Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Место технологий машинного зрения в системах взимания платы на автомобильных дорогах

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Место технологий машинного зрения в системах взимания платы на автомобильных дорогах

Организация безостановочного взимания платы на дорогах при стремлении минимизировать стоимость комплекса и сохранить при этом простоту обслуживания и надежность представляет собой одну из самых интересных инженерных задач в своем классе. Реализовывать ее возможно различными средствами
Алексей Мелехин
Начальник отдела развития платных систем Дирекции ИТС ООО "ГЛОСАВ"

Системы взимания платы за проезд по платным дорогам можно классифицировать по способам или технологиям взимания платы, которые они реализуют.

Архитектура платных дорог

Все платные дороги подразделяются на дороги открытого и закрытого типов. При проезде по платным дорогам открытого типа оплата осуществляется сразу за весь платный участок, при этом пункт оплаты, как правило, один на участке. Аналогом платной дороги открытого типа является московское метро, где оплата не зависит от количества станций. Платные дороги закрытого типа имеют въездные и выездные пункты оплаты. Въездной пункт оплаты фиксирует факт въезда на платную дорогу, например, при помощи выдачи талона. Оплата осуществляется на выездном пункте взимания платы, где тариф рассчитывается исходя из класса транспортного средства и пройденного расстояния. Подмосковные электрички – аналог платной дороги закрытого типа, где вы оплачиваете на входе сумму, зависящую от конечной станции, и на выходе подтверждаете правильность оплаты.

Безостановочный проезд со шлагбаумом

Несмотря на большое количество полос на пункте оплаты, в часы пик, во время сезона отпусков операторы в кабинах могут не успевать обслуживать все транспортные средства, что приводит к образованию очередей. Мало кому хочется тратить свое время на стояние перед пунктом взимания платы, тем более что от платной дороги ожидают совершенно другого – скорости, комфорта и безопасности. Одним из способов увеличения пропускной способности пунктов взимания платы является организация полос безостановочного проезда с использованием так называемых средств телеоплаты. При подъезде автомобиля к такой полосе на скорости 30 км/ч система успевает обработать данные и при наличии средств на счете открыть шлагбаум без необходимости остановки транспортных средств перед ним. В России для телеоплаты применяются транспондеры, использующие для связи с антенной на рамке технологию DSRC (Dedicated Short-Range Communication), специализированную версию обычного Wi-Fi, которая способна установить соединение и обменяться данными с движущимися на скоростях до 200 км/ч транспортными средствами.

Проезд в режиме свободного потока

По мере развития сети платных дорог в нашей стране стал острее вставать вопрос о целесообразности сооружения пунктов взимания платы (ПВП) новой идеологии. С одной стороны, "классические" ПВП не допускают на платную дорогу транспортные средства без оплаты проезда. С другой стороны, становится все труднее умещать широкие ПВП на выделяемых под строительство дороги землях, а в условиях городской платной дороги это попросту невозможно сделать.

Поэтому был взят уверенный курс на полный отказ от шлагбаумов на будущих платных дорогах в пользу систем взимания платы в режиме свободного потока.

ПВП в режиме свободного потока (Multi-Lane Free-Flow) представляет собой П-образную или Г-образную рамку (портал) над дорогой с размещенным на ней оборудованием, которое в реальном времени собирает данные о проезжающих транспортных средствах (ТС) и отправляет эти данные для обработки в центральную систему.

Задачей системы сбора информации о потоке ТС является формирование достоверных свидетельств проезда ТС по участку платной дороги для последующего списания средств со счета на стороне центральной системы

Типичный портал системы взимания платы свободного потока состоит из видеокамер, осуществляющих распознавание номерных знаков проезжающих ТС, антенны, считывающей данные транспондера, и оборудования классификации, которое измеряет габариты и при необходимости считает оси. Он не накладывает никаких ограничений на скорость и характер движения транспортного потока и поэтому не в состоянии физически помешать въезду на платную дорогу без оплаты.

Владелец платной дороги определяет правила взимания платы и требования к собираемости платы. Система взимания платы, соответственно, должна обеспечить сбор информации об использовании платной дороги согласно данным правилам.

Задача классификации транспорта

При выборе оборудования ключевыми требованиями являются правила классификации ТС, установленные владельцем дороги. Например, действующие правила ГК "Автодор" (государственного "владельца" сети платных дорог в РФ) выделяют четыре класса ТС на основе высоты и количества осей. Но если измерение габаритов в режиме свободного потока не представляет проблемы, то подсчет осей на полной скорости – это уже совсем не тривиальная задача.

Другим примером является классификация ТС в системе "Платон", где определено всего два класса транспортных средств – максимальная разрешенная масса больше 12 т и все остальное. Но при этом максимальную разрешенную массу невозможно однозначно определить визуально, так как она устанавливается предприятием-изготовителем! Если с фурами проблем с классификацией по габаритам не возникает, то с грузовиками поменьше появляется неоднозначность, заставившая сотрудников "Платона" стать экспертами по моделям грузовиков, чтобы исправлять неизбежные ошибки системы.

