【正文】 臺收費管理系統(tǒng)組成。 4. ANPR 電子收費系統(tǒng)概況 車牌識別技術(shù)在道路收費的應(yīng)用主要是輔助收費系統(tǒng)的執(zhí)法功能，在半自動收費和電子收費中都是利用 ANRP 來實現(xiàn)逃費抓拍系統(tǒng)（ Video Enforcement System，簡稱 VES），而真正采用 ANPR 作為一種收費技術(shù)是 2020 年 2月倫敦市政府在中心區(qū)實施道路擁擠收費。 2. 基于 GPS 的不停車收費技術(shù)的構(gòu)成 該系統(tǒng)包括 GPS 接收裝置 ,用于接 收 GPS 數(shù)據(jù) , 定位車輛 。先使用后付費方式可定期到指定機構(gòu)交納費用。可首先對一個小行政區(qū)內(nèi)車輛進行實驗 , 實驗成功后 , 大范圍效仿相同方式進行即可。 DSRC 收費技術(shù)在土地使用模式發(fā)生變化、收費區(qū)域需要改變時，克服傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施改變存在比較大的困難。 3）如果系統(tǒng)設(shè)計得不合理，將會涉及到用戶的 隱私問題，這是很多國家暫時不考慮這種方式的一個原因。由以上 3種收費技術(shù)的原理及技術(shù)性能比較分析可知： 1） ANPR 電子收費技術(shù)不成熟、且車牌識別精度不高，是制約這種技術(shù)發(fā)展的最大障礙 。 本文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu) 基于 GPS 的不停車收費技術(shù)代表著未來道路收費的發(fā)展方向，精確的地圖匹配決定該收費系統(tǒng)能否實現(xiàn)成功收費。 地圖匹配的兩個條件是高精度的數(shù)字地圖和車輛在路網(wǎng)中行駛。前兩種可視為搜索問題，最后一種可視為統(tǒng)計估計問題。這種方法同樣比較簡單，也很直觀，但該方法得到的結(jié)果的不足在于匹配結(jié)果會出現(xiàn)來回擺動的情況，當(dāng) GPS觀測點距離多條路段的距離相等時就無法進行路段匹配了，匹配形式如圖 23所示。兩折線間青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 地圖匹配技術(shù) 18 距離的定義還可以如下 dttytxYX ? ??? 10)()( ，按照這樣距離計算方式同樣也會出現(xiàn)像圖 24（ b）那樣的錯誤匹 配了。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 地圖匹配技術(shù) 19 最短距離算法 最短距離法是一種基礎(chǔ)的匹配方法。在車輛 導(dǎo)航系統(tǒng)中，利用 GPS的接收模塊的參數(shù)來 定義誤差橢圓。 3） 線（弧線）：起始與終止點為節(jié)點、并且具有若干形狀點的有序點集。 拓撲關(guān)系在電子地圖中一般是指節(jié)點和路段之間的拓撲關(guān)系。 概率統(tǒng)計算法考慮了道路的地形特征，與其他方法結(jié)合能較好的解決匹配時道路中的合點與并行路段的問題，缺陷在于沒有充分利用移動目標(biāo)行駛軌跡前后的相關(guān)青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 地圖匹配技術(shù) 22 性。 2. 在車輛控制中的應(yīng)用 地圖匹配由于可以提供比原始數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確的位置信息，所以在車輛安全應(yīng)用方面起到重要作用。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 基于 GPS的不停車收費系統(tǒng)地圖匹配方法 24 3 基于 GPS的不停車收費系統(tǒng)地圖匹配方法 基于 GPS 不停車收費地圖匹配的 作用 基于 GPS的不停車收費系統(tǒng)的匹配方法是通過對 GPS采集的位置點信息與收費地圖上的虛擬收費路段進行匹配，來判斷當(dāng)前車輛是否在收費路段上行駛，以判斷是否對車輛進行收費，若需要進行收費，則記錄收費信息和車輛的基本信息并發(fā)送到后臺管理中心進行扣費處理。