基于车牌识别的高速公路通行费拆分系统分析

赵美娟

(山西欣奥特自动化工程有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

现如今，我国高速公路事业飞速发展，数量和规模不断增加，高速公路联网收费的覆盖范围也越来越广，高速公路通行费拆分系统的自动化程度及其效率将成为重点。车牌智能识别作为实现通行费合理拆分的核心技术之一，在高速公路收费系统发挥着重要作用，不仅为高速公路规范化管理提供了便捷，还为高速公路运营带来可观的经济效益和社会效益[1]。收费服务人员理解掌握车牌智能识别系统的原理和性能要求，能更好的履行岗位职责要求。

1 车辆信息识别在高速公路收费中的作用

1.1 提高人工稽査效率

实时提供各类型车辆的详细出入情况及车况特征，快速提供有效证据。在防逃费稽査活动中代替人工稽査，显著提高工作效率与及时性。

1.2 促进系统和谐稳定发展

当窗口工作人员与驾驶人员相互窜通，出现违法违规情况时，能快速提供有效数据进行辨别。

1.3 减少道路堵塞，提升高速公路整体形象

提高窗口工作人员监管效率，管理平台互联互通，对来往车辆出入信息提供参照，减少人工操作。管理人员可通过后台监查，提高监管工作效率。

1.4 提高经营效益

通过全面采集记录车辆信息，防止各类逃费现象，从而减少经营收支的流失，增加经营效益。

1.5 提高全民素养

对拒绝缴费、损坏路产及逃费现象有效稽查，必将打击逃费组织及个人的侥幸心理和投机取巧心理，实现人人守法。

2 车牌识别技术应用现状

2.1 视频识别式

视频识别模式，就近选择安装位置，当车辆进入视频识别区域时，抓拍单元将自动从通过车辆的动态图像中识别车牌信息，提供触发识别[2]。优势：无需利用外界设备(如不用安装地感线圈)，工程量小，无需矫正触发位置，适合移动，满足便携应用要求。缺点：易出现不必要的抓拍，增加存储(移动物体通过指定区域，即产生触发抓拍)。

2.2 地感线圈识别式

地感线圈识别模式，一般情况下在闸前10 m左右的位置设有减速带，车辆通过减速带减速，当车辆进入预检识别区域时，触发地感线圈发出I/O触发信号至摄像机单元进行抓拍，通过字符检测识别车牌。

2.3 发卡触发识别模式

发卡触发识别模式与地感线圈识别模式类同，即在车辆到达收费窗口，工作人员交付IC卡时，收费系统会发出I/O触发信号至摄像机单元进行抓拍，通过动态库将车辆、地址及时间加到所抓拍的图像当中，供系统使用。优势：触发率高，不易漏车，针对无牌及有遮挡异物的车辆能够输出图像记录。缺点：需要施工预埋地感，工程量大；遇雨雪天气识别率偏低。

2.4 雷达识别模式

雷达识别模式，一般情况下在闸前高处架设雷达装置，当车辆进入识别区域时，输出触发信号至摄像机单元，触发抓拍。优势：触发率准确高，覆盖区域大，可同时给多车道摄像机单元配套。缺点：成本高，施工量大。

3 车牌智能识别的流程

3.1 图像预处理

通过对采集设备采集的图像进行格式化转换，转换后进行彩色图像灰度化处理，采用梯度法对图像进行边缘检测，再通过图像二值化等系列操作，获取车牌图形的边缘信息。现场采集的车牌图像经常出现以下情况：水平倾斜、垂直倾斜、水平垂直倾斜，主要原因在于图像采集设备的位置。在实际图像采集中，通常对采集设备距离地面的高度与车道栏杆的距离等参数设定，来恰当采集图像信息。

3.2 车牌区域定位

车牌区域定位主要完成对车牌区域进行定位识别，是车牌智能识别系统的基础性工作。高速公路现场采集的车辆图像，受到夜间车辆灯光带来的眩晕、环境的照明和背景环境等因素影响，所采集的车辆图像质量变化很大，通常车牌区域定位，基于二值化车辆图像的车牌区域搜索与定位算法，能很好的避免车牌图像质量的波动，在获得车牌区域后，采用经验值对车牌进行倾斜度校正，效果很好。