Задача классификации транспорта технически решается в настоящее время при помощи двух классов систем: системы на базе лазерных датчиков и системы на основе видеоклассификации.

Инфракрасные лазерные датчики
Инфракрасные лазерные датчики являются наиболее распространенным средством обнаружения и классификации ТС. Они нетребовательны к обслуживанию, даже в простейшей конфигурации умеют определять не только высоту, но и ширину транспортного средства, имеют высокую точность. Типичный лазерный датчик обнаруживает не менее 98% всех транспортных средств и успешно классифицирует 95% из обнаруженного.

"Глазами" лазерного датчика являются сканирующие головки, осуществляющие сканирование окружающего пространства при помощи вращающегося зеркала, направляющего лазерный луч в требуемую сторону, и светочувствительного элемента, принимающего отраженный сигнал, который несет информацию о расстоянии до объекта. Частота сканирования зависит от скорости вращения зеркала и от количества зеркал. При относительно небольших скоростях транспортных средств сканирующих линий получается много, и профиль выходит более точным. Но при высоких скоростях на легковую машину приходится всего 6–8 линий, на основании которых микропроцессор лазерного датчика принимает решение о классе.


Трекинговая видеокамера
Что хорошо на скоростных дорогах, то не очень хорошо для города. В городской среде ТС редко движутся с равномерными скоростями. Они или разгоняются, или тормозят, периодически возникают очереди и заторы перед светофорами, пешеходными переходами, примыканиями и сужениями. Система взимания платы для городских магистралей должна уметь работать с таким трафиком, для чего необходимо обеспечить непрерывное отслеживание перемещения ТС в зоне расположения оборудования.

Одним из способов отслеживания перемещения транспортного средства в зоне расположения оборудования является отслеживание с помощью специальной трекинговой камеры. Система сопровождает каждое транспортное средство последовательно через все зоны контроля: зону обнаружения, зону распознавания номера, зону чтения транспондера, зону классификации. Подобный подход позволяет не терять целостность транзакций (совокупности данных о проезде конкретного транспортного средства) в ситуациях, когда транспортные средства перестраиваются с полосы на полосу, произвольно меняют скорость, что может сбить с толку алгоритм сбора данных.

Требования к камерам машинного зрения

Несмотря на разнообразие систем классификации, неизменным и основным элементом машинного зрения на дороге остаются камеры автоматического распознавания номерных знаков.

Камеры, используемые для автоматического распознавания номеров в системе взимания платы, должны удовлетворять ряду специфических требований.

  • Настраиваемый аппаратный датчик освещенности – необходим для тонкой настройки режимов переключения "день/ночь" и беспроблемного "прохода" сумерек.
  • Настраиваемые диапазоны автоматических регулировок выдержки и усиления необходимы для подстройки каждой камеры под условия освещенности и параметры потока на отдельных полосах. Например, для правых полос достаточно минимальной выдержки 1/1250, но на скоростных полосах минимальной должна быть выдержка 1/1750, чтобы избежать смазывания изображения при скоростях больше 110 км/ч.
  • Возможность программного управления шагом экспозиции – необходима для программной корректировки ошибок автоматического определения экспозиции в сложных условиях. Например, отражение низкого солнца от дороги может приводить к затемнению кабин ТС и невозможности прочитать номерные пластины. Но если допустить "пересвет" фона ради проработки деталей кабины, можно получить пригодное для распознавания изображение пластины.
  • Стабильный по времени видеопоток – это ключевое, хоть и не совсем очевидное свойство камер для системы взимания платы. Не допускается расхождение часов камеры и часов контроллера более чем на 50 мс, ведь за 200 мс транспортное средство может успеть полностью "проехать" кадр сверху вниз, и алгоритм распознавания может "приклеить" результаты своей работы к результатам классификации другого транспортного средства или вообще не сможет собрать транзакцию.

Одна из самых интересных инженерных задач

Отдельно стоит отметить, что большинство "фишек" CCTV-камер, таких как расширенный динамический диапазон, разнообразные детекторы движения, цифровые фильтры-"улучшайзеры", вытягивающие слабоконтрастную картинку, не только не нужны, но даже вредны для целей распознавания номеров, так как они вносят дополнительные искажения и артефакты на быстро движущиеся объекты. А вот гибкие программные интерфейсы управления, поддержка современных алгоритмов компрессии и развитые средства удаленного мониторинга будут очень приветствоваться проектировщиками систем взимания платы при выборе камер.

Как многие задачи АСУ ТП, задача контроля движущегося на полной скорости транспорта формулируется просто – обнаруживать транспортные средства на дороге и собирать о них максимальное количество данных, но при этом требует повышенного внимания к подбору компонентов, их размещению и взаимной интеграции. Если к уравнению добавляется желание минимизировать стоимость комплекса, сохранив при этом простоту обслуживания и надежность, то мы сталкиваемся с одной из самых интересных инженерных задач в своем классе, бросающей вызов профессиональным качествам инженеров и разработчиков.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #1, 2017
Посещений: 5092

  Автор

Алексей Мелехин

Алексей Мелехин

Начальник отдела развития платных систем Дирекции ИТС ООО "ГЛОСАВ"

Всего статей:  1

В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций