车牌识别在高速公路领域的应用研究

何培舟

北京交科公路勘察设计研究院有限公司交通运输部公路科学研究院

摘要：随着智能化和数字化的深入，车牌识别在很多领域得到了应用，高速公路领域也不例外，为车牌识别的应用提供了广阔空间。本文首先从人工识别和自动识别两个方面介绍了车牌识别，其次，回顾了车牌自动识别在高速公路领域的发展历程，对各阶段的应用进行了分析。再次，总结了影响车牌自动识别准确率的因素，并给出了解决方案。最后，对车牌识别在取消高速公路省界收费站后的拓展应用进行了展望。

关键词：车牌;车牌识别;高速公路;应用;

车牌，又称机动车号牌，是准予机电车在道路上行驶的法定标志，其号码是机动车登记编号，《中华人民共和国机动车号牌》(CA 36)中规定了机动车号牌的分类、规格、颜色、式样、技术要求等。车牌是车辆的“身份证”，是识别车辆和追踪车辆的关键信息。车牌识别技术在车辆检测、交通诱导、交通执法、交通量调查、区间测速、停车场管理、小区管理等方面得到了广泛应用，为车辆管理提供了保障和支持。车牌自动识别系统在高速公路领域应用以来，受到行业的普遍欢迎，应用范围越来越广，逐步成为高速公路领域的重要设施，提升了高速公路通行效率和运营管理水平。

1 车牌识别

高速公路领域的车牌识别经历了人工识别和自动识别两个阶段。

1.1 人工识别

纯人工方式，在车辆通过时，完全依靠收费员人眼识别车牌信息，并通过手工填写纸质表格或者录入信息管理系统。

优点:(1)简单便捷，可以随时启用;(2)不需要额外增加设备投资;(3)没有设备运维工作;(4)不受自然环境的影响。

缺点:(1)完全依靠收费员，交通量大时，收费员工作强度大，时间长了容易出错;(2)手工输入方式会增加服务时间;(3)无法避免收费员作弊、司机换卡逃费;(4)缺少拓展应用空间。

1.2 自动识别

不需要人工介入，完全依靠车牌自动识别系统自动识别出车牌信息。车牌自动识别系统是利用计算机视觉处理、数字图像处理、模式识别等智能识别技术，对车牌识别摄像机所拍摄的车辆图像进行处理分析，从而得到通行车辆车牌信息(车牌的字符、数字、颜色等)的信息系统，车牌自动识别系统具备车牌识别、抓拍、录像、车辆特征识别等基础功能，还提供了丰富的接口，可以和多种设备及应用兼容。车牌自动识别系统一般由触发单元、抓拍单元、处理单元三部分组成，

优点:(1)系统自动识别，提升了车牌识别效率;(2)不需要人工操作，降低了收费员工作强度;(3)减少了收费车道服务时间，提升了通行效率;(4)减少了收费员录入错误，有效阻止了换卡逃费行为;(5)可识别车速高，最高可达220km/h;(6)具有一定了扩展空间，提升了信息化、智能化水平。

缺点:(1)容易受自然环境影响;(2)增加了系统运维，要确保车牌识别准确率，需要经常进行调校;(3)增加了投资，车牌识别设施都有寿命，到寿命后涉及到重新投资;(4)需要考虑设备安装，包括基础形式、供电、走线等问题。

2 车牌自动识别在高速公路领域的应用及发展历程

(1)第一阶段(2001年～2007年):初始探索期

(1)防逃费和车辆管理

2001年，随着同三国道主干线粤境高速公路汕汾段车牌自动识别系统的启用，拉开了车牌自动识别在高速公路领域应用的序幕。车牌自动识别最早作为高速公路联网收费防作弊系统的主要技术手段，实现对通行卡管理，杜绝换卡、倒卡、丢卡、套牌、换牌等逃费行为。除此以外，高速公路借助车牌信息对车辆进行管理，包括普通车管理、公务车管理、月票车管理、黑名单车辆管理、U型车管理、L型车管理等。

(2)辅助收费

为减少收费员直接抬杆放行产生的人情车、收费无票据等问题，将车牌自动识别系统作为收费系统的辅助，由系统自行决定是否抬杆，实现了免费车辆的无人值守。根据车牌的唯一性，对车型车种进行分类，辅助收费，可以利用军车、警车、公务车及特殊车辆的类型特征，实现对免费车的管理，维持正常收费秩序。

