高速公路车型分拣系统的研究与应用

吴壮松，张 华

(广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

2020-01-01，全国高速公路成功取消省界收费站，实现所有车辆按车型收费，运行高效化，改善广大人民群众出行体验[1]，提升高速公路通行效率，降低高速公路运营成本。目前大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合，多种支付手段、模式的出现，方便车主交费、减少找零、减少现金点钞、快速通行及安保，逐渐实现高速公路收费站“无人值守”化和智能化，减少人工成本。但车型识别率及车牌识别率达不到100%的准确，仍然存在大车小标问题，人工干预及后台稽查成本依然很大[2]。车型识别率不准确，导致无人值守的自动发卡系统、无人值守自助交费系统、ETC/MTC收费系统在使用的过程中存在以下问题：

(1)出口收费员发现车型和实际车型不匹配，大车改小车，需要收费班长授权，纠正车型，才能收费，耗时耗力。

(2)由于入口车型识别有误，出口收费员每纠正一笔收费，公司就应给予相应比例的奖励，从而增加了收费成本的支出。

(3)出口收费员未核对车型，或者人为对边界车型识别有误，导致多收或者少收司机费用，事后产生纠纷。

(5)ETC车道存在大车小标的现象，由于存在发放电子标签不严谨等原因，绑定的车型比实际车型小，比如2类车绑定为1类车的情况，造成在ETC出口2类车按照1类车的标准来收费放行，导致运营公司通行费损失[3]。

(6)车型识别器识别不能达到百分百之精准，无人值守自助发卡或者自助交费系统完全依靠车型识别器的识别结果，会造成收费争议和损失。

1 总体技术架构

为了降低维护成本，复用现有业务技术，采用基于同一技术栈的技术路线出发，提出了如图1所示的总体技术架构，总体架构由数据采集层、车型应用层、数据传输层、数据中心层和车型挖掘与管理层构成。

图1 总体技术架构图

(1)在每个收费站服务器部署一个车型数据采集服务，负责提取历年出口过车的车型数据(出口时间、车牌号码、车牌颜色、客货标志、车型等信息)，并上传至路段总服务器的分拣系统。

(2)路段总服务器分拣系统负责接收各收费站服务器上报的车型数据并入库，然后进行车型数据挖掘、分拣，提炼出正确车型数据，生成车型分拣库，形成车型数据文件(全量包文件、增量包文件)，然后把车型数据文件移至FTP服务器总目录，供车道软件同步下载更新。

(3)车道软件定期到服务器检查车型数据版本，发现有新版本车型数据，则下载到本地入库，并把数据同步结果状态反馈给服务器，以便维护人员了解各条车道的同步情况。

(4)车型信息管理系统负责对车型库的管理，新增或删除车型信息，或者对疑似错误车型车辆，调取抓拍图片进行核实纠正。

2 系统设计及实现

该系统的特点是分散性比较强，采用“分散式+总服务器”的方式部署，过车车型数据分散到从各个收费站提取并上报到路段总服务器，然后由路段总服务器的分拣系统进行数据分析挖掘并提取，形成车型信息文件，最后由车道软件采用FTP下载的方式，从FTP服务器同步车型信息文件并入库，形成车型数据库，供车道软件使用。该系统由几个独立的子模块组成，分别是：数据结构设计模块、车辆通行数据及车型信息数据同步模块、车型信息挖掘分拣模块、车辆档案库管理模块、车道软件对车型信息库的使用模块等。其中，车道软件对车型信息库的使用模块又分为3种使用方式：(1)MTC混合出入口车道；(2)无人值守的自动发卡车道；(3)电子不停车ETC专用车道。

2.1 数据结构设计模块

数据结构设计包括ETC交易流水数据表、MTC交易流水数据表、ETC车辆及MTC车辆筛选出的车型信息数据表、车型档案信息表，及后台用户、权限、角色等数据表，数据结构设计表关系如图2所示。其中，数据结构关系描述如下：

图2 数据结构设计关系图

(1)ETC车型筛选通过ETC专用车道流水结合ETC车型不一致表，筛选出车型信息Collect_TmpETC。

(2)MTC车辆车型筛选通过MTC车道流水筛选出MTC车辆车型筛选表Collect_TmpMTC。

(3)ETC/MTC车辆筛选出的车型信息数据与现有的车辆管理公安库及ETC发行库结合，形成车辆档案库Car_Archive，车辆档案信息包括车牌、车牌颜色、车种、车型、信用评级、置信度等。

