高速公路收费系统利用人车识别进行防冲逃开发应用

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【摘要】： 随着高速公路的发展，逃费现象一直存在，并且由于跨路段的联网收费的进行，收费区间的增加，单次收费金额越来越大，逃费行为对高速公路经营管理的危害也越来越大，因此如何利用技术手段来配合营运管理，保证高速公路正常安全有序运行，显得越来越重要。

【关键词】： 高速公路 人车识别 防冲逃

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A

一． 项目背景

高速公路是国家经济发展中必不可少的重要的工具，目前，我国高速公路的建设资金是通过向银行贷款、向社会发行债券、股票和有偿转让收费公路经营权以及利用外资等方式筹措的，高速公路通过向使用者收取合理的通行费用以偿还建设高速公路的贷款。因此，高速公路的收费业务是公路管理的一项重要工作，是高速公路赖以生存与发展的基础。

然而，随着高速公路的发展，逃费现象就一直存在，并且，由于跨路段的联网收费的进行，收费区间越来越大，单次收费的金额也越来越大，逃费的行为对高速公路的经营管理的危害也越来越大。根据分析，高速公路的逃费手段主要有以下几种：

 收费员作弊，侵吞过路费

 司机换卡、倒卡减少交费

 假冒特种车辆逃避交费

 超载行驶以减少交费

 强行冲卡逃避交费

据实际调查发现，高速公路段现阶段各类小车和超载货车为了逃避路费或检查，强行冲卡的违规现象增多，车辆冲卡逃费行为对收费广场人员的安全造成了严重的危险，也给国家造成了不必要的损失。

二． 项目业务需求

目前绝大多数高速公路一直使用的是传统的模拟摄像机，虽然技术很成熟稳定，但本身依然存在有技术的局限性。一般情况下抓拍到的车辆，尤其是冲卡车的图像质量不佳，基本上看不清楚细节特征，无法有效的对冲卡逃费车辆进行取证处理。而且，通过和公安机关沟通了解后，若出现冲卡逃费现象时，必须要有冲卡司机人员清晰的面部照片、完整的车辆照片、车牌照片方可受理立案，因此，传统的模拟摄像机仅仅拍下车牌是无法向公安机关报警、立案的。

在上述背景下，如何利用技术手段来配合营运管理，保证高速公路正常安全有序运行，显得越来越重要。

目前国内其它省采用了以下一些方式：

 公安警察现场协助抓捕冲卡

这种方式只在短期内起到警示作用，并不能真正解决冲卡逃费的问题。

 安装路桩挡路器或破胎器

这种方法虽然能有效中止冲卡逃费现象，但由于缺少相关法律依据，而且可能会造成车辆损毁、甚至人员伤亡，引发新的矛盾，不宜推广。

 使用车牌识别技术对冲卡逃费车辆进行追诉

由于冲卡车辆一般都会对车牌进行遮挡和非法变更甚至伪造牌照，所捕获到的车牌信息已不能成为车辆的唯一性标识。

 使用高清卡口来追踪车辆行驶路线，排查可疑换卡车

其识别率还不高，系统固有的弱点还不能很好地解决假牌照、改牌照的问题，特别是对于直接冲卡行为一点办法都没有。再者，目前有些省份已开始采用远程RFID路径标识复合通行卡，此举直接就涵盖了高清卡口的路径识别功能，使得该技术已没有了优势。

从国内目前的上述各种手段，还没有有效的技术方法能够从根本上杜绝冲卡逃费行为。为了解决这个问题，本项目就应运而生。通过本项目的研究，利用高清视频的有关基础技术以及原有的收费系统平台相结合，综合了前端的智能识别、捕捉技术，中段的车牌识别、人脸识别、车辆特征识别等，还有后台的收费数据库挖掘等的技术，针对目前逃费的几种常见手段，系统性地进行解决，为高速公路日常营运损失的减少及挽回起到很重要的作用。

三． 系统方案设计

1. 系统功能规划

本系统的关键技术基于对车牌、车型、人脸、颜色等冲卡逃费车辆特征数据的提取，采用后台数据库自动比对，将冲卡车辆多次冲卡的视频、高清照片归集到一起，提高了报警立案率，将不法司机的违法行为从较轻的民事责任提高到了刑事责任，与公安机关一起联合打击了冲卡逃费行为，不仅有利于挽回高速公路的直接经济损失，还起到了教育、威慑作用，从而最终达到预防、杜绝冲卡逃费行为。

在整个系统中，人脸的识别是一个关键的要素，对于公安部门要求的报警要素之一就是必须有司机的脸部照片，同时，在整个系统中，也是通过司机脸部的特征来搜索该车辆历史逃费记录，以达到刑事立案的条件。

