基于高清车牌识别的二义性路径识别系统

刘耀喜 李祖文 何增镇 徐汶菊

摘要：在高速公路路网结构复杂、多变的情况下，考虑到高速公路收费站的运营需求以及高清车牌识别技术的迅速崛起，文章提出了基于高清车牌识别的二义性路径识别系统，以解决现有路网条件下的二义性问题，实现通行费精确拆分，从而有效地提高了高速公路收费系统和相应服务器采集、传输、分析数据的精准性以及运营管理工作的效率。

关键词：高速公路收费管理;二义性路径识别;高清车牌识别;车辆信息比对

中圖分类号：U491 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.050

文章编号：1673-4874（2019）09-0179-03

0引言

网状结构高速公路的飞速发展和普及，在很大程度上方便了用户出行，使高速公路的利用率也有了很大的提升。近些年高速公路的通行里程不断增加、延长，高速公路的设计结构也越来越复杂，由此带来新的难点.如何在路网结构复杂、多变的情况下，实现通行费的精确收取，从而保障用户和业主的切身利益，是所谓的二义性路径识别问题。随着我国汽车保有量的不断上升和各种收费政策的实施，高速公路二义性路径识别现状日渐堪忧。所以，如何合理解决二义性路径识别问题，是现今亟需解决的一项重要难题。本文提出了基于高清车牌识别的高速公路二义性路径识别系统，该系统实现了对通行车辆的实时路径轨迹追踪，为高速公路的大数据采集提供大量的实时通行车辆数据，从而为未来的高速公路路网规划和有序发展提供有力的数据保障。

1相关基本概念

1.1车牌识别

车牌识别系统作为高速公路行业的重要设备，是收费站收取车辆通行费用的重要凭证，所以车牌识别技术的日趋成熟也成为了高速公路收费站的一大助力.根据相关政策的要求，车牌识别系统要同时具备车牌识别、抓拍、录像、车辆特征识别等基础功能，还要具备多种外接口和多种设备兼容，可传输高清的视频图像给服务器，传输车辆的车牌信息及识别结果给工控机，还可以接入车辆检测器的前、后线圈等设备。

随着大数据等技术的高速发展，车牌识别系统的准确率越来越高，从而满足了收费站日常工作的运营需求。

1.2 二义性

目前高速公路的发展越来越趋向于网状结构发展，这也是社会和大众的需求所致，从而导致了车辆从某个卡口到另一个卡口的路径不是唯一的，也就是存在两条或两条以上路径的情形。所以车辆在通行的过程中，不同的人会有不同的选择，如何确定车辆的实际通行路径，就是二义性问题。所谓的高速公路多义性路径也可称为二义性路径，是指高速公路同一对出、入口之间有两条或两条以上路径。如图1所示，从卡口A到卡口C存在两条通行路径，分别是A-B-C和A-D-C路径。

1.3二义性路径识别

最短路径收费和最小收费额收费是现今全国大多省份采用频率最高的方式，主要用来解决二义性路径引起的歧义问题。事实上二义性路径识别技术发展相对比较成熟的有：车牌识别、移动网络、5.8GHz路径识别以及射频识别等方法。这几种方式各有特点，要因地制宜，具体见表1。

由表1对比可得，本文采用的基于高清车牌识别的高速公路二义性路径识别系统成本较低，且改造难度较小。

2 系统结构设计

考虑到高速公路收费系统现状以及车牌识别技术的最新发展，设计了基于车牌识别原理的高速公路二义性路径识别系统，系统架构图如图2所示。首先在各个卡口都要安装高清的抓拍系统，当有车辆经过多义性路径时，卡口的抓拍系统会把车辆的出入口图像信息上传到前端存储服务器，经过信息出入口的信息比对，从而确定该车辆实际通行的路径是哪一条。接着相关信息会通过交换机上传至结算中心，计算该车辆的实际通行费用并完成扣费，同时把所有的信息上传至监控分中心的收费系统平台存档.该系统具体的业务流程如下：

（1）车辆进入高速公路之后，经过A点和B点卡口;

（2）不管A卡口和B卡口的先后出行顺序，只需把出行车辆的通行车牌、通行时间等信息抓拍留存至前端存储服务器;

（3）根据出入信息比对，确定通行车辆的实际路径;

（4）确定的实际通行轨迹会经过交换机传输到收费结算中心，按照收费站的相关政策及通行路径，扣除通行费用;

