高速公路入口貨車非法裝載攔截系統(tǒng)的研究與應用

摘要：針對人工檢查貨車效率低、成本高、耗時長、不夠全面、易出現(xiàn)漏檢、安全事故等問題，文章提出采用技術手段來自動化監(jiān)測并處理高速公路入口貨車的載物情況，以廣西高速公路入口貨車非法裝載攔截為例，進行貨車非法裝載系統(tǒng)的研究與應用。結果表明：通過采集通行車輛長寬高與該車輛檔案庫中的長寬高進行比對，實現(xiàn)無人情況下自動攔截非法裝載貨車，可提高收費站通行效率、降低人力成本。

關鍵詞：高速公路；貨車非法裝載；貨車攔截；車輛檔案庫

中圖分類號：U412.6

0 引言

2022-12-26，廣西首個標準化無人值守收費站榜圩收費站正式開通投入使用，在降低人工成本與運營成本的同時，為司乘人員提供了智慧化、精準化、人性化的收費服務。無人化收費站的正式投入使用標志著廣西高速公路建設已經(jīng)與大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈技術深度融合，讓司乘人員也體會到了信息化發(fā)展帶來的便利。收費站進行無人化建設/改造之前，每個高速公路入口貨車治超崗亭需要人工判斷是否存在超長、超寬、超高的現(xiàn)象，當出現(xiàn)超長、超寬、超高的貨車時，即進行人工攔截并勸返，傳統(tǒng)的攔截方式都是通過治超管理員的主觀進行判斷，這就導致不同的治超管理員的標準不一致，會引起過往司機的不滿。為了實現(xiàn)收費站的無人化管理，亟須一個有效的系統(tǒng)自動識別過往貨車是否存在非法裝載的情況，并在出現(xiàn)貨車非法裝載時自動攔截，不允許駛入高速，該系統(tǒng)還應能解決以下問題：

（1）可以精準獲取每輛貨車的標準長寬高（車輛行駛證/車輛出廠允許的長寬高）。據(jù)不完全統(tǒng)計，2023年4月份廣西入口的貨車通行數(shù)量約為600余萬輛，需要建立每輛貨車的檔案，數(shù)據(jù)量非常龐大。

（2）可以精準測量貨車的長寬高，并與車輛的標準長寬高進行比對。因為貨車是快速通過治超稱重的，因此需要使用精密儀器搭配精準、高效的算法進行計算貨車的長寬高。

（3）可以攔截超長、超寬、超高的貨車。即在進行測量數(shù)據(jù)與車輛標準數(shù)據(jù)進行比對出現(xiàn)異常時，對貨車進行攔截并告知司機不允許駛入高速公路的原因。

1 總體技術架構

高速公路收費站進行無人化建設/改造，主要是為了達到降本增效的目的，因此，高速公路入口貨車非法裝載攔截系統(tǒng)的總體技術架構以降低運維成本、復用現(xiàn)有業(yè)務技術和技術路線為原則，建立完善、高效的系統(tǒng)，具體架構如圖1所示的總體技術架構。總體架構由采集車輛信息的數(shù)據(jù)采集層、攔截車輛的應用層、傳輸車輛檔案的數(shù)據(jù)層傳輸層、收費站數(shù)據(jù)中心層及提供車輛檔案數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘和管理層構成。

（1）數(shù)據(jù)采集層。每個收費站的治超車道部署一個數(shù)據(jù)采集服務，數(shù)據(jù)采集服務可以采集通行車輛的車牌、車頭照片、車輛的長寬高。

（2）應用層。每個收費站部署一個車輛超限攔截服務，該服務主要通過采集到的車牌和車頭照片從數(shù)據(jù)中心獲取車輛的標準長寬高，再將標準長寬高與采集到的車輛實際長寬高進行比對，對長寬高超過標準長寬高達到閾值的車輛進行自動攔截并勸返。

（3）數(shù)據(jù)傳輸層。數(shù)據(jù)傳輸層主要是車輛攔截服務與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交互鏈路。

