概  述

　　近年来，随着我省高速公路车流量的逐年增加，收费站的通行压力日益增大，每遇到节假日以及周末等车量高峰则堵车事件时常发生，给运营管理及便民服务带来了很大压力。如何提高车道通过能力，减少车户的等待时间，从而实现畅通便捷的文明服务，一直是我们迫切需要解决的问题。本文作者从事收费系统维护管理多年，从福泉高速公路入口发卡流程入手，分析存在的问题和不足，结合当前的设备现状，提出采用入口提前抓拍的改造方案，获得了成功，投资少，见效快，仅花费新增车道约1/5的费用，相当于扩建车道效果，大幅度提高了入口车辆通行速度，具有广泛的应用前景。特写出供各位同行参考。

现状分析和问题提出

　　目前福泉高速公路入口车道采用高德威公司GW-PR-9902T车牌识别系统，使用由新大陆公司设计开发的车道软件。系统设计的工作流程为当车辆到达收费窗口停下时，触发车牌识别系统进行车辆的图像抓拍、识别，收费员进行客货车型判断，然后系统软件将上述车牌、入口站代码、车情等信息写入通行IC卡，递交给司机，并打开栏杆过车，完成一次操作。具体操作流程如下：

原入口发卡操作流程

　　这套入口发卡操作流程在福泉高速公路已使用多年，软件运行较稳定，在车道畅通的时候，并不能发现什么特别不足之处。但正是在近年来车流量的不断增加，车道过车数量大幅增大的背景下，现有的发卡操作流程，就充分暴露出它的弊端，越发不能适应形势的需要。我们经常可以在车道繁忙的时候看到以下的场面：

　　当一辆车驶入入口车道，驾驶员向发卡窗口伸手要卡，而收费员正忙着对电脑进行操作，顾不上笑脸招呼，大约等待近5秒之后，收费员才将IC卡递给驾驶员，来不及说上一声“走好”，就又有一辆车来到面前，又要忙着下一轮操作……如果遇到系统反应停顿、等待等情况，耽搁的时间更长了，后面的车连续不断的跟进，收费员疲于应付，司乘人员焦急等待和催促，直接影响了对外窗口形象和服务质量，给人造成一种高速公路的收费员服务质量差的错觉。

　　那么针对现状，怎样才能加快入口的发卡速度，减少司乘人员的等待时间，从根本上提高服务水平呢？

初步设想及改造方案

　　通过对现有发卡流程的研究分析，我们可以很清楚的看到要想改善目前入口发卡速度慢，车户等待时间长的现状，主要的瓶颈在于现有发卡流程只有等到车辆到达收费窗口时（图一中原触发线圈B），车牌识别才开始工作，系统才能调用车牌信息并将车牌、车情等信息写入IC卡。如果能够采用提前车牌识别的方法，缩短系统获取车牌识别系统数据的时间，利用前车停车等待拿卡的时间进行后车的车牌抓拍、缓存，就能有效解决现有入口发卡速度慢，等待时间长的问题，从而提高文明服务质量。初步方案如下：

　　首先在车道票亭前方加装一套车牌识别设备及触发线圈，具体位置如附图所示（图一）。这样，当第一部车驶入车道首先触发前面的抓拍线圈A，系统进行图像抓拍并识别车牌传送到收费系统主机，收费员进行发卡操作，当车辆到达发卡窗口时，收费员已经写卡完毕，车户不用等待就可以拿卡通行。而此时第二部车紧随驶入车道并触发线
圈A，系统再次预先进行抓拍并识别车牌传送到收费系统主机，利用第一部车还未驶离车道的间隙，收费员继续进行第二部车的写卡操作，从而使得当第二部车驶到发卡窗口后，收费员可以将已经写好的卡交给第二部车的司机，以此类推，从而大大缩短等待时间，加快通行速度。（提前车牌识别时序图二）

图一 提前抓拍系统位置图

　　其次，通过对入口发卡软件进行修改，设置缓存区，在前车操作完毕未驶离车道时，对后车的抓拍数据进行缓存处理，确保数据完整性和连续性。同时通过对现场的实际测量与分析，为了确保提前抓拍的效果，应采用大角度近距离车牌识别系统，以及具备较高的车牌识别速度和较好的设备稳定性；考虑到提前抓拍线圈的角度，缓存大小，多次触发线圈等众多因素，初步确定提前抓拍的距离以3～4米为宜（即一部小车），避免数据的重叠混乱。（具体操作流程见图三）

图二 提前车牌识别时序图

   
图三 提前抓拍过车的具体流程

几点改进，进一步完善过车流程

　　按照前面提出的方案思路，我们自2007年10月份开始在福泉高速公路福州征管所入口车道进行系统改造及试用，主要增加了一套汉王眼车牌识别系统和提前抓拍线圈，（如下实物图）并对软件进行了简单修改，增加提前识别的数据处理。从使用的情况来看，确如我们所料，由于进行了提前识别并写卡，缓冲了数据，提高了入口发卡速度。但是在实际的试用过程中，也出现了许多新的难题，后来通
过不断的测试、调整和改进，终于较为圆满地解决了难题，现将其中主要的改进思路整理如下：

     1、栏杆落杆控制方式的调整

     问题：由于采用了提前抓拍缓冲的方式，在车流量较大（每部紧跟）的情况下，如果依旧采用原先设计方式中前车驶离，栏杆落下后系统收到反馈信号后才能继续操作控制方式，势必会严重影响发卡速度，会将原先积累的提前时间消耗殆尽，体现不出提前抓拍的优势。

