張 華，覃上洲，黃春華，何增鎮(zhèn)

(廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

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高速公路自動發(fā)卡系統(tǒng)的防盜卡解決方案探討

張 華，覃上洲，黃春華，何增鎮(zhèn)

(廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530007)

在高速公路自動發(fā)卡系統(tǒng)的實際應用過程中，存在車輛通過車道時司機惡意盜卡現(xiàn)象。針對此問題，文章從高速公路自動發(fā)卡系統(tǒng)的線圈模塊、車輛行駛方向、工控機的硬件和軟件模塊等方面出發(fā)，提出了一個增加輔助線圈的自動發(fā)卡系統(tǒng)防盜卡解決方案，對高速公路收費管理具有現(xiàn)實意義。

高速公路；收費管理；自動發(fā)卡系統(tǒng)；防盜卡；輔助線圈

0 引言

近年來，隨著國家對高速公路建設力度的加大，廣西高速公路的發(fā)展建設也越來越快，無人值守的自動發(fā)卡系統(tǒng)(Automatic card issuing system，以下簡稱發(fā)卡系統(tǒng)，或ACIS)的應用也越來越普及[1]?，F(xiàn)有的發(fā)卡系統(tǒng)，由于具有無人值守、自助取卡等特點，在大量節(jié)省人力成本、提高通行效率的同時，由于其自身沒有判別車輛行駛方向的功能，給了不法分子可乘之機。據(jù)統(tǒng)計，目前在用的自動發(fā)卡車道，基本上都存在司機惡意盜卡的現(xiàn)象，通過監(jiān)控錄像可以清楚地看到，司機抓住了發(fā)卡系統(tǒng)存在的漏洞，駕駛車輛在車道的取卡線圈和通過線圈之間來回行駛，重復取卡，倒賣卡片，諸如此類外部不可控的因素，給高速公路各業(yè)主造成了不可估計的損失。為防止這種盜卡現(xiàn)象，有必要對發(fā)卡系統(tǒng)各個相關模塊以及工作流程進行具體分析并研究出可行的解決方案。

1 自動發(fā)卡系統(tǒng)

自動發(fā)卡機是安裝于高速公路入口車道、自動發(fā)放高速公路通行卡的一種高效、無人值守的自動化設備，其控制系統(tǒng)是基于X86平臺，采用先進技術和標準開發(fā)的性能卓越、功能完備的新一代車道系統(tǒng)[2]。它將外部設備(如通行燈、頂棚燈、報警器、欄桿機、IC卡讀寫器、感應線圈、卡機、車型識別儀、車牌識別儀等)融合在一起并進行統(tǒng)一控制管理，實現(xiàn)司機按鍵、取卡、過車，壞卡自動回收，無人發(fā)卡功能。具有過車效率高、人力成本低等特點，極大地緩解了高速公路入口由于擁堵造成的壓力，并逐步代替了人工發(fā)卡系統(tǒng)。自動發(fā)卡車道工控機是整個發(fā)卡系統(tǒng)的核心，控制著與之相連的外部設備。自動發(fā)卡系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 自動發(fā)卡系統(tǒng)主要外設連接示意圖

2 自動發(fā)卡系統(tǒng)的工作流程

發(fā)卡系統(tǒng)啟動后，收費員輸入工號密碼上班，發(fā)卡系統(tǒng)控制頂棚燈變綠，并進入等待發(fā)卡狀態(tài)：當車輛駛入車道，經(jīng)過車型識別儀進入取卡線圈時，車牌識別儀開始抓拍圖片并識別車牌，發(fā)卡系統(tǒng)根據(jù)取卡線圈反饋信號，判斷車輛已駛入，立即語音提示司機按鍵取卡，司機按鍵，發(fā)卡系統(tǒng)根據(jù)車型識別以及車牌識別結果，通過IC卡讀寫器把車輛入口信息寫入IC卡，并控制卡機出卡，司機取卡后，發(fā)卡系統(tǒng)控制欄桿機抬起，通行燈變綠，此時車輛往前行駛到卡機下的通過線圈，通過線圈反饋有車輛信號，當通過線圈信號消失時，發(fā)卡系統(tǒng)判斷車輛已駛離車道，立即控制欄桿機落下，通行燈變紅，并等待下一輛車取卡通行。以上為發(fā)卡系統(tǒng)正常的工作流程以及相關判斷原理。

