高速公路聯網收費二義性路徑識別系統原理及開發

						<h2>高速公路聯網收費二義性路徑識別系統原理及開發</h2>
						<span>作者： 羅志偉</span>
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							 <!--startprint--> 　　【摘 要】爲滿足我國社會經濟發展的需求，我國高速公路的建設規模越來越大，高速公路逐漸形成網絡狀，在聯網收費的背景下，對於使用高速公路的車輛，如果車輛從同一個地點出發，利用多個路徑達到目的地，現有的聯網收費系統則很難確定車輛的具體路徑，這種現象被成爲二義性路徑問題，爲有效地解決二義性路徑問題，必須在高速公路聯網收費的基礎上，構建一套二義性路徑識別系統。 <br/>　　【關鍵詞】高速公路 聯網收費 二義性路徑 識別系統 <br/>　　在近幾年來，我國的高速公路的建設進程越來越快，與之相對應的聯網收費系統建設規模也越來越大。隨着高速公路的增多，路網結構越來越複雜，人們能從一個出發點選擇多個路徑達到目的地，但現有的聯網收費系統，並不能對車輛的具體路徑進行準確的判斷，導致在通行費方面產生很大的矛盾，這就限制了高速公路服務水平的提高，爲解決這種問題，必須開發一套完善的高速公路二義性路徑識別系統。 <br/>　　1 路徑識別原理 <br/>　　路徑識別原理是根據車輛入口、出口、路段等行駛路徑信息來判斷車輛的形式路徑，而判斷車輛行駛最主要的依據時車輛的車牌號。當車輛使用高速公路時，首先會分析車輛是不是存在其他卡號記錄，如果車輛存在其他卡號記錄，這說明該車輛可能出現倒換卡的現象，系統會自動記錄該車輛可能存在倒換卡，當車輛到達高速公路出口後，檢查人員就能根據記錄判斷車輛的情況。路徑識別原理是採用車牌號進行唯一判斷，這種方式雖然能判斷車輛是否存在倒換卡的現象，但這種方法也存在一定的弊端，路徑識別的前提是高速公路入口流水要比出口流水優先上傳信息，但在實際工作中，當高速公路網絡狀態出現不穩定現象後，就可能出現系統判斷錯誤的現象，就會引起矛盾。在封閉式聯網收費系統中，車輛在進入高速公路時，已經具有入口信息和出口信息，在判斷車輛的行駛路徑時，只需要確定車輛行駛的路段信息即可，在二義性路徑兩點設置雙向標識點，對過往車輛的車牌號、經過時間、站點等進行信息記錄，並傳輸到控制中心，這樣就能掌握車輛在路段的信息，從而達到路徑識別的目的。 <br/>　　2 路徑識別系統的構成 <br/>　　路徑識別系統主要由龍門架、前段圖像設備、高清車牌識別器、高清攝像機、AC/DC模塊等部分組成，其中龍門架主要設置在主線路段的標識點上，識別車牌號的設備安裝在龍門架上，在每個方向的車道上設置兩臺攝像機，爲有效地提高識別系統的識別精度，確保車輛在夜間的行車安全，需要在龍門架上安裝一套金滷燈。對於前段圖像設備主要安裝在護罩中的補光燈、鏡頭、攝像機等位置，而高清車牌識別器主要在遠端收費站進行安裝。對於高清攝像機和AC/DC模塊，需要安裝在車道路面上的護罩中，龍門架與前段圖像設備的中心點的水平距離要控制在35m之內，高亮LED輔助光源與高清攝像機的水平距離控制在0.1m以內，輔助光源要指向車道攝像機的覆蓋範圍。高清攝像機是通過100m的網絡口將JPEG幀信號傳出來，然後利用交換機將信號傳輸到收費站，JPEG信號信息經過高清識別器處理後，將信息結果保存在數據庫中，並利用通信設備將結果傳輸到控制中心。 <br/>　　3 系統總體框架 <br/>　　高速公路聯網收費二義性路徑識別系統主要由車道系統、複合通行卡、收費站系統、路段收費分中心繫統、路側標識別系統、收費結算管理系統等部分組成，二義性路徑識別系統是在原來聯網收費系統的基礎上，利用非接觸式IC卡和RFID電子標籤相結合的形式進行二義性路徑識別系統的開發。