CN101553848A - 过路费系统 - Google Patents

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CN101553848A CNA2007800447371A CN200780044737A CN101553848A CN 101553848 A CN101553848 A CN 101553848A CN A2007800447371 A CNA2007800447371 A CN A2007800447371A CN 200780044737 A CN200780044737 A CN 200780044737A CN 101553848 A CN101553848 A CN 101553848A
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Abstract

一种包括车上安装单元的过路费系统，该系统包括：执行位置跟踪功能的卫星导航接收器；存储征费支付信息的存储装置；和用于根据位置跟踪信息确定车辆所行经的路程的构件。提供了停驶系统来根据征费支付信息禁止车辆运转。这一系统使用卫星导航接收器来使得无基础设施的过路费收取得以实现。该系统包括在没有支付过路费的情况下停驶车辆的功能。这节省了追捕没有支付他们的过路费的用户所要花费的精力。

Description

过路费系统
技术领域
本发明涉及过路费系统，用于实现根据所使用的路段扣除过路费的自动付费系统。
背景技术
电信和信息学的综合应用称为电信息通信(telematics)。车辆电信息通信系统可以用于多种用途，包括征收过路费、管理道路使用情况(智能交通系统)、跟踪车队的位置、追回失窃车辆、提供撞车自动通报、以位置为主导的驾驶员信息服务和车内预警通报警报系统(车祸预防)。
过路费收取被认为是车辆电信息通信的首要的容量可能较大的市场。电信息通信现在正以用于不开放服务的多媒体服务盒的形式开始进入消费汽车领域。这些市场仍然容量很低，并且被看成是小众市场。欧盟以荷兰为带头国家有意要从2012年起为每辆汽车加入过路费收取功能作为一项强制性功能。
图1表示西欧不同电信息通信业务随时间变化的预期业务量。电信息通信业务市场分为三个主要部分：过路费收取业务、网络呼叫(e-call)(应急服务)和其它普通业务(比如前面概述的那些)。该附图还示出了初始设备制造厂家(OEM)(即车辆制造商)与售后市场(AM)产品之间的分离。
图1预计过路费收取将会在2012年在荷兰开始推行，并且在2014年到2020年左右在其它国家着手实施。它还预计网络呼叫系统将不会得到强制推行。
总地来说，图1示出了电信息通信车载系统会在未来迅速成长。
图2表示过路费收取功能在过去是如何实现的以及预计未来会有什么样的改变。
迄今为止，过路费收取已经用于公路收费、卡车收费和针对在特定区域(例如伦敦城)内驾车的收费。一般采用的是收费站，车辆到达收费站时必须停下来，除此之外，近距离通信系统能够在车辆经过时实现预存款的自动扣除。
在不久的将来所需要的过路费收取功能将会强制推行基础设施较少(或没有)的要求，并且将会强制推行针对所行驶的每一英里进行收费。
如图2中所示，可以预见，车辆将会具有车载GPS系统和GSM(移动电话网络)连接，以使得信息能够被转送到集中式过路费收取系统。
自动过路费系统中的计费体系可以基于行驶里程、时间、地点和车辆特性。过路费收取可以适用于所有车辆或者可以排除某些类别的车辆(例如挂外国号牌的车辆)。
US6816707介绍了一种由移动装置和用于安装在车辆上的车辆单元组成的系统。该移动装置是交易装置。车辆单元携带着该车辆的标识(并且可能还有其它数据)。移动装置和车辆单元彼此互相认证。