3 偷盜卡現(xiàn)象原因分析

根據(jù)上述發(fā)卡系統(tǒng)的工作流程，可以看出：發(fā)卡系統(tǒng)是根據(jù)兩個傳感線圈(取卡線圈、通過線圈)的信號來判斷車輛的行駛狀態(tài)的，具體如下：

(1)取卡線圈有信號，發(fā)卡系統(tǒng)判斷有車輛駛入，可以按鍵取卡或者刷儲值卡；

(2)通過線圈有信號，發(fā)卡系統(tǒng)判斷有車輛壓在通過線圈上，通過線圈的信號從無到有，再從有到無，發(fā)卡系統(tǒng)就判斷車輛已經(jīng)駛離通過線圈，并且駛離車道。

通過以上兩點可知：發(fā)卡系統(tǒng)只是簡單地根據(jù)通過線圈信號的變化來判斷車輛是否駛離車道，這是不準確的，因為它無法準確地判斷車輛的行駛方向是前進還是回退。具體如圖2所示。

圖2 司機取卡、欄桿抬起示意圖

圖2為司機按鍵取卡后，欄桿抬起放行，司機駕駛車輛往前行駛。

圖3 車輛駛入通過線圈示意圖

圖3為司機駕駛車輛駛入通過線圈，通過線圈感應到車輛信號。此時司機可以有兩種操作：(1)駕駛車輛往前行駛離開通過線圈；(2)駕駛車輛回退離開通過線圈，不管采取哪種操作，發(fā)卡系統(tǒng)均認為車輛已經(jīng)駛離車道，控制欄桿機落下，并等待發(fā)下一輛車的卡。

如果司機采取了第二種操作，那么必須重新取一張卡才能過車，這就造成同一輛車可以取多張卡的情況發(fā)生，具體如圖4～5所示：

圖4 車輛離開通過線圈瞬間，車輛駛離示意圖

圖4為車輛駛離車道，通過線圈信號消失，發(fā)卡系統(tǒng)判斷車輛已駛離車道，控制欄桿落下。

圖5 車輛離開通過線圈瞬間，車輛回退示意圖

圖5為車輛在壓住通過線圈后，駕駛車輛回退，離開通過線圈，發(fā)卡系統(tǒng)判斷車輛已駛離車道，控制欄桿落下。

圖4為正常發(fā)卡過車流程，圖5為退回重新取卡流程，盜卡現(xiàn)象的出現(xiàn)，也是因為司機經(jīng)過多次過車，抓住了這個系統(tǒng)漏洞而引起的。

4 可行方案的探討與分析

針對這種情況，通過實地考察，最后得出了兩種解決方案以及其可行性分析，一種解決方案是：控制同樣車牌號碼車輛不能重復取卡；另一種解決方案是：增加輔助線圈，具體如下。

(1)控制同樣車牌號碼的車輛不能重復取卡，即：系統(tǒng)判斷車輛前后兩次取卡的車牌號碼，如果發(fā)現(xiàn)是同樣的車牌號，系統(tǒng)拒絕當前車輛取卡。然而經(jīng)過實際過車后發(fā)現(xiàn)這種方案存在以下問題：車輛第一次取卡時，車牌識別儀能識別到車牌號碼，當車輛取卡后往前行駛到通過線圈，在回退到取卡線圈的過程中，由于車尾先觸發(fā)取卡線圈抓拍，并且由于車牌識別儀抓拍角固定，導致無法抓拍到車頭的車牌號碼，所以無法識別車牌，這就導致系統(tǒng)無法判斷是否為同一輛車。此外，車牌識別儀也存在識別率的問題，同一輛車前后識別的車牌號碼也存在不一致的可能，綜上所述，這種方案不可行。