對于收費用電子地圖來說，基于 我國高速公路大多采用封閉式收費系統(tǒng) 的特點 ，即在收費公路所有出入口設(shè)立收費站，高速公路對外界呈 “ 封閉狀態(tài) ” ， 車輛按進出收費站出入口 進行收費， 因此車載收費地圖的定義需要圍繞 這些特點進行定義。注意新經(jīng)過點位置應(yīng)均勻分布，不能過于靠近下一經(jīng)過點和出入口 。 1 為管家樓收費站入口，此為入口關(guān)鍵點 2 為管家樓收費站。瘦客戶端收費地圖保密與地圖匹配相關(guān)的數(shù)據(jù)信息包括：路段編號，路段做節(jié)點坐標(biāo)，路段有節(jié)點坐標(biāo)，路段類型。影響匹配準(zhǔn)確性。由此可見車速和判斷范圍的選取對地圖匹配的準(zhǔn) 確性影響很大。本文提出了在保證基本匹配范圍的條件下，匹配范圍隨車輛行駛速度動態(tài)調(diào)整的方法 。搜索范圍變化值具體 描述如下 :令初始搜索范圍基本值 :search_scope=35m，實際搜索變化值為 bound。 步驟 3 根據(jù)當(dāng)前車輛的行駛 速度 v 確定搜索范圍 bound。 否則 返回步驟 2。 濟青 高速公路 全長 318 公里，西起 濟南市 大橋路，東至 青島 市北郊的西 袁莊 ，橫貫 山東半島 17 個市、縣（區(qū)）連接 濟南 、 淄博 、 濰坊 、 青 島 等重要工業(yè)城市，穿越 5條國道、 15 條省道。記錄路段出口 ID 號； 計費 Fee（ all） =Fee（ all） + iSegment （ L） ? Fee（ i）； 收費結(jié)束 ,返回步驟 2； 否則 計費 Fee（ all） =Fee（ all） + iSegment （ L） ? Fee（ i）； 返回步驟 2； 否則 返回步驟 2； 程序結(jié)束。 1）當(dāng) fee_status=0 時，判斷該點 Node_feei（ x,y）屬于哪一 個收費路段，接著再判斷是否該收費路段的路段類型是入口路段 0，如果是 ,進入收費道路開始計費過程。參數(shù)定義如下： i,j — i 為任意路段號； j為任意一節(jié)點號 。由此可知，基本的搜索范圍為 GPS 誤差值與關(guān)鍵點所在道路寬度之和。搜索范圍的選取應(yīng)考慮到 GPS的精度誤差，道路寬度等因素。 2）實際操作搜索范圍可根據(jù)車速在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)。 以 GPS 定位點 G（ x,y）為中心，一個值為半徑的區(qū)域內(nèi)，在收費電子地圖上搜索是否有收費路段存在及收費路段在此范圍內(nèi)，如果有收費路段存在，則進行判斷。同時其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也必須更加符合嵌入式設(shè)備顯示、運算和分析的要求。路段長度屬性值：考慮到將來進行按里程收費擴展，設(shè)置路段長度屬性，這里是指各個點之間道路的實際長度值，而非我們定義的關(guān)鍵路段的長度。入口點、出口點、經(jīng)過點和入口路段、出口路段、經(jīng)過路段。但由于高速公路上行、下行車道間距離較小，通常只有 5m 左右，而目前 GPS 定位的精度僅在 20m 左右，此外受車載設(shè)備成本的限制，車載設(shè)備上不可能使用精度非常高的 GPS 接收機，而且也不可能使用精度非常高的電子地圖。如果車輛定位精度能夠達到 10cm 或者更小，那么當(dāng)高精度的車道級別的地圖出現(xiàn)時，車道保持以及其他安全技術(shù)將會變成可能。因此，要建立良好的道路拓撲關(guān)系，還應(yīng)建立完整的交通關(guān)系以符合實際交通情況。如下圖 26所示，假設(shè)當(dāng)前時刻車輛行駛在道路 1上，由于速度等各種因素的存在，在下一時刻，車輛只可能出現(xiàn)在道路 道路 3或道路 4上，即與道路 1相連的道路鏈上，不可能直接跳到道路 5或道路 6上，如下圖 26所示。 