设备将结果传输到控制中心。

3 系统总体框架

高速公路联网收费二义性路径识别系统主要由车道系统、复合通行卡、收费站系统、路段收费分中心系统、路侧标识别系统、收费结算管理系统等部分组成，二义性路径识别系统是在原来联网收费系统的基础上，利用非接触式IC卡和RFID电子标签相结合的形式进行二义性路径识别系统的开发。二义性路径识别系统的总体框架图如图1所示。

4 高速公路二义性路径识别系统设计

4.1 智能卡

二义性识别系统能利用计算机技术、模块识别技术、光电技术、图像处理及时、数据访问技术等先进的技术，全天候记录过往车辆的全景图像和前部图像。根据高清摄像头提供的车牌号识别情况，能对车辆进行布控，当发生肇事逃逸、抢劫、超速、逆行等现象后，能及时为公安部门提供嫌疑车辆的详细信息。二义性路径识别系统具有识别92式、02式标准民用车牌照的功能，还能识别新军牌、新武警车牌的字母、汉子、颜色等功能，在夜间，二义性路径识别系统能利用LED频闪灯和夜间检查算法抓拍车辆信息。二义性路径识别系统是利用200万、300万、500万像素的高清摄像机对车辆进行抓拍，一台高清摄像机能对三个车道的过往车辆进行车身颜色判断和车型确定。二义性识别系统的主要数据参数，如表1所示。

表1 二义性识别系统的主要数据参数

4.2 交通流量调查及电子警察

在高速公路联网收费二义性路径识别系统中，电子警察是利用高清摄像机对闯红绿灯、违章驾驶的车辆进行抓拍，高清摄像机的像素为500万，对于闯红绿灯的车辆，高清摄像机会抓拍三张图片，一张是车辆在停止线前面的图片，一张是车辆在停止线上面的图片，还有一张是车辆在停止线后面的图片。通过这一组图片，能准确的反映出车辆的违章地点、违章车道、车牌号等，对于不同的客户，能满足不同的需求。同时采用的高清摄像机能在清晰记录车牌号的同时，进行录像，这样就能为客户还原真实的场景，从而准确的判断其违章行为。另外，二义性路径识别系统具有夜间补光及触发同步技术，能根据具体情况，判断补光设备是否需要开启。

4.3 组合两片式电子标签设计

目前，我国绝大多数的高速公路收费站是利用IC卡的形式进行收费，而早二义性路径识别系统中，车辆身份、行驶路径、解缴通行费等相关信息的载体是组合两片式电子标签，这种标签不仅具有IC卡技术的特点，还具有RFID技术的优点，组合两片电子标签是由双界面CPU卡、两片式电子标签等构成，它不但具有普通的IC路网收费能力，还能准确的记录车辆的行车路径。

4.4 双路侧标识设计

在二义性路径识别系统中，双路侧标识是指分别利用多路径标识和车道路测标识进行标签信息的读写，其中车道路测标识安装在高速公路的出入口，是反射调制式读写，通过与电子标签的通信，能完成车辆形式路径的判断和收费交易。双路侧标识设计系统主要由路边控制设备、天线及控制器、抓拍系统等几部分组成，其中路边控制设备一般是一台计算机设备，主要与天线控制器、抓拍系统等相连接；天线及控制器主要负责与车载OBU之间进行信息交互；抓拍系统主要负责对违章车辆进行抓拍，并进行录像，从而为事后对违章车辆进行处罚提供依据。

4.5 二义性路径识别系统实现的关键技术

4.5.1 高速移动远距离数据交换技术

在二义性路径识别系统中，路径识别卡会随着车辆的移动，逐渐通过电子路标，并与电子路标实现数据交换，但由于车辆在高速公路的行驶速度比较快，这就需要确保二义性路径识别系统的路径识别卡能在高速移动中进行数据交换。

4.5.2 低能耗数据接收处理

在二义性路径识别系统中，首先要保证路径识别卡具有良好的远距离数据交换能力，路径识别卡是高速公路中车辆行驶的通行证，需要在流动中工作，其使用情况是根据过往车辆确定的，由于路径识别卡是一个动态的使用过程，同时还需要自身携带电源，如果电源过大，就会对路径识别卡的正常使用造成影响，这就要求路径识别卡能在低能耗的情况下，完成数据接收及处理。

