浅谈湖南省高速公路路径识别技术

方 伟，李 云，刘 畅

(湖南省交通科学研究院，湖南长沙 410015)

1 湖南省高速公路路径识别概述

对于湖南省进行联网的高速公路网来说，不可避免的存在高速公路环网情况，从而出现车辆从A点到B点存在两条或两条以上可选择路径通行的情况，即:路径二义性问题。目前湖南省高速公路网已经形成了邵永、长株、衡邵、潭衡西4个环网。

“十一五”期间，我省高速公路实现了跨越式发展。5a新开工53个项目4457km，是“十五”的5.7倍，超过2005年以前开工里程的总和。长潭西、醴潭、邵怀、怀新、常吉、韶山、邵永、衡炎、长株、衡邵10条高速公路建成通车，新增通车里程983km。全省高速公路通车里程2386km，全省14个市州均实现了与省会长沙有高速公路直连，形成了以长沙为中心的4h高速经济圈，长株潭城市群形成了半小时高速通勤圈。

高速公路在建和通车总里程达到6450km，路网规模进入全国前列。建成通车的“一纵五横”高速公路网辐射全省65%的县市区、约70%的人口。

根据2010年11月的湖南省“十二五”高速公路网规划，湖南省高速公路网的环网将会随着路网的不断扩大而倍增，路径识别将是联网收费的关键性技术。

2 湖南省高速公路路径识别的经济效益和社会效益

2.1 经济效益

经过对京珠高速公路联网区域形成环网以来的整体抽样估算统计数据见表1，按最短路径收费将流失掉总收费额的3.59%，在京珠区域约2190万元/月，收费额上流失度相当庞大。

表1 京珠高速公路联网区域环网整体抽样估算统计数据表

2.2 社会效益

体现路径识别建设对社会生活等方面所提供的贡献，建设实施后无疑将会在资源使用的公平性、人力资源的节约、高速公路机电系统管理服务水平等方面都会有较大的提升。同时可提供有效的稽查监控手段，管理人员可借助于高效的监控计算机网有效地监控路网交通及设施运行状况，为管理人员提供决策依据，产生直接和间接的社会效益。

3 路径识别技术分析

从宏观思路上看，解决路径识别问题分为精确识别、概率识别两种思路。精确识别包括:标识站法、车牌识别法、射频卡识别法、移动网络、GPS定位等。概率识别包括: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。目前国内多个省基本采用“最短路径或最小收费额收费，交通概率+协商法拆分”的方法解决路径识别问题。还有些省份采用标识站法(如广东)及车牌识别法(天津、江西等)。浙江是利用RFID有源电子标签+非接触式IC卡实现路径识别，主要由复合通行卡、复合读写器、路侧标识系统、路段分中心系统、省中心系统等设备组成。其最大的问题是人为屏蔽信息传输，导致卡上不能写入标记信息。因此未来如果根据技术发展及实际需要采用以上方式时，现在的站点设备仍具备利用价值。另外利用手机等终端设备+GSM/GPS实现真实路径(轨迹)判断也是一种值得期待的方式。

下面对几种可能(包括已用、未用)的方式做一个比较，见表2。

表2 路径识别技术方案比较表

从表2对几种方式的比较可以看出，目前来说，车牌识别方式应用较多，标识站方式不适宜在环网较多的情况的使用，射频卡技术则不能实现轨迹识别，其识别还是依靠关键点来确定的，并且卡的成本也较高，移动识别技术则是未来较有可能的发展方向，但目前并没有成熟应用。

根据国内路径识别的技术现状，综合考虑投资、管理等各方面因素，湖南省的高速公路路径识别根据不同时期采用不同的技术路线。因此现在湖南省高速公路采用车牌识别方式。

4 车牌识别技术

在高速公路主线路段合适位置设置龙门架，龙门架上安装车牌识别设备，双向四～六车道共采用4台摄像机，每方向设置2台采用热备方式工作，布设在龙门架上。见图1。

龙门架路侧安装设备柜内一套，内放置交换机、UPS、配电箱、防雷器等。

前端图像设备主要是固定在护罩内的摄像机、镜头和补光灯。

高清车牌识别器安装在远端的收费站内。

摄像机与AC/DC模块安装在护罩里，护罩安装在车道路面的上方，图像的中心点与龙门架的水平距离为35m。3只高亮LED辅助光源安装在摄像机周围，水平间距0.1m，分别指向3条车道摄像机视野覆盖的区域。

摄像机通过100M网络口传出JPEG帧，信号通过交换机传输到就近收费站，然后数据才进入到高清识别器经过识别处理后，识别结果保存到后台数据库服务器，并通过通信系统传到省中心，省中心配置计算机网络系统包括交换机、服务器、工作站等。

在路径识别点龙门架前方(双向)500m处增加一处预告标志牌，内容为“前方高补光区，请谨慎驾驶”。

在识别点双向车道龙门架摄像机前后方的路侧设置9m高的杆灯照明，并在龙门架摄像机前方增加白色行进线。

以龙门架为中心点，在摄像机前方的路侧设置3个9m杆灯，以由强变弱的方式每隔50m设置，具体为250W9m杆灯1个、200W9m杆灯1个、150W9m杆灯1个;在摄像机后方的路侧设置2个9m杆灯，以由强变弱的方式每隔50m设置，具体为250W9m杆灯1个、200W9m杆灯1个。

图1 车牌识别系统结构图(单位:m)

5 车牌识别系统流程

车牌识别系统流程(见图2)分为四个部分:

1)第一部分:识别点高清摄像机抓拍车辆图像，然后由识别点附近的站服务器生成车牌识别信息，再将车牌识别信息向省中心上传，通过省中心调度响应层传送至路径构建服务器，经过处理后将车牌信息发送至车牌数据库。

2)第二部分:路径构建服务器向车牌数据库提取车辆的路径信息，并进行车辆路径构建，同时将构建完成的车辆路径信息发送至路径数据库进行存储，并下发至相关路段分中心。

图2 车牌识别系统流程图

3)第三部分:车道级路径匹配服务程序向本路段分中心查询车辆路径信息，由分中心下发相关车辆路径信息;如果分中心没有该车辆的路径信息，则向省中心查询，通过省中心调度响应层向路径查询服务器申请车辆路径信息，路径查询服务器通过路径数据库对车辆的路径信息进行匹配，匹配后的路径信息再通过省中心调度响应层下发至车道级。

通过省中心和分中心双层路径匹配构架，不仅可以提高车道级车辆路径信息查询的效率，而且还对车辆路径信息进行双重保障，使车辆路径信息查询更快捷、更安全。

第三部分:车道级计算出车辆通行费后，将费额信息通过省中心调度响应层发送至拆账数据库，拆账服务器向拆账数据库提取费额信息，并进行拆账，将拆账结果发送至交易数据库。

4)第四部分:路段分中心向省中心进行本路段所有交易信息查询，通过省中心调度响应层向相关服务器进行查询服务请求，查询服务器向数据库提取路段的各种相关交易信息，通过省中心调度响应层下发至路段分中心。

6 结束语

目前采用的车牌识别方式还不能保证较高的识别率，如车牌污损、清晨和傍晚灯光切换不及时、假牌套牌等。在高速公路未来发展中，如果不能很好解决路径识别正确率问题，将减少相当大的收费额，为高速公路收费管理带来不便。移动识别技术将是湖南省高速公路路径识别未来的研究和发展重点技术。