TWM472902U - 車輛通行資訊辨識媒合系統 - Google Patents

Description

車輛通行資訊辨識媒合系統

本創作關於一種資料辨識媒合系統，尤指一種架設在多車道道路上之檢測關卡，用以辨識及收集車輛通過該關卡時之車輛通行資訊辨識媒合系統。

針對多車道的道路環境中，例如高速道路，在許多國家已經在收費站建置有電子式收費系統以取代傳統的人工收費方式，電子式收費系統具有自動扣款、不須停車、維持道路順暢等優點，若以長遠的角度來看亦能節省人力成本的支出。

在電子式收費系統中，最重要的作業莫過於是如何快速、正確地識別並收集通過收費站的車輛通行資訊，如此才能作為後段電子扣款的重要依據。以目前的車輛通行資訊辨識設備來看，其中一種方式是在各車道上架設雷射偵測儀器與紅外線(IR)儀器，其中雷射偵測儀器可判斷車輛是否行駛抵達收費站，而紅外線儀器可配合設在車輛上的車上單元(OBU)協同作業，用於接收該車輛的基本資訊，所得到的車輛基本資訊再傳遞給一伺服主機。

前段所述的車輛通行資訊辨識設備雖可達到辨識目的，卻存在有下列幾點問題：

一、成本昂貴：在各車道上所架設的雷射偵測 儀器與紅外線(IR)儀器為專業設備，其費用並不便宜，當車道與收費站數目較多時，總硬體成本將變得極高，不利於電子收費系統的推廣普及。

二、伺服主機運算量龐大：因為各車道所偵測訊的各筆資訊均傳送到單一伺服主機進行運算、判斷，導致該伺服主機之資料運算量極為龐大。也因為該伺服主機進行之工作量極為驚人，設備運作時會產生大量熱能，因此必須再額外為伺服主機提供冷卻空調環境。如此一來，伺服主機與空調設備不僅需要設置成本，其運作時所產生的能源消耗及電力費用也是不容勿視。

為克服目前車輛通行資訊辨識設備成本昂貴與伺服主機運算負荷極大的問題，本創作之主要目的是希望以相對較低的硬體成本達到辨識行經各偵測關卡之車輛資訊，並降低伺服主機之運算負荷。

為達成前述目的，本創作係提供一種車輛通行資訊辨識媒合系統，其設置於具有多車道的偵測關卡以辨識通過該偵測關卡的車輛通行資訊，該車輛通行資訊辨識媒合系統包含：複數車道資訊擷取模組，係分別對應監測該多個車道，各車道資訊擷取模組包含：一車型攝影機，架設於所屬車道上方以拍攝來車車輛的影像；一前車牌攝影機，架設於所屬車道上方以拍攝來車車輛的前車牌影像； 一後車牌攝影機，以相對該前車牌攝影機之相反方向架設於所屬車道上方，以拍攝去車車輛的後車牌影像；一射頻通訊收發器，架設於所屬車道上方以發送無線感測信號供來車車輛上的車上單元接收，並接收車上單元回傳之信號以產生交易事件；一車型辨識電腦，連接該車型攝影機並根據該車型攝影機所拍攝的影像辨識來車車輛之車型，產生車型辨識事件；一車牌辨識電腦，連接該前車牌攝影機與後車牌攝影機，並根據該前車牌攝影機與後車牌攝影機所拍攝的影像辨識產生前車牌與後車牌辨識結果，作為前車牌辨識事件與後車牌辨識事件；複數個車道主機，係連接該複數個車道資訊擷取模組，其中每一個車道主機接收兩個以上車道資訊擷取模組所產生之基本事件，該基本事件包含交易事件、車型辨識事件、前車牌辨識事件與後車牌辨識事件，根據該等基本事件之相關性判斷車輛之通行資訊；一伺服主機，連接該複數個車道主機以接收全體車道主機之判斷結果，並針對車道主機無法判斷之該等事件進行二次判斷。

本創作以較低成本之影像設備及無線感測設備，便可擷取車輛影像資料及獲得無線感測信號結果，根據擷取到的各種資料交由車道主機執行車輛通行資訊的辨識，判斷行經該偵測關卡之各車輛之身分以確定該交易事件是否可正確成立，因車道主機已先行處理多數的資料再 將處理結果報告至伺服主機，對伺服主機而言其運算負荷可大幅降低；且各車道主機所負責之車道數目有限，亦不會對該各車道主機帶來過大的資料運算負擔。

