杜浩然

（紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)， 紐卡斯?fàn)?NE17RU）

0 引言

全國高速公路省界收費(fèi)站取消后，按照《深化收費(fèi)公路制度改革取消高速公路省界收費(fèi)站實(shí)施方案》，高速公路車輛通行計(jì)費(fèi)的三元素為計(jì)費(fèi)模塊、費(fèi)率參數(shù)、路徑參數(shù)[1]。這三個(gè)元素信息的準(zhǔn)確與否直接決定了最終通行費(fèi)計(jì)費(fèi)是否正確。費(fèi)率參數(shù)包含各收費(fèi)單元的各車型計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確的通行車輛車型和軸數(shù)是費(fèi)率參數(shù)的決定因素。路徑參數(shù)包含所有的門架收費(fèi)單元，最終體現(xiàn)為車輛本次路網(wǎng)通行的通行路徑，準(zhǔn)確的通行路徑是路徑參數(shù)的決定因素。

由于客觀因素和主觀因素可能導(dǎo)致通行車輛路徑還原不完整或不準(zhǔn)確。其中客觀因素主要包括RSU設(shè)備、牌識設(shè)備、標(biāo)簽的故障和損壞的原因，入出口車牌/車型（軸數(shù)）不符、丟卡、壞卡等原因?qū)е聵?biāo)簽交易和牌識路徑無法完整融合還原車輛通行路徑；主觀因素主要包括人為屏蔽OBU 或CPC 卡、更換車牌、倒換通行介質(zhì)、U/J 行駛等方式進(jìn)行惡意逃費(fèi)，從而導(dǎo)致實(shí)際的車輛通行路徑無法正確融合出來。

由此在通行計(jì)費(fèi)方面具體表現(xiàn)為：車輛“車型（軸數(shù)）”信息的改變將造成“大車小標(biāo)”“貨車客標(biāo)”等車型不符的少收通行費(fèi)行為；部分特殊情況下，存在一些ETC 車輛或CPC 車輛在經(jīng)過ETC 門架時(shí)沒得到有效記錄，造成“跑長買短”等涉及改變通行路徑的少收通行費(fèi)行為。

針對車輛通行費(fèi)用的稽核，主要方式是事后稽核，即由稽核人員后期基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)篩查分析疑似逃費(fèi)車輛，實(shí)現(xiàn)通行費(fèi)用追繳。這種事后稽核方式，由于人工分析的效率較低，無法實(shí)現(xiàn)全量稽核；無法對稽核數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，缺乏對本地區(qū)逃費(fèi)整體情況的定量分析及預(yù)估，導(dǎo)致對于稽核業(yè)務(wù)的加強(qiáng)及系統(tǒng)建設(shè)比較盲目；稽核證據(jù)在“車型表達(dá)”方面獲取過程繁瑣且不夠直觀，不利于證據(jù)鏈補(bǔ)全[2]。

通過在現(xiàn)有的ETC 門架上加設(shè)一套基于視頻圖像技術(shù)車型識別的、高采集率的門架稽核系統(tǒng)，對通行車輛的“車型（軸數(shù)）”進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將更好地解決這些問題。

1 系統(tǒng)技術(shù)方案

系統(tǒng)技術(shù)方案主要包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)匯集與分析、平臺對接四個(gè)部分，構(gòu)架示意圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)方案構(gòu)架示意圖

門架數(shù)據(jù)分析終端接收到門架車型識別設(shè)備的抓拍數(shù)據(jù)和門架RSU 計(jì)費(fèi)交易結(jié)果數(shù)據(jù)后，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析等手段，分析出大車小標(biāo)、計(jì)費(fèi)缺失、一車多簽、反向行駛等核心數(shù)據(jù)，并支持將這些結(jié)果數(shù)據(jù)及圖片推送至第三方業(yè)務(wù)平臺。數(shù)據(jù)采集具體包括車輛信息采集和交易數(shù)據(jù)獲取。車輛信息采集由牌識設(shè)備將車頭圖、車尾圖、車牌等信息傳輸給車型識別設(shè)備，再由車型識別設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一整合后，將車頭圖、車側(cè)圖、車尾圖等車輛信息數(shù)據(jù)傳輸至門架數(shù)據(jù)分析終端。在普通門架場景，門架RSU 設(shè)備產(chǎn)生交易數(shù)據(jù)后，將交易數(shù)據(jù)信息傳遞給部站的門架服務(wù)器，門架數(shù)據(jù)分析終端支持第三方軟件對接，支持自動獲取和人工導(dǎo)入兩種方式獲取交易數(shù)據(jù)[3]。

其中，車型識別采用視頻圖像車型識別技術(shù)。當(dāng)前識別車型的主要技術(shù)形式有視頻車型識別技術(shù)、稱重輪軸識別技術(shù)、激光車型識別技術(shù)。這些技術(shù)產(chǎn)品已在高速公路應(yīng)用多年，使用場景大多數(shù)為單車道低速環(huán)境。

視頻圖像處理過程中涉及到對視頻圖像數(shù)據(jù)的獲取、處理、傳輸、顯示和回放等過程，最為主要的是視頻圖像的處理技術(shù)，該技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下五個(gè)環(huán)節(jié)：

1）光電感知環(huán)節(jié)：隨著圖像傳感器技術(shù)和制程工藝的進(jìn)步，300 萬以上像素的高分辨率、120 fps 以上的先進(jìn)圖像傳感器大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，在高速公路快速通行場景下的圖像效果得到了更為直觀的改善。

2）WDR 寬動態(tài)環(huán)節(jié)：寬動態(tài)功能適用在光照對比強(qiáng)烈的場景，這類場景在高速公路最為常見，在夜晚汽車的遠(yuǎn)光燈與周圍環(huán)境就形成了強(qiáng)烈對比，極易造成車輛目標(biāo)不可見、不可辨的情況。在圖像傳感器廠家對傳感器光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的多次曝光HDR 技術(shù)迭代推動下，再輔以CPU 芯片的ISP 圖像處理環(huán)節(jié)中WDR 效果調(diào)優(yōu)，當(dāng)前WDR 寬動態(tài)技術(shù)在高速公路夜晚環(huán)境下可以達(dá)到比較好的使用效果。

3）視頻圖像降噪環(huán)節(jié)：噪聲是圖像和視頻中常見的失真類型，噪聲太大會直接影響信息的有效傳遞，傳統(tǒng)的圖像單幀降噪技術(shù)和視頻多幀降噪技術(shù)的發(fā)展已趨向瓶頸期，在ITS 行業(yè)的設(shè)備終端使用硬件和軟件實(shí)現(xiàn)，降噪效果基本可用[4]。

4）AI 圖像識別技術(shù)的發(fā)展：傳統(tǒng)圖像識別技術(shù)主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)去設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)則，只適合處理一些常見有規(guī)律的情況，面對更復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)場景效果就會明顯下降甚至不可用?；谏疃葘W(xué)習(xí)的AI 圖像識別，是通過樣本學(xué)習(xí)的方式，模擬人類感知過程，提取出圖像中最本質(zhì)的結(jié)構(gòu)化特征支撐上層決策，其表現(xiàn)主要取決于模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和樣本學(xué)習(xí)數(shù)量。對于圖像的處理是深度學(xué)習(xí)算法最早嘗試應(yīng)用的領(lǐng)域，也是當(dāng)下在工業(yè)應(yīng)用更為深廣的領(lǐng)域，發(fā)展至今，現(xiàn)在的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)能夠理解和識別一般的自然圖像，這些識別模型不僅大幅提高了圖像識別的精度，同時(shí)也避免了特征提取的人工資源大量損耗，使用在線運(yùn)行效率大大提升。

5）嵌入式算力芯片的發(fā)展：嵌入式算力芯片使基于深度學(xué)習(xí)的AI 圖像識別得到強(qiáng)大的算力支撐，隨著嵌入式算力芯片的成熟，可以在10 W 功耗的芯片上提供與專業(yè)GPU 等效的算力，使AI 模型能夠直接部署到前端設(shè)備中，在前端就能完成車型結(jié)構(gòu)化信息提取和識別的功能，極大減少了路網(wǎng)系統(tǒng)在傳輸和存儲上壓力。

在以上技術(shù)發(fā)展的推動下，視頻車型識別技術(shù)最終在車型識別技術(shù)中脫穎而出，不論是車型和車軸數(shù)的識別率，還是車輛高速通行場景的適應(yīng)性都可以滿足真實(shí)的工程使用要求。具體介紹如下：

1）數(shù)據(jù)傳輸：車輛信息數(shù)據(jù)與交易數(shù)據(jù)上傳至門架數(shù)據(jù)分析終端。

2）數(shù)據(jù)匯集與分析：由門架數(shù)據(jù)分析終端完成匯集后，系統(tǒng)再對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、融合以及分析。首先，將接入的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行多檢去重、清洗、存儲等預(yù)處理操作；其次，將車輛信息數(shù)據(jù)與門架交易數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并將兩種數(shù)據(jù)按照相同門架、車牌顏色、車牌號碼、時(shí)間范圍等判定條件進(jìn)行整合；數(shù)據(jù)融合后，輸出融合結(jié)果數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動篩選出大車小標(biāo)、交易缺失、一車多簽、反向行駛、車牌不一致等異常數(shù)據(jù)。

