ETC分段式計費系統(tǒng)精準(zhǔn)收費升級方案

1、ETC分段式計費系統(tǒng)精準(zhǔn)收費升級方案摘要：在現(xiàn)有高速公路ETC收費系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上，提出基于精確匹配的分段式自由流收費系統(tǒng)方案，以解決ETC交易失敗、視頻牌識錯誤等問題導(dǎo)致的通行費不準(zhǔn)確的問題。該方案利用ETC門架的多維感知能力實現(xiàn)車輛ETC信息與牌識信息的精確匹配，借助圖像RelD技術(shù)實現(xiàn)車輛真實路徑還原，助力ETC收費系統(tǒng)實現(xiàn)精準(zhǔn)收費。在我國高速公路收費系統(tǒng)正式進入“一張網(wǎng)時代的背景下，高速公路收費系統(tǒng)建設(shè)面臨很多新的挑戰(zhàn)，而如何徹底實現(xiàn)精準(zhǔn)收費是交通行業(yè)人員需要共同思考的問題。為此，本文探討ETC分段式計費系統(tǒng)精準(zhǔn)收費升級方案?，F(xiàn)狀分析撤站后的高速公路收費系統(tǒng)依靠遍布整個路網(wǎng)的ETC門架

2、實現(xiàn)了“分段式計費”，并加入了“門架擬合代收”以及“出口在線計費”功能，以解決因為車載介質(zhì)中記錄的收費路徑與實際路徑存在偏差而導(dǎo)致的計費錯誤問題。其中，“門架擬合代收”指在車輛通過某一門架時，對其車載介質(zhì)中記錄的前序門架進行查驗，如果不是其物理前序門架，將啟動臨時門架擬合代收，能夠在一定程度上補充被漏掉的前序門架；“出口在線計費”指在車輛駛出收費站出口時，對車載介質(zhì)記錄的總收費額進行有條件的查驗，一旦出現(xiàn)異常，將向云端發(fā)出在線計費的請求，部省級在線計費平臺將根據(jù)平臺收集到的車輛路徑信息進行重新計費，并返回告知收費站出口，該流程將至少保證車輛以“最小費額”收費，避免收費額損失過大。“門架擬合代收

3、”“出口在線計費等功能的使用大幅減少了通行費漏收情況，向?qū)崿F(xiàn)全路網(wǎng)精準(zhǔn)收費的目標(biāo)邁出了堅實一步，以此為基礎(chǔ)，能夠在以下幾個方面進行繼續(xù)探索。（一）完善出口在線計費功能因為出口在線計費功能是在車載介質(zhì)中記錄的通行費額出現(xiàn)異常時才啟用，而介質(zhì)內(nèi)費額異常大概率意味著省部級在線計費平臺獲得的門架端ETC交易流水也同樣存在問題，所以，有效的在線計費功能需要“牌識數(shù)據(jù)”的幫助，需要“ETC+牌識”兩路信息流來共同實現(xiàn)。因為牌識結(jié)果并非100%準(zhǔn)確，同時考慮到路網(wǎng)為相似車牌號大量存在，要實現(xiàn)兩路獨立信息流的云端路徑擬合，需要綜合考慮時間、空間兩個維度，并使用較為復(fù)雜的算法實現(xiàn)，還需要大量的實際數(shù)據(jù)測試驗證算

4、法的有效性。（二）提升視頻抓拍系統(tǒng)的性能當(dāng)前的技術(shù)路線為ETC和牌識雙重驗證，互為支撐和補充。但因為現(xiàn)有視頻技術(shù)受到自然環(huán)境條件限制，很難成為ETC的有效補充。比如，在高速公路門架場景下，夜間補光條件有限，視頻系統(tǒng)在夜間的抓拍率與白天相比差異較大；此外，因為高速公路上有大量的貨車通行，且貨車車牌本身污損比較嚴(yán)重，導(dǎo)致基于車牌識別原理的視頻抓拍系統(tǒng)很難保證抓拍效率；其他的特殊情況，例如無牌、高亮牌、遮擋牌等都對現(xiàn)有牌識系統(tǒng)帶來巨大挑戰(zhàn)。（三）增強斷面車流量計數(shù)能力當(dāng)前ETC門架統(tǒng)計的斷面車流量數(shù)據(jù)主要來源于門架RSU的交易流水?dāng)?shù)據(jù)或視頻相機的抓拍數(shù)據(jù)，兩類數(shù)據(jù)獨立統(tǒng)計，且都帶有一定的誤差。獨立的

