智能化城市道路拥挤收费系统中关键技术的研究.doc

智能化城市道路拥挤收费系统中关键技术的研究
（陈韦松（1983-），男，工程师，主要研究方向：智能信息处理。
储海波（1983-）,男，硕士研究生，主要研究方向：智能信息处理和网络安全。）
核心提示：随着现代城市社会、经济的快速发展，城市交通发生了前所未有的迅速增长。为了改善日趋拥挤的交通状况，各国城市对交通基础设施建设投入了巨大的资源，但是单纯的增加交通基础设施建设，扩大道路占地面积是无法彻底解决城市交通拥挤问题的，为了更好地解决交通拥挤问题必须加强交通管理，而拥挤收费作为交通需求管理的一项措施，其重要性也越来越突出，也逐渐得到政府的重视与认可。

0 引言
     随着现代城市社会、经济的快速发展，城市交通发生了前所未有的迅速增长。为了改善日趋拥挤的交通状况，各国城市对交通基础设施建设投入了巨大的资源，但是单纯的增加交通基础设施建设，扩大道路占地面积是无法彻底解决城市交通拥挤问题的，为了更好地解决交通拥挤问题必须加强交通管理，而拥挤收费作为交通需求管理的一项措施，其重要性也越来越突出，也逐渐得到政府的重视与认可。
所谓拥挤收费，就是针对经常发生拥挤的区域或道路，对进入该区域内或道路上的车辆进行收费，从而达到限制车辆的进入，改善交通拥挤状况的交通需求管理措施。本文对智能化城市道路拥挤收费系统中车辆身份自动识别和智能收费管理等关键技术进行研究，以建立起有效的城市道路拥挤收费机
制，达到缓解城市交通拥挤的目的，提高整个城市交通的运营效率。
1 系统体系结构
智能化城市道路拥挤收费主要由道路交通信息采集模块、车辆识别模块、车辆违规处理模块、自助缴费管理模块和中央处理模块组成。系统的总体框架如图1所示。

（1）道路交通信息采集模块实时采集当前道路的交通状况，结合预先定义的费率模型计算费用，并将道路实时路况信息和相关的收费策略信息传输给中央处理模块。
（2）车辆识别模块主要采用基于无线射频的车辆身份识别技术或基于图像处理与光学字符识别的车牌识别技术，完成对进入限制区的车辆进行识别和确认。
（3）车辆违规处理模块主要根据车辆识别模块传输的信息确认车辆是否违规，并将违规信息传送给中央处理模块，等待并处理中央处理模块下达的违规处理指令，如违章罚款、抓拍违规车辆车牌等。
（4）自助缴费管理模块根据数据共享中心的车辆身份信息和中央处理模块下达的缴费处理信息，自动收取根据当前收费策略制定的道路通行费或违章罚款，支持如城市一卡通支付、手机支付、路侧专用自助付费终端支付、因特网支付、签约银行支付等多种付费方式，方便用户。
（5）中央处理模块主要接受并根据其他各个模块传送上来的信息，决定相应的处理方式，并将处理指令下达给各个模块。所有模块的数据信息都保存到以行驶车辆实时数据为管理对象的数据共享中心中，供各模块相互协调调用, 共同完成电子收费交易以及违章车辆识别任务。
2 关键技术
2.1 基于RFID的车辆身份识别
基于RFID的车辆识别模块主要由三个部分组成：1)存储车辆数据信息的电子标签：它相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，此外它还必须存储一定的附加信息，如错误校验信息等。电子标签一般是带有天线、存储器与控制系统的低电耗集成电路。按照不同的分类标准，标签有许多不同的分类，如根据发送射频信号的方式不同，电子标签可分为主动式电子标签和被动式电子标签。2) 发送和接收信号的RFID天线：它是电子标签与RFID阅读器之间传输数据的收发装置。3)用于读取及写入电子标签数据的RFID阅读器：它的基本功能就是提供与电子标签进行数据传输的途径。另外，它还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。
基于RFID的车辆身份识别如图2所示

有电子标签的车辆进入RFID天线工作区域时产生感应电流，电子标签获得能量被激活，并将自身编码等信息通过内置天线发送出去，RFID天线接收到从电子标签发送的载波信号后，经天线调节器传送到RFID阅读器，并对接收的信号进行解调和解码后传送至后台计算机系统进行相关车辆身份识别。
2.2 基于图像处理和OCR的车牌识别
基于图像处理和OCR的车牌识别模块一般顺序可分为车辆图像的采集、车牌定位、车牌字符分割和车牌字符识别四部分，如图3所示。

（1）车辆图像采集主要通过CCD摄像头与计算机的视频捕捉卡直接相连来完成，可以实时在监控图像中抓取到含有车辆的图像，该部分功能可简单调用计算机视频捕捉卡厂商提供的各种软件开发包工具即可实现。
（2）车牌定位部分通过充分利用车牌的纹理、色彩及车牌长宽比等特征，经过水平梯度化，二值化，滤波，区域连通、连通域标记筛选，色彩匹配等几个步骤，达到复杂背景下车牌定位。
（3）车牌字符分割则根据车牌字符的排列规律和字符的几何特征，综合垂直投影法、连通区域法、模板匹配法等几种传统字符分割算法的优点，设计新的混合字符分割算法，该方法首先利用二、三字符间波谷长并且二三字符水平方向连通的特性，初步确定前三个字符的匹配模板，并利用最大类间方差的思想计算出车牌准确的分割模板，最终实现车牌字符的准确分割。
（4）车牌字符识别主要采用光学字符识别方法，对归一化和二值化后的车牌图像进行字符识别。
2.3 基于数据共享中心的自助缴费管理
以行驶车辆实时数据为管理对象，建立数据共享中心，通过多种自助的缴费模式，如城市一卡通缴费、手机缴费、路侧专用自助终端缴费、因特网缴费、特约银行缴费等，实现便利的自助缴费管理，并通过CRT显示器显示相关的缴费信息，以解决当前城市道路的拥挤问题。基于数据共享中心的自助缴费管理如图4所示。

3 结语
本文对智能化城市道路拥挤收费系统中关键技术进行了研究，作为一种智能交通管理系统平台，主要包括道路路况采集、车辆身份识别、违规处理、自助缴费等多个模块，通过数字化技术实现各个模块间的信息互通，从而促进城市道路的有效利用，达到缓解交通拥挤的目的。随着国内外对道路拥挤收费理念的清晰，道路车辆运行效率的提高，智能化城市道路拥挤收费系统也将成为今后国内外各城市智能化交通的重要发展方向之一。
参考文献：
[1] 陈来容，张北海，容建.城市道路拥挤收费的技术实现[J].交通科技，2005，（1）：68-70.
[2] 何鹏，史望聪，陈辉.RFID技术在电子收费系统路径识别的应用设计[J].电子设计工程，2009，8(17)：15-17.
[3] 景云华，杨扬，李笑歌. 数字图像处理技术在车辆自动识别系统中的应用[J].2003，16(29)：100-102.