存在着对增加这种类型的系统的安全度并且使得盗用该系统尽可能困难的需求。还存在着对尽可能快地防止未经许可的道路使用的需求。
发明内容
按照本发明，给出了一种包括车上安装单元的过路费系统，该过路费系统包括：
执行位置跟踪功能的卫星导航接收器；
存储征费支付信息的存储装置；
用于根据位置跟踪信息确定车辆所行经的路程的构件，
其中该过路费系统还包括根据征费支付信息禁止车辆运转的停驶系统。
这一过路费系统使用卫星导航接收器来使得无基础设施的过路费收取得以实现。该系统包括在没有支付过路费的情况下停驶车辆的功能。这节省了追捕没有支付他们的过路费的用户所要花费的精力。
该存储装置可以是车辆点火控制系统的一部分，其中车上安装单元的停驶系统与车辆点火控制系统协同工作来实现车辆运转的禁止。这样，存储装置既起到电子点火控制装置的作用，又起到过路费支付记录的作用。车辆点火控制系统可以包括使得驾驶员能够启动车辆的电子钥匙。换句话说，驾驶员用来发动车辆的电子钥匙也存储着过路费信息。存储装置可以包括智能卡。存储装置在它构成电子点火钥匙的一部分时，是可与车上安装单元分离的。
该系统最好此外还包括移动电话接收器。这可以用于更新存储装置内的过路费费率体系。它还可以用于转送与所使用道路和/或要计入中央发票开具中心的过路费(对于后付费系统而言)有关的信息。
移动电话接收器还可以执行位置跟踪功能，并且该系统于是还可以包括用于检验移动电话接收器的位置跟踪信息与卫星导航接收器的位置跟踪信息之间的对应关系的构件。
这提供了一种防止所谓的假冒GPS攻击(即，提供假冒GPS数据来减少应支付的过路费)的途径。
存储装置可以存储用于后计费的征费值或预付的征费值。
存储装置还存储道路费率数据，并且这可以是针对局部地区的，例如半径小于100km的地区。然后可以根据需要和在需要时使用移动电话系统获得额外的道路费率数据。
停驶系统将会提供安全的切断，例如可以仅仅在车辆点火装置关闭时和/或仅仅在车辆处于指定的家庭地点时才实施。
附图说明
现在将参照附图介绍本发明的例子，其中：
图1表示预计车辆电信息通信系统未来在欧洲将会如何发展；
图2表示过路费系统具体地可能会如何演变；
图3表示本发明的系统的第一个例子；和
图4表示本发明的系统的第二个例子。
具体实施方式
本发明提供一种具有车上安装单元形式的过路费系统，它具有执行位置跟踪功能的卫星导航接收器。该系统根据位置跟踪信息确定车辆所行经的路线，并且具有用于根据征费支付信息禁止车辆运转的停驶系统。
图3表示本发明的第一种实现方式，它基于用于无基础设施过路费征收的离线最小化客户系统。
由GPS接收器30捕获GPS数据。将这一数据解码为位置数据(经纬度)。将该位置数据与时序(时钟)数据一起存储在具有智能卡(智能XA卡)形式的存储器32中。定期地将一批存储数据发送到后端过路费收取服务器34，如成批下载36所示。这可以使用蜂窝调制解调器38理想地通过GSM功能(通用分组无线业务“GPRS”或第三代移动电话“3G”)来完成。后端服务器能够从这一数据中重建出所行驶的行程。
该服务器还包含在特定时间有效的道路费率的数据库。最后计算出总价格并且驾驶员会收到一张发票(例如，每月一张)。
为了确保数据不会被用户篡改，该数据是以加密的方式(例如，DES或3DES)在GPS解码器和存储器32的防篡改环境之间交换的。智能卡提供了良好的防篡改环境。
所需要的智能卡存储容量可以是根据下面所示的平均数据计算出来的：
  km/年   100000.0
  天数/年   200.0
  小时数/天   8.0
  平均km/h   62.5
  1％精度(m)   625.0
  GPS定位之间的最大距离(m)   312.5
  两次定位之间的秒数   18.0
  定位次数/月   26666.7