总体结构由三部分组成：车道逃费数据采集系统、防冲卡逃费管理系统、冲卡逃费预警系统。

2. 系统功能设计

（1）高清图像抓拍

这一功能由支持1080P的高清摄像头实现，该摄像头具有1920*1280的分辨率，可以完成实时H.264编码，支持双码流输出，支持JPG、MJPEG高清抓拍功能。同时，利用LED补光技术，以实现对收费车辆通过收费站的过程进行完整、清晰的记录。

（2）黑名单稽查系统自动对比

系统设计了人脸识别、车型、车牌识别、冲卡车辆特征提取模块，所获取的数据实时保存在数据库中，经过后台稽查人员核查确认为冲卡车时自动列入冲卡车黑名单库中。当车辆再次通过系统内的车道时，从实时提取的车辆特征数据，与数据库中原有记录的模糊对比，按疑似度排序，当超过预设值（如99.8%）时提出黑名单拦截提示。收费员就可以根据实际情况拒绝放行，并让现场稽查员出示相关证据让其补缴漏逃通行费。如车辆每次都是直接冲逃，那就后台统计出所逃金额，并汇齐所有证据提交公安机关立案侦察。

（3）后台历史数据查询分析及统计

稽查人员可随时在后台对冲卡数据进行分析、查看和统计，同时，通过人眼的比对、判断，可以将系统漏判的同一车辆的冲卡行为归并到一起。

3. 系统的网络部署方案

防冲逃系统网络拓扑图

4. 系统的部署方案

系统由防逃费管理平台服务器、车道监控终端以及相监控摄像头、车道控制器组成。其中，防逃费管理平台服务器部署在收费管理中心，通过高速公路专网与各收费站车道监控终端连接。

车道监控终端软件安装在一台工控机上，每条车道安装一台终端，监控终端通过串口、网络与车道控制器连接，通过车道控制器接收栏杆、线圈状态，以判断是否有冲卡行为。当发生冲卡行为时，控制高清摄像头进行高清抓拍，并将发生冲卡行为前后5分钟的视频数据上传到管理平台。

高清监控摄像头，每条车道安装一个，完成车道视频的实时编码，并将视频数据通过网络实时传送到监控终端，并完成冲卡车辆的抓拍功能。

车道控制器与收费系统连接、摄像头、报警器和监控终端连接，以获取收费过程的状态，自动判断冲卡行为，发送告警信号并控制声光报警。

现场安装示意图

四． 系统主要功能

1. 冲逃车辆数据采集系统

逃费车辆数据采集系统是高速公路高清卡口防逃费收费系统的数据采集子系统，该子系统安装于高速公路出口车道，主要是利用原收费系统的线圈、栏杆状态检测冲卡逃费行为，在冲卡逃费车辆进行冲卡时，自动触发冲卡事件，完成对冲卡车辆的图片抓拍、车型、车牌识别、人脸抓取等，同时将采集的冲卡车辆信息（视频、图片、数据等）实时上传至防冲卡逃费管理系统以及进行报警提示。其具体需要完成的功能如下:

1. 冲卡逃费车辆的自动识别：由于高速公路出口车道车流量较大，同时存在有正常通过车辆和冲卡逃费车辆，逃费车辆数据采集系统需能自动识别出冲卡逃费车辆，并在冲卡逃费车辆经过检测区域时候触发高清抓拍模块执行抓拍功能。

2. 冲卡逃费车辆信息的智能采集：为了能完成有效的冲卡逃费车辆识别，检索，取证，预警功能。逃费车辆数据采集系统需要准确提取出如下逃费车辆有效信息：

 完成冲卡逃费车辆的抓拍功能，抓拍图片分辨率要求：不低于200万像素（1600×1200）。同时，系统完整保存逃费车辆经过收费车道的完整过程，以便完整记录逃费车辆的冲卡逃费证据。

 有效识别冲卡车辆的车牌号码、颜色；有效提取冲卡逃费车辆的车型、车身颜色等特征信息；以作为冲卡逃费车辆进行后台管理、生成证据、历史数据检索的依据。

 自动截取冲卡逃费车辆的人员的人脸图像。司机人脸特征提取满足省公安厅人脸特征提取及对比要求。

3. 冲卡逃费信息的实时上报：冲卡逃费车辆的截取图片、视频和所提取的特征信息需要实时上传至防冲卡逃费管理系统。以便实现实时报警，以进行后期的进一步处理。

4.现场声光报警：在冲卡逃费车进行逃费时候，现场产生相应的声光报警，对逃费车辆进行威慑警示。

2. 防冲逃管理系统

防冲卡逃费管理系统是高速公路高清卡口防逃费收费系统的综合管理信息平台软件。主要完成对采集到的冲卡逃费车辆信息的后台管理，本子系统主要包括事件处理、信息校准、冲卡补录、补缴录入、数据检索、报表统计、数据导出、系统管理。其详细的功能和流程如下：