(3)车辆稽查和统计

通过车牌自动识别系统，可以根据交通监控或特殊管理需要进行分类统计，自动统计通行高速公路的每一个辆车，依据车牌信息对过往车辆进行自动稽查。由于实现了基于车牌信息的精确统计，可根据运营管理单位需求生成各类运营分析报表。

(4)路径识别

车牌信息具有唯一性，基于车牌的路径识别主要思路如下:在收费站入口将车牌信息写入通行介质并由通行车辆携带，同时将车牌信息传至后台系统;设置在关键节点的车牌自动识别系统识别车牌信息并传至后台系统;在收费站出口读取通行介质中的车牌信息，识别车辆并与后台系统信息进行匹配，从而实现车辆驶路径的识别。2005年，江西开展着手研究路径识别问题;2006年，组织了车牌识别设备厂商进行了现场测试;2007年1月，开通了基于车牌的路径识别系统，依据入出口车牌自动识别系统、关键节点的路径标识点系统，对能够精确识别通行路径的车辆按实际路径收费、拆分。

(5)超速管理

将车牌识别技术应用于高速公路超速布控，由人工判别车牌升级为系统自动识别车牌，并克服了两个难点:一是要求在高速情况下(大于150km/h)抓到比较清晰的图像，为车牌准确识别提供支撑;二是设备供电，工作环境一般在室外，缺少稳定的电源。

(2)第二阶段(2007年～2015年):快速发展期

(1)标准规范继续出台

2007年，《收费公路联网收费技术要求》(交通部2007年第35号公告)发布实施，车牌识别设备作为可选车道外设，推动了车牌自动识别系统在高速公路领域的应用。

2011年，《汽车号牌视频自动识别系统》(JT/T604-2011)发布实施，对固定式单车道车牌自动识别系统进行规定，识别正确率不小于97%，识别时间不大于200ms。

2012年，机动车号牌自动识别系统》(GB/T 28649-2012)发布实施，对号牌识别准确率、号牌颜色识别正确率、车辆图像捕获率等进行了规定，适用于除单车道公路收费系统之外的各类车牌自动识别系统。

2014年，《全国高速公路电子不停车收费联网工作总体技术方案》(交公路发<2014>112号)发布实施，“一车、一标签、一卡”绑定发行，车牌一致显得尤为重要，车牌自动识别系统成为ETC车道的标配设备。

(2)联网收费和计重收费

车牌识别设备逐渐成为收费车道的标配，安装于入口收费车道、出口收费车道，部分省份还为计重收费车道配备了车牌识别设备。抓拍图像需要叠加关键信息，包括收费站编号、收费车道编号、收费员工号、时间、车牌号码、车型、车种、费额等。车牌识别设备由模拟过渡到高清，图片抓拍质量也得到提升，更好地支撑了联网收费。

(3)路径识别

2009年，京沈高速公路建立了车牌自动识别标识系统，利用车牌匹配结果解决识别车辆实际行驶路径并合理地拆分通行费的问题。河北、湖南、贵州等省份也利用车牌自动识别系统进行路径识别。广东省在收费站出口利用车牌信息进行路径还原，实现通行费的收缴。

(4)防逃费和车道拦截

2013年，广东省建立了打逃系统，利用高清卡口进行逃费稽查以及屏蔽RFID复合卡稽查;部署防逃费车辆自动拦截系统，全省范围内共享逃费车辆黑名单、逃费车辆记录、逃费车辆稽查等信息，在出口车道根据车牌信息进行判别，系统自动告警并拦截，稽查人员跟进处理。

(3)第三阶段(2015年～2020年):全面爆发期

(1)营改增

2017年，交通运输部印发《收费公路通行费增值税电子普通发票开具总体技术方案》(交办公路【2017】116号)，为满足增值费发票开具要求，文件要求在收费车道建设高清车牌自动识别系统，并对图片保存期限进行了规定。

(2)车牌付

2016年，高速公路领域出现了“车牌付”，即将车牌作为身份特征和付款条件，用户提前绑定车牌信息，在收费车道进车牌识别，行驶路径的判断，在出口车道还原路径，计算通行费、扣费，并将通行费扣费信息发送给用户。

