高速公路車牌識(shí)別及多路徑清分系統(tǒng)分析與研究

段昕

【摘要】 ? ?隨著我國(guó)高速公路的不斷發(fā)展，其總體線路的復(fù)雜性與連續(xù)性也在進(jìn)一步提升，進(jìn)而形成了相應(yīng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在這樣的情況下，不同收費(fèi)站之間的不同線路會(huì)導(dǎo)致車輛通行費(fèi)用差異較大，而如果進(jìn)一步提升收費(fèi)結(jié)果的準(zhǔn)確度成為相關(guān)部門(mén)需要思考的問(wèn)題?；诖?，本文對(duì)高速公路車牌識(shí)別及多路徑清分系統(tǒng)展開(kāi)研究，從其原理與方法出發(fā)，對(duì)其設(shè)計(jì)與配置加以討論，從而不斷提升我國(guó)高速公路的發(fā)展水平。

【關(guān)鍵詞】 ? ?高速公路 ? ?車牌識(shí)別 ? ?多路徑清分

引言：

現(xiàn)階段，隨著高速公路的不斷發(fā)展，人們對(duì)高速公路的關(guān)注也在持續(xù)提升。在網(wǎng)格化的發(fā)展過(guò)程中，一方面可以給車輛提供更多的路線選擇，另一方面也可以顯著緩解交通壓力，起到分散車流的作用。與此同時(shí)，高速公路的發(fā)展也體現(xiàn)出一些問(wèn)題，其中最為突出的問(wèn)題在于如何有效開(kāi)展通行路線確認(rèn)。因此，相關(guān)管理單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)車牌識(shí)別以及多路徑清分系統(tǒng)的研究，為提升高速公路的運(yùn)行水平奠定基礎(chǔ)。

一、高速公路多路徑清分的原理與方法

1.1路徑識(shí)別原理

高速公路路徑識(shí)別主要借助概率識(shí)別、準(zhǔn)確識(shí)別兩種技術(shù)。概率識(shí)別技術(shù)是建立在交通均衡及非均衡算法基礎(chǔ)上，需根據(jù)高速公路實(shí)際通行情況建立模型，應(yīng)用算法與模型完成車輛通行特征分析，實(shí)現(xiàn)行駛路線識(shí)別與確認(rèn)。概率識(shí)別技術(shù)通過(guò)技術(shù)分析后可獲得車輛大概行駛路線，車輛駕駛員在行駛過(guò)程中，通常選擇最小成本、收益最大的通行線路，即運(yùn)用最少的時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本完成通行目標(biāo)，因此，時(shí)間價(jià)值導(dǎo)向下的車輛駕駛員通常選擇花費(fèi)時(shí)間最少的線路，因此可根據(jù)“最小距離法”確定車輛路徑，若不同線路所涉及的收費(fèi)存在差異，則可根據(jù)目的地及線路所屬公司判定車輛收費(fèi)情況，根據(jù)最優(yōu)選擇判定車輛行駛路徑，現(xiàn)階段概率識(shí)別技術(shù)主要包括最大概率法、協(xié)商調(diào)查法、最小距離法等。準(zhǔn)確識(shí)別技術(shù)則是根據(jù)高速公路環(huán)狀、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)完成通行車輛的行駛路線確認(rèn)，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)路徑識(shí)別，可在一定程度上規(guī)避路線確認(rèn)模糊的問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)階段準(zhǔn)確識(shí)別技術(shù)發(fā)展情況來(lái)看，該技術(shù)主要包括射頻標(biāo)識(shí)法、標(biāo)簽識(shí)別法、車載設(shè)備跟蹤法、移動(dòng)定位法、土建法、車牌識(shí)別法[1]。

1.2路徑識(shí)別技術(shù)