1. 事件处理：在发生车辆进行冲卡逃费时，防冲卡逃费管理系统接收车道系统上报的冲卡逃费事件，自动完成如下四个操作的处理：

 将相关的冲卡逃费车辆数据自动存储，存储内容：冲卡记录号、收费站号、收费广场、车道号、时间、车辆类型、车牌号、车牌颜色、车身颜色、抓拍图片、人脸图片、相关视频等；

 产生相应的声光报警，提醒相关人员进行处理；

 相应的监视器自动切换至对应的摄像机；

 软件界面弹出相关的事件处理界面，界面自动显示当前冲卡逃费车辆信息；

2. 信息校准：由于外界各种客观因素的影响，系统自动识别的车牌、颜色、车型等数据不可避免的存在一些错误，为了提高数据的准确性，便于后期的管理，系统提供对自动识别的信息的人工校准功能，稽查人员可以根据抓拍图像、视频以及其他外部信息来对系统自动识别的错误进行校准，人工校准后的数据作为有效数据存入历史库，作为日后检索、报表等的依据。人工校准录入信息：识别准确率、车辆类型、车牌号、车牌号是否完整、车牌颜色、车身颜色等；

3. 冲卡补录：对于由于断电、故障等不可抗力引起的冲卡逃费车辆数据缺失的问题，系统提供对于冲卡逃费车辆数据的补录功能，通过补录界面，稽查人员可以完成对缺失冲卡逃费车辆数据的补录。

4. 补缴录入：对于已经进行过罚款、补缴处理过的冲卡逃费车辆，稽查人员可以将相关的罚款补缴信息录入至系统中，便于日后进行冲卡逃费车辆的统一管理。

5. 数据检索：对于系统中所有的记录信息（冲卡车信息、校准信息、补缴信息）可以进行各种查询。

6. 报表统计：为便于对冲卡逃费车辆信息的管理和开展相关的分析工作，系统提供各类分析报表功能。

7. 数据导出、打印：为方便管理以及与其他系统的接口，系统提供各类数据导出功能。

8. 系统管理：系统管理主要包括两个部分，用户管理和参数设置。

3. 防冲逃预警系统

冲卡逃费预警系统是高速公路高清卡口防逃费收费系统的预警管理模块，该系统主要采集当前车辆的基本信息，将其与历史冲卡逃费车辆信息进行匹配对比，在一致的情况下，既可判断其具有较高冲卡逃费的可能性，系统提前进行预警提示，降低其再次冲卡逃费的可能性，也可以结合其他相关管理方法，提示站场人员在确保安全的前提下进行相应处理。

车辆行驶进入检测区域，冲卡逃费预警系统自动对行驶车辆进行高清抓拍，在高清抓拍图片的基础上，对车辆特征信息进行动态提取，提取的车辆特征信息返回至后台管理服务，后台管理返回将车辆特征信息与历史库中的逃费车辆数据进行对比。在匹配度较高的情况下，可以作为该车存在历史冲卡逃费的预判断，同时，将该信息返回至收费广场，进行警示。本系统有三个功能模块组成：

1. 智能车辆数据采集：该模块主要是在车辆进行检测区域时，自动完成高清抓拍，并对抓拍的图片进行识别，提取车辆的车牌号码、车牌颜色、车辆的车型、车身颜色等特征信息，并实时将相关特征信息上传至监控中心后台服务。

2. 车辆冲卡预警：该模块主要是接收车牌号码、颜色、车型、车身颜色等数据后，将这些数据与历史库中的数据进行对比，对比其与历史数据的匹配程度，在匹配程度较高的情况下，预判断该车辆存在历史逃费记录，同时，将警示信息返回至收费广场。

3. 收费广场预警：收费广场接收到预警信息后，将相关预警信息以声音、文字、图片等方式进行警告提示。警示车辆不要进行再次逃费，也可以提示站场人员按照管理办法进行相关处理。

五． 结语

冲卡逃费司机在冲卡时，大多对车牌进行了伪装、强行冲卡，同时为了躲避检查，甚至有在高速公路上强行倒车、逆向行驶，冲撞收费亭等危害交通安全的行为，对高速公路上其它车辆、人员和收费人员的人身安全带来巨大危害，2012年深圳高速公路因司机冲卡造成3名收费员死亡，这给社会、家庭带来巨大的不可挽回的损失。

对冲卡行为的打击，不仅仅为高速公路公司挽回直接经济损失，同时还为维护正常的收费营运秩序、促进合理竞争、维护社会稳定和确保高速公路交通安全起到了重要的作用。

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