【正文】 臺(tái)收費(fèi)管理系統(tǒng)組成。 4. ANPR 電子收費(fèi)系統(tǒng)概況 車牌識(shí)別技術(shù)在道路收費(fèi)的應(yīng)用主要是輔助收費(fèi)系統(tǒng)的執(zhí)法功能，在半自動(dòng)收費(fèi)和電子收費(fèi)中都是利用 ANRP 來實(shí)現(xiàn)逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)（ Video Enforcement System，簡(jiǎn)稱 VES），而真正采用 ANPR 作為一種收費(fèi)技術(shù)是 2020 年 2月倫敦市政府在中心區(qū)實(shí)施道路擁擠收費(fèi)。 2. 基于 GPS 的不停車收費(fèi)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(fèi)方式可定期到指定機(jī)構(gòu)交納費(fèi)用?？墒紫葘?duì)一個(gè)小行政區(qū)內(nèi)車輛進(jìn)行實(shí)驗(yàn) , 實(shí)驗(yàn)成功后 , 大范圍效仿相同方式進(jìn)行即可。 DSRC 收費(fèi)技術(shù)在土地使用模式發(fā)生變化、收費(fèi)區(qū)域需要改變時(shí)，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(jì)得不合理，將會(huì)涉及到用戶的 隱私問題，這是很多國(guó)家暫時(shí)不考慮這種方式的一個(gè)原因。由以上 3種收費(fèi)技術(shù)的原理及技術(shù)性能比較分析可知： 1） ANPR 電子收費(fèi)技術(shù)不成熟、且車牌識(shí)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?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu) 基于 GPS 的不停車收費(fèi)技術(shù)代表著未來道路收費(fèi)的發(fā)展方向，精確的地圖匹配決定該收費(fèi)系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)成功收費(fèi)。 地圖匹配的兩個(gè)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(jì)估計(jì)問題。這種方法同樣比較簡(jiǎn)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(huì)出現(xiàn)來回?cái)[動(dòng)的情況，當(dāng) GPS觀測(cè)點(diǎn)距離多條路段的距離相等時(shí)就無法進(jìn)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(jì)（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(jì)算方式同樣也會(huì)出現(xiàn)像圖 24（ b）那樣的錯(cuò)誤匹 配了。 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(diǎn)為節(jié)點(diǎn)、并且具有若干形狀點(diǎn)的有序點(diǎn)集。 拓?fù)潢P(guān)系在電子地圖中一般是指節(jié)點(diǎn)和路段之間的拓?fù)潢P(guān)系。 概率統(tǒng)計(jì)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(shí)道路中的合點(diǎn)與并行路段的問題，缺陷在于沒有充分利用移動(dòng)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(jì)（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(jì)（論文） 3 基于 GPS的不停車收費(fèi)系統(tǒng)地圖匹配方法 24 3 基于 GPS的不停車收費(fèi)系統(tǒng)地圖匹配方法 基于 GPS 不停車收費(fèi)地圖匹配的 作用 基于 GPS的不停車收費(fèi)系統(tǒng)的匹配方法是通過對(duì) GPS采集的位置點(diǎn)信息與收費(fèi)地圖上的虛擬收費(fèi)路段進(jìn)行匹配，來判斷當(dāng)前車輛是否在收費(fèi)路段上行駛，以判斷是否對(duì)車輛進(jìn)行收費(fèi)，若需要進(jìn)行收費(fèi)，則記錄收費(fèi)信息和車輛的基本信息并發(fā)送到后臺(tái)管理中心進(jìn)行扣費(fèi)處理。對(duì)于收費(fèi)用電子地圖來說，基于 我國(guó)高速公路大多采用封閉式收費(fèi)系統(tǒng) 的特點(diǎn) ，即在收費(fèi)公路所有出入口設(shè)立收費(fèi)站，高速公路對(duì)外界呈 “ 封閉狀態(tài) ” ， 車輛按進(jìn)出收費(fèi)站出入口 進(jìn)行收費(fèi)， 因此車載收費(fèi)地圖的定義需要圍繞 這些特點(diǎn)進(jìn)行定義。注意新經(jīng)過點(diǎn)位置應(yīng)均勻分布，不能過于靠近下一經(jīng)過點(diǎn)和出入口 。 1 為管家樓收費(fèi)站入口，此為入口關(guān)鍵點(diǎn) 2 為管家樓收費(fèi)站。瘦客戶端收費(fèi)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(hào)，路段做節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，路段有節(jié)點(diǎn)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(duì)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(dòng)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(shí)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(jì)青 高速公路 全長(zhǎng) 318 公里，西起 濟(jì)南市 大橋路，東至 青島 市北郊的西 袁莊 ，橫貫 山東半島 17 個(gè)市、縣（區(qū)）連接 濟(jì)南 、 淄博 、 濰坊 、 青 島 等重要工業(yè)城市，穿越 5條國(guó)道、 15 條省道。