高速公路車型分揀系統的研究與應用

吳壯松，張 華

(廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

2020-01-01，全國高速公路成功取消省界收費站，實現所有車輛按車型收費，運行高效化，改善廣大人民群眾出行體驗[1]，提升高速公路通行效率，降低高速公路運營成本。目前大數據、互聯網、人工智能、區(qū)塊鏈、超級計算等新技術與交通行業(yè)深度融合，多種支付手段、模式的出現，方便車主交費、減少找零、減少現金點鈔、快速通行及安保，逐漸實現高速公路收費站“無人值守”化和智能化，減少人工成本。但車型識別率及車牌識別率達不到100%的準確，仍然存在大車小標問題，人工干預及后臺稽查成本依然很大[2]。車型識別率不準確，導致無人值守的自動發(fā)卡系統、無人值守自助交費系統、ETC/MTC收費系統在使用的過程中存在以下問題：

(1)出口收費員發(fā)現車型和實際車型不匹配，大車改小車，需要收費班長授權，糾正車型，才能收費，耗時耗力。

(2)由于入口車型識別有誤，出口收費員每糾正一筆收費，公司就應給予相應比例的獎勵，從而增加了收費成本的支出。

(3)出口收費員未核對車型，或者人為對邊界車型識別有誤，導致多收或者少收司機費用，事后產生糾紛。

(5)ETC車道存在大車小標的現象，由于存在發(fā)放電子標簽不嚴謹等原因，綁定的車型比實際車型小，比如2類車綁定為1類車的情況，造成在ETC出口2類車按照1類車的標準來收費放行，導致運營公司通行費損失[3]。

(6)車型識別器識別不能達到百分百之精準，無人值守自助發(fā)卡或者自助交費系統完全依靠車型識別器的識別結果，會造成收費爭議和損失。

1 總體技術架構

為了降低維護成本，復用現有業(yè)務技術，采用基于同一技術棧的技術路線出發(fā)，提出了如圖1所示的總體技術架構，總體架構由數據采集層、車型應用層、數據傳輸層、數據中心層和車型挖掘與管理層構成。

圖1 總體技術架構圖

(1)在每個收費站服務器部署一個車型數據采集服務，負責提取歷年出口過車的車型數據(出口時間、車牌號碼、車牌顏色、客貨標志、車型等信息)，并上傳至路段總服務器的分揀系統。

(2)路段總服務器分揀系統負責接收各收費站服務器上報的車型數據并入庫，然后進行車型數據挖掘、分揀，提煉出正確車型數據，生成車型分揀庫，形成車型數據文件(全量包文件、增量包文件)，然后把車型數據文件移至FTP服務器總目錄，供車道軟件同步下載更新。

(3)車道軟件定期到服務器檢查車型數據版本，發(fā)現有新版本車型數據，則下載到本地入庫，并把數據同步結果狀態(tài)反饋給服務器，以便維護人員了解各條車道的同步情況。

(4)車型信息管理系統負責對車型庫的管理，新增或刪除車型信息，或者對疑似錯誤車型車輛，調取抓拍圖片進行核實糾正。

2 系統設計及實現

該系統的特點是分散性比較強，采用“分散式+總服務器”的方式部署，過車車型數據分散到從各個收費站提取并上報到路段總服務器，然后由路段總服務器的分揀系統進行數據分析挖掘并提取，形成車型信息文件，最后由車道軟件采用FTP下載的方式，從FTP服務器同步車型信息文件并入庫，形成車型數據庫，供車道軟件使用。該系統由幾個獨立的子模塊組成，分別是：數據結構設計模塊、車輛通行數據及車型信息數據同步模塊、車型信息挖掘分揀模塊、車輛檔案庫管理模塊、車道軟件對車型信息庫的使用模塊等。其中，車道軟件對車型信息庫的使用模塊又分為3種使用方式：(1)MTC混合出入口車道；(2)無人值守的自動發(fā)卡車道；(3)電子不停車ETC專用車道。

2.1 數據結構設計模塊

數據結構設計包括ETC交易流水數據表、MTC交易流水數據表、ETC車輛及MTC車輛篩選出的車型信息數據表、車型檔案信息表，及后臺用戶、權限、角色等數據表，數據結構設計表關系如圖2所示。其中，數據結構關系描述如下：

圖2 數據結構設計關系圖

(1)ETC車型篩選通過ETC專用車道流水結合ETC車型不一致表，篩選出車型信息Collect_TmpETC。

(2)MTC車輛車型篩選通過MTC車道流水篩選出MTC車輛車型篩選表Collect_TmpMTC。

(3)ETC/MTC車輛篩選出的車型信息數據與現有的車輛管理公安庫及ETC發(fā)行庫結合，形成車輛檔案庫Car_Archive，車輛檔案信息包括車牌、車牌顏色、車種、車型、信用評級、置信度等。

(4)車輛檔案庫管理平臺通過超級管理員賬戶登錄，添加其他用戶，并賦予用戶不同權限，決定用戶是否對車輛檔案庫擁有增刪改查操作權限。

2.2 車輛通行數據及車型信息數據同步模塊

數據同步模塊包含上傳功能及下載功能，架構圖如圖3所示。其中，上傳功能是把ETC專用車道和MTC混合車道出口的收費流水數據上傳至站級服務器，然后再上傳至分公司處級服務器(車型分揀系統所在服務器)，這些流水數據是車型分揀系統的原始數據來源，有了原始數據，才能對車型進行分揀工作。

圖3 數據同步架構圖

下載功能是從FTP服務器指定目錄下載同步車型信息更新包(由車型信息挖掘分揀模塊生成)到車道數據庫，供車道軟件使用，同時將數據同步結果反饋到FTP服務器指定目錄。

2.3 車型信息挖掘分揀模塊

該模塊是車型信息庫的生成者，其對原始ETC車輛及MTC車輛的收費流水數據進行車型數據挖掘、分揀，按照分揀規(guī)則算法，篩選出最有可能正確的車型信息，生成準確的車型信息分揀庫，與車輛管理公安庫及ETC發(fā)行庫結合，形成車輛檔案庫。根據數據同步機制，生成車輛檔案信息更新包，放至FTP服務器指定目錄，供車型信息數據同步模塊同步下載更新到車道數據庫，車型信息挖掘分揀流程如圖4所示。

圖4 車型信息挖掘分揀流程圖

2.4 車輛檔案庫管理模塊

用戶可以在車輛檔案庫管理平臺對車輛檔案庫進行增、刪、改、查操作。其中檔案庫數據來源主要分為通行數據、公安廳數據、發(fā)行數據，以及第三方圖片識別廠家的圖片識別數據。除了車型信息分揀外，還可以查詢關聯數據來源，包括人工審核記錄、公安廳接口、車輛黑名單、通行記錄、發(fā)行信息等。車輛檔案庫根據“一車一檔”原則，每個車輛檔案均采用置信度計算，如果車輛檔案來源包含人工審核確認記錄、公安廳數據、車輛黑名單，則置信度為100%，其他情況根據置信度建立模型制定。

2.5 車道軟件對車型信息庫的使用模塊

該模塊是車型信息庫的最終使用者，充分利用車牌識別器與車型識別器識別車輛信息、OBU內車輛信息、車型庫信息，判斷車輛信息的一致性，保證發(fā)卡及計費的準確性，判定規(guī)則如表1所示。當遇到車型不一致時，優(yōu)先使用車型庫的車型信息，如果都無車型數據時將報警提示，進行人工處理，并記錄不一致特情。

表1 車型不一致判斷規(guī)則表

3 實際應用效果分析

對廣西高速公路某收費站入口無人值守收費系統的交易數據進行統計分析，其中如表2所示為某年8月份未應用車輛檔案庫前的交易數據統計，如表3所示為該年9～10月應用車輛檔案庫后的交易數據統計，如表4所示為應用車輛檔案庫前后效果對比分析。

表2 未使用車輛檔案庫前的8月交易數據統計表

表3 應用車輛檔案庫后的9～10月交易數據統計表

由表4可知，應用車輛檔案庫后，無人工干預情況下車型準確率從99.23%提高到99.88%，人工干預處理比率從0.77%下降到0.12%，總體的車型準確率從99.97%提高到99.99%。因此應用車輛檔案庫后，提高了車型識別的準確率，減少了人工處理成本。

表4 應用車輛檔案庫前后效果對比分析表

4 結語

取消全國高速公路省界收費站后，有效提高了綜合交通運輸體系運轉效率，實現不停車快捷收費，改善了廣大人民群眾出行體驗。本文以廣西高速公路聯網收費為背景，對高速公路車型分揀系統設計研究與應用展開了深入探討，提出了基于同一技術棧的總體技術架構，從數據結構設計、數據同步、大數據挖掘與分揀、信息庫管理、信息庫的使用等方面介紹了車型分揀系統設計研究與應用。系統實際運行情況表明，能有效地輔助完成計費精準化、運行高效化，解決因車型識別不準確而導致通行費收費不精確的問題，為不停車收費系統、無人值守的自動發(fā)卡系統、無人值守自助交費系統實現“無人值守”化和智能化奠定堅實的基礎。