    解决方法：采用键盘按键和栏杆线圈共同判断的方法，即当收费员按下“已付键”完成发卡操作后栏杆升起，软件计数加1，当车辆通过栏杆线圈后减1，只有当计数结果为0时，栏杆才降下。这样设计后，在连续过车的情况下，由于车辆未驶离车道，收费员提前操作，计数的结果总大于0，栏杆不动作，从而保证了通行车辆的速度。当最后一部车通过后，计数器置零，栏杆恢复正常，从而解决了当高峰车流量时，栏杆频繁起降影响通行速度的弊端。

    2、图像错位的避免和处理

    问题：由于在车道前方新增了车牌抓拍，不可避免的会发生如前车遮挡后车，大车遮挡小车的情况，甚至引起图像错位，当这种情况发生时，如何进行调整和补救，也是本方案需要考虑的重要问题。

    解决方法：

   （1）当出现前抓拍系统漏抓、未抓拍的情况，可以通过原有的车牌识别系统进行补救，重新抓拍、识别、发卡，同未改造发卡流程时未抓拍的处理方式完全一样。仅是本车发卡速度降低，不影响整体的效果。

   （2）当前车因种种原因未成功抓拍，而后车成功抓拍并将图像传递至车道系统，将产生图像的错位抓拍，如果不及时处理，将产生连续一系列的车牌识别错误，给出口收费造成很大不便。采用原车道软件中增加一个功能键，当发卡收费员发现车牌不符时，通过本按键操作，将提示选择替换或者插入当前图像，从而解决图像错位问题。

    3、使用自动收发卡机进一步改善

　　问题：由于提前抓拍系统中，收费员在后车未到达窗口时可以进行车型判断和写卡操作，在车流量大、连续过车的情况下，稍有不慎，往往会发生发卡混淆，将已出站卡当成新发的卡给司机，造成了不必要的失误，也增大了收费员的工作量。

　　解决办法：考虑到目前福泉高速公路已在入口自动发卡车道所使用的收发卡机（如下图示），将其利用在人工提前抓拍车道，利用发卡机写卡和吐卡的一致性，既可以防止出错，减少收费员的工作量，又进一步提高了发卡的速度，取得了较好效果。

　　
　　至此，入口提前车牌识别系统改造已基本成功实现，所需设备及费用如下表：

　　
系统改造效果对比测试数据
　　为了检验入口提前车牌识别改造的效果，我们对已改造、未改造车道的通行速度进行过车对比测试，并特地同目前通行速度较快的自动发卡车道进行横向对比。整个测试分成单车过车时间、连续过车时间以及车牌识别正确率三个部分，具体的结果如下：
    1、单车过车平均时间比较

　　以车头通过车道前方安全岛为起点，车尾通过栏杆为终点，分别计算车辆通过改造前后车道所需要的时间。计算5次过车的平均时间。具体结果如下：

  
    2、连续过车平均时间比较
　　设车头通过车道前方安全岛作为车道起点，车尾通过栏杆为终点，对连续5部（头尾相接）通过车道的测试车辆进行计时。统计从第一辆车进入车道到最后一辆车离开车道所需要的总时间，从而计算平均每部车的通过时间。重复5次，取平均值作为比较结果。具体结果如下：

    3、车牌识别正确率比较
　　通过分别对改造前后的不同车道在早中晚三个不同班次，对三个随机时段的保存图像进行比较，采用人工判定的方式，统计出改造前后车道的车牌识别正确率。具体结果如下：

结论分析

　　从以上测试数据分析，我们可以十分清楚的看到，在实际的运行过车使用中，对入口车道进行提前抓拍改造，效果十分显著。在单车过车中，采用提前车牌识别比未改造车道平均提高通行速度3.07秒（约25%），而在连续过车的测试中，提前车牌识别车道的优势进一步得到体现，改造后车道的平均通行速度提高近4.67秒（35 %），并且也超过了自动发卡车道（22%）。在车牌识别率方面，由于自动发卡车道采用的车牌识别设备和提前抓拍相同，在识别率方面两个没有太大区别，只是因为提前抓拍不可避免的出现遮挡而准确率有所降低，但也在可以接受的范围内。而改造后由于设备更新，对比原有的设备识别率，特别是夜间识别率有较大的提高（6%）也是情理之中，整个测试结果充分反映了实际情况。提前抓拍改造达到预期效果，确能大幅提高入口车道的通行速度。

    入口提前识别的应用前景及建议

　　随着国民经济的飞速发展，我省高速公路的车流量也逐年增加，很多路段公司纷纷在车流量大的所站新增（扩建）车道，以应对不断增加的车流量。通过实践分析，在入口车道采用加装一套提前车牌识别的简单的技术改造方案，可以很好的同现有的系统紧密结合，在原有的功能基础上不断完善，从而实现大幅提高入口车道的通行速度，改善文明服务水平。投资少、见效快，特别适合车流量大，车道紧张的所站进行改造，以新增（扩建）车道约1/5的成本，实现其同等的效果，开辟了一条技术创新途径，具有广泛的应用前景和良好的社会经济效益。

           作者单位：福泉高速公路福州监控分中心
           责任编辑：郑 旭

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