1.2.1 VLPR車牌照識(shí)別技術(shù)

近年來(lái)圖形識(shí)別技術(shù)逐漸完善與普及，實(shí)現(xiàn)高速公路車輛路徑識(shí)別時(shí)，可運(yùn)用VLPR技術(shù)完成通行路線確認(rèn)，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需在高速公路出、入口設(shè)置并安裝VLPR系統(tǒng)，且實(shí)現(xiàn)高速公路節(jié)點(diǎn)的全覆蓋，以此準(zhǔn)確獲取車輛信息，但受到技術(shù)及車輛收費(fèi)系統(tǒng)功能的限制，應(yīng)用VLPR車牌照識(shí)別技術(shù)時(shí)，根據(jù)安裝位置差異及自動(dòng)照相機(jī)數(shù)量不同，主要存在以下VLPR系統(tǒng)：1.“出入口+路段”抓拍;2.“路段+高速公路入口”抓拍+高速公路出口記錄拍照;3.“路段+高速公路出口”抓拍+高速公路入口記錄牌照;4.“路段”抓拍+入口記錄牌照;5.“路段”抓拍+出口記錄牌照;6.僅“路段”抓拍。

VLPR車牌照識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用成本較高，為保障該技術(shù)適用性，應(yīng)盡可能選用可靠設(shè)備，為VLPR系統(tǒng)精準(zhǔn)度提供保障，同時(shí)應(yīng)解決數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理方面的問(wèn)題，以此保障車輛收費(fèi)系統(tǒng)順利運(yùn)行。

1.2.2車載設(shè)備定位技術(shù)

運(yùn)用車載設(shè)備定位技術(shù)完成路徑識(shí)別主要依靠GPS裝置及無(wú)線裝置，通過(guò)GPS定獲取車輛實(shí)時(shí)位置，在無(wú)線裝置輔助下將車輛實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)管理中心，以此完成車輛路徑的確認(rèn)，該技術(shù)存在一定實(shí)施難度，主要由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)所有車輛的GPS裝置及無(wú)線裝置安裝，且車輛存在跨區(qū)域行駛現(xiàn)象，需實(shí)現(xiàn)車輛收費(fèi)系統(tǒng)的全區(qū)域覆蓋，因此車載設(shè)備定位技術(shù)僅可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一區(qū)域內(nèi)的車輛狀態(tài)識(shí)別。現(xiàn)階段，部分車輛已實(shí)現(xiàn)了車載設(shè)備定位技術(shù)的應(yīng)用，但實(shí)現(xiàn)成本較高，且具有諸多限制，只可用于固定地區(qū)車輛的行駛路徑識(shí)別。

二、高速公路車牌識(shí)別及多路徑清分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行VLPR系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)以車牌識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)與支撐，因此應(yīng)有效在高速公路的關(guān)鍵路段設(shè)置設(shè)置車牌自動(dòng)識(shí)別標(biāo)識(shí)點(diǎn)，還應(yīng)在收費(fèi)口處安裝相應(yīng)的車牌自動(dòng)識(shí)別儀。當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)的時(shí)候，儀器可以自動(dòng)抓取車輛車牌信息，結(jié)合標(biāo)識(shí)點(diǎn)獲取的相關(guān)內(nèi)容來(lái)提供準(zhǔn)確的運(yùn)行線路。該方案實(shí)施的可行性很大程度上是由于車牌號(hào)的唯一性，為進(jìn)一步提升相關(guān)線路的準(zhǔn)確性，需要在車輛入口的地方完成相關(guān)信息的采集。值得注意的是，車輛入口和出口的信息都會(huì)被寫(xiě)入到通行卡當(dāng)中，因此兩個(gè)地方之中只需要安裝一個(gè)車牌識(shí)別儀就可以完成車輛信息的匹配，并不需要在入口和出口都安裝。在實(shí)際展開(kāi)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，出入口處的收費(fèi)站都會(huì)完成車牌識(shí)別系統(tǒng)的安裝，進(jìn)而更加準(zhǔn)確地完成車牌信息與通行卡的信息綁定，最大限度地避免偷換通行卡的行為。與此同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)速度比較快的時(shí)候，信息系統(tǒng)的處理能力也會(huì)得到顯著提升，這樣在提高識(shí)別準(zhǔn)確率的基礎(chǔ)上可以更好地獲知車輛的行駛路線，準(zhǔn)確完成車輛通行費(fèi)用的計(jì)算。由此也可以進(jìn)一步看出，該方案的實(shí)施需要借助車牌識(shí)別信息來(lái)完成，因此其識(shí)別結(jié)果在很大程度上會(huì)依賴車牌的正確識(shí)別。但實(shí)際上，車牌識(shí)別的準(zhǔn)確性在很大程度上會(huì)受到天氣情況、光線情況以及能見(jiàn)度等因素的影響，因此在這部分條件比較差的時(shí)候，其車牌識(shí)別的準(zhǔn)確程度也將會(huì)得到大幅度降低，嚴(yán)重影響車輛識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