記錄路段出口 ID 號(hào)； 計(jì)費(fèi) Fee（ all） =Fee（ all） + iSegment （ L） ? Fee（ i）； 收費(fèi)結(jié)束 ,返回步驟 2； 否則 計(jì)費(fèi) 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(shí)，判斷該點(diǎn) Node_feei（ x,y）屬于哪一 個(gè)收費(fèi)路段，接著再判斷是否該收費(fèi)路段的路段類型是入口路段 0，如果是 ,進(jìn)入收費(fèi)道路開始計(jì)費(fèi)過程。參數(shù)定義如下： i,j — i 為任意路段號(hào)； j為任意一節(jié)點(diǎn)號(hào) 。由此可知，基本的搜索范圍為 GPS 誤差值與關(guān)鍵點(diǎn)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(shí)際操作搜索范圍可根據(jù)車速在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)。 以 GPS 定位點(diǎn) G（ x,y）為中心，一個(gè)值為半徑的區(qū)域內(nèi)，在收費(fèi)電子地圖上搜索是否有收費(fèi)路段存在及收費(fèi)路段在此范圍內(nèi)，如果有收費(fèi)路段存在，則進(jìn)行判斷。同時(shí)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(yùn)算和分析的要求。路段長(zhǎng)度屬性值：考慮到將來進(jìn)行按里程收費(fèi)擴(kuò)展，設(shè)置路段長(zhǎng)度屬性，這里是指各個(gè)點(diǎn)之間道路的實(shí)際長(zhǎng)度值，而非我們定義的關(guān)鍵路段的長(zhǎng)度。入口點(diǎn)、出口點(diǎn)、經(jīng)過點(diǎn)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(jī)，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(dá)到 10cm 或者更小，那么當(dāng)高精度的車道級(jí)別的地圖出現(xiàn)時(shí)，車道保持以及其他安全技術(shù)將會(huì)變成可能。因此，要建立良好的道路拓?fù)潢P(guān)系，還應(yīng)建立完整的交通關(guān)系以符合實(shí)際交通情況。如下圖 26所示，假設(shè)當(dāng)前時(shí)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(shí)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(diǎn)、線、面等幾何要素，并在點(diǎn)、線、面之間建立拓?fù)潢P(guān)聯(lián)關(guān)系。概率統(tǒng)計(jì)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(gè)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(jì)，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(zhǎng)度為 6，如果要求 APBP ??? 以使得 GPS觀測(cè)點(diǎn)正確的被匹配到 A上，通過計(jì)算， P的長(zhǎng)度至少是 15，這顯然延遲太大，達(dá)不到實(shí)時(shí)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(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)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(diǎn)到點(diǎn)的匹配 在圖 42中， A A A A A B B B3都是 GPS觀測(cè)點(diǎn) P的待匹配點(diǎn)。由于陸地車輛在除了進(jìn)入停車場(chǎng)等之外的決大多數(shù)時(shí)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(jì)南為例，對(duì)基于 GPS 地圖進(jìn)行重新 定義，并給出了新的地圖匹配算法。以德國(guó)為例，其實(shí)施的貨車收費(fèi)系統(tǒng)將按其行駛里程與重量來計(jì)算應(yīng)繳的道路通行青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 14 費(fèi)，由于其收費(fèi)范圍較大，收費(fèi)點(diǎn)分布較廣，采用 DSRC 電子收費(fèi)技術(shù)的難度較大，費(fèi)用也高， VlX3 可能是較好的選擇。 5） GPS 電子收費(fèi)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)需要配套法規(guī)、政策和嚴(yán)厲的懲罰制度，特別是針對(duì)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(kuò)展為移動(dòng)商務(wù)基礎(chǔ)平臺(tái)的終端設(shè)備，并衍生其它商機(jī)。 5. 基于 GPS 的不停車電子收費(fèi)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 基于 GPS的不停車電子收費(fèi)技術(shù)是利用 GPS及 GSM，通過與車載裝 置 OBU的通信，進(jìn)行不停車收費(fèi)。整個(gè)過程全 部利用現(xiàn)有車道。衛(wèi)星定位收費(fèi)系統(tǒng)包括智能車載收費(fèi)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(gè)完整的衛(wèi)星定位收費(fèi)網(wǎng)絡(luò)，如圖 12所示。但是倫敦?fù)頂D收費(fèi)已經(jīng)在我國(guó)引起強(qiáng)烈反響，我國(guó)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(fèi)的研究，相信 ANPR 電子收費(fèi)技術(shù)在不久的將來會(huì)有助于解決中國(guó)城市擁擠問題。在付費(fèi)的同時(shí)需要將車主自己的車牌號(hào)碼輸入收費(fèi)管理系統(tǒng)中，以便保存到相應(yīng)的車牌數(shù)據(jù)庫(kù)中。 3）需要安裝龍門架。 DSRC 電子收費(fèi)系統(tǒng)是經(jīng)過多年發(fā)展的成熟技術(shù)。