3） 追蹤多邊形：以左轉(zhuǎn)算法或右轉(zhuǎn)算法跟蹤，生成多邊形，建立多邊形與弧段的關(guān)系。 GIS中，常將空間事物抽象成點、線、面等幾何要素，并在點、線、面之間建立拓撲關(guān)聯(lián)關(guān)系。概率統(tǒng)計算法的基本思想是根據(jù) GPS接收到的數(shù)據(jù)，首先設(shè)置一個置信區(qū)域，并從中提取用以匹配的道路位置信息，依據(jù)已有匹配結(jié)果的概率統(tǒng)計，經(jīng)過比較判斷，確定車輛在這一置信區(qū)域內(nèi)的匹配路段。在圖中， P的長度為 6，如果要求 APBP ??? 以使得 GPS觀測點正確的被匹配到 A上，通過計算， P的長度至少是 15，這顯然延遲太大，達不到實時校正車輛位置并正確顯示的要求。 3） 線到線的匹配 線到線的匹配就是將一系列 GPS觀測點擬合到道路網(wǎng)相應(yīng)的路段中，擬合的標(biāo)準(zhǔn)就是觀測點形成的折線到路段之間的距離 ，距離最短的為匹配路段。 圖 22 點到點的匹配 在圖 42中， A A A A A B B B3都是 GPS觀測點 P的待匹配點。由于陸地車輛在除了進入停車場等之外的決大多數(shù)時間都位于道路網(wǎng)絡(luò)中，因此使用地圖匹配技術(shù)的條件是滿足的。 3. 以黃島前往濟南為例，對基于 GPS 地圖進行重新 定義，并給出了新的地圖匹配算法。以德國為例，其實施的貨車收費系統(tǒng)將按其行駛里程與重量來計算應(yīng)繳的道路通行青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 14 費，由于其收費范圍較大，收費點分布較廣，采用 DSRC 電子收費技術(shù)的難度較大，費用也高， VlX3 可能是較好的選擇。 5） GPS 電子收費系統(tǒng)的運營需要配套法規(guī)、政策和嚴(yán)厲的懲罰制度，特別是針對那些“違規(guī)車輛”以及故意損壞車載裝置的行為。 5）車載裝置易擴展為移動商務(wù)基礎(chǔ)平臺的終端設(shè)備，并衍生其它商機。 5. 基于 GPS 的不停車電子收費技術(shù)的優(yōu)缺點 基于 GPS的不停車電子收費技術(shù)是利用 GPS及 GSM，通過與車載裝 置 OBU的通信，進行不停車收費。整個過程全 部利用現(xiàn)有車道。衛(wèi)星定位收費系統(tǒng)包括智能車載收費設(shè)備（ OBU）、稽查系統(tǒng)、管理中心 3 大部分組成，共同組成 1 個完整的衛(wèi)星定位收費網(wǎng)絡(luò)，如圖 12所示。但是倫敦擁擠收費已經(jīng)在我國引起強烈反響，我國的北京、上海、廣州、南京、深圳等城市已經(jīng)開展了城市擁擠收費的研究，相信 ANPR 電子收費技術(shù)在不久的將來會有助于解決中國城市擁擠問題。在付費的同時需要將車主自己的車牌號碼輸入收費管理系統(tǒng)中，以便保存到相應(yīng)的車牌數(shù)據(jù)庫中。 3）需要安裝龍門架。 DSRC 電子收費系統(tǒng)是經(jīng)過多年發(fā)展的成熟技術(shù)。不正常收費信息將立即通知執(zhí)法系統(tǒng)，以確保統(tǒng)一及時處理。 3. DSRC 電子收費系統(tǒng)的工作原理 整個 DSRC 電子收費系統(tǒng)大致的運行過程是： 1）用戶前往發(fā)行安裝部門，申請安裝車載裝置，預(yù)繳通行費或設(shè)立事后付費帳戶，相應(yīng)的信息被存入車載裝置中，然后該車便可以上路行駛。 總之，我國的 ETC 項目進展并不順利，有些大項目碰到了很復(fù)雜的協(xié)調(diào)問題，有些項目正式運行后因多種原因無法擴大規(guī)模，用戶群較小。由于早期的不停車收費系統(tǒng)的引進采取公路管理部門自主引進的方式，沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個地區(qū)不停車收費系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。