  字节/GPS定位   4.0
  最小所需存储空间/月(Kbyte)   106.7
如果过路费收取的总收入要与现有税收的实际税费收入近似一致，那么每公里的平均成本是非常低的。各段行程照这样是非常短的，这意味着连续的在线交易方案是不可取的，因此希望进行成批下载。
这种类型的交易方案与目前公知的由金融业使用的电子钱包方案非常相像。
这一基本格局有多种变化。
首先，可以不存储原始的GPS数据，而是存储解码得出的位置信息。这样会降低存储要求和成批传送量。
可以将该系统改造成使得用户能够获得他正行经的道路的实际费率信息。这可以通过使用实时在线查询系统和数据传输来获得。例如，按下费率询问按钮将会把最新的GPS坐标发送到服务器，并且服务器以道路费率作为响应，然后将道路费率显示给用户。这提供了一项低成本的服务。
利用简单的GPS实验室设备，可以建立能够安装在接收器附近的假冒发射器。这个发射器将会发送假冒数据。这种攻击应该加以避免。一种可行的对策是安排所接收到的GPS位置数据来与从蜂窝调制解调器所获得的GSM数据中得到的三角测量数据进行比较。两种结果应当处于精度限度之内。
本发明的一个方面是提供过路费未支付之后的车辆制动。这种类型的系统比较极端，但是在某些顽固坚持的情形下可能会用到。这一制动需要在车上独立安装。然后将这一制动电路与汽车的钥匙管理和点火关联起来。在优选实现方式中，智能卡具有点火控制装置(对于本领域技术人员而言是公知的)和过路费支付存储装置的双重功能。
在这种实现方式中，智能卡是可插拔电子钥匙。车辆驾驶员使用该电子钥匙来发动车辆，甚至该电子钥匙还可以起到打开车门的作用。于是车辆具有用于从/向智能卡读取/写入信息的电子系统，并且这个电子系统形成了点火控制系统和过路费卫星导航系统二者的一部分。这使得该系统的盗用更加困难，因为驾驶员需要单独一个智能卡可供正当进入和驾驶车辆并且具有适当过路费支付记录。
于是该过路费系统与现有点火控制系统协同工作来实现停驶功能，从而包括停驶功能的整个系统可以利用有限的附加电路来实现。
为了维持这样的基础设施的可靠性和不可篡改性，应当在制动电路与过路费收取客户机之间安装相互验证机构。
制动系统必须是安全的。如果对进行中的汽车实施，则不应导致汽车立即停止。用于实施制动的安全状态可以由GPS数据结合点火状态’关’来得出。例如，驾驶员可以定义家庭位置，并且如果GPS数据检测到这一位置并且如果汽车持续处于点火关状态一段时间(例如1小时)，则可以启动制动状态。
通过使得点火状况可用，可以认定出行程的开始和结尾，使得在服务器处对成批数据的计算更快。
到点火装置的链接可以借助CAN(控制器局域网)总线来进行。在很多情况下，CAN总线在车辆上是不可用的，可以取而代之使用RF钥匙链路来实现点火装置与车载单元之间的连接。
第一次(“冷启动”)GPS定位可能会花费较长时间，尤其是在冷启动GPS数据很难取得的情况下。如果检测到阻碍GPS定位的条件(比如多山的或城市的地点)，那么可以仅记录GPS卫星流，位置的解码可以以后用软件进行，并且还可以借助GSM数据进行。在GSM也不可用的地区，过路费收取费率可能是零或者非常低，可以针对这些情况在成批数据中存储指示符。
还可以使用所存储的最新GPS数据作为新行程的开始。
这一系统存在一些缺点。首先，隐私保护很难。该系统存储GSM、GPS和个人身份数据的组合并且将这些组合发送到中央服务器系统。维持隐私保护意味着要在总体上为端对端的系统层面上具有安全性，包括服务器基础设施。
该系统还基于后支付。这一系统中的未付款行为仅在不久之后才会被注意到。事实上，服务器仅仅在一段时间之后(例如，每个月)才会计算成批数据。必须要发出发票并且必须要给出付款期限。在未付费的情况下，必须要允许接受1或2次提醒。可见，在可以强制进行制动之前，例如半年都过去了。