3.3 车牌字符分割

车牌字符分割是将车牌字符分割开来，提取各个字符的特征。车牌字符分割，是车牌智能识别系统的重要环节，最终决定着车牌识别的正确与否。车牌字符分割，通常采用直接分割法、利用颜色信息分割车牌字符、基于数学形态的车牌分割算法和基于词片识别的字符分割算法等。

3.4 车牌特征提取

特征提取的前提是建立特征提取的准则，车牌智能识别依据的提取准则是类别可分性准则，首先利用图像归一化原理，对车牌字符进行归一化处理，获得字符特征，然后按汉字字符和英文字符及数字的特征分别提取。

3.5 车牌字符识别

车牌字符识别影响到车牌识别的结果，车牌识别最常用的两种方法为模板匹配法和神经网络法。模板匹配法传感器对同一景物获取的图像在空间上对准,或根据已知模式到另一幅图中寻找相应模式。神经网络法主要是利用人工神经网络进行智能识别的方法，依据上述步骤对待识别的字符特征进行提取，提取后强化记忆神经网络。

4 通行费拆分系统

4.1 移动应用子系统

在高速公路通信费拆分系统中，移动应用子系统具有用户注册、用户预约、GPS信号采集、支付信息推送等功能。如果用户需使用不停车移动支付功能，则首先需注册高速公路移动支付软件，根据实际情况进行人、车、个人移动支付绑定授权。用户通过移动支付软件即可预约，发送自主缴费请求，当车辆用户行驶至高速公路时，收费站入口的车牌识别系统可将所识别的车牌信号传递至运算运营平台中，与客户预约车辆信息进行比较，进而实现用户不停车进入高速公路。另外，在移动应用子系统的实际应用中，其还具有车辆GPS信号实施传输功能，可接收到支付信号，并为用户推送各类预警信号。

4.2 收费站子系统

收费站子系统是由两个子系统所组成的，包括高速公路出入口车道收费系统以及信息上传云端系统。当车辆行驶过高速公路收费站时，车牌识别系统能够准确识别出车牌号信息，然后再将信息数据传递至云端平台服务器中，平台可对用户合法性进行验证分析，如果识别结果为用户合法，则可抬杠放行。当车辆即将驶出高速公路时，车辆进入收费站后，车牌识别系统可识别出车牌信息，然后传递至云端平台服务器中，经过验证确定为合法用户后，即可抬杠放行。

4.3 路径识别子系统

路径识别子系统是由高清卡口路径识别系统以及GPS路径识别系统所组成的[3]。当车辆行驶在高速公路时，通过移动软件的虚拟识别技术，能够准确获取车辆行驶路径信息，进而为收费站计费以及通信费拆分提供可靠依据。另外，在高速公路路网中可设置卡口路径识别系统，在获得车牌信息后，即可传递至云端服务器中，与GPS路径相匹配，如果识别出异常情况，则可根据高清卡扣识别所得路径信息作为通行费拆分的依据。

4.4 云端服务子系统

在高速公路收费系统中，云端服务子系统具有路径审核功能、费率计算功能、信息处理和传输功能等。在将车辆行驶路径信息、高速公路出入口车牌识别信息传递至云端服务子系统后，其能够据此进行费率计算，对通信费进行拆分，同时还可根据第三方支付系统接口，完成通信费拆分和缴费。对于通信费支付金额、收费相关信息等，可通过云端服务子系统传递至软件中，用户可通过软件进行查询。

5 结束语

高速公路收费站车牌识别设备在运行过程中，受人为、环境、技术以及材料等多方面的影响下必然会出现诸多故障因素，影响设备的正常运行。目前，几乎所有的高速公路收费系统都引进设置了车牌智能识别系统。这对高速公路机电系统人员的维护管理水平提出了更高的要求，在工作实践中应提高高速公路收费人员对车牌识别原理的理解和应用。