基于视频识别技术的拥堵收费解决方案

本文从普通车牌和电子车牌(RFID)两种车辆身份标识，以及与识别相关的技术和产品分析出发，结合目前规模部署的卡口系统，提出了“内外卡口”联动的解决思路，全面介绍了一种可行的“拥堵收费”系统技术解决方案。

背景介绍

众所周知，近年来以北京、上海等特大城市为代表的城市交通拥堵问题日益严峻。为进一步缓解交通拥堵，方便广大市民出行，北京市政府于2010年12月13日-20日，针对“舒缓市区交通的作法”开展了公开征求各方意见的行动，总结提出了对于重点拥堵路段或区域采取收取交通拥堵费的作法。而除了征收“拥堵费”之外，北京市也将开始针对停车收费的标准进行调整，希望能藉由这些措施来减少民众开车出行的频率。

从实际出发，交通拥堵是各个工业化国家普遍存在的社会现象，也是一个系统性的世界级难题，没有单个技术和手段能完全解决。解决城市的交通问题，总体而言有从经济角度解决和技术管理角度解决两种办法。技术管理角度需要从法律规范的制定和执行、道路的建设和规划、疏导交通的通行效率/流量等全方位入手。

本文认为“治堵”之道需要从“导、控、查”三个方面入手，所谓“导”是从道路的疏导入手，“控”是从控制车辆的出行行为入手，“查”就是从对于车辆的出行信息的获取和出行行为的决策入手，与之相关的是道路综合情况的信息收集、发布和查询。相对而言，技术和管理的解决办法比较复杂，见效也慢。而经济角度就是控制发牌车辆的总数和实际出行的数量，是一种采用经济杠杆的、简单的、见效快的解决办法。

需求分析

拥堵收费目标的实现需要解决车辆进出的记录、收缴费等环节的问题，以及与之相关的操作规章的制定、管理流程的建立和关键技术的解决等相关的问题，都是一个系统工程。本文仅从IT方面的关键技术角度，分析如何满足实际应用对系统性、准确性和高效性等方面的目标需求。总之，拥堵收费系统必须解决如下问题。

进出车辆的记录证明和身份识别；

自动卡口的部署；

车辆拥有者的费用收缴；

不同收费子系统的联网和数据交换。

关键技术介绍

“拥堵收费系统”中的技术需要解决如下两个关键问题。

解决车辆进出的判别和记录难题；

根据中国车辆管理的地域性之实际情况，如何解决车主高效缴费和防止偷逃缴费问题。

第一个问题涉及车辆的身份和识别技术；第二个问题主要涉及到计费系统以及偷逃缴费车辆捕抓和识别的问题，核心问题是对出行车辆的信息和证据的捕获以及身份的识别。

车辆身份就是车牌，按照国际标准车牌主要分为普通车牌和电子车牌。大家对普通车牌比较了解，对这种车牌的识别需要基于视频分析的方法进行采集、处理和识别，属信号处理方向的模式识别技术领域的技术范畴。

电子车牌则是将普通车牌与RFID技术相结合形成的一种新型电子车牌。电子车牌实际上是一个无线识别的电子标签。电子车牌中存储了经过加密处理的车辆数据，只能由经过授权的无线识别器读取。在各交通干道架设监测基站(监测基站由摄像机、射频读卡器和数据处理系统三部分构成)，监测基站对通过车辆的电子车牌进行读取信息，然后通过无线网络与中心服务器相连和发送。电子车牌实际上是在现有普通车牌的基础上增加了RFID的新元素，不言而喻具有一定的先进性。ETC终端在技术角度很容易，但是如何在行政管理上做到所有车辆都安装ETC终端，实施很难!由于目前中国还没有实施电子车牌，另外收费还必须有车辆进出关键区域的有力“证据”(最终离不开视频信息)，所以本文后续重点还是从普通车牌的视频识别作为本方案的关键技术进行描述。基于视频的车牌识别分析系统主要由：视频采集的摄像机；车辆检测器；车牌图像抓拍和识别软件模块构成。

其中的识别软件模块主要包含：车牌的定位和抓拍；图像预处理；图像分割；字符识别和提取等过程。其技术原理和流程如图1所示。



图1 车牌识别分析系统技术原理及流程图

另外，现阶段解决行车证据记录问题的有效办法是采用视频录像，这个问题采用目前的监控产品比较容易解决，此类技术和方案很多，本文不赘叙。

基于视频图像的车牌识别率由于环境和运动等诸多外部因素的影响，目前根据这个技术原理开发实现的产品指标还达不到100%，但是由于城市车辆运行速度不是很高(小于60公里/小时)，市场上产品的识别率一般能满足实际应用的要求。目前成熟产品识别率的技术指标数据参考如下：

运动车辆车牌识别率：识别率白天大于97%，夜间大于94%；

静止车辆车牌识别率：识别率白天大于99%，夜间大于96%。

第二个问题是系统设计方面的问题，下面对系统方案的关键点进行概要叙述。

系统解决方案

拥堵收费系统解决方案主要包含两个方面：1、车辆进出收费区域事件的捕捉、证据和车辆身份信息的获得；2、汽车拥有人如何进行缴费(正常缴费和非正常缴费)。以上两个环节相关信息的获得和处理肯定不可能在马路上设立人员卡口采用手工登记的方式进行处理，所以势必需要一套自动的系统和相应的技术与产品来支持，才能保障交通的畅通有序，同时保证收费的效率和人员成本的节约。

拥堵收费的系统流程和逻辑架构

拥堵收费的环节主要由卡口检测和识别、计费系统、收费和缴费子系统等构成，系统流程和逻辑架构如图2所示。



图2  拥堵收费系统流程和逻辑架构图

拥堵收费系统的主要功能子系统

拥堵收费解决方案系统实际上是一个比较复杂的系统，主要功能子系统分别描述如下。

城内卡口前端子系统：在城市收费区域的关键路口设置卡口设备，进行车辆进出收费区域事件的捕捉、证据和车辆身份信息的获得；

计费子系统：建立统一的计费中心平台系统，通过这个平台，车主可以自行查询缴费数目和时限；

稽核子系统：根据缴费管理办法对时限的要求，以及车牌信息与录像抓拍图像一致性和正确性之要求，需要采用稽核流程和功能生成稽核黑名单，这个黑名单数据库还必须与城市外围的卡口系统进行同步；

缴费代理子系统：为了便于车主主动缴费，建立计费中心与银行代缴费业务(或者与电信运营商的代收费业务对接)的关联接口和代理子系统；

城外卡口子系统：为了杜绝少数车主(特别是外地车主)的偷逃“拥堵费”行为，计费中心平台系统还必须与城市出入口的卡口系统联网，通过城外卡口子系统对外出的车辆进行费用追缴。

系统组网结构

该系统应该包括多个业务网络，如互联网、拥堵收费专网、卡口专网以及公共代收费专网，具体拥堵收费解决方案系统组网结构如图3所示。



图3 拥堵收费解决方案系统组网结构图

结语

目前卡口主流设备(牌识功能的高清摄像机)的技术指标完全可以满足拥堵收费应用对于出行车辆的车牌识别的要求。基于城内卡口系统与城外卡口系统联网收费的解决方案，完全可以针对目前的车辆管理模式实现拥堵收费，部分解决城市中心区域的交通拥堵问题。