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基于车牌识别技术的IC卡及通行费防流失对策研究
作者：张斌 付江成 胡松利 王勇
来源：中国一卡通网
日期：2009-03-09 17:08:07
摘要：高速公路IC卡及通行费流失是困扰公路收费和管理部门多年的问题。本文从我国高速公路管理现状出发，将车牌识别技术与IC卡管理思想相联系，在不增加硬件投资的前提下，利用现有成熟的车牌识别技术及数据库同步技术，构建一种有效防止IC卡及通行费流失的解决方案。本文详细介绍了系统实现思想、原理及特点。
0、引言
随着我国国民经济的快速发展，高速公路通车里程不断增加，联网范围和运营管理单位都逐年增多，随之而来的IC卡、通行费流失问题越来越受到各级高速公路管理者的关注。从理论上说，高速公路是封闭的，车辆只能从入口领卡进入高速公路，经过出口验卡交费后出高速公路，出口如果发现通行车辆丢卡，也需要收取卡成本赔偿金，通行卡是不应该莫名其妙的流失的。但实际情况是随着高速公路联网收费工作的不断推进，传统的路段级的收费、监控、通信管理受到联网收费的严峻挑战，卡、费流失的多样化与复杂性以成为我们多年来未能完全破解的难题。本文结合我所多年来开发高速公路收费及相关管理系统的经验，就高速公路联网收费后造成的通行卡、费流失途径进行了简单的分析总结，提出一种应用车牌自动识别技术有效防止IC卡及通行费流失的对策，旨在最大限度地堵塞卡、费流失漏洞。
1、现状及原因
广东省自2004年底已实现全省范围高速公路联网收费，运营管理单位包括高速公路总公司、各分公司、省公路局下辖各地市公路局等等。在这种情况下，任何一个管理处，收费站出现漏洞都会导致IC卡及通行费的不断流失。据统计，去年广东全省高速公路IC卡流失在10%以上，除IC卡本身的成本给系统运行带来额外经济负担，由此导致的逃费现象也日益突出，另外，大量的卡流失造成整个路网通行卡总数短缺，个别收费站因IC卡库存不足已经严重影响收费秩序。
经多方调查，通行卡流失原因主要可分为三类有：
一是硬件条件造成卡丢失。由于部分高速公路封闭不严，车辆在入口领卡上高速公路，从未封闭的出口出去，把通行卡携带走；
二是车辆闯关造成卡丢失；
三是收费员原因造成卡丢失。部分出口收费员操作不规范（在出口通过车队键将车辆操作放行）或收费员作弊（私放车辆、私存通行卡等）造成IC卡流失；
四是流通过程中卡丢卡。特别是部分公务车、军警及免费车辆，在入口领取通行卡，出口使用公务卡，现有营运方式无法有效地防止通行卡的流失。
对于前两种原因造成的卡丢失，主要应采取封闭高速公路上除出入口外可能的开放处和加强监管力度来解决。本文重点研究后两种原因造成的卡流失，将车牌与入口发卡情况相关联，在出口收费处增加收发卡条件判断，有效减少IC卡流失。
2、系统实现
2.1实现思想
车辆进入高速公路时，车牌识别设备自动识别车牌信息，确定是否需要发卡，并从IC卡发卡机处获知是否已对该车辆发卡，若车辆已发卡，将车辆牌照、IC卡卡号及车辆前景图片一起存储到数据库中。车辆到达高速公路出口时，车牌识别设备自动识别车牌信息，再根据车牌信息在数据库中查找该车是否已领取IC卡，若有领取IC卡，则通知收费员必须回收IC卡（无论该车辆是否为免费车）。流程如下图：