4.5.3 保证路径识别卡的可靠性

路径识别卡是二义性路径识别系统正常运行的保障，路径识别卡记录的各项信息是收费站收取过往车辆通行费的依据，因此，在二义性路径识别系统中，必须不断的提高路径识别卡的可靠性、稳定性，这样才能确保路径识别卡能全天候、安全、稳定的运行。

5 二义性路径识别系统的优势

5.1 全套解决方案

在二义性路径识别系统中，从路侧单元RSU、车载单元OBU等硬件设备到路段分中心系统软件、收费站系统软件、管理中心系统软件等的无缝衔接，这样就能防止因设备选购的厂家不同，而引起产品繁琐对接的问题。在二义性路径系统中，能从高速公路入口到高速公路出口为客户提供一站式服务，避免了二义性路径问题矛盾的发生。

5.2 准确识别路径信息

在二义性路径识别系统中，实现了系统的网络化，这样就能确保各种信息的及时更新、传递，二义性路径识别系统采用光纤组网通信和移动网络通信，能为路段收费分中心、路段收费中心、管理中心等提供一个信息交互的品台。同时基于RFID的二义性路径识别系统，其识别距离最大能达到200m，系统具有良好的抗干扰能力，能在各种恶劣的环境下对多个车辆尽心识别，对于采集的信息，会通过特殊加密的形式进行传输，能避免信息受到破坏，这极大的提高了路径信息的准确性。

5.3 便捷经济

在构建二义性路径识别系统时，建设人员只需要在现有的联网收费系统中进行适当的改造，就能实现高速公路联网收费系统和二义性路径识别系统的有效结合。首先是在而二义性路径的一些关键点设置一些路侧标识站，这样就可以确保信息统一发送；其次要修改原来联网收费系统中的拆分模块，根据车辆的行驶路径，对费用进行拆分；最后要对IC交易卡进而读写器进行更改，将原来的IC通行卡改成超高频433MHz和兼顾高频13.56MHz的复合通行卡，并用433MHzRFID读写桌面单元ODU及非接触IC卡代替原有的读写器，这样就完成了二义性路径识别系统和高速公路联网收费系统的有效衔接。

对于二义性路径系统，还具有很高的经济效益，首先二义性路径识别系统设置的关键点不是很多，这就能减少对路侧标识系统的投入；对于433MHz超高频系统，其投资成本也没有原来系统的投资成本高，从整体上看，整个二义性路径识别系统除了需要更换桌面单元ODU和新增路径标识站以外，几乎不需要投入其他，因此，二义性路径识别系统的经济行很高。

5.4 维护及其难点

对高速公路联网收费二义性路径识别系统而言，其收费运行模式几乎没有发生改变，而车辆仍然采用以前的方式出入高速公路路口，各种信息资料的传输方式也没有发生大的变化，从整体上看，二义性路径识别系统的运作和原来的系统几乎没有什么差别。在二义性路径识别系统中，由于路侧设备可能会在恶劣的环境中运行，当发生故障后，维修的难度比较大，为解决这个问题，在开发二义性路径识别系统时，设置了状态查询、系统告警、故障诊断、系统远程维护等功能，在管理中心能对各个标识站的运行情况进行详细的分析，这就能极大的提高二义性路径识别系统的维修效率，且为系统运行加装的断电报警系统，能及时将供电情况用GSM的信息传输方式，第一时间通知到维护人员，确保了设备维护的及时率。

6 结语

基于RFID的高速公路二义性路径识别系统能有效地解决高速公路联网收费存在的二义性问题，能极大的提高高速公路的服务水平，加上二义性路径识别系统具有全套解决方案、准确识别路径信息、便捷经济、维护方便等特点，因此，在实际工作中，高速公路管理部门要加大二义性路径识别系统的建设力度，从而为我国高速公路事业的快速发展创建良好的条件。

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