5、ETC門架無法獲得該門架斷面精準(zhǔn)的車流感知信息，所以很難精確計算出收費系統(tǒng)應(yīng)該收取的通行費額，進而難以實現(xiàn)對路段通行費的準(zhǔn)確拆分。設(shè)計要點根據(jù)當(dāng)前高速公路收費系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，為了徹底實現(xiàn)精準(zhǔn)收費，以如下幾個方向為設(shè)計要點，給出ETC分段式計費系統(tǒng)精準(zhǔn)收費升級方案：（1）確保門架對于通行車輛的精準(zhǔn)感知能力；（2）有效提升抓拍系統(tǒng)的抓拍率，并充分利用抓拍圖像的其他信息；（3）提升門架前端數(shù)據(jù)質(zhì)量，減輕云端路徑擬合負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)ETC信息與牌識信息的門架前端匹配；（4）確保系統(tǒng)的靈活可擴展性，以符合不同等級的建設(shè)規(guī)劃需求。系統(tǒng)方案（一）系統(tǒng)總體框架ETC分段式計費系統(tǒng)精準(zhǔn)收費升級方案，在現(xiàn)有的ETC門架

6、系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出一個基于精確匹配的分段式自由流收費系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一套能夠?qū)崿F(xiàn)門架前端ETC信息與牌識信息的精準(zhǔn)匹配，云端借助圖像RelD技術(shù)實現(xiàn)車輛真實路徑還原的信息交互系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由兩大多數(shù)組成，即路側(cè)智能門架感知系統(tǒng)和云端路徑還原系統(tǒng)。智能門架感知系統(tǒng)主要包括天線子系統(tǒng)（RSU）、車輛檢測子系統(tǒng)（激光）、車輛抓拍子系統(tǒng)（牌識）、門架數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)（門架工控機及配套軟件），智能門架能夠獲取車輛OBU/CPC信息、圖片及車牌信息并生成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，多個智能門架組成的門架群將各自的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通過收費以太網(wǎng)向路/省中心傳輸，數(shù)據(jù)流向路徑還原系統(tǒng)；云端路徑還原系統(tǒng)主要由路徑還原服務(wù)器集群及相對應(yīng)軟件

7、平臺組成，包括數(shù)據(jù)接收、聚類計算、數(shù)據(jù)存儲、負(fù)載均衡、冗余配置等相關(guān)設(shè)施，能夠?qū)崿F(xiàn)所有底層門架數(shù)據(jù)的接收、匹配、處理及應(yīng)用。（二）系統(tǒng)構(gòu)成及功能1、智能門架感知系統(tǒng)智能門架系統(tǒng)對內(nèi)釆用星型網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置一臺專用網(wǎng)絡(luò)匯聚設(shè)備，與各子系統(tǒng)均采用網(wǎng)絡(luò)連接，并在子系統(tǒng)內(nèi)部搭配安全防護措施,確保系統(tǒng)穩(wěn)定通暢；對外在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上配置必要的端口隔離策略，對ETC門架僅開放使用端口，最大程度減少交互的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，降低數(shù)據(jù)串?dāng)_風(fēng)險。（1）天線子系統(tǒng)天線子系統(tǒng)即ETC交易系統(tǒng)，主要包含帶定位功能的RSU天線和天線專用控制器，每車道配置一臺RSU天線，行車斷面滿覆蓋，對多目標(biāo)準(zhǔn)確定位。當(dāng)RSU與車載介質(zhì)完成無線

8、通信之后，將該交易信息和位置信息上傳給門架工控機。（2）車輛檢測子系統(tǒng)車輛檢測子系統(tǒng)包含多臺激光傳感器和專用控制器，多臺激光器形成多個掃描面。當(dāng)車輛進入系統(tǒng)場景時，激光器對車輛進行實時跟蹤定位，記錄多個位置信息，并觸發(fā)抓拍子系統(tǒng)抓拍，同時提供車輛位置信息上傳給門架工控機。（3）車輛抓拍子系統(tǒng)系統(tǒng)包含抓拍攝像機及補光裝置，每條車道配置一套，用于抓拍經(jīng)過車輛的正面圖片，系統(tǒng)還包含視頻圖片特征提取邊緣機，用于對抓拍的圖片或原始視頻流提取車輛特征信息，并將車輛圖片信息、特征信息上傳給門架工控機。（4）門架數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要包括門架工控機、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備及溫度感知報警系統(tǒng)，工控機和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)