入口车道监控摄像机实时监控收费车道，当有车辆进入视频界面时，识别模块检测到图像的变化，在控制信号作用下高速抓拍车辆前景图片，通过识别模块进行运动图像分割，确定车牌位置并识别车牌，识别结果回传至收费计算机。收费计算机根据车牌信息快速检索数据库，如果是公务车或其它不需要缴费的特权车辆，则直接放行不进行写卡及发卡操作。对于正常收费车辆，收费计算机控制写卡信息并发卡，同时将发卡结果、车牌信息、车辆前景图片及发卡的IC卡卡号存储入正常车辆数据库。写入本地数据库的信息同步上传至远处监控中心服务器。系统结构图如下：
（1）管理思想创新。国内首次将车牌识别技术与IC卡管理思想相结合，有效杜绝公务车、军警及其它免费车辆入口领取通行卡，出口使用公务卡而造成的IC卡流失；
（2）防止收费员作弊。入口已发卡的车辆，如在出口处收费员作弊不回收IC卡或不收取卡成本赔偿金，系统将报警并予以记录；
（3）提高写卡效率。通过联网范围内的数据库同步技术，可以根据情况减少写入IC卡中的信息，提高IC卡写卡速度和准确性；
（4）缩短服务时间。通过在入口和出车口车道安装基于视频流的车牌识别系统，自动高速获得通过车辆的车牌号，如果是公务车直接放行，服务时间大大缩短；
（5）车牌识别率高，采用图像高速识别技术，平均每秒识别25帧以上，每车牌识别用时小于600毫秒，识别率90%以上；
（6）防止不同车辆换卡。入口收费站车辆前景图片及已发卡的卡号均在数据库中存储，出口收费员收回卡时，如果车牌与数据库中记录的已发IC卡号不同，系统调用入口车牌图像，进行图像比对，确有问题系统报警并提示收费员处理；
（7）辅助车型识别。本解决方案与我所原有已开发的基于车牌识别车型系统协同工作，可以根据车牌快速提取车型。在不增加硬件投资基础上，增加车型识别功能。
4、结语
目前，我国高速公路通行费、IC卡流失严重，特别是“特权车”逃漏通行费、卡屡禁不止，造成较大经济损失，已经严重影响了我国高速公路的管理水平和服务质量，越来越引起各级政府的重视。本系统在现有基础设施及硬件基础上，总结创新一种解决策略，将原有的车牌识别技术与IC卡管理方案集成，有效减少IC卡及通行收费用流失，明显提高各部门工作效率。本系统现已在广东省部分收费站试运行，客户反应良好，将有效的解决困扰公路收费和管理部门多年的高速公路通行费、IC卡流失严重的问题。
随着我国国民经济的快速发展，高速公路通车里程不断增加，联网范围和运营管理单位都逐年增多，随之而来的IC卡、通行费流失问题越来越受到各级高速公路管理者的关注。从理论上说，高速公路是封闭的，车辆只能从入口领卡进入高速公路，经过出口验卡交费后出高速公路，出口如果发现通行车辆丢卡，也需要收取卡成本赔偿金，通行卡是不应该莫名其妙的流失的。但实际情况是随着高速公路联网收费工作的不断推进，传统的路段级的收费、监控、通信管理受到联网收费的严峻挑战，卡、费流失的多样化与复杂性以成为我们多年来未能完全破解的难题。本文结合我所多年来开发高速公路收费及相关管理系统的经验，就高速公路联网收费后造成的通行卡、费流失途径进行了简单的分析总结，提出一种应用车牌自动识别技术有效防止IC卡及通行费流失的对策，旨在最大限度地堵塞卡、费流失漏洞。
1、现状及原因
广东省自2004年底已实现全省范围高速公路联网收费，运营管理单位包括高速公路总公司、各分公司、省公路局下辖各地市公路局等等。在这种情况下，任何一个管理处，收费站出现漏洞都会导致IC卡及通行费的不断流失。据统计，去年广东全省高速公路IC卡流失在10%以上，除IC卡本身的成本给系统运行带来额外经济负担，由此导致的逃费现象也日益突出，另外，大量的卡流失造成整个路网通行卡总数短缺，个别收费站因IC卡库存不足已经严重影响收费秩序。
经多方调查，通行卡流失原因主要可分为三类有：