后付费系统的一个优点是，客户机系统需要极少的处理，这将造就成本非常低的解决方案。计费的准确度可以由服务器软件来保障，并且可以在较长时间段内考虑以前的中间结果而得到平均和补偿。
当然也可以实施预付费系统。
图4中示出的就是预付费系统。
同样由GPS接收器30捕获GPS数据。将这一数据解码为位置数据(经纬度)。将该位置数据与时序(时钟)数据一起发送给微处理器40。
微处理器环境包含道路和相关费率的数据库。这样，它可以计算实际行驶的相关费用。将这一费用数据从智能卡32中存储的预付金额中扣除。
费率和道路的更新数据从后端服务器34通过GSM(GPRS-3G)的传输来上传，如上传42所示。
为了确保数据不会被用户篡改，该数据同样是以加密的方式(例如，DES或3DES)在各种不同单元之间交换的。数据库和预付费信息保存在智能卡环境中。
智能卡环境还可以承担扣除金额的任务，或者甚至执行全部的微处理器功能。这是理想的防篡改实现方式。
这种实现方式需要将道路和费率数据存储在本地，但是并不需要完整的道路和费率数据库。在大多数情况下，汽车会在特定的区域(半径小于50或100km)内行驶。这意味着仅需要存储和更新有限量的道路数据。最终可以仅存储频繁使用的道路。
如果系统检测到所存储的道路信息之外的GPS情况，则可以向服务器请求并且上传额外的道路信息。
对于大多数道路而言，费率信息将会在很长时间内保持不变。可能只有针对公路/高速路的更新会比较频繁。这些更新可能仅仅是定期发生的，所以它们是可以预知的。如果费率改变，则可以经由GSM系统传递更新。
为了避免对客户机的攻击，防篡改同样是至关重要的。智能卡环境已经是很好的对抗措施。可能需要3到4级的FIPS或公共标准安全等级，大多数智能卡都满足这一要求。这反映了这样的事实：交易都是小额的(“微量交易”)。
其它攻击涉及探查或改变各种不同组件(GPS-微控制器-智能卡)之间的接口上的数据。
这可以通过将整个计算需求都合并到智能卡中并且通过经GSM单元的现有SIM接口连接智能卡来对付。这给出了过路费SIM卡。GPS系统和SIM卡之间的通信可以基于简单的DES或3DES加密。
进一步的舞弊对策可以是产品层面上的或分组件层面上的。供应在激活时清除存储器或寄存器(例如，密钥参考寄存器)的一部分的超快中断是使得设备制造商能够保证针对篡改的先进对策的一种办法。需要后备电池，以便能够激活这一中断动作。
与制动单元的接口(汽车的点火相关的电路)应当相互认证，以便提高抗篡改性能。
智能卡预付系统可以与公知的用于预付费电话卡的付费方案非常相像地运作。在这种情况下，驾驶者需要购买“预付里程”。车辆中的客户机单元于是针对所行驶的每英里来扣款。这意思是说客户机需要知道道路的实际费率。
这需要额外的处理能力，因为车辆单元除了执行位置跟踪之外必须计算费用。
这一系统的优点是，没有隐私问题，因为所有的数据都保留在顾客机终端中。另一个优点是，安全的制动可以在达到金额或里程极限时启动。
该系统中使用的智能卡可以仅用于扣除里程并且不用于其它业务。不过，使用更加通用的电子钱包会使用户能够使用增值服务。
执行可以是在固定地点进行的，也可以是移动地进行的。在任何一种情况下，都进行汽车号牌的拍照。DSRC(专用近距离通信)系统是可行的技术，并且正在研发用于询问OBU(车载单元)的DSRC应用。例如，如果汽车经过执行控制点，则拍摄号牌的照片并且记录时间。将这一信息发送给执行办公室，在这里将号牌与智能卡ID联系起来。
将执行办公室的GPS数据与智能卡ID组合起来能够揭示车载单元在控制时是否是有效的。更加高级的询问应该会需要更多针对经由GPRS(通用分组无线业务)发送给OBU的额外查询的实时处理。
应当做出证实执行系统在询问时得到校准的防范措施。