（5）把车辆的所有相关信息上传到收费站的系统平台，收费站的相关工作人员在客户端就可以实时查询收费站的通行数据。

因为前端存储服务器的容量是有限的，为了节约成本投资及延长服务器的使用寿命，服务器留存的车辆通行信息在车辆缴费出站后，依据系统设置的清除原则，监控分中心的收费系统平台将相关通行信息上传至客户端后，客户端把车辆出站的信息下发到前端存储服务器，并发出删除该车辆路径信息的指令。同时，客户端在接收到前端存储服务器删除该车辆的信息后，将依据收费站的相关规定，将车辆的实际通行信息转移、存储至相关存储设备中备份，从而可以将服务器和客户端的存储空间有效地释放出来，还可以进一步提高信息在该系统中的传输速度。

系统主要采用光纤有线的方式传输车辆通行信息，当网络链路出现中断的情况时，系统自动启用备份的数据传输链路，不影响正常的车辆信息传输。当光纤链路恢复正常通信的时候，系统也恢复有线链路数据传输模式，从而保证了正常通信链路出现意外状况时相关数据依然可以实时、准确地进行识别、传输。

3 系统功能分析

本文提出的二义性路径识别系统主要是将通行车辆在各个出入口的相关信息进行逐一比对，从而确定车辆的通行路径。此系统是利用车牌号作为通行车辆唯一性的特征，基于高清车牌识别技术的成熟应用和实时传输的网络技术，在高速公路的所有出入口以及二义性路径处都放置了高清车牌识别系统，从而保障了通行车辆的车牌信息有效、精准地被识别出来，进而将识别出来的车牌信息经过实时网络传输至收费系统。接着实时信息会进一步传输至结算中心，结算中心依据通行车辆的实际路线收取通行费用，所以该系统满足了高速公路对精确拆分通行费用的要求。

基于高清车牌识别的高速公路二义性路径识别系统的具体功能如图3所示，A地卡口系统采集车辆的通行时间、车牌号码、车型、车牌颜色、通行方向、站点名称、抓拍照片路径和车牌简码等信息，B地卡口系统采集的信息则是对数据库A的补充，包括通行时间、通行类型、车牌号码、第一个站点名称、第二个站点名称、第一个站点时间、第二个站点时间、第一个站点类型以及第二个站点类型等信息。接着A地卡口系统和B地卡口系统将采集到的车辆信息上传至卡口平台，卡口平台接收相关信息之后留存.再接着传输至高速公路的收费系统，收费系统接收、存档的同时，上传至结算中心。结算中心依據上传的车辆信息扣除通行车辆的费用。

除此之外，该系统可以根据通行车辆的信息进行查询、统计。查询的类型不仅仅限于实时查询、精确查询及模糊查询，可供查询、统计的条件至少包括地点、方向、车道、车牌号码、车牌颜色、通行时间、通行日期（包括年、月、日）、类型等，当然查询信息的方式也有今日查询和历史查询。本文主要采用按时间查询和按车牌查询这两种方式。

4 开发与应用

4.1软件编程开发与运行环境

本文提出的基于高清车牌识别的高速公路二义性路径识别系统，要想达到良好的实际应用效果，需要选择适应配套的软件开发平台和运行环境，两者缺一不可.首先该系统采用Java为开发语言，Microsoft Visual Studio.NET 2005为开发环境，数据库采用甲骨文股份有限公司的oracle 12C，在Win-dows7/8/10等操作系统都可以运行与进一步地应用开发。

4.2 系统应用

基于高清车牌识别的高速公路二义性路径识别系统已经成为了高速公路收费系统的关键环节。在广西一些收费站进行测试的过程中发现，本文设计的系统通信链路有效地确定了数据的准确性和实时性，减少了因为通行费用产生的分歧，提高了收费站工作人员的工作效率及车主对收费站的信任度。系统采用高清车牌识别技术进行二义性路径识别之后，使得整个收费工作都在朝着“精确性和有效性”发展，有关车辆的通行数据、费用数据都更加完善和精准，从而有效地避免了当前联网收费运营中的稽核问题。

5 结语

通过对高速公路网的迅速发展进行分析、调查，在高清车牌识别技术的成熟发展和应用及控制成本等多方面原因的基础上，设计并实现了基于高清车牌识别的二义性路径识别系统，解决了高速公路网状结构出现的二义性路径识别问题，从而提高了业主单位采集相关数据信息的精准度，也从侧面减少了人工成本的投入，进而有效提高了在运营管理方面的效率。