一是硬件条件造成卡丢失。由于部分高速公路封闭不严，车辆在入口领卡上高速公路，从未封闭的出口出去，把通行卡携带走；
二是车辆闯关造成卡丢失；
三是收费员原因造成卡丢失。部分出口收费员操作不规范（在出口通过车队键将车辆操作放行）或收费员作弊（私放车辆、私存通行卡等）造成IC卡流失；
四是流通过程中卡丢卡。特别是部分公务车、军警及免费车辆，在入口领取通行卡，出口使用公务卡，现有营运方式无法有效地防止通行卡的流失。
对于前两种原因造成的卡丢失，主要应采取封闭高速公路上除出入口外可能的开放处和加强监管力度来解决。本文重点研究后两种原因造成的卡流失，将车牌与入口发卡情况相关联，在出口收费处增加收发卡条件判断，有效减少IC卡流失。
2、系统实现
2.1实现思想
车辆进入高速公路时，车牌识别设备自动识别车牌信息，确定是否需要发卡，并从IC卡发卡机处获知是否已对该车辆发卡，若车辆已发卡，将车辆牌照、IC卡卡号及车辆前景图片一起存储到数据库中。车辆到达高速公路出口时，车牌识别设备自动识别车牌信息，再根据车牌信息在数据库中查找该车是否已领取IC卡，若有领取IC卡，则通知收费员必须回收IC卡（无论该车辆是否为免费车）。流程如下图：
图1 系统实现流程图
入口车道监控摄像机实时监控收费车道，当有车辆进入视频界面时，识别模块检测到图像的变化，在控制信号作用下高速抓拍车辆前景图片，通过识别模块进行运动图像分割，确定车牌位置并识别车牌，识别结果回传至收费计算机。收费计算机根据车牌信息快速检索数据库，如果是公务车或其它不需要缴费的特权车辆，则直接放行不进行写卡及发卡操作。对于正常收费车辆，收费计算机控制写卡信息并发卡，同时将发卡结果、车牌信息、车辆前景图片及发卡的IC卡卡号存储入正常车辆数据库。写入本地数据库的信息同步上传至远处监控中心服务器。系统结构图如下：
图2 入口模块原理图
图3 出口收费流程
（1）管理思想创新。国内首次将车牌识别技术与IC卡管理思想相结合，有效杜绝公务车、军警及其它免费车辆入口领取通行卡，出口使用公务卡而造成的IC卡流失；
（2）防止收费员作弊。入口已发卡的车辆，如在出口处收费员作弊不回收IC卡或不收取卡成本赔偿金，系统将报警并予以记录；
（3）提高写卡效率。通过联网范围内的数据库同步技术，可以根据情况减少写入IC卡中的信息，提高IC卡写卡速度和准确性；
（4）缩短服务时间。通过在入口和出车口车道安装基于视频流的车牌识别系统，自动高速获得通过车辆的车牌号，如果是公务车直接放行，服务时间大大缩短；
（5）车牌识别率高，采用图像高速识别技术，平均每秒识别25帧以上，每车牌识别用时小于600毫秒，识别率90%以上；
（6）防止不同车辆换卡。入口收费站车辆前景图片及已发卡的卡号均在数据库中存储，出口收费员收回卡时，如果车牌与数据库中记录的已发IC卡号不同，系统调用入口车牌图像，进行图像比对，确有问题系统报警并提示收费员处理；
（7）辅助车型识别。本解决方案与我所原有已开发的基于车牌识别车型系统协同工作，可以根据车牌快速提取车型。在不增加硬件投资基础上，增加车型识别功能。
4、结语
目前，我国高速公路通行费、IC卡流失严重，特别是“特权车”逃漏通行费、卡屡禁不止，造成较大经济损失，已经严重影响了我国高速公路的管理水平和服务质量，越来越引起各级政府的重视。本系统在现有基础设施及硬件基础上，总结创新一种解决策略，将原有的车牌识别技术与IC卡管理方案集成，有效减少IC卡及通行收费用流失，明显提高各部门工作效率。本系统现已在广东省部分收费站试运行，客户反应良好，将有效的解决困扰公路收费和管理部门多年的高速公路通行费、IC卡流失严重的问题。