9、備用于接收各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行邏輯匹配，實現(xiàn)時間、位置、車牌等多維度的匹配：采用ETC定位技術(shù)、激光定位技術(shù)、車牌識別技術(shù)，結(jié)合多維度匹配算法完成門架側(cè)圖片和ETC交易流水的精確匹配進而完成圖像特征信息和ETC交易信息的數(shù)據(jù)融合，生成結(jié)構(gòu)化的廣義車輛特征信息，并上傳云端服務(wù)器。同時，綜合ETC信息、牌識信息、激光觸發(fā)信息，實現(xiàn)門架過車數(shù)量的精準(zhǔn)統(tǒng)計。溫度感知報警系統(tǒng)主要用于感知周圍環(huán)境、監(jiān)控系統(tǒng)運行情況，對存在異常的模塊報警提醒。2、云端路徑還原系統(tǒng)該系統(tǒng)由路徑還原服務(wù)器集群及相對應(yīng)軟件平臺組成，用于實現(xiàn)車輛路徑還原。在服務(wù)器集群中借助AI“車輛RelD”技術(shù)，對門架邊緣側(cè)上傳的結(jié)構(gòu)化的車輛圖像特

10、征信息進行特征聚類，并結(jié)合牌識信息及ETC交易信息實現(xiàn)不同門架同一車輛的信息匹配，進而實現(xiàn)車輛路徑還原。同時，利用ETC信息對車輛RelD結(jié)果進行校驗，完成AI系統(tǒng)的自動訓(xùn)練升級。四關(guān)鍵技術(shù)（一）高精度的激光雷達檢測技術(shù)系統(tǒng)使用的激光雷達釆用當(dāng)前先進的激光掃描檢測技術(shù)，實現(xiàn)了較高的車輛檢測準(zhǔn)確率，且設(shè)備安裝簡單，無須破壞路面，能夠?qū)崿F(xiàn)對斷面車輛的全天候準(zhǔn)確計數(shù)，較好地適合不同應(yīng)用場景、環(huán)境遮擋等因素影響。相比常見的車輛檢測器（地感線圈、壓電傳感器、相機、毫米波雷達、ETC路側(cè)天線），具有施工難度小、維護成本低、設(shè)備安裝靈活，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、魯棒性和可擴展性高等優(yōu)點。（二）相機與激光雷達,軟

11、硬混合觸發(fā)技術(shù)系統(tǒng)采用激光雷達“軟硬混合觸發(fā)相機技術(shù)。常見的相機觸發(fā)技術(shù)大致分為兩類：相機視頻自觸發(fā)（軟觸發(fā)）、外部傳感器觸發(fā)（硬觸發(fā)），激光雷達在硬觸發(fā)技術(shù)上具有天然的優(yōu)勢，得益于其極高的定位精度，使得激光雷達硬觸發(fā)具有較高的觸發(fā)率、準(zhǔn)確率。同時，軟件上實現(xiàn)觸發(fā)協(xié)議的定制，利用激光雷達高精度的定位結(jié)果，計算出車牌在圖像中的像素位置區(qū)域,并將該信息傳遞給相機，指導(dǎo)相機快速提取車牌信息，輔助提升牌識效率與準(zhǔn)確度。（三）多維度信息融合匹配技術(shù)高速公路收費系統(tǒng)要實現(xiàn)有效的在線計費功能，需要牌識數(shù)據(jù)”的幫助，即實現(xiàn)“ETC+牌識”兩路信息的匹配綁定，通用技術(shù)為牌識匹配，即使用抓拍圖像的牌識信息與ETC