10‧‧‧車道資訊擷取模組

11‧‧‧車型攝影機

12‧‧‧前車牌攝影機

13‧‧‧後車牌攝影機

14‧‧‧射頻通訊收發器

15‧‧‧車型辨識電腦

16‧‧‧車牌辨識電腦

17‧‧‧錄影機

20‧‧‧車道主機

30‧‧‧伺服主機

41‧‧‧視訊分配器

42‧‧‧第一集線器

43‧‧‧第二集線器

101-104‧‧‧車道

105‧‧‧門架

Z1‧‧‧偵測區域

Z2‧‧‧前車牌辨識區

Z3‧‧‧後車牌辨識區

Z4‧‧‧感測區域

圖1：本創作系統方塊圖。

圖2：本創作裝設於收費站的俯視平面示意圖。

圖3：本創作車型攝影機、前車牌攝影機、後車牌攝影 機及射頻通訊收發器之偵測區域示意圖。

請參考圖1的系統方塊圖，本創作主要包含有複數個車道資訊擷取模組10、複數個車道主機20與一伺服主機30。

該複數個車道資訊擷取模組10是架設在多車道的道路上，每一個車道資訊擷取模組10對應負責監測一個車道。各車道資訊擷取模組10中進一步包含一車型攝影機11、一前車牌攝影機12、一後車牌攝影機13、一射頻通訊收發器14、一車型辨識電腦15、一車牌辨識電腦16與一錄影機。

請配合參考圖2，本實施例以四組車道資訊擷取模組10應用在具有四個車道101-104的偵測關卡為例說明，在車道101-104上方有橫跨的門架105。以任一個車道101-104而言，該車型攝影機11裝設在對應車道101-105的門架105上且具有一偵測區域Z1，用以擷取前方來車的影像，該偵測區域Z1約可定義在門架105前方的28m~18m 處。

該前車牌攝影機12與後車牌攝影機13反向裝設在對應車道101-104的門架105上，且分別負責拍攝一前車牌辨識區Z2與一後車牌辨識區Z3，該前車牌辨識區Z2與後車牌辨識區Z3相對較接近門架105，約在相距門架105前、後方的8m-18m。其中，前車牌攝影機12負責擷取朝向門架105行駛而來的車輛影像，藉此取得各車輛其前車牌資訊；後車牌攝影機13負責擷取車輛通過門架105後離去時的車輛影像，以取得各車輛其後車牌資訊。

該射頻通訊收發器14設在對應車道101-104的門架105上，用於發射無線偵測信號及接收由車輛的車上單元(OBU)回傳的信號，其信號涵蓋的感測區域Z4最接近門架105，約在門架105前方0~8m處，感測對象是指朝向門架105行駛而來的車輛。其中，該射頻通訊收發器14的功能主要是執行高速扣款，利用中心頻率5.8GHz的射頻(RF)信號與車上單元進行通訊，可採用分時(TDM)、分頻(FDM)的感測機制以提高正確率。由射頻通訊收發器14與每一車輛互動而產生扣款的行為，係成為一筆交易事件(E_TX )。

該車型辨識電腦15連接車型攝影機11，用於分析辨識由車型攝影機11所拍攝的影像，主要是分析影像中的來車是為小客車、大客車、聯結車等其它車型，藉此產生來車的車型辨識事件(E_VD )。

該車牌辨識電腦16連接該前車牌攝影機12與後車牌攝影機13，用於分析辨識前車牌攝影機12與後車牌攝影機13拍攝的影像，可辨識出文字及數字，以得到各車 輛的前、後車牌辨識結果，稱之為前車牌辨識事件(E_FA )與後車牌辨識事件(E_RA )。

該錄影機17連接該車型攝影機11、前車牌攝影機12與後車牌攝影機13，可進行全時錄影並儲存，以作為後續稽核存證用。

在本實例中，上述各裝置可透過適當的傳遞設備互相連接，例如該車型攝影機11可經過一視訊分配器41(一對多)將拍攝到的影像同時傳遞到車型辨識電腦15與錄影機17。該前車牌攝影機12、後車牌攝影機13與射頻通訊收發器14輸出的資料可先傳遞到一第一集線器41再送至一第二集線器42，該第二集線器42另可連接該車型辨識電腦15、車牌辨識電腦16及錄影機，最後以該第二集線器42作為該車道資訊擷取模組10對外傳輸的閘道。但前述傳遞設備的配置方式僅是舉例說明而已，不必然只限於該架構。

車道主機20可同時連接數個車道資訊擷取模組10，本實施例中以兩個車道資訊擷取模組10共用同一個車道主機20為例。該車道主機20利用前述車型辨識事件(E_VD )、前車牌辨識事件(E_FA )、後車牌辨識事件(E_RA )及交易事件(E_TX )等四種事件，並參考各基本事件(E_VD 、E_FA 、E_RA 、E_TX )發生的相隔時間，判斷該等事件可否構成一獨立事件、一相依事件或一完全事件。相關的時間參數定義如下：

