張 華,覃上洲,黃春華,何增鎮(zhèn)
(廣西交通科學(xué)研究院,廣西 南寧 530007)
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高速公路自動(dòng)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(xué)研究院,廣西 南寧 530007)
在高速公路自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中,存在車輛通過車道時(shí)司機(jī)惡意盜卡現(xiàn)象。針對(duì)此問題,文章從高速公路自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)的線圈模塊、車輛行駛方向、工控機(jī)的硬件和軟件模塊等方面出發(fā),提出了一個(gè)增加輔助線圈的自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)防盜卡解決方案,對(duì)高速公路收費(fèi)管理具有現(xiàn)實(shí)意義。
高速公路;收費(fèi)管理;自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng);防盜卡;輔助線圈
近年來,隨著國(guó)家對(duì)高速公路建設(shè)力度的加大,廣西高速公路的發(fā)展建設(shè)也越來越快,無人值守的自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)(Automatic card issuing system,以下簡(jiǎn)稱發(fā)卡系統(tǒng),或ACIS)的應(yīng)用也越來越普及[1]。現(xiàn)有的發(fā)卡系統(tǒng),由于具有無人值守、自助取卡等特點(diǎn),在大量節(jié)省人力成本、提高通行效率的同時(shí),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(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前在用的自動(dòng)發(fā)卡車道,基本上都存在司機(jī)惡意盜卡的現(xiàn)象,通過監(jiān)控錄像可以清楚地看到,司機(jī)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(fù)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(jì)的損失。為防止這種盜卡現(xiàn)象,有必要對(duì)發(fā)卡系統(tǒng)各個(gè)相關(guān)模塊以及工作流程進(jìn)行具體分析并研究出可行的解決方案。
自動(dòng)發(fā)卡機(jī)是安裝于高速公路入口車道、自動(dòng)發(fā)放高速公路通行卡的一種高效、無人值守的自動(dòng)化設(shè)備,其控制系統(tǒng)是基于X86平臺(tái),采用先進(jìn)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備(如通行燈、頂棚燈、報(bào)警器、欄桿機(jī)、IC卡讀寫器、感應(yīng)線圈、卡機(jī)、車型識(shí)別儀、車牌識(shí)別儀等)融合在一起并進(jìn)行統(tǒng)一控制管理,實(shí)現(xiàn)司機(jī)按鍵、取卡、過車,壞卡自動(dòng)回收,無人發(fā)卡功能。具有過車效率高、人力成本低等特點(diǎn),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(dòng)發(fā)卡車道工控機(jī)是整個(gè)發(fā)卡系統(tǒng)的核心,控制著與之相連的外部設(shè)備。自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)圖如圖1所示。
圖1 自動(dòng)發(fā)卡系統(tǒng)主要外設(shè)連接示意圖
發(fā)卡系統(tǒng)啟動(dòng)后,收費(fèi)員輸入工號(hào)密碼上班,發(fā)卡系統(tǒng)控制頂棚燈變綠,并進(jìn)入等待發(fā)卡狀態(tài):當(dāng)車輛駛?cè)胲嚨溃?jīng)過車型識(shí)別儀進(jìn)入取卡線圈時(shí),車牌識(shí)別儀開始抓拍圖片并識(shí)別車牌,發(fā)卡系統(tǒng)根據(jù)取卡線圈反饋信號(hào),判斷車輛已駛?cè)?,立即語音提示司機(jī)按鍵取卡,司機(jī)按鍵,發(fā)卡系統(tǒng)根據(jù)車型識(shí)別以及車牌識(shí)別結(jié)果,通過IC卡讀寫器把車輛入口信息寫入IC卡,并控制卡機(jī)出卡,司機(jī)取卡后,發(fā)卡系統(tǒng)控制欄桿機(jī)抬起,通行燈變綠,此時(shí)車輛往前行駛到卡機(jī)下的通過線圈,通過線圈反饋有車輛信號(hào),當(dāng)通過線圈信號(hào)消失時(shí),發(fā)卡系統(tǒng)判斷車輛已駛離車道,立即控制欄桿機(jī)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(guān)判斷原理。
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(gè)傳感線圈(取卡線圈、通過線圈)的信號(hào)來判斷車輛的行駛狀態(tài)的,具體如下:
(1)取卡線圈有信號(hào),發(fā)卡系統(tǒng)判斷有車輛駛?cè)耄梢园存I取卡或者刷儲(chǔ)值卡;