ETC 的三大特點：無需人、不停車、無現(xiàn)金。首先是無任何設(shè)備的人工收費方式，發(fā)展成為現(xiàn)在的半自動收費和電子收費。 衛(wèi)星收費電子地圖是衛(wèi)星收費系統(tǒng)中的核心技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn) GPS 的不停車收費技術(shù)的精確收費，而目前正由于車載設(shè)備成本高，使該收費系統(tǒng)受到一定的限制，因此車載收費電子地圖匹配方法具有重要的研究價值。作為連接主要城市和重要港口的樞紐 —— 高速公路，已成為承載繁忙運輸?shù)慕煌ㄒ馈? 本文以自駕車從黃島到濟南為例，對此路線中收費用地圖中的關(guān)鍵點即收費點進行定義，并提出了一種新的專門用于收費的地圖匹配算法。目前廣泛應(yīng)用的主要是利用專用短程微波通信技術(shù)，通過路側(cè)單元（ RSU）與車載單元（ OBU）的信息交換，自動識別車輛，采用電子支付方式，自動完成車輛通行費扣除的全自動收費方式。加之道路收費自身的一些特點，上述方法不適合道路收費使用。 半自動收費是指在道路入口處由人工識別車型、發(fā)卡，但在出口處通過儀器設(shè)備來讀卡、人工進行收費、顯示收費金額、付費放行等的收費方式。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）、歐洲準(zhǔn)化委員會（ CEN）也在開展不停車收費領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作。這就需要擴大規(guī)模，路網(wǎng)規(guī)模的擴大，將導(dǎo)致 ETC 系統(tǒng)規(guī)模的擴大，使一次性投資增加，周期更長，風(fēng)險更大。它是利用安裝在路側(cè)的路邊設(shè)備 （ R0ad— Said Unit，簡稱 RSU）與行駛在收費道路的車輛上的車載裝置（ On— Board Unit，簡稱 OBU）聯(lián)系起來，司機不停車、不使用現(xiàn)金而 支付通行費用的一種收費技術(shù)。否則（剩余余額不足或帳號無效時）啟動執(zhí)法系統(tǒng)記錄其車輛號碼，以保證通行費最終能被征收，不致流失。它具有如下優(yōu)點： 1）收費精確。 2）違章處理弊端。前端采集系統(tǒng)包括視頻攝像機（獲取車輛圖像）和照明燈（用于拍攝光源補充）以及相應(yīng)的視頻傳輸設(shè)備等，后臺收費管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)車輛通行費的管理等功能。除倫敦外，采用相似技術(shù)的有安大 407ETR（ Expos Tol Route）電子收費系統(tǒng)以及英國 Darford 橋梁電子收費系統(tǒng)。 電子地圖及數(shù)據(jù)庫 , 其中包含所有收費高速公路及其出口的空間位置信息及高速公路段落名稱、段落長度、所屬業(yè)主及收費標(biāo)準(zhǔn)等屬性信息 。無論哪種收費方式均可在繳費時傳遞收費數(shù)據(jù) , 然后依據(jù)收費數(shù)據(jù)通過銀行或指定收費機構(gòu)對收繳費用進 行劃分。具有建設(shè)周期短 , 硬件設(shè)施投入少 , 易于大規(guī)模推廣的特點。而 GPS青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 12 通過改變虛擬收費點的定義，非常容易實現(xiàn)。 4）在技術(shù)上，相對于 DSRC 電子收費技術(shù)要新。 2） DSRC 電子收費技術(shù)成熟、且廣泛使用，但需要高額費用來建設(shè)、維護路邊設(shè)備。本文概述了各種常用的地圖匹配算法，并就各種地圖匹配算法進行系統(tǒng)的分 析和對比，在此理論基礎(chǔ)上，提出基于 GPS 的不停車收費系統(tǒng)的地圖匹配算法，本文以自駕車從黃島到濟南為例，對收費用地圖中的