(2)增加輔助線圈，判斷車輛行駛方向。在通過線圈外面，額外增加一個輔助線圈來確認車輛離開，輔助線圈與通過線圈相距2 m，車輛離開通過線圈瞬間，發(fā)卡系統(tǒng)捕獲輔助線圈信號，如果輔助線圈有信號，則確認車輛已經(jīng)離開車道，否則車輛為倒車回退，拒絕二次取卡。具體流程如下：

①車輛第一次駛入車道，取卡線圈捕獲信號，司機按鍵取卡，欄桿抬起，如圖6所示。

圖6 車輛取卡示意圖

②司機取卡，駕駛車輛向前駛入通過線圈，通過線圈捕獲信號，如圖7所示。

圖7 車輛駛入通過線圈示意圖

③車輛離開通過線圈，通過線圈信號消失瞬間(駛離或者回退)，發(fā)卡系統(tǒng)捕獲輔助線圈信號，如果有信號，表明車輛離開，欄桿落下，如圖8所示；如果無信號，則表示車輛回退，欄桿落下，如圖9所示。

圖8 車輛離開通過線圈瞬間，車輛駛離示意圖

圖9 車輛離開通過線圈瞬間，車輛回退示意圖

增加輔助線圈后，在車輛離開通過線圈(駛離或者后退)瞬間，可以根據(jù)輔助線圈的信號來判斷車輛是否離開，如果輔助線圈有信號，則表明車輛已經(jīng)離開，否則表明車輛回退。如果車輛回退再次按鍵取卡，發(fā)卡系統(tǒng)發(fā)出報警信號并且提示車輛已經(jīng)取過通行卡或者刷過儲值卡，不能重復操作，需要人工干預。這種方案可以根據(jù)輔助線圈和通過線圈的信號來判斷車輛的行駛方向，可以有效避免重復發(fā)卡。

5 結語

根據(jù)這個解決方案改造了一條盜卡現(xiàn)象比較頻繁的自動發(fā)卡車道，結合兩個月以來的統(tǒng)計結果發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過改造后的自動發(fā)卡車道，未出現(xiàn)重復取卡的車輛，從而可得出結論：增加輔助線圈的方案可以有效杜絕盜卡現(xiàn)象的發(fā)生，值得大力推廣。

[1]馬天智.高速公路收費管理系統(tǒng)的分析與設計[D].長沙：湖南大學，2014.

[2]趙 輝.高速公路自動發(fā)卡控制系統(tǒng)設計[D].南昌：南昌航空大學，2014.

Discussions on Anti-theft Card Solutions of Expressway Automatic Card System

ZHANG Hua，QIN Shang-zhou，HUANG Chun-hua，HE Zeng-zhen

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

During the actual application process of expressway automatic card system，there is the mali-cious card-stealing phenomenon by drivers when the vehicle pass through the lane.Regarding this problem，this article proposed the anti-theft card solution for automatic card system by adding the auxiliary coil in terms of coil module，vehicle traveling direction，industrial computer hardware and software mod-ules of automatic card system，thus it has practical significance for expressway toll management.

Expressway；Toll management；Automatic card system；Anti-theft card；Auxiliary coil

U491.2

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.028

1673-4874(2016)09-0106-03

2016-05-15

張 華(1983—)，工程師，研究方向：智能交通軟件開發(fā)；

覃上洲(1983—)，工程師，研究方向：智能交通軟件開發(fā)；

黃春華(1976—)，高級工程師，研究方向：智能交通研究與軟件開發(fā)；

何增鎮(zhèn)(1974—)，工學博士，高級工程師，研究方向：智能交通系統(tǒng)技術與應用研究。

廣西科學研究與技術開發(fā)計劃項目(項目合同編號：桂科攻12400 01)