第一間隔時間(B_VF )：車型辨識事件(E_VD )與前車牌辨識事件(E_FA )發生之間隔時間。

第二間隔時間(B_FT )：前車牌辨識事件(E_FA )與交易事件 (E_TX )發生之間隔時間。

第三間隔時間(B_TR )：交易事件(E_TX )與後車牌辨識事件(E_RA )發生之間隔時間。

第一逾時時間(TW1)：B_VF 之逾時時間。

第二逾時時間(TW2)：B_FT 之逾時時間。

第三逾時時間(TW3)：B_TR 之逾時時間。

第四逾時時間(T_GAP )：後車牌辨識事件(E_RA )發生至資料媒合完成之間隔時間。

完全事件：該車道主機20在進行媒合判斷作業時，當同時具備四種基本事件(E_VD 、E_FA 、E_RA 、E_TX )，即彼此之間產生相關性，且相鄰事件的間隔時間(B_VF 、B_FT 、B_TR )皆未發生逾時，此時即形成一完全事件(E_COM )，傳送報告至伺服主機30。在判斷各事件之相關性時，是依據車牌資訊作為相關性之依據，各事件不限制於必須在同一車道依序產生，故即使車輛跨越車道，若可根據車牌資訊將各筆事件建立關聯，仍可形成完全事件。

獨立事件：當四種基本事件(E_VD 、E_FA 、E_RA 、E_TX )中的任一事件發生，且未與其它事件有相關性時，視為一獨立事件(E_IND )。該獨立事件(E_IND )若經過TW1/TW2/TW3/T_GAP 時間後，仍然未與其它事件具有相關性(依據車牌作為相關性之關聯)，視為異常，並將此異常情況報告至伺服主機30。

相依事件：該獨立事件(E_IND )若在TW1/TW2/TW3/T_GAP 時間內，與其它事件可產生相關性(依據車牌作為相關性之關聯)，視為一相依事件(E_DEP )。相依事件依據最新產生之事件時間作為該相依事件之時間。當相依 事件時間經過T_GAP 後，仍未形成完全事件(E_COM )時，依據預設的資料媒合通則，判斷結果異常或正常，並傳送報告給伺服主機。

依據該資料媒合通則，當交易事件(E_TX )存在且車型辨識事件(E_VD )、前車牌辨識事件(E_FA )與後車牌辨識事件(E_RA )三者之中有任一者存在時，可判斷結果為正常。該資料媒合通則整理如以下表格所示，其中符號“V”表示事件存在，“X”表示事件不存在，媒合的結果有異常與正常兩種。

綜上所述，本創作藉由相對低成本的攝影裝置及具有影像辨識能力的電腦，即可在多車道的環境中對通行中的車輛完成識別，並可依據識別結果用於電子收費扣款。

該伺服主機30經由乙太網路(Ethernet)連接各 車道主機20與各車道資訊擷取模組10。收集儲存各車道主機20所報告的各種結果，倘若由車道主機20傳遞而來的結果顯示為異常，該伺服主機30可進行二次媒合。例如當有聯結車存在時，該聯結車的前、後車牌不一致導致異常結果出現時，可由伺服主機30針對影像進行二次判斷。

本創作在基於前述硬體基礎，當由車型攝影機11偵測到有車輛進入偵測區域時，即開始進行連續的車牌辨識作業，該車道主機20將此辨識完成之車牌與在此時間之內所發生的交易事件匹配，即可獲得完整交易紀錄。

因本創作適用於多車道的自由車流系統，當車輛跨車道行進或其它因素導致無法成立完全事件時，會產生不同的事件組合，該車道主機20仍可依據預設的資料媒合通則，於存在交易事件之前提下，佐以車型辨識事件、前車牌辨識事件、後車牌辨識事等作為媒合條件，以得到最大程度的媒合結果。例如在進行前車牌辨識時，車輛已經偏移左或右車道，導致前車牌事件不存在，可再參照相鄰車牌之後車牌辨識事件，建立各事件的關聯性。

對該伺服主機30而言，不需要進行所有車道上發生的全體事件處理，而改由不同的車道主機20分散處理。因此伺服主機30資料運算量能有效減少，主要是在不同事件的資訊差異過大，該車道主機20無法匹配時，由伺服主機30對該特殊情況進行二次媒合處理。

本創作除了應用於電子自動收費系統以外，亦可由車道上的車道資訊擷取模組10主動傳播資訊給車輛。因為在各車道資訊擷取模組10中設置有一具備主動發 射資訊的射頻通訊收發器14，可將前方道路上的道路資訊、路段壅塞情況、建議行駛路線等訊息主動傳送給各車輛，由車輛之車上單元接收並顯示給駕駛人參考。

10‧‧‧車道資訊擷取模組

11‧‧‧車型攝影機

12‧‧‧前車牌攝影機

13‧‧‧後車牌攝影機

14‧‧‧射頻通訊收發器

15‧‧‧車型辨識電腦

16‧‧‧車牌辨識電腦

17‧‧‧錄影機

20‧‧‧車道主機

30‧‧‧伺服主機

41‧‧‧視訊分配器

42‧‧‧第一集線器

43‧‧‧第二集線器

Claims (8)