付费方法经常是使用银行终端或离线设备来介绍的。在过路费征收和观看所介绍的系统的情况下，所有的基础设施都可以用来通过票据交换业务进行直接在线支付。
支付应用程序是驻留在智能卡中的独立软件应用程序(例如，Java多应用卡)。然后经由GSM基础设施完成与票据交换所的通信。卡上的价值可以是过路费值，而不是实际的货币值。在这种情况下，向卡中加载款项是通过预先登记来进行的。使用电子货币(例如，荷兰电子现金系统，称为″Chip-Knip Proton″)也是可以的。真实货币值存储在智能卡上。
在系统上存储电子货币将会允许即刻对可能有的第三方服务(基于位置的服务)付费。
任何过路费系统都有多种可能的要求，并且这些要求都可以由本发明的系统满足。
该系统将需要由政府强制推行，并且这将会导致对由授权团体在市场上销售的单元进行认证的需求。
需要遗留和OEM两种解决方案来实现竞争和改型。这意味着系统解决方案应该易于安装(最好不需要安装)。如果需要安装，则每种品牌的汽车可能需要量身定做的解决方案。然后可以针对已经上市的汽车在售后服务中完成安装。对于新汽车，可以采用生产线或OEM配套解决方案。
计费精度一般来说需要处于1％以内。过路费收取很可能要基于很长的周期(半年或1年)，这样能够实现偏差的拉平。
隐私和安全问题是最需关注的，并且这些问题前面讨论过了。预付费系统将会比较容易解决隐私和安全的担心。
费率体系需要是动态的和可升级的。
费率信息必须要让用户知道，但是前面假设可能需要用户的某一动作来使得费率体系得以呈现。
系统很可能被构造成为这样：每年和每驾驶员的政府平均收入要与由现有税收产生的收入不相上下。
前面概述的两个系统能够满足这些要求。
各种不同的附加特征和改变对于本领域技术人员而言将会是显而易见的。

Claims (13)

1.一种包括车上安装单元的过路费系统，包括：
执行位置跟踪功能的卫星导航接收器；
存储征费支付信息的存储装置；
用于根据位置跟踪信息确定车辆所行经的路程的构件，
其中该过路费系统还包括根据征费支付信息禁止车辆运转的停驶系统。
2.按照权利要求1所述的系统，其中存储装置是可与车上安装单元分离的。
3.按照权利要求1或2所述的系统，其中存储装置是车辆点火控制系统的一部分，其中停驶系统与车辆点火控制系统协同工作来实现车辆运转的禁止。
4.按照权利要求3所述的系统，其中车辆点火控制系统包括使得驾驶员能够启动车辆的电子钥匙，该电子钥匙包括存储装置。
5.按照前述任何一项权利要求所述的系统，其中存储装置包括智能卡。
6.按照前述任何一项权利要求所述的系统，此外还包括移动电话接收器。
7.按照权利要求6所述的系统，其中移动电话接收器执行位置跟踪功能，并且其中该过路费系统还包括用于检验移动电话接收器的位置跟踪信息与卫星导航接收器的位置跟踪信息之间的对应关系的构件。
8.按照前述任何一项权利要求所述的系统，其中存储装置存储用于后计费的征费值。
9.按照权利要求1到8中任何一项所述的系统，其中存储装置存储预付的征费值。
10.按照前述任何一项权利要求所述的系统，其中存储装置存储道路费率数据。
11.按照权利要求10所述的系统，其中存储装置存储针对半径小于100km的区域的道路费率数据。
12.按照前述任何一项权利要求所述的系统，其中停驶系统仅仅在车辆点火为关闭时和/或仅仅在车辆处于指定的家庭地点时才实施。
13.按照前述任何一项权利要求所述的系统，其中存储装置适合于在进行处理来得出位置数据之前存储卫星导航数据。
CNA2007800447371A 2006-12-04 2007-11-29 过路费系统 Pending CN101553848A (zh)

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