3）平臺對接：門架數(shù)據(jù)分析終端完成數(shù)據(jù)分析后，可在平臺直接查看處理分析后的結(jié)果數(shù)據(jù)，同時(shí)系統(tǒng)支持將數(shù)據(jù)推送至第三方業(yè)務(wù)平臺。

2 試驗(yàn)效果分析

試驗(yàn)選取了一個(gè)貨車流量較大的門架，在該ETC門架上加裝視頻車型識別設(shè)備及牌識設(shè)備；在該門架機(jī)柜部署一臺門架數(shù)據(jù)分析終端。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一定周期后，該服務(wù)器獲取的視頻車輛數(shù)據(jù)和ETC 交易流水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可分析出經(jīng)過該門架的車輛中“大車小標(biāo)”“交易缺失”等異常數(shù)據(jù)。

針對每一條異常數(shù)據(jù)，通過稽核平臺逐條進(jìn)行核查，可判斷出系統(tǒng)分析出來的異常數(shù)據(jù)是否存在真正的業(yè)務(wù)逃費(fèi)。試驗(yàn)過程中，不斷優(yōu)化分析模型及策略，提高了系統(tǒng)的分析準(zhǔn)確性。通過這些“異常數(shù)據(jù)”可以分析出本區(qū)域內(nèi)的“大車小標(biāo)”“交易缺失”等大致情況。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)功能包括通行流水、異常數(shù)據(jù)、特殊車輛采集和流量統(tǒng)計(jì)四大部分，業(yè)務(wù)功能結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能結(jié)構(gòu)

2.1 通行流水

門架數(shù)據(jù)分析終端接入車型識別設(shè)備采集的識別數(shù)據(jù)與ETC 門架的交易數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)匯聚、融合計(jì)算和智能分析，融合車輛通行數(shù)據(jù)，可以輕松形成可展示的一車一行一檔多維數(shù)據(jù)信息。

2.2 異常數(shù)據(jù)

將融合后的車輛通行信息進(jìn)行智能分析后得出存在異常的車輛通行記錄：

1）大車小標(biāo)：實(shí)際車型（軸數(shù)）與計(jì)費(fèi)車型（軸數(shù)）不一致，標(biāo)記判定為大車小標(biāo)。同時(shí)可將車輛圖片及車輛多維度信息組合起來生成合成圖，提供輔助稽核的有利證據(jù)。

2）交易缺失：存在設(shè)備識別數(shù)據(jù)，但無匹配的交易數(shù)據(jù)，標(biāo)記判定為交易缺失。對缺失頻次按月進(jìn)行累加統(tǒng)計(jì)，通過此種方式，可以找出缺失頻次高、嫌疑較大的問題車輛。這些車輛可能存在屏蔽計(jì)費(fèi)設(shè)備行為。

3）一車多簽：單次通行，存在多個(gè)不同編號的通行介質(zhì)的車輛通行數(shù)據(jù)，被標(biāo)記判定為一車多簽。

4）反向行駛：系統(tǒng)將識別數(shù)據(jù)與門架計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合匹配后，把車輛一次通行短時(shí)經(jīng)過了兩個(gè)不同方向的門架的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，判定為反向行駛異常數(shù)據(jù)。

5）號牌不一致：識別號牌及顏色與計(jì)費(fèi)號牌及顏色不一致。

2.3 特殊車輛采集

車型識別設(shè)備通過車輛多維特征采集、智能算法分析，可精準(zhǔn)識別?；愤\(yùn)輸車輛、冷鏈運(yùn)輸車輛等特殊車輛信息，并匯集成帶車型的特殊車輛數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，系統(tǒng)可以檢測出在違禁時(shí)段內(nèi)通行的?；愤\(yùn)輸車輛，并打上標(biāo)記，提供給客戶查閱。

2.4 流量統(tǒng)計(jì)

采集通行車型，生成時(shí)段與車型、特殊車輛等多角度的統(tǒng)計(jì)流量分析報(bào)告，為高速運(yùn)營分析提供帶車型的精準(zhǔn)交調(diào)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

基于視頻圖像技術(shù)車型識別的門架稽核系統(tǒng)針對高速公路單點(diǎn)門架能夠提供完整的稽核微系統(tǒng)和流量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，易于擴(kuò)展，當(dāng)部署點(diǎn)足夠覆蓋完整路段時(shí)，可升級為路段稽核方案。同時(shí)，由于系統(tǒng)處于收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)，且針對通過門架的所有車輛，因此所有數(shù)據(jù)從前端到應(yīng)用都應(yīng)做好安全保密措施，嚴(yán)格遵循相關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)定。