(3)治超联网

贵州、河南、北京等省份陆续出台超限超载治理的技术规范，交通运输部在总结各省经验基础上，印发《全国治超联网管理信息系统省级工程建设指南》(交办公路<2018>77号)和《高速公路称重检测业务规范和技术要求》(交办公路函<2019>1182号)，明确车牌自动识别系统是治超联网的重要组成部分，要求抓拍车辆正面照、车辆尾部照、车辆侧面照3张检测照片。

(4)非现场执法

公路超限不停车检测系统，即非现场执法系统，一般由前端货运车辆超限信息采集取证系统和后端执法处理平台组成，车牌识别及抓拍设备是前端取证系统的重要组成部分。

(5)收费车道和ETC门架

《取消高速公路省界收费站总体技术方案》(交公路函【2019】320号)确定的技术路径为:实现电子不停车快捷收费(ETC)、辅以车牌识别、多种支付手段融合应用。在收费车道，车牌抓拍图片应为JPG、PNG格式，叠加收费站、收费车道、抓拍时间、车牌号、车型、车辆品牌型号(可选)等关键信息，单张图片大小应不低于200KB;在ETC门架，对车牌图像识别设备冗余设置，抓拍全景、前车牌、后车牌，自动识别车牌颜色和车牌号码。

(5)第四阶段(2020年～):持续迭代期

取消高速公路省界收费站以后，高速公路联网收费进入新阶段，各应用场景对车牌识别的要求参见表1所示。对于车牌数据的获取更加多元，样本量更大。随着信息技术的发展，车牌自动识别在高速公路中的应用面临新的挑战，一方面在原有应用领域持续迭代，另一方面，利用车牌识别数据可以做更多事情，为运营管理、公众出行提供更多可能性。

表1 各应用场景的对比分析下载原图

3 影响车牌识别准确率的因素及提升措施

3.1 影响车牌识别准确率的因素

(1)内部因素

(1)车辆检测器

车辆车检器不稳定、死机等因素会直接影响到车牌识别准确率，主要体现在地感线圈信号无法反馈到车道工控机和车牌识别自动识别系统。

(2)网络连接

网络断线、网络连接不稳定等因素会影响到车牌识别结果、数据传输、储存的整个过程，表现为连续多辆车的车牌识别错误、通信失败或整牌拒识，从而影响车牌识别率。

(3)算法性能

车牌识别算法是车牌自动识别系统的核心技术，车牌在颜色组成、字体组成、数字组成上比较复杂多样，若车牌自动识别系统的算法在技术层面没有达到精确运算与识别的要求，将会直接影响车牌识别系统的识别率。

(4)触发方式

车牌自动识别系统所采用的触发方式包括埋地线圈检测、红外检测、雷达检测、视频检测等，这些方式各有特点，为了确保识别准确率，需要根据车牌自动识别系统的实际情况选择合适的触发方式。

(2)外部因素

(1)现场环境

太强光线会导致车牌反射，夜间因缺乏照明需要辅助照明，遇到大雨、大雪、大雾等天气车牌识别率也会比平时略有下降，车牌溅泥、污损会直接影响车牌识别结果。

(2)车速影响

车速过快时，容易掉帧，抓拍车牌图像不完整，直接影响识别效果。

(3)人为遮挡

故意遮挡车牌号，会造成无法识别。

(4)跟车距离

跟车距离过近，比如小于1m，前后会遮挡住后车的车牌信息，影响车牌自动识别系统的抓拍，无法正常抓拍会直接影响车牌识别率。

(5)设备安装

车牌自动识别系统对安装工艺要求非常高，角度、距离、高度等因素会直接影响车牌识别效果。如，安装时，摄像头角度没有调整好，摄像头将无法实现准确抓拍与采集，车牌识别率将会大大降低。

3.2 提升车牌识别准确率的措施

(1)内部措施

(1)检查/更换车辆检测器

一般情况下，车辆检测器工作不稳定，会导致车牌识别时好时坏，整体识别率下滑。应定期对车辆检测器进行检测，如故障频繁发生，应更换车辆检测器，也可以通过更换触发方式来解决。