總的來(lái)說(shuō)，車輛實(shí)際路線的確定需要參照標(biāo)識(shí)點(diǎn)、車輛入口處以及車輛出口處三個(gè)環(huán)節(jié)提供的車牌信息。其中，標(biāo)識(shí)點(diǎn)的車牌信息都需要借助網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成車道的發(fā)送與下傳，進(jìn)而這兩種方案都對(duì)高速公路運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的性能提出了較高的要求，因此在網(wǎng)絡(luò)性能不滿足的情況下則無(wú)法獲取相應(yīng)的收費(fèi)計(jì)算結(jié)果。

2.2系統(tǒng)框架

結(jié)合實(shí)際運(yùn)行的情況來(lái)看，完整的VLPR系統(tǒng)主要包括前端圖像抓取系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)以及后端管理系統(tǒng)。首先，前端圖像抓取系統(tǒng)主要包括視頻檢測(cè)器、高清攝像機(jī)等設(shè)備，進(jìn)而有效完成相關(guān)信息的獲取。車牌識(shí)別系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中不僅對(duì)車輛圖像捕獲率提出了較高的要求，同時(shí)還要求捕獲車牌信息以及司機(jī)信息，進(jìn)而有效為日后的管理活動(dòng)提供相應(yīng)的查詢信息。在完成信息獲取之后，系統(tǒng)會(huì)將相應(yīng)的視頻信息進(jìn)行壓縮，并傳送到后臺(tái)管理系統(tǒng)，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。高清攝像機(jī)在使用的過(guò)程中主要體現(xiàn)出以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：第一，具備較高的像素與覆蓋率，不僅可以有效覆蓋兩至三個(gè)車道，還可以借助全景圖像拍攝技術(shù)有效減少出現(xiàn)錯(cuò)漏的概率;第二，還可以對(duì)車輛、司機(jī)和乘客的圖像進(jìn)行清晰地拍攝，并將圖像保存下來(lái)。通常情況下，前端圖像抓取系統(tǒng)會(huì)被設(shè)置在外場(chǎng)路段，從而不間斷地完成車輛信息采集、處理、保存、傳輸?shù)娜蝿?wù)。除此以外，前端圖像抓取系統(tǒng)還可以完成對(duì)車輛號(hào)牌、車輛顏色以及車輛型號(hào)等內(nèi)容的自動(dòng)識(shí)別，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸軟件將這部分信息傳輸?shù)街行姆?wù)器。在需要實(shí)施監(jiān)控的時(shí)候，還可以有效完成對(duì)視頻信息的解碼和壓縮。

其次是網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，其主要任務(wù)是通過(guò)光端機(jī)來(lái)完成前端系統(tǒng)向后端管理系統(tǒng)的傳輸過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)最主要的數(shù)據(jù)信息包括視頻信息和檢測(cè)數(shù)據(jù)兩個(gè)方面，進(jìn)而有效借助傳輸控制協(xié)議網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信息的監(jiān)控、儲(chǔ)存與檢測(cè)[2]。

最后是后端管理系統(tǒng)，前端系統(tǒng)所獲取的信息最后都需要匯總到省中心的后臺(tái)管理系統(tǒng)當(dāng)中，結(jié)合現(xiàn)階段的運(yùn)行情況來(lái)看，后臺(tái)管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能包括車輛信息管理、車流信息記錄、交通情況的反饋、檢測(cè)數(shù)據(jù)的保存以及交通圖像的保存與檢索等。

三、高速公路車牌識(shí)別及多路徑清分系統(tǒng)設(shè)置

3.1設(shè)備選擇與安裝

硬件系統(tǒng)是高速公路車牌識(shí)別及多路徑清分系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)，直接影響了該系統(tǒng)的運(yùn)行效率與物質(zhì)基礎(chǔ)。為進(jìn)一步提升高速公路車牌識(shí)別及多路徑清分系統(tǒng)的運(yùn)行水平，應(yīng)充分結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況與客觀需求完成硬件配置，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的合理協(xié)調(diào)。在選擇硬件的時(shí)候，不能只是一味選擇性能良好與價(jià)格昂貴的，而是應(yīng)該選擇匹配程度高的，進(jìn)而促進(jìn)整體系統(tǒng)運(yùn)行水平的提升。

