【正文】 程中，還需要做大量的修改。 雖然 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有以上的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)槠溆惺諗康乃俣缺容^慢 。由于其學(xué)習(xí)方法屬于全局逼近算法，具有較強(qiáng)的泛化能力 。 隱層神經(jīng)元的輸入為所有輸入的加權(quán)之和，即 （式 ） 隱層神經(jīng)元的輸出井采用 S函數(shù)激發(fā) x，得 （式 ） 輸出層神經(jīng)元的輸出為 （式 ） 誤差性能指標(biāo)函數(shù)為 （式 ） (2)反向傳播：采用占學(xué)習(xí)方法，調(diào)整各層間的權(quán)值根據(jù)梯度下降法，權(quán)值學(xué)習(xí)方法如下： 輸出層即隱層的連接權(quán)值 W學(xué)習(xí)算法為 （式 ） 式中 為學(xué)習(xí)速率。 用于字符識(shí)別最常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所謂 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ，核心方法是梯度下降法，它采用梯度 搜索技術(shù)，以期使網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸 值與期望的均方差為最小。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代生物學(xué)研究人腦的組織成果基礎(chǔ)上提出的，用來模擬人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和行為，它從微觀結(jié)構(gòu)和功能上對(duì)人腦進(jìn)行抽象和簡化。缺點(diǎn)是如果進(jìn)行簡單的模板匹配，只能夠識(shí)別同種字體、同 樣大小的字符，對(duì)于筆劃變粗、變細(xì)、傾斜的字符適應(yīng)能力比較差，特別是模板與字符筆劃的匹配失誤時(shí)，會(huì)有很大的誤差。這個(gè)方法不需要特征提取這個(gè)過程，字符圖像直接作為特征與模板進(jìn)行比較，相似度最高的模板即定為識(shí)別結(jié)果。模板匹配的字符識(shí)別方法是指度量輸入模式與樣本之間的某種相似性，取最相似者為輸入模式所屬類別。最常用的字符統(tǒng)計(jì)模式方法是模板匹配的字符識(shí)別方法。雖然模式識(shí)別可以用多種方法實(shí)現(xiàn)，但我們只關(guān)心用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)它的實(shí)現(xiàn)。其不足之處正好和特征點(diǎn)的方法相反，11 在內(nèi)部筆劃粘連時(shí)，微結(jié)構(gòu)的提取會(huì)遇到困難。這些矩形則稱為微結(jié)構(gòu)。 （ 5） 基于微結(jié)構(gòu)特征的方法。這些點(diǎn)包括端點(diǎn)、折點(diǎn)以及交叉點(diǎn)等等，獲得了比較好的效果。 （ 4） 特征點(diǎn)方法。車牌字符本身所占象素點(diǎn)較少，常常會(huì)出現(xiàn)筆劃斷裂輪廓不封閉。這兩種方法都是針對(duì)字符圖像輪廓的。但是這些方法總的特征就是運(yùn)算量太大，運(yùn)算復(fù)雜度高，難以滿足實(shí)時(shí)處理的要求。 （ 2） 利用變換特征方法。利用字符圖像在水平及垂直方向的投影作為特征。字符的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別是將字符點(diǎn)陣看作一個(gè)整體，其所用的特征是從這個(gè) 整體上經(jīng)過大量的統(tǒng)計(jì)而得到的 .統(tǒng)計(jì)特征的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，匹配與分類的算法簡單，易于實(shí)現(xiàn) .不足之處在于細(xì)分能力較弱，區(qū)分相似字的能力差一些。所以，在字符識(shí)別領(lǐng)域，純結(jié)構(gòu)模式識(shí)別方法己經(jīng)逐漸衰落。這些因素直接影響到結(jié)構(gòu)基元的提取。識(shí)別時(shí)，利用上述結(jié)構(gòu)信息以及句法分析地方法進(jìn)行識(shí)別，類似于一個(gè)邏輯推理器。還可以認(rèn)為漢字是由更小的結(jié)構(gòu)基元構(gòu)成的。 結(jié)構(gòu)模式識(shí)別是早期漢字識(shí)別研究的主要方法。換句話說，字符圖像含有豐富的結(jié)構(gòu)信息。 車牌照識(shí)別的主要算法 車牌識(shí)別的常用算法法有很多種，如結(jié)構(gòu)模式識(shí)別方法、統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別等等。 