(4)车辆档案库管理平台通过超级管理员账户登录，添加其他用户，并赋予用户不同权限，决定用户是否对车辆档案库拥有增删改查操作权限。

2.2 车辆通行数据及车型信息数据同步模块

数据同步模块包含上传功能及下载功能，架构图如图3所示。其中，上传功能是把ETC专用车道和MTC混合车道出口的收费流水数据上传至站级服务器，然后再上传至分公司处级服务器(车型分拣系统所在服务器)，这些流水数据是车型分拣系统的原始数据来源，有了原始数据，才能对车型进行分拣工作。

图3 数据同步架构图

下载功能是从FTP服务器指定目录下载同步车型信息更新包(由车型信息挖掘分拣模块生成)到车道数据库，供车道软件使用，同时将数据同步结果反馈到FTP服务器指定目录。

2.3 车型信息挖掘分拣模块

该模块是车型信息库的生成者，其对原始ETC车辆及MTC车辆的收费流水数据进行车型数据挖掘、分拣，按照分拣规则算法，筛选出最有可能正确的车型信息，生成准确的车型信息分拣库，与车辆管理公安库及ETC发行库结合，形成车辆档案库。根据数据同步机制，生成车辆档案信息更新包，放至FTP服务器指定目录，供车型信息数据同步模块同步下载更新到车道数据库，车型信息挖掘分拣流程如图4所示。

图4 车型信息挖掘分拣流程图

2.4 车辆档案库管理模块

用户可以在车辆档案库管理平台对车辆档案库进行增、删、改、查操作。其中档案库数据来源主要分为通行数据、公安厅数据、发行数据，以及第三方图片识别厂家的图片识别数据。除了车型信息分拣外，还可以查询关联数据来源，包括人工审核记录、公安厅接口、车辆黑名单、通行记录、发行信息等。车辆档案库根据“一车一档”原则，每个车辆档案均采用置信度计算，如果车辆档案来源包含人工审核确认记录、公安厅数据、车辆黑名单，则置信度为100%，其他情况根据置信度建立模型制定。

2.5 车道软件对车型信息库的使用模块

该模块是车型信息库的最终使用者，充分利用车牌识别器与车型识别器识别车辆信息、OBU内车辆信息、车型库信息，判断车辆信息的一致性，保证发卡及计费的准确性，判定规则如表1所示。当遇到车型不一致时，优先使用车型库的车型信息，如果都无车型数据时将报警提示，进行人工处理，并记录不一致特情。

表1 车型不一致判断规则表

3 实际应用效果分析

对广西高速公路某收费站入口无人值守收费系统的交易数据进行统计分析，其中如表2所示为某年8月份未应用车辆档案库前的交易数据统计，如表3所示为该年9～10月应用车辆档案库后的交易数据统计，如表4所示为应用车辆档案库前后效果对比分析。

表2 未使用车辆档案库前的8月交易数据统计表

表3 应用车辆档案库后的9～10月交易数据统计表

由表4可知，应用车辆档案库后，无人工干预情况下车型准确率从99.23%提高到99.88%，人工干预处理比率从0.77%下降到0.12%，总体的车型准确率从99.97%提高到99.99%。因此应用车辆档案库后，提高了车型识别的准确率，减少了人工处理成本。

表4 应用车辆档案库前后效果对比分析表

4 结语

取消全国高速公路省界收费站后，有效提高了综合交通运输体系运转效率，实现不停车快捷收费，改善了广大人民群众出行体验。本文以广西高速公路联网收费为背景，对高速公路车型分拣系统设计研究与应用展开了深入探讨，提出了基于同一技术栈的总体技术架构，从数据结构设计、数据同步、大数据挖掘与分拣、信息库管理、信息库的使用等方面介绍了车型分拣系统设计研究与应用。系统实际运行情况表明，能有效地辅助完成计费精准化、运行高效化，解决因车型识别不准确而导致通行费收费不精确的问题，为不停车收费系统、无人值守的自动发卡系统、无人值守自助交费系统实现“无人值守”化和智能化奠定坚实的基础。