二義性路徑識別系統的總體框架圖如圖1所示。 <br/>　　4 高速公路二義性路徑識別系統設計 <br/>　　4.1 智能卡 <br/>　　二義性識別系統能利用計算機技術、模塊識別技術、光電技術、圖像處理及時、數據訪問技術等先進的技術，全天候記錄過往車輛的全景圖像和前部圖像。根據高清攝像頭提供的車牌號識別情況，能對車輛進行布控，當發生肇事逃逸、搶劫、超速、逆行等現象後，能及時爲公安部門提供嫌疑車輛的詳細信息。二義性路徑識別系統具有識別92式、02式標準民用車牌照的功能，還能識別新軍牌、新武警車牌的字母、漢子、顏色等功能，在夜間，二義性路徑識別系統能利用LED頻閃燈和夜間檢查算法抓拍車輛信息。二義性路徑識別系統是利用200萬、300萬、500萬像素的高清攝像機對車輛進行抓拍，一臺高清攝像機能對三個車道的過往車輛進行車身顏色判斷和車型確定。二義性識別系統的主要數據參數，如表1所示。 <br/>　　4.2 交通流量調查及電子警察 <br/>　　在高速公路聯網收費二義性路徑識別系統中，電子警察是利用高清攝像機對闖紅綠燈、違章駕駛的車輛進行抓拍，高清攝像機的像素爲500萬，對於闖紅綠燈的車輛，高清攝像機會抓拍三張圖片，一張是車輛在停止線前面的圖片，一張是車輛在停止線上面的圖片，還有一張是車輛在停止線後面的圖片。通過這一組圖片，能準確的反映出車輛的違章地點、違章車道、車牌號等，對於不同的客戶，能滿足不同的需求。同時採用的高清攝像機能在清晰記錄車牌號的同時，進行錄像，這樣就能爲客戶還原真實的場景，從而準確的判斷其違章行爲。另外，二義性路徑識別系統具有夜間補光及觸發同步技術，能根據具體情況，判斷補光設備是否需要開啓。 <br/>　　4.3 組合兩片式電子標籤設計 <br/>　　目前，我國絕大多數的高速公路收費站是利用IC卡的形式進行收費，而早二義性路徑識別系統中，車輛身份、行駛路徑、解繳通行費等相關信息的載體是組合兩片式電子標籤，這種標籤不僅具有IC卡技術的特點，還具有RFID技術的優點，組合兩片電子標籤是由雙界面CPU卡、兩片式電子標籤等構成，它不但具有普通的IC路網收費能力，還能準確的記錄車輛的行車路徑。 <br/>　　4.4 雙路側標識設計 <br/>　　在二義性路徑識別系統中，雙路側標識是指分別利用多路徑標識和車道路測標識進行標籤信息的讀寫，其中車道路測標識安裝在高速公路的出入口，是反射調製式讀寫，通過與電子標籤的通信，能完成車輛形式路徑的判斷和收費交易。雙路側標識設計系統主要由路邊控制設備、天線及控制器、抓拍系統等幾部分組成，其中路邊控制設備一般是一臺計算機設備，主要與天線控制器、抓拍系統等相連接；天線及控制器主要負責與車載OBU之間進行信息交互；抓拍系統主要負責對違章車輛進行抓拍，並進行錄像，從而爲事後對違章車輛進行處罰提供依據。   　　4.5 二義性路徑識別系統實現的關鍵技術 <br/>　　4.5.1 高速移動遠距離數據交換技術 <br/>　　在二義性路徑識別系統中，路徑識別卡會隨着車輛的移動，逐漸通過電子路標，並與電子路標實現數據交換，但由於車輛在高速公路的行駛速度比較快，這就需要確保二義性路徑識別系統的路徑識別卡能在高速移動中進行數據交換。 <br/>　　4.5.2 低能耗數據接收處理 <br/>　　在二義性路徑識別系統中，首先要保證路徑識別卡具有良好的遠距離數據交換能力，路徑識別卡是高速公路中車輛行駛的通行證，需要在流動中工作，其使用情況是根據過往車輛確定的，由於路徑識別卡是一個動態的使用過程，同時還需要自身攜帶電源，如果電源過大，就會對路徑識別卡的正常使用造成影響，這就要求路徑識別卡能在低能耗的情況下，完成數據接收及處理。 <br/>　　4.5.3 保證路徑識別卡的可靠性 <br/>　　路徑識別卡是二義性路徑識別系統正常運行的保障，路徑識別卡記錄的各項信息是收費站收取過往車輛通行費的依據，因此，在二義性路徑識別系統中，必須不斷的提高路徑識別卡的可靠性、穩定性，這樣才能確保路徑識別卡能全天候、安全、穩定的運行。 <br/>　　5 二義性路徑識別系統的優勢 <br/>　　5.1 全套解決方案 <br/>　　在二義性路徑識別系統中，從路側單元RSU、車載單元OBU等硬件設備到路段分中心繫統軟件、收費站系統軟件、管理中心繫統軟件等的無縫銜接，這樣就能防止因設備選購的廠家不同，而引起產品繁瑣對接的問題。在二義性路徑系統中，能從高速公路入口到高速公路出口爲客戶提供一站式服務，避免了二義性路徑問題矛盾的發生。 <br/>　　5.2 準確識別路徑信息 <br/>　　在二義性路徑識別系統中，實現了系統的網絡化，這樣就能確保各種信息的及時更新、傳遞，二義性路徑識別系統採用光纖組網通信和移動網絡通信，能爲路段收費分中心、路段收費中心、管理中心等提供一個信息交互的品臺。同時基於RFID的二義性路徑識別系統，其識別距離最大能達到200m，系統具有良好的抗干擾能力，能在各種惡劣的環境下對多個車輛盡心識別，對於採集的信息，會通過特殊加密的形式進行傳輸，能避免信息受到破壞，這極大的提高了路徑信息的準確性。 <br/>　　5.3 便捷經濟 <br/>　　在構建二義性路徑識別系統時，建設人員只需要在現有的聯網收費系統中進行適當的改造，就能實現高速公路聯網收費系統和二義性路徑識別系統的有效結合。首先是在而二義性路徑的一些關鍵點設置一些路側標識站，這樣就可以確保信息統一發送；其次要修改原來聯網收費系統中的拆分模塊，根據車輛的行駛路徑，對費用進行拆分；最後要對IC交易卡進而讀寫器進行更改，將原來的IC通行卡改成超高頻433MHz和兼顧高頻13.56MHz的複合通行卡，並用433MHzRFID讀寫桌面單元ODU及非接觸IC卡代替原有的讀寫器，這樣就完成了二義性路徑識別系統和高速公路聯網收費系統的有效銜接。 <br/>　　對於二義性路徑系統，還具有很高的經濟效益，首先二義性路徑識別系統設置的關鍵點不是很多，這就能減少對路側標識系統的投入；對於433MHz超高頻系統，其投資成本也沒有原來系統的投資成本高，從整體上看，整個二義性路徑識別系統除了需要更換桌面單元ODU和新增路徑標識站以外，幾乎不需要投入其他，因此，二義性路徑識別系統的經濟行很高。 <br/>　　5.4 維護及其難點 <br/>　　對高速公路聯網收費二義性路徑識別系統而言，其收費運行模式幾乎沒有發生改變，而車輛仍然採用以前的方式出入高速公路路口，各種信息資料的傳輸方式也沒有發生大的變化，從整體上看，二義性路徑識別系統的運作和原來的系統幾乎沒有什麼差別。在二義性路徑識別系統中，由於路側設備可能會在惡劣的環境中運行，當發生故障後，維修的難度比較大，爲解決這個問題，在開發二義性路徑識別系統時，設置了狀態查詢、系統告警、故障診斷、系統遠程維護等功能，在管理中心能對各個標識站的運行情況進行詳細的分析，這就能極大的提高二義性路徑識別系統的維修效率，且爲系統運行加裝的斷電報警系統，能及時將供電情況用GSM的信息傳輸方式，第一時間通知到維護人員，確保了設備維護的及時率。 <br/>　　6 結語 <br/>　　基於RFID的高速公路二義性路徑識別系統能有效地解決高速公路聯網收費存在的二義性問題，能極大的提高高速公路的服務水平，加上二義性路徑識別系統具有全套解決方案、準確識別路徑信息、便捷經濟、維護方便等特點，因此，在實際工作中，高速公路管理部門要加大二義性路徑識別系統的建設力度，從而爲我國高速公路事業的快速發展創建良好的條件。 <br/>　　參考文獻： 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