高速公路稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)與車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制優(yōu)化應(yīng)用研究

作者簡(jiǎn)介：羅澤裕（1985—），工程師，主要從事高速公路運(yùn)營(yíng)管理工作。

摘要：為提升取消省界收費(fèi)站后貨車(chē)從稱(chēng)重車(chē)道進(jìn)入收費(fèi)站的通行效率，文章提出了優(yōu)化稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)與車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制的措施。通過(guò)將稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)直接推送給車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列管理快速查詢，并利用車(chē)牌模糊匹配查詢，提高了收費(fèi)系統(tǒng)檢索稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)的精確度。案例分析表明，此優(yōu)化措施顯著提升了收費(fèi)站貨車(chē)的正常通行秩序和效率。

關(guān)鍵詞：高速公路；稱(chēng)重檢測(cè)；車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)；聯(lián)動(dòng)機(jī)制

中圖分類(lèi)號(hào)：U491.2

0 引言

按照《交通運(yùn)輸部辦公廳關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范高速公路入口治超工作的通知》的統(tǒng)一部署^[1]，2020-01-01起，高速公路客車(chē)、貨車(chē)實(shí)行ETC電子不停車(chē)收費(fèi)，封閉式高速公路收費(fèi)站入口統(tǒng)一按車(chē)（軸）型收費(fèi)，取消現(xiàn)有的計(jì)重收費(fèi)^[2]。按照“貨車(chē)必檢、超限禁入”的要求，所有貨車(chē)必須按照交通標(biāo)志及人員引導(dǎo)，依次進(jìn)入稱(chēng)重檢測(cè)通道接受檢測(cè)。對(duì)經(jīng)入口稱(chēng)重檢測(cè)為合法裝載的貨車(chē)，發(fā)卡放行；對(duì)經(jīng)入口稱(chēng)重檢測(cè)為違法超限超載的貨車(chē)，禁止駛?cè)敫咚俟贰Ｒ虼耍瑥?qiáng)化入口稱(chēng)重系統(tǒng)與收費(fèi)系統(tǒng)信息共享，提高稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)和收費(fèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高貨車(chē)通行效率，是目前工作的重點(diǎn)之一。

1 現(xiàn)有機(jī)制存在問(wèn)題

通過(guò)在稱(chēng)重檢測(cè)車(chē)道上安裝各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括車(chē)牌識(shí)別設(shè)備、輪軸識(shí)別設(shè)備、稱(chēng)重設(shè)備、光柵分車(chē)器、地感線圈、輪廓設(shè)備以及RSU天線等，系統(tǒng)能夠采集經(jīng)過(guò)車(chē)輛的相關(guān)信息，包括車(chē)輛重量、車(chē)牌號(hào)碼、圖片等。這些設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP協(xié)議或串口協(xié)議傳輸至稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)會(huì)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配處理，生成有效的入口稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)包。對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)包中包含的車(chē)牌、輪軸、輪廓、重量、圖像以及是否為大件運(yùn)輸車(chē)輛等信息將進(jìn)行匹配處理。

在收費(fèi)專(zhuān)網(wǎng)中，稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)將有效的稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP協(xié)議發(fā)送至收費(fèi)站稱(chēng)重檢測(cè)中間件。該中間件負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并將數(shù)據(jù)上傳至省級(jí)聯(lián)網(wǎng)中心。同時(shí)，車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)通過(guò)與收費(fèi)站稱(chēng)重檢測(cè)中間件的查詢接口，從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢相關(guān)的稱(chēng)重檢測(cè)信息、大件運(yùn)輸許可信息以及嚴(yán)重違法失信超限超載運(yùn)輸當(dāng)事人名單信息^[3]。根據(jù)這些信息，車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)可判斷車(chē)輛是否允許通行。具體流程如圖1所示。

當(dāng)前階段，稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)與車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制容易受到網(wǎng)絡(luò)延遲的影響，導(dǎo)致查詢稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性受到影響。貨車(chē)ETC車(chē)輛對(duì)實(shí)時(shí)性的要求更高，經(jīng)常出現(xiàn)車(chē)輛已行駛到崗?fù)の恢茫晕茨懿樵兊皆撥?chē)的稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)，需要等待一定的時(shí)間，甚至需要貨車(chē)進(jìn)行二次或多次復(fù)稱(chēng)，從而導(dǎo)致車(chē)輛通行受阻。