多路徑識(shí)別算法的理論基礎(chǔ) 在本文涉及到的多路徑識(shí)別算法 — 車牌照識(shí)別技術(shù)中，對(duì)于 一個(gè)完整的車輛牌照識(shí)別系統(tǒng) 而言 應(yīng)該包括圖像采集、圖像預(yù)處理、車牌定位、字符切分、字符識(shí)別以及圖像編碼、數(shù)碼傳輸與更新等步驟，基本可以分為硬件部分和軟件部分，硬件部分主 要完成車輛圖像的攝取采集，軟件部分主要完成對(duì)采集到的車輛圖像進(jìn)行車輛牌照定位、車牌字符切分與車牌字符識(shí)別等工作，這部分工作最為復(fù)雜，最后對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和存儲(chǔ)，將處理后的識(shí)別信息交給管理系統(tǒng)進(jìn)行管理。但是在高速公路中倒卡、逃費(fèi)問題嚴(yán)重，因此這種算法的拆分關(guān)系到將通行費(fèi)拆分給哪個(gè)收費(fèi)單位的問題，影響了一部分單位的收益。從起點(diǎn)到終點(diǎn)存在兩條或兩條以上的路徑，將最短路徑作為車輛選擇路徑，此方法最為簡便，投資最少。因此，運(yùn)行時(shí)間最少的路徑對(duì)于時(shí)間價(jià)值導(dǎo)向型的道路使用者來說具有更強(qiáng)的吸引力，用戶一般采用最短路徑法。 車牌照識(shí)別方法雖然不影響行車速度，但是應(yīng)用車牌照抓拍系統(tǒng)進(jìn)行多路徑的9 判別，投資較大且系統(tǒng)精度根據(jù)圖像識(shí)別算法的不同效果 也不同一般不能達(dá)到100%。 隨著圖像識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，也可應(yīng)用“車牌照識(shí)別”技術(shù)進(jìn)行多路徑的識(shí)別。在國家政策方面，交通部交公路發(fā) [1999]9 號(hào)文件《關(guān)于認(rèn)真做好公路收費(fèi)站點(diǎn)清理整頓的通知》中規(guī)定“對(duì)通行車輛一次完成通行費(fèi)收繳和票證發(fā)放工作，不準(zhǔn)設(shè)立旨在進(jìn)行內(nèi)部監(jiān)督驗(yàn)票的檢查站”。在收費(fèi)車道上安裝非接觸式 IC 卡讀寫設(shè)備，司機(jī)通過此路段時(shí)，將 IC 卡（通行卡）在讀寫天線的規(guī)定距離內(nèi)劃過，自動(dòng)欄桿開啟、車輛通行，并記錄該標(biāo)識(shí)站信息。第二種方法只需在產(chǎn)生歧義的路段設(shè)立標(biāo)識(shí)站，獲取車輛行駛的標(biāo)識(shí) 信息，就可以根據(jù)出口信息、入口信息、標(biāo)識(shí)信息，識(shí)別出任意車輛的行駛路徑。標(biāo)識(shí)站法、車牌照識(shí)別法都屬于精確識(shí)別的范疇。從基本思路看，多路徑識(shí)別技術(shù)可以分為精確識(shí)別和概率識(shí)別兩類。 8 第 3 章 多路徑識(shí)別算法的 基本理論 多路徑識(shí)別包含多種技術(shù)方法，下面主要介紹了多路徑識(shí)別方法的主要分類，詳細(xì)說明了識(shí)別方法涉及到的主要算法。 由于目前我國聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)還是剛剛開始 ,對(duì)其相關(guān)的技術(shù)研究的還不是都很深入 ,路徑識(shí)別技術(shù)的研究在這種環(huán)境下也只是剛剛開始 ,在現(xiàn)有的“一路一公司”的情況下實(shí)行 的協(xié)商法需要各路公司相互之間有良好的協(xié)調(diào)關(guān)系。另外 ,在路徑識(shí)別精度方面 ,不同路段也要有所側(cè)重。當(dāng)不同路徑的路阻之差在 10%之內(nèi) ,且車流量較少 ,涉及的通行費(fèi)較低時(shí) ,可采取收費(fèi)員入口指導(dǎo) ,出口詢問方式 。在進(jìn)行路徑識(shí)別時(shí) ,根據(jù)具體情況對(duì)不同路段采取不同方法。二是收費(fèi)管理層面 ,主要是通行費(fèi)收入拆分問題。為此山東省對(duì)山東省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)路徑識(shí)別與通行費(fèi)收 入拆分問題進(jìn)行研究認(rèn)為 : 要從山東省高速公路總體路網(wǎng)規(guī)劃出發(fā) ,綜合考慮設(shè)備投資、受益及今后運(yùn)營成7 本等多方面因素提出方案 。最初山東省采用最短距離法進(jìn)行路徑識(shí)別與通行費(fèi)收入拆分。其拆分為了適應(yīng)不斷變化的交通流量 ,省收費(fèi)結(jié)算中心和路公司定期組織對(duì)二義性路徑的交通流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查 ,并通過實(shí)際運(yùn)行一段時(shí)間后 (三個(gè)月～半年 ),根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)的流量狀況和分布情況、車輛選擇路徑的情況以及與現(xiàn)用的二義性路徑拆分原則的差距情況 ,對(duì)原來的分配方案和比例進(jìn)行調(diào)整。