（4）數(shù)據(jù)中心層。數(shù)據(jù)中心部署在省中心的一個數(shù)據(jù)中心服務層，為各個應用提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)中心主要是存儲所有通行過廣西高速公路的車輛檔案，包含貨車的車牌、車牌顏色、車輛型號、標準長寬高等信息。

（5）數(shù)據(jù)挖掘和管理層。數(shù)據(jù)挖掘和管理層部署在省中心，主要為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)來源。

2 系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

高速公路入口貨車非法裝載攔截系統(tǒng)采用一個主數(shù)據(jù)中心，每個路段中心或總站設置一個分數(shù)據(jù)中心的多數(shù)據(jù)中心架構，這種架構的設計主要是為了提高數(shù)據(jù)存儲和處理的可用性、可靠性和擴展性。在多數(shù)據(jù)中心的架構中，主數(shù)據(jù)中心主要負責挖掘和管理車輛檔案數(shù)據(jù)并管理分中心數(shù)據(jù)，包括對各個分數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)整合處理。分數(shù)據(jù)中心主要負責同步主數(shù)據(jù)中心，為治超車道提供數(shù)據(jù)以及將采集的數(shù)據(jù)上傳到主數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)主要由如下幾個獨立的模塊組成，分別是：數(shù)據(jù)挖掘、檔案管理、車輛數(shù)據(jù)采集、異常車輛攔截。其中數(shù)據(jù)挖掘模塊主要從3種方式進行生成車輛檔案中的長寬高：（1）直接獲取法；（2）圖像分析法；（3）大數(shù)據(jù)分析。

2.1 數(shù)據(jù)挖掘模塊

數(shù)據(jù)挖掘模塊是整個系統(tǒng)中的關鍵模塊，需要通過數(shù)據(jù)挖掘模塊精準生成每一輛貨車的車輛檔案，檔案信息包含貨車的車牌、車牌顏色、車型、軸數(shù)、車類、是否拖掛車、允許通行長度、允許通行寬度、允許通行高度等信息。為了精準建立貨車檔案，數(shù)據(jù)挖掘模塊通過3種方式進行創(chuàng)建、比對、校驗車輛檔案數(shù)據(jù)。

2.1.1 直接獲取法

為了攔截非法裝載的車輛，通過與道路監(jiān)管部門聯(lián)合協(xié)作，從監(jiān)管部門獲取貨車的車輛檔案，由監(jiān)管部門提供的車輛備案數(shù)據(jù)，字段包含車牌號碼、車牌顏色、車輛種類代碼、車輛類型代碼、車輛主品牌、車輛子品牌、車輛型號、軸數(shù)、核定載客、總質量、車輛尺寸（長×寬×高）、數(shù)據(jù)更新時間、核定載質量、整備質量等信息。該信息的準確性為系統(tǒng)的成功實施奠定了基礎，該部分數(shù)據(jù)被直接獲取用于建立車輛檔案庫。通過從監(jiān)管部門獲取的數(shù)據(jù)建立車輛品牌型號庫具體流程如圖2所示。品牌型號庫中包含車輛主品牌、車輛子品牌、車輛型號以及對應的車輛長度、寬度及高度。

2.1.2 圖像分析法

圖像分析法主要是用過大數(shù)據(jù)分析、圖像識別等技術進行分析出車輛的檔案數(shù)據(jù)，架構圖如圖3所示。系統(tǒng)是通過抓取貨車通行廣西高速公路的通行記錄里面的圖片，將車輛通行記錄中的車頭照片同圖像識別進行分析出車輛的主品牌、子品牌、型號，通過多次通行記錄的車頭照進行識別比對，再經(jīng)過校驗算法，最終得出交易記錄中車牌對應的車輛品牌和型號。通過車輛的品牌型號從車輛品牌型號數(shù)據(jù)庫中獲取對應的車輛數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)作為該車牌的檔案數(shù)據(jù)。