因此，稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)從稱(chēng)重系統(tǒng)到稱(chēng)重檢測(cè)中間件入庫(kù)，稱(chēng)重檢測(cè)中間件再到車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)，完成一次稱(chēng)重的檢測(cè)流程過(guò)多、耗時(shí)長(zhǎng)，也容易受站級(jí)網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)的影響。并且當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，后期技術(shù)維護(hù)人員排查原因的環(huán)節(jié)多，不能快速、及時(shí)解決問(wèn)題。

2 優(yōu)化措施

針對(duì)現(xiàn)有稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)機(jī)制存在的問(wèn)題，本文提出了高速公路稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)與車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)優(yōu)化方法。在數(shù)據(jù)分發(fā)機(jī)制方面進(jìn)行了調(diào)優(yōu)，并利用緩存隊(duì)列查詢和車(chē)牌模糊匹配方法提高了匹配的速度和數(shù)據(jù)比對(duì)的精確性。

2.1 分發(fā)機(jī)制

在貨車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)，采集終端設(shè)備如車(chē)牌識(shí)別、輪軸識(shí)別、地磅秤臺(tái)、地感線圈、光柵、輪廓識(shí)別等設(shè)備會(huì)產(chǎn)生車(chē)輛檢測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口協(xié)議或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)時(shí)發(fā)送至稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)稱(chēng)重系統(tǒng)的車(chē)牌匹配、輪軸匹配、圖像匹配以及稱(chēng)重信息匹配處理后，這些數(shù)據(jù)被合并成一條完整且有效的稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)。具體流程如圖2所示。

稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)有效的數(shù)據(jù)傳送機(jī)制，將稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送至收費(fèi)站稱(chēng)重檢測(cè)中間件和車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)分發(fā)基于TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，雙方保持長(zhǎng)連接并利用心跳通信監(jiān)測(cè)對(duì)方狀態(tài)，直至一方主動(dòng)斷開(kāi)連接。稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)在作為客戶端時(shí)，與收費(fèi)站稱(chēng)重檢測(cè)中間件服務(wù)端建立連接，將有效稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至收費(fèi)站稱(chēng)重檢測(cè)中間件。同時(shí)，作為服務(wù)端，車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)與稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)服務(wù)端建立連接，接收有效的稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)并將其推送至車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)，并握手通信確認(rèn)數(shù)據(jù)接收。如果稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)未收到車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)的回復(fù)，將重新發(fā)送稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)。收費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)貨車(chē)的檢測(cè)數(shù)據(jù)決定放行或攔截，并將拒超結(jié)果反饋至稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)將拒超結(jié)果回寫(xiě)至收費(fèi)站稱(chēng)重檢測(cè)中間件。中間件程序?qū)⒒貙?xiě)信息與對(duì)應(yīng)的稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，形成完整的貨車(chē)通行稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2 內(nèi)存緩存查詢

當(dāng)車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)接收到稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)推送的數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)將這些數(shù)據(jù)保存到稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)內(nèi)存緩存隊(duì)列中。車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)的稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)緩存隊(duì)列大小可以根據(jù)收費(fèi)站的車(chē)流量進(jìn)行配置，同時(shí)也可以根據(jù)收費(fèi)站貨車(chē)通行與擁堵情況動(dòng)態(tài)設(shè)置稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的有效時(shí)間^[4]。這種設(shè)置方式有效地減少了貨車(chē)調(diào)頭加裝貨物后再回來(lái)利用上一次的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行通行的作弊行為。

內(nèi)存緩存隊(duì)列采用先進(jìn)先出（FIFO）的插入方式，同時(shí)將數(shù)據(jù)備份一份至硬盤(pán)上，以防止斷電或故障重啟導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。在查詢緩存數(shù)據(jù)的過(guò)程中，先采用單次緩存方式，直接通過(guò)車(chē)牌從緩存隊(duì)列進(jìn)行精確數(shù)據(jù)查詢。如果能夠成功匹配全部車(chē)牌字符，那么就會(huì)輸出精確的結(jié)果。否則，系統(tǒng)將使用車(chē)牌模糊匹配算法進(jìn)行匹配。相比之前的查詢方法，這種方式減少了中間件環(huán)節(jié)，避免了網(wǎng)絡(luò)延時(shí)或中間件查詢數(shù)據(jù)庫(kù)等時(shí)間耗時(shí)，為提高貨車(chē)在ETC車(chē)道交易的成功率奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.3 車(chē)牌模糊匹配