(2)通過線圈有信號(hào),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(hào)從無到有,再?gòu)挠械綗o,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(diǎn)可知:發(fā)卡系統(tǒng)只是簡(jiǎn)單地根據(jù)通過線圈信號(hào)的變化來判斷車輛是否駛離車道,這是不準(zhǔn)確的,因?yàn)樗鼰o法準(zhǔn)確地判斷車輛的行駛方向是前進(jìn)還是回退。具體如圖2所示。
圖2 司機(jī)取卡、欄桿抬起示意圖
圖2為司機(jī)按鍵取卡后,欄桿抬起放行,司機(jī)駕駛車輛往前行駛。
圖3 車輛駛?cè)胪ㄟ^線圈示意圖
圖3為司機(jī)駕駛車輛駛?cè)胪ㄟ^線圈,通過線圈感應(yīng)到車輛信號(hào)。此時(shí)司機(jī)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(rèn)為車輛已經(jīng)駛離車道,控制欄桿機(jī)落下,并等待發(fā)下一輛車的卡。
如果司機(jī)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(hào)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?yàn)樗緳C(jī)經(jīng)過多次過車,抓住了這個(gè)系統(tǒng)漏洞而引起的。
針對(duì)這種情況,通過實(shí)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(hào)碼車輛不能重復(fù)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(hào)碼的車輛不能重復(fù)取卡,即:系統(tǒng)判斷車輛前后兩次取卡的車牌號(hào)碼,如果發(fā)現(xiàn)是同樣的車牌號(hào),系統(tǒng)拒絕當(dāng)前車輛取卡。然而經(jīng)過實(shí)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(shí),車牌識(shí)別儀能識(shí)別到車牌號(hào)碼,當(dāng)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(shí)別儀抓拍角固定,導(dǎo)致無法抓拍到車頭的車牌號(hào)碼,所以無法識(shí)別車牌,這就導(dǎo)致系統(tǒng)無法判斷是否為同一輛車。此外,車牌識(shí)別儀也存在識(shí)別率的問題,同一輛車前后識(shí)別的車牌號(hào)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(gè)輔助線圈來確認(rèn)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(hào),如果輔助線圈有信號(hào),則確認(rèn)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?cè)胲嚨?,取卡線圈捕獲信號(hào),司機(jī)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(jī)取卡,駕駛車輛向前駛?cè)胪ㄟ^線圈,通過線圈捕獲信號(hào),如圖7所示。
圖7 車輛駛?cè)胪ㄟ^線圈示意圖
③車輛離開通過線圈,通過線圈信號(hào)消失瞬間(駛離或者回退),發(fā)卡系統(tǒng)捕獲輔助線圈信號(hào),如果有信號(hào),表明車輛離開,欄桿落下,如圖8所示;如果無信號(hào),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(hào)來判斷車輛是否離開,如果輔助線圈有信號(hào),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(bào)警信號(hào)并且提示車輛已經(jīng)取過通行卡或者刷過儲(chǔ)值卡,不能重復(fù)操作,需要人工干預(yù)。這種方案可以根據(jù)輔助線圈和通過線圈的信號(hào)來判斷車輛的行駛方向,可以有效避免重復(fù)發(fā)卡。
根據(jù)這個(gè)解決方案改造了一條盜卡現(xiàn)象比較頻繁的自動(dòng)發(fā)卡車道,結(jié)合兩個(gè)月以來的統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn):經(jīng)過改造后的自動(dòng)發(fā)卡車道,未出現(xiàn)重復(fù)取卡的車輛,從而可得出結(jié)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(fèi)管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2014.
[2]趙 輝.高速公路自動(dòng)發(fā)卡控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南昌:南昌航空大學(xué),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(jí)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(xué)博士,高級(jí)工程師,研究方向:智能交通系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用研究。
廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目合同編號(hào):桂科攻12400 01)