2.1.3 大數(shù)據(jù)分析法

大數(shù)據(jù)分析法主要是用與生成牽引車的檔案數(shù)據(jù)，分析牽引車常用尺寸。經(jīng)過分析通行廣西高速公路的牽引車歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，牽引車變換掛車的概率非常小，而且牽引車通行高速的長、寬、高數(shù)據(jù)都是滿足兩組或多組正態(tài)分布，即牽引車長度為一組正態(tài)分布數(shù)據(jù)，牽引車+拖掛車長度為另外一組正態(tài)分布數(shù)據(jù)，如圖4所示為牽引車通行長度分布圖。因此，分析牽引車歷史通行的車輛長、寬、高即可分析出牽引車的長、寬、高，以及牽引車+拖掛車常用的長、寬、高。

2.2 檔案管理

車輛檔案管理是為高速公路各路段中心或總站提供車輛檔案數(shù)據(jù)支撐，為了保證數(shù)據(jù)的安全性，所有路段中心或總站訪問車輛檔案數(shù)據(jù)的請求都需要經(jīng)過網(wǎng)絡鑒權才能訪問，即通過數(shù)字證書鑒權認證完成，校驗證書的權限后僅返回相應的車輛檔案信息，不會將車輛檔案全部信息返回。

2.3 車輛數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)通過安裝在治超車道的攝像頭采集通行貨車車牌、車頭照片，通過安裝在治超車道的車輛激光外廓檢測系統(tǒng)采集車輛通行時的長寬高，該系統(tǒng)通過采用多個主動式的激光雷達掃描裝置，可以精準生成車輛三維點云，同時可以精準測量車輛長、寬、高，為貨車非法裝載攔截系統(tǒng)提供了可靠的基礎數(shù)據(jù)。對于首次通行廣西高速的貨車檔案庫中不存在車輛檔案的車輛，將通過采集到的車頭照片進行圖片分析法獲取車輛檔案。

2.4 異常車輛攔截

車輛通過治超平臺時，通過抓拍到的車牌、車牌顏色從數(shù)據(jù)中心獲取車輛檔案，對于檔案庫中不存在的車輛，通過采集到的車頭照片進行圖片分析法獲取車輛檔案，具體流程如圖5所示。獲取到車輛檔案后將車輛檔案中的長寬高與車輛數(shù)據(jù)采集獲取的車輛通行長寬高進行比對，對于長寬高超過閾值的車輛進行文字、語音提示，同時將治超數(shù)據(jù)回寫為不通過，拒絕車輛入口領卡或OBU交易，同時車道會進行報警，收費員可以人工介入手動修改并授權放行。

3 實際應用效果分析

高速公路入口貨車非法裝載攔截系統(tǒng)目前已經(jīng)成功落地廣西多個無人值守收費站。對廣西高速公路某收費站入口7～11月的貨車數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，如表1所示，已經(jīng)成功攔截589輛非法裝載貨車，根據(jù)統(tǒng)計分析，目前攔截綜合置信度約為95.6%，部分車輛攔截后人工進行確認并評估可以放行。

4 結語

廣西高速公路無人化收費站建設已經(jīng)開始全面推廣，高速公路入口貨車非法裝載攔截系統(tǒng)的應用能夠精準預測及告警，根據(jù)預處理規(guī)則，對于發(fā)現(xiàn)收費站入口稱重臺處有貨物裝載不規(guī)范的情況，自動提示司機車輛裝載異常，無人化云值守系統(tǒng)以及平板收費系統(tǒng)立即提示當班收費人員，同時為收費人員提供現(xiàn)場喊話裝置，方便收費人員提示問題貨車，要求其重新裝載或者去往指定地點進行調整。通過這種方式能夠有效提高收費站入口的通行效率和安全性，減少違規(guī)事件的發(fā)生，同時也可為無人化收費站解放專職人工處理貨物不規(guī)范的崗位，為高速公路收費站無人化奠定堅實的基礎。

參考文獻

［1］山東德魯泰信息科技有限公司.高速公路入口治超勸返系統(tǒng)［J］.中國交通信息化，2018（9）：44-45.

［2］吳華峰.淺析四川貨車治超規(guī)定對成都繞城高速公路緩堵保暢的影響［J］.中國公路，2022（3）：114-115.

收稿日期：2024-03-20

作者簡介：王先有（1991—），工程師，主要從事智能交通軟件開發(fā)及項目管理工作。