不正常收費(fèi)信息將立即通知執(zhí)法系統(tǒng)，以確保統(tǒng)一及時(shí)處理。 3. DSRC 電子收費(fèi)系統(tǒng)的工作原理 整個(gè) DSRC 電子收費(fèi)系統(tǒng)大致的運(yùn)行過程是： 1）用戶前往發(fā)行安裝部門，申請(qǐng)安裝車載裝置，預(yù)繳通行費(fèi)或設(shè)立事后付費(fèi)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(guó)的 ETC 項(xiàng)目進(jìn)展并不順利，有些大項(xiàng)目碰到了很復(fù)雜的協(xié)調(diào)問題，有些項(xiàng)目正式運(yùn)行后因多種原因無法擴(kuò)大規(guī)模，用戶群較小。由于早期的不停車收費(fèi)系統(tǒng)的引進(jìn)采取公路管理部門自主引進(jìn)的方式，沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)地區(qū)不停車收費(fèi)系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。ETC 的三大特點(diǎn)：無需人、不停車、無現(xiàn)金。首先是無任何設(shè)備的人工收費(fèi)方式，發(fā)展成為現(xiàn)在的半自動(dòng)收費(fèi)和電子收費(fèi)。 衛(wèi)星收費(fèi)電子地圖是衛(wèi)星收費(fèi)系統(tǒng)中的核心技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn) GPS 的不停車收費(fèi)技術(shù)的精確收費(fèi)，而目前正由于車載設(shè)備成本高，使該收費(fèi)系統(tǒng)受到一定的限制，因此車載收費(fèi)電子地圖匹配方法具有重要的研究?jī)r(jià)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(yùn)輸?shù)慕煌ㄒ馈? 本文以自駕車從黃島到濟(jì)南為例，對(duì)此路線中收費(fèi)用地圖中的關(guān)鍵點(diǎn)即收費(fèi)點(diǎn)進(jìn)行定義，并提出了一種新的專門用于收費(fèi)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(dòng)識(shí)別車輛，采用電子支付方式，自動(dòng)完成車輛通行費(fèi)扣除的全自動(dòng)收費(fèi)方式。加之道路收費(fèi)自身的一些特點(diǎn)，上述方法不適合道路收費(fèi)使用。 半自動(dòng)收費(fèi)是指在道路入口處由人工識(shí)別車型、發(fā)卡，但在出口處通過儀器設(shè)備來讀卡、人工進(jìn)行收費(fèi)、顯示收費(fèi)金額、付費(fèi)放行等的收費(fèi)方式。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）、歐洲準(zhǔn)化委員會(huì)（ CEN）也在開展不停車收費(fèi)領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作。這就需要擴(kuò)大規(guī)模，路網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，將導(dǎo)致 ETC 系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，使一次性投資增加，周期更長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)更大。它是利用安裝在路側(cè)的路邊設(shè)備 （ R0ad— Said Unit，簡(jiǎn)稱 RSU）與行駛在收費(fèi)道路的車輛上的車載裝置（ On— Board Unit，簡(jiǎn)稱 OBU）聯(lián)系起來，司機(jī)不停車、不使用現(xiàn)金而 支付通行費(fèi)用的一種收費(fèi)技術(shù)。否則（剩余余額不足或帳號(hào)無效時(shí)）啟動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)記錄其車輛號(hào)碼，以保證通行費(fèi)最終能被征收，不致流失。它具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1）收費(fèi)精確。 2）違章處理弊端。前端采集系統(tǒng)包括視頻攝像機(jī)（獲取車輛圖像）和照明燈（用于拍攝光源補(bǔ)充）以及相應(yīng)的視頻傳輸設(shè)備等，后臺(tái)收費(fèi)管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)車輛通行費(fèi)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(fèi)系統(tǒng)以及英國(guó) Darford 橋梁電子收費(fèi)系統(tǒng)。 電子地圖及數(shù)據(jù)庫(kù) , 其中包含所有收費(fèi)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(zhǎng)度、所屬業(yè)主及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等屬性信息 。無論哪種收費(fèi)方式均可在繳費(fèi)時(shí)傳遞收費(fèi)數(shù)據(jù) , 然后依據(jù)收費(fèi)數(shù)據(jù)通過銀行或指定收費(fèi)機(jī)構(gòu)對(duì)收繳費(fèi)用進(jìn) 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(diǎn)。而 GPS青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 12 通過改變虛擬收費(fèi)點(diǎn)的定義，非常容易實(shí)現(xiàn)。 4）在技術(shù)上，相對(duì)于 DSRC 電子收費(fèi)技術(shù)要新。 2） DSRC 電子收費(fèi)技術(shù)成熟、且廣泛使用，但需要高額費(fèi)用來建設(shè)、維護(hù)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(jìn)行系統(tǒng)的分 析和對(duì)比，在此理論基礎(chǔ)上，提出基于 GPS 的不停車收費(fèi)系統(tǒng)的地圖匹配算法，本文以自駕車從黃島到濟(jì)南為例，對(duì)收費(fèi)用地圖中的