12、交易記錄中的車牌信息進行字符匹配，該技術(shù)對應(yīng)的匹配率有限，主要原因包括：1、車輛的無牌、臟牌、高亮牌或遮擋牌時有發(fā)生；2、相機牌識準(zhǔn)確率有限；3、ETC車載介質(zhì)中記錄的車牌號碼與物理車牌號碼不符。系統(tǒng)釆用多維度信息融合匹配技術(shù)，包括牌識匹配和位置匹配，通過引入激光雷達對車輛的高精度定位數(shù)據(jù)，配合定位天線對車載介質(zhì)的定位數(shù)據(jù)，從空間和時間兩個維度，實現(xiàn)精確匹配，使系統(tǒng)綜合匹配率接近99%。上述匹配過程在前端門架已經(jīng)實現(xiàn)，提升了上云數(shù)據(jù)的質(zhì)量，減輕了云端數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)。（四）AI車輛重識別技術(shù)系統(tǒng)引入A1車輛重識別技術(shù)，在ETC門架或站級機房放置邊緣機，提取抓拍圖像中的車輛特征信息并上傳云端，該信

13、息不但包含牌識信息，還包括車輛的外觀特征信息，在云端路徑還原系統(tǒng)中，通過RelD算法實現(xiàn)圖像特征信息聚類。該技術(shù)充分利用了抓拍圖像中牌識以外的信息，對于解決牌識效果不佳車輛的路徑還原問題有極大的幫助。（五）系統(tǒng)高擴展性系統(tǒng)具有靈活可擴展的優(yōu)勢，能夠根據(jù)客戶需求、項目預(yù)算、建設(shè)規(guī)劃等不同條件，分階段實施，提供不同的解決方案，滿足不同業(yè)務(wù)需求。門架計數(shù)型：在現(xiàn)有門架上安裝激光雷達系統(tǒng)，通過激光雷達系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)獲取全天經(jīng)過該路段的車流量，同時激光雷達還能夠為門架已有的牌識系統(tǒng)提供觸發(fā)信號，提升相機的抓拍和牌識能力。智能門架型：為了實現(xiàn)收費系統(tǒng)對偷逃通行費車輛的自動稽核，能夠?qū)⒂嫈?shù)型系統(tǒng)升級為智能門

14、架型，實現(xiàn)系統(tǒng)ETC信息、牌識信息、激光信息在門架側(cè)完成精準(zhǔn)匹配，為收費、稽核提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)和依據(jù)。路徑還原型：在智能門架型的基礎(chǔ)上引入AI技術(shù)和路徑還原系統(tǒng),在門架形成基于ETC、牌識、激光、AI等技術(shù)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，在中心通過ETC+REID技術(shù)還原車輛真實路徑，降低應(yīng)急計費比例，提升系統(tǒng)實收費額，挽回路方通行費的損失。五應(yīng)用案例智能門架感知系統(tǒng)當(dāng)前已經(jīng)在陜西、浙江等7個ETC正式門架，以及北京、廣東等3個獨立利舊門架現(xiàn)場實施應(yīng)用。以2020年9月上述5個門架正常環(huán)境下的數(shù)據(jù)記錄為樣本，統(tǒng)計系統(tǒng)運行效率：車輛計數(shù)準(zhǔn)確率為99.58%99.87%、0BU總體匹配率為99.03%99.60%、C

15、PC總體匹配率為93.66%96.22%、車輛圖片捕獲率為99.69%99.84%等。智能門架感知系統(tǒng)應(yīng)用試點如圖3所示。圖3智能門架感知系統(tǒng)應(yīng)用試點六系統(tǒng)效益結(jié)合高速公路收費系統(tǒng)現(xiàn)狀，建立【k-p】數(shù)學(xué)模型,模型依賴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括但不限于：ETC系統(tǒng)捕獲率、ETC系統(tǒng)交易成功率、相機抓拍率、牌識準(zhǔn)確率、省級收費系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、在線計費相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。模型中，k表征ETC交易失敗的隨機程度，隨機程度越高，k值越高；p表征全路網(wǎng)的可達道路復(fù)雜程度，復(fù)雜程度越高，p值越高。使用該模型，并結(jié)合該省的高速公路實際通行數(shù)據(jù)，即可測算文中所述系統(tǒng)對于該省高速公路收費系統(tǒng)的經(jīng)濟效結(jié)束語本文介紹的系統(tǒng)立足于已經(jīng)全面建成的龐大ETC門架網(wǎng)絡(luò)，針對行業(yè)存在的通行費漏收問題，提出了一個具備門架精確感知、云端精確路徑還原的收費系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的路徑計費，對提升高速公路收費系統(tǒng)運營水平有