另外，由于硬件設(shè)備大多需要在室外環(huán)境工作，因此在選擇硬件的時(shí)候還將其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力考慮其中，盡可能地提升硬件運(yùn)行的穩(wěn)定性。在進(jìn)行設(shè)備安裝的過(guò)程中，需要結(jié)合全體路況記錄完成車輛具體行使軌跡的測(cè)算，并將其發(fā)布到交通網(wǎng)中。值得注意的是，每一個(gè)識(shí)別點(diǎn)應(yīng)配備2～3臺(tái)識(shí)別器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)車輛更為精準(zhǔn)的信息獲取。此外，在安裝識(shí)別器的時(shí)候還可以考慮到相關(guān)設(shè)備對(duì)駕駛?cè)藛T的干擾，因此在調(diào)整好安裝位置的基礎(chǔ)上還應(yīng)進(jìn)一步選用一些不太醒目的色調(diào)。

3.2硬件部署

在系統(tǒng)硬件的部署上，不同設(shè)備所部署的位置與功能也是不同的，前端圖像采集設(shè)備的部署主要包括高清攝像機(jī)、鏡頭、補(bǔ)光燈控制板等設(shè)備，并將這部分設(shè)備固定在護(hù)罩當(dāng)中，進(jìn)而有效完成對(duì)相關(guān)信息的獲取和傳輸。一般來(lái)說(shuō)，會(huì)將護(hù)罩安裝在行駛車道的正上方，而高清攝像機(jī)則安裝在護(hù)罩中。

在正常運(yùn)行狀態(tài)下，一臺(tái)高清攝像機(jī)可以完全覆蓋3個(gè)車道，同時(shí)在周圍安裝相應(yīng)的LED輔助光源進(jìn)行補(bǔ)光。在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，光控小板可以對(duì)周圍環(huán)境的明暗程度進(jìn)行測(cè)算，并有效控制燈光的點(diǎn)亮與熄滅。與此同時(shí)，監(jiān)控室設(shè)備主要由高清車牌識(shí)別器、數(shù)據(jù)光端機(jī)以及以太網(wǎng)交換機(jī)組成，進(jìn)而通過(guò)這部分設(shè)備完成對(duì)車輛信息的獲取與記錄，最終完成對(duì)結(jié)算中心的查詢請(qǐng)求。其中，高清車牌識(shí)別器的主要任務(wù)是完成數(shù)字視頻信號(hào)的有效處理，進(jìn)而從其中識(shí)別出有效的車輛信息;在完成數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上由以太網(wǎng)完成信息的接收與對(duì)外輸出。

結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)所發(fā)出的車輛信息包括車輛的圖像、車牌二值化圖、車牌識(shí)別號(hào)碼以及其他的信息，進(jìn)而有效促進(jìn)了車輛信息的獲取與識(shí)別，為提升高速公路運(yùn)行水平奠定基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高速公路建設(shè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提升起到了至關(guān)重要的作用，而落實(shí)良好的道路交通系統(tǒng)也就成為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要舉措。但值得注意的是，交通管理部門(mén)在進(jìn)行交通管理的時(shí)候同時(shí)也面臨著一定問(wèn)題與挑戰(zhàn)。因此在實(shí)際開(kāi)展管理的過(guò)程中，應(yīng)有效加強(qiáng)高速公路車牌識(shí)別及多路徑清分系統(tǒng)的研究，同時(shí)不斷提升相關(guān)技術(shù)的實(shí)施水平，從而進(jìn)一步為建立穩(wěn)定的高速公路運(yùn)行系統(tǒng)提供重要保障。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

[1]劉偉.ETC門(mén)架系統(tǒng)中高清車牌識(shí)別與視頻監(jiān)控的應(yīng)用[J].交通世界，2020（31）：9-10.

[2]林大岵.基于模糊識(shí)別的高速公路交通流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控方法[J].科技通報(bào)，2020，36（08）：65-69.