(2)网络连接畅通

通过输入车牌识别设备的IP地址，观察网络连接情况、稳定性等，确保网络连接畅通，相应指示灯工作情况。

(3)提升算法性能

算法是车牌识别的基础，由空间复杂度和时间复杂度来组成，对车牌识别算法进行迭代提升，从根本上提升车牌识别算法性能，定期对车牌自动识别系统进行升级，确保识别效果持续提升。

(2)外部措施

(1)增加补光灯

车牌自动识别设备一般工作在室外环境，过多的光线会导致车牌反射，导则车牌识别率降低。夜间缺乏照明，光线暗，为提升识别效果需要增加辅助照明。针对逆光情况，由于不同时间点光线射入角度不同，因此在安装时尽量避开太阳直射车牌反光，从源头消除逆光;若无法车道消除，可采取增加遮阳板降低影响。这对夜晚情况，需要配置补光灯，用来补光，提升车牌抓拍的效果。

(2)增加限速设施

针对车速影响，一方面加大高性能系统的研发，满足更高车速情况下的准确抓拍;另一方面，可考虑在适当位置增加减速带或其他限速设施。

(3)关注车牌抓拍摄像安装工艺

根据现场环境调整车牌拍摄机的角度、高度、距离，确保抓拍到理想的车牌图像，为车牌自动识别奠定基础。此外，安装时，还需求避开费额显示器、防撞护栏、天棚立柱等设施的遮挡。

(4)加大处罚力度

针对人为遮挡问题，要加大稽查和违法处罚力度，减少人为因素干扰，为车牌自动识别创造良好环境。

(5)增加辅助摄像机

为了提升车牌识别效果，可采用增加辅助摄像机或冗余摄像机的方式，确保抓拍质量。

(6)加强车牌自动识别系统运维

车牌识别设备工作在室外，属于工业环境，对环境要求比较高，雨、雾、灰尘、光线等都会直接影响车牌识别率，需要经常调校，运维要跟得上，因此，加强车牌识别摄像机的运维，确保车牌识别率维持在一个较高的水准。

4 车牌识别在取消高速公路省界收费站后的拓展应用

(1)交通量调查

高速公路采用按车型收费的方式，根据车型分类标准的不同对应的收费金额也不相同，客车分四类，货车分六类。在入口车道、出口车道、ETC门架、非现场执法点等存在着大量数据，这些数据均以车牌识别数据为基础，可以将这些数据应用于交通量调查，提高交通量调查的效率，减少人工投入和基础设施投入，为公众出行提供动态信息。

(2)服务区管控

高速公路服务区是司乘人员休息、加油、餐饮、购物、娱乐和车辆维修的场所。通过设置在服务区入出口的车牌自动识别系统，可以随时掌握进出服务区的车流量及状态，停车位使用情况，对超速、超时等行为进行管控，与加油站联动，可掌握预估加油排队车辆及预估等待时间，为公众出行提供高质量的信息服务和出行体验。

(3)车辆行为识别

现阶段车牌识别技术主要用于车辆的身份识别，除了车牌号码以外，逐步加入了车标、车款、司机人脸、物品放置位置等车辆身份特征，车牌自动识别系统能更快更准确地识别车辆身份。下一步，车牌自动识别系统将会向行为识别迈进，通过行为跟踪，判别车辆停车是否规范、车辆行驶是否符合交通规则、充电桩使用是否规范等。

(4)智能联动

智能联动有两个方面，一是高速公路内部联动，包括与监控系统、计费系统等的联动，用于准确计费、路段和区域交通检测、行程时间估计、交通管理、出行调查等;二是走出高速公路与外部系统联动，与公安系统、城市智慧停车系统等融合，拓展应用空间，为用户提供更好地出行体验。

5 结语

车牌识别在高速公路领域应用越来越广泛，车牌自动识别系统已成为高速公路联网收费、稽查、治超等系统的重要组成部分，在提升高速公路运营管理和服务水平、遏制偷逃通行费、治超超限超载等方面发挥了重要作用。随着“交通强国”、“新基建”等政策的出台，以及车牌自动识别技术集成化、智能化、场景适应能力的提升，车牌识别在高速公路领域的应用前景将更加广阔。