CN101675459A - 将车载单元与车辆链接的道路收费系统 - Google Patents

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Abstract

一种包括车载单元的道路收费系统，其包括：卫星导航系统，实现位置跟踪功能；发送装置，用于向远程服务器发送位置或里程信息；和唯一识别装置，用于附接到车辆上并且与卫星导航系统关联。道路收费系统功能仅在存在识别装置时启用。识别装置包括适于被分离行为或尝试分离行为改变从而防止道路收费系统功能被启用的电子装置。该系统增强了这类系统的安全性，并增加了欺骗性使用该系统的难度。

Description

将车载单元与车辆链接的道路收费系统
技术领域
本发明涉及道路收费系统，特别是用于实现根据所使用路段扣除过路费的自动系统的公共道路收费系统和售后车载单元(OBU)。本发明尤其涉及其中车载单元与相关车辆或系统的相关用户相链接的道路收费系统。
背景技术
电信与信息学的结合使用被称为远程信息服务。车载远程通信系统可以用于多种目的，包括收取道路通行费、增强基于导航的服务、管理道路使用(智能运输系统)、跟踪公用车(fleet vehicle)位置、找回被盗车辆、提供自动事故通报、本地行驶的驾驶员信息服务和车内早期警告通报报警系统(车辆事故预防)。
道路收费系统被认为是车载远程通信的第一大容量市场之一。如今远程信息服务开始进入消费者汽车环境作为用于封闭服务的多媒体服务盒。这些市场容量仍然有限并被看作是不完整的市场(fragmented market)。以荷兰为领先国家的欧盟意图引入道路收费系统作为2012年以后每辆汽车的强制功能。
迄今为止，道路收费系统已经用于公路计费、货车计费和在特定区域(例如伦敦市)中驾驶汽车的计费。普遍使用了车辆必须停下的收费广场或当车辆通过时允许自动借记款项的短程通信系统。
不久的将来所需的道路收费功能将无需或需要很少的基础设施并对所驾驶的每英里征收费用。
设想每一辆车将具有车载GNSS(GPS)系统和比如移动电话网络(GSM)之类的网络连接以使得可以将信息转送到中央道路收费系统。
自动道路收费系统中的记帐系统可以基于行驶的距离、时间、位置和车辆特性。道路收费系统可以应用到所有车辆，或者可以排除特定类型的车辆(例如外国牌照的车辆)。
这种类型的系统的一个问题是需要增加该类系统的安全性并尽可能使得难于欺骗性地使用该系统。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种包括车载单元的道路收费系统，其包括：
卫星导航系统，实现位置跟踪功能；
发送装置，用于向远程服务器发送信息；和
唯一识别装置，用于附接到车辆上以使其永久固定在相对于车辆固定不动的位置上，并且与卫星导航系统关联，其中道路收费系统功能仅在存在识别装置时启用，
其中识别装置包括适于被分离行为或尝试分离行为改变从而防止道路收费系统功能被启用的电子装置。
本发明的这一方面通过提供一旦贴上便不能移除的车辆唯一识别装置来提供所述系统与特定车辆之间的可靠链接。这使得卫星导航系统能够成为售后装置，并且不能在车辆间进行卫星导航系统的未经授权的移动。可以通过唯一识别装置来将所述系统粘接到一个(或多个)车辆，从而该系统的其余部分无需为此目的而做得复杂。
该系统可以包括用于质询识别装置的质询系统。这可以使用无线质询信号。质询装置可以是无源装置。
在一种修改中，可以通过提供多个标签来为多个车辆登记相同的OBU。作为替代，OBU可以有办法验证识别装置的真实性(例如，该标签是否具有由被识别出的认证授权进行标记的私钥和公钥)，使得可以对未限制数量的多个标签使用相同的OBU。由于在分配之前不需要将标签和OBU配对，因此该方法简化了OBU分配链，而且简化了标签的授权替代。
这使得可以将单个OBU用于同一用户的不同车辆中。于是OBU可以登记多个身份。每辆车仍然可以具有唯一标签。在检测到登记的有效标签之一时该系统可工作。
识别装置可以包括由使用中的卫星导航系统质询的RFID粘签。该粘签可以布置来使得如果它在应用以后被去除，则天线或其它功能被禁用，从而RFID装置故障。
该系统还可以包括用于根据位置跟踪信息确定车辆行驶里程的装置。因此，可以在车上计算里程。替代的是，该系统可以仅发送位置信息。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括车载单元和远程服务器的道路收费系统，其包括：
卫星导航系统，实现位置跟踪功能；和
发送装置，用于向远程服务器发送位置或里程信息，
其中所述系统适于在所述系统被安装时或在重启时刻接收里程表值，
并且其中所述系统适于根据发送的位置或里程信息计算所行驶的距离，从而使得可以将新的里程表值与期望里程表值相比较。
本发明的这一方面通过能够以基于卫星导航系统的期望值检查车辆里程表值来提供附加安全措施。该方面可以与第一方面相结合来提供多个防伪安全级别。
发送装置优选地适于在系统被安装或重启时刻发送车辆的里程表值。这提供了(自动)安装功能。作为替换，在登记处理期间，服务器(或OBU)可以适于在系统被安装时或在重启时刻从车辆的用户接收车辆的里程表值。这提供了用户初始化的安装处理，例如使用系统管理员的网站。
该登记处理可以包括用户(向车载单元或远程服务器)提供：
用户身份；
车牌号；
系统ID；和
车辆里程表值。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的示例，其中：
图1示出本发明的系统的一个示例；
图2详细示出图1的车载单元；和
图3详细示出图1的标签。
具体实施方式
本发明提供了一种车载单元形式的道路收费系统，其具有实现位置跟踪功能的卫星导航接收机。该系统可以确定简单位置信息以便服务器计算里程，或者该系统可以根据位置跟踪信息来计算该车辆经过的里程。本发明通过提供车辆与系统之间的关联来提供改进的安全性。
图1示出本发明的第一实现方式，其基于无基础设施(即没有路边信标)道路收费的离线最小客户系统。
形成车载单元30的一部分的GNSS(GPS)接收机获取来自多个卫星22的GPS(或更一般地为GNSS)数据20。将该数据解码成位置数据(经度-纬度)。位置数据与定时(时钟)数据一起存储在存储器中，该存储器可以是智能卡(智能XA)形式的从而可以容易地质询存储器中的信息，并提供了抗干扰环境。如移动连接36所示，周期性地将一批存储数据发送到后端道路收费服务器34。这可以理想地使用蜂窝调制解调器以GSM功能(通用分组无线服务“GPRS”或第三代