針對(duì)這兩個(gè)二義性路徑。 浙江省高速公路網(wǎng)對(duì)路徑識(shí)別問題進(jìn)行研究的時(shí)候 ,其高速公路路網(wǎng)中存在兩個(gè)二義性路徑的路環(huán) :一個(gè)是杭甫高速公路 (沽清 — 大朱家 )、上三高速公路全線、雨臺(tái)溫高速公路 (寧波東 — 吳番樞紐 )組成的路環(huán) 。江蘇省蘇北高速公路路徑識(shí)別技術(shù)研究的對(duì)象即蘇北高速公路網(wǎng) ,蘇北高速公路網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)范圍包括京滬高速沂淮江段、寧連高速淮連段、京福高速徐州東繞城段、徐宿 高速公路、寧宿高速公路、寧通高速公路、廣靖高速公路、連徐高速公路、寧靖鹽高速公路、汾灌高速公路及江陰大橋。 國內(nèi)對(duì)這方面的專題研究不多 ,目前以軟課題的形式開展此類研究的有江蘇省蘇北高速公路網(wǎng)和浙江省高速公路網(wǎng)。 6 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前許多省市建設(shè)的高速公路都具有相當(dāng)規(guī)模 ,聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)己成大 勢(shì)所趨。接收機(jī)含有 GPS 導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī)和一個(gè)移動(dòng)通訊終端 ,一旦卡車啟動(dòng) ,接收機(jī)便會(huì)自動(dòng)記錄行駛里程 , 并將計(jì)算出的繳費(fèi)金額數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。德國將投入的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)命名為“ Toll Collect” ,是目前世界上不設(shè)收費(fèi)窗口的最先進(jìn)的道路收費(fèi)系統(tǒng)之一。所有收取的費(fèi)用將用于改善德國交通基礎(chǔ)設(shè)施 ,因?yàn)橹匦涂ㄜ噷⒋罅吭黾痈咚俟返慕ㄔO(shè)和維護(hù)成本。 德國一直在高速公路上未建任何收費(fèi)設(shè)施 ,對(duì)車輛收取的通行費(fèi) 包含在燃油費(fèi)和養(yǎng)路費(fèi)中。日本最常用的 ETC 收費(fèi)站采取 3 個(gè)門橋的樣式 ,這 3 個(gè)門橋分別用于識(shí)別車型、識(shí)別入口和收費(fèi)信息傳輸。目前 ,日本高速公路 80%的出入口都實(shí)現(xiàn)了 ETC化 ,而且越來越多的汽車安裝了 ETC 系統(tǒng)。從 2021 年 3 月開始， ETC(電子不停車收費(fèi) )技術(shù)在日本整體上投入運(yùn)營。 國外研究現(xiàn)狀 國外高速公路實(shí)行收費(fèi)的雖然有一些，但是大部分規(guī)模不大，或 者是路公司比較單一，他們的研究主要集中在電子不停車收費(fèi)（ ETC,即 Electronic Toll Collection）系統(tǒng)上面， 或者是更為智能的如德國研究的利用全球定位系統(tǒng)（ GPS）的收費(fèi)系統(tǒng)，但專門就在高速公路路徑識(shí)別這方面的研究很少。本章總結(jié)了本設(shè)計(jì)所完成的工作，并對(duì)其中的缺陷做出了說明，指出了所采用算法的不足指出，對(duì)下一步的工作做了展望。 第五章， 實(shí)驗(yàn)環(huán)境平臺(tái)搭建、識(shí)別過程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析。 第四章， 基于模板匹配的車牌識(shí)別詳細(xì)設(shè)計(jì) 。本章詳細(xì)闡述了 多路徑識(shí)別 理論的基本原理。本章介紹了 多路徑識(shí)別 理論的歷史、發(fā)展 、國外各國發(fā)展現(xiàn)狀 及 立足我國的研究發(fā)展 方向。 本章 首先介紹了 多路徑識(shí)別 理論研究的背景和意義，然后綜述了 陳述了本文的內(nèi)容安排。 4 本文框架結(jié)構(gòu) 本文通過對(duì) 多路徑識(shí)別算法 理論進(jìn)行系統(tǒng)認(rèn)真的學(xué)習(xí)和研究，查閱了大量的國內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)和資料，主要完成了圍繞 汽車牌照識(shí)別技術(shù)的多路徑識(shí)別算法的實(shí)現(xiàn) 。 (2) 使用 MATLAB 的圖形用戶界面技術(shù)（ GUI）編寫牌照識(shí)別系統(tǒng)面板，可以達(dá)到與牌照定位切分程序及字符識(shí)別程序的無縫連接。 （包括用戶界面） 在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程 方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向 Excel 和 HDF5 進(jìn)行連接。 MATLAB 的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。允許用戶編寫可以和 MATLAB 進(jìn)行交互的 C 或 C++語言程序。目前， MATLAB 已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、 小波分析 、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 LMI 控制、魯棒控制、模型預(yù)測(cè)、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點(diǎn)仿真、 DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（ Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 5．應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 MATLAB 對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)3 話等， MATLAB 也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。 4．出色的圖像處理功能 MATLAB 自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。 MATLAB 的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如 C 和 C++ 。其擁有 600 多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是 MATLAB 能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。新版本的MATLAB 語言是基于最為流行的 C＋＋ 語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與 C＋＋ 語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。 2．簡單易用的程序語言 MATLAB 一個(gè)高級(jí)的矩陣 /陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。而且新版本的 MATLAB 提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。它具有以下特點(diǎn)： 1．友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 2 MATLAB 由一系列工具組成。 （ 3）倒卡、逃費(fèi)問題。綜上所述，多路徑識(shí)別就 需要解決以下三個(gè)問題： （ 1）高速公路通行費(fèi)的合理收取。為高速公路正常收取車輛通行費(fèi)造成的及大的損失，同時(shí)也帶來了不良的社會(huì)影響。 多路徑識(shí)別主要解決高速公路通行費(fèi)的合理收取以及通行費(fèi)的準(zhǔn)確拆分問題。 研究背景和意義 隨著高速公路路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)區(qū)域內(nèi)的環(huán)狀路結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，僅河北省一片區(qū)（京津以南高速公路）聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)區(qū)域內(nèi)的已有路、在建路和未建路共有約 20 個(gè)最小封閉環(huán)路，如果在每個(gè)不同業(yè)主的路段設(shè)收費(fèi)站，投資巨大，也會(huì)影響高速公路的效率，同時(shí)，傳統(tǒng)的收費(fèi)車道所采用的人工輸入車牌號(hào)碼后 3位數(shù)字的方式時(shí)效性差，巨大的工作量直接影響高速公路的通行能力和服務(wù)水平。 路徑識(shí)別不僅僅涉及對(duì)每一通行車輛如何計(jì)算通行費(fèi)，同時(shí)還要考慮將收入的通行費(fèi)拆分給哪 個(gè)收費(fèi)單位的問題，通行費(fèi)的拆分直接關(guān)系到各條高速公路的合法利益， 是聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的關(guān)鍵。 template matching。L