1. 一種車輛通行資訊辨識媒合系統，係設置於具有多車道的偵測關卡以辨識通過該偵測關卡的車輛通行資訊，該車輛通行資訊辨識媒合系統包含：複數車道資訊擷取模組，係分別對應監測該多個車道，各車道資訊擷取模組包含：一車型攝影機，架設於所屬車道上方以拍攝來車車輛的影像；一前車牌攝影機，架設於所屬車道上方以拍攝來車車輛的前車牌影像；一後車牌攝影機，以相對該前車牌攝影機之相反方向架設於所屬車道上方，以拍攝去車車輛的後車牌影像；一射頻通訊收發器，架設於所屬車道上方以發送無線感測信號供來車車輛上的車上單元接收，並接收車上單元回傳之信號以產生交易事件；一車型辨識電腦，連接該車型攝影機並根據該車型攝影機所拍攝的影像辨識來車車輛之車型，產生車型辨識事件；一車牌辨識電腦，連接該前車牌攝影機與後車牌攝影機，並根據該前車牌攝影機與後車牌攝影機所拍攝的影像辨識產生前車牌與後車牌辨識結果，作為前車牌辨識事件與後車牌辨識事件；複數個車道主機，係連接該複數個車道資訊擷取模組，其中每一個車道主機接收兩個以上車道資訊擷取模組所產生之基本事件，該基本事件包含交易事件、車型辨識 事件、前車牌辨識事件與後車牌辨識事件，根據該等基本事件之相關性判斷車輛之通行資訊；一伺服主機，連接該複數個車道主機以接收全體車道主機之判斷結果，並針對車道主機無法判斷之該等事件進行二次判斷。
2. 如請求項1所述之車輛通行資訊辨識媒合系統，其中各車道主機依據車輛之車牌資訊作為判斷各基本事件之間的相關性。
3. 如請求項1所述之車輛通行資訊辨識媒合系統，其中各車道資訊擷取模組進一步包含一錄影機，連接該車型攝影機、前車牌攝影機及後車牌攝影機，以儲存各攝影機所拍攝之影像。
4. 如請求項1至3項任一項所述之車輛通行資訊辨識媒合系統，各車道主機根據交易事件、車型辨識事件、前車牌辨識事件與後車牌辨識事件，並依據該等基本事件之間隔時間判斷該等事件是否構成一完全事件、一獨立事件及一相依事件。
5. 如請求項4所述之車輛通行資訊辨識媒合系統，該等事件之間隔時間包含以下時間參數：第一間隔時間(B_VF )：車型辨識事件(E_VD )與前車牌辨識事件(E_FA )發生之間隔時間；第二間隔時間(B_FT )：前車牌辨識事件(E_FA )與交易事件(E_TX )發生之間隔時間；第三間隔時間(B_TR )：交易事件(E_TX )與後車牌辨識事件(E_RA )發生之間隔時間； 第一逾時時間(TW1)：該第一間隔時間(B_VF )之逾時時間；第二逾時時間(TW2)：該第二間隔時間(B_FT )之逾時時間；第三逾時時間(TW3)：該第三間隔時間(B_TR )之逾時時間；第四逾時時間(T_GAP )：後車牌辨識事件(E_RA )發生至資料媒合完成之間隔時間；其中，當同時具備四種有相關性的基本事件，且皆未發生逾時，視為完全事件已成立，並傳送該完全事件至伺服主機；當基本事件中的任一事件發生，且未與其它基本事件有相關性時，視為獨立事件；該獨立事件在對應的第一至第四逾時時間(TW1、TW2、TW3、T_GAP 內)，若與其它事件產生相關性，則成立相依事件。
6. 如請求項5所述之車輛通行資訊辨識媒合系統，各車道主機判斷相依事件成立時，該相依事件依據最新產生基本事件的時間作為該相依事件本身的時間；當相依事件時間經過第四逾時時間(T_GAP )後，若仍未形成完全事件時，各車道主機依據預設之一資料媒合通則進行判斷，當交易事件存在且車型辨識事件、前車牌辨識事件、與後車牌辨識事件三者之中有任一者存在時，判斷為正常結果；反之則為異常結果，並傳送該異常結果或正常結果給伺服主機。
7. 如請求項6所述之車輛通行資訊辨識媒合系統，各車道資訊擷取模組利用乙太網路連接至車道主機及伺服主機。
8. 如請求項7所述之車輛通行資訊辨識媒合系統，該車型攝影機、前車牌攝影機及射頻通訊收發器分別負責感測該偵測關卡前方由遠而近的區域。