長(zhǎng)期從事高速公路運(yùn)營(yíng)工作的人會(huì)了解到，高速公路收費(fèi)車(chē)道及稱(chēng)重車(chē)道的車(chē)牌識(shí)別率并不能達(dá)到100%準(zhǔn)確，甚至有些稱(chēng)重車(chē)道的識(shí)別率連99%也達(dá)不到。這些識(shí)別錯(cuò)誤大多是由于車(chē)牌掉漆、磨損、表面污染物遮擋、下雨、大霧等，導(dǎo)致識(shí)別出來(lái)的車(chē)牌只有個(gè)別字符是錯(cuò)誤的。因此，為了提高稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的匹配度，在緩存隊(duì)列中未能通過(guò)車(chē)牌和車(chē)牌顏色精確查詢到稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，可進(jìn)一步采用車(chē)牌模糊匹配算法進(jìn)行查詢。這一算法通過(guò)字符分割、字符識(shí)別、車(chē)牌顏色匹配、車(chē)牌分類(lèi)等一系列計(jì)算處理，并按照模糊匹配算法，可以在嚴(yán)格配置隊(duì)列大小和有效時(shí)間的緩存隊(duì)列中查詢到一個(gè)或者若干車(chē)牌識(shí)別結(jié)果，選取字符匹配數(shù)最多者推薦至車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)界面。收費(fèi)員只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的審核，判斷是否與現(xiàn)場(chǎng)貨車(chē)車(chē)牌一致，即可完成操作。這種模糊匹配方法提高了車(chē)輛稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)的查詢成功率，進(jìn)而提高了查詢稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和混合車(chē)道車(chē)輛的通行效率。

3 案例分析

3.1 測(cè)試方法

為了對(duì)本文所提出的優(yōu)化方法進(jìn)行有效性驗(yàn)證，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試，廣西交通投資集團(tuán)玉林高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司玉林東收費(fèi)站試點(diǎn)于2022-11-25進(jìn)行了車(chē)道系統(tǒng)及稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)。在優(yōu)化前后各三個(gè)月的貨車(chē)入口通行數(shù)據(jù)及特情數(shù)據(jù)中，選取了相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要針對(duì)稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)推送到車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)的查詢平均耗時(shí)、查詢匹配成功率等指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比分析。

3.2 效果分析

對(duì)廣西交通投資集團(tuán)玉林高速公路運(yùn)營(yíng)有限公司玉林東收費(fèi)站的入口貨車(chē)交易數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中表1所示為玉林東收費(fèi)站優(yōu)化前3個(gè)月的貨車(chē)入口交易數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，表2所示為玉林東收費(fèi)站優(yōu)化后3個(gè)月的貨車(chē)入口交易數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化前后對(duì)比可知，優(yōu)化升級(jí)后匹配查詢平均耗時(shí)由2.8 s減少到0.7 s，同時(shí)查詢匹配成功率也從98.21%提升到99.62%。利用稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)直接推送方法及內(nèi)存緩存查詢方法縮短了數(shù)據(jù)生成后至可查詢到數(shù)據(jù)的平均耗時(shí)，同時(shí)模糊匹配算法有效提高了查詢匹配成功率。因此，優(yōu)化后的車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)在貨車(chē)稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)獲取成功率和貨車(chē)通行效率方面有了很大的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)高速公路入口稱(chēng)重檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)推送不及時(shí)、貨車(chē)需要多次復(fù)稱(chēng)、通行效率低等問(wèn)題，本文在稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)與車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制做出了一些優(yōu)化措施，用于規(guī)范稱(chēng)重檢測(cè)流程，強(qiáng)化入口稱(chēng)重系統(tǒng)與收費(fèi)系統(tǒng)信息共享。通過(guò)試點(diǎn)案例分析，可以確保車(chē)貨稱(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確地推送至車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)，避免了因收費(fèi)站級(jí)網(wǎng)絡(luò)或者收費(fèi)站稱(chēng)重檢測(cè)中間件宕機(jī)等原因?qū)е虏樵兎Q(chēng)重檢測(cè)數(shù)據(jù)失敗，提高了車(chē)輛收費(fèi)的準(zhǔn)確性和通行效率，為高速公路的運(yùn)營(yíng)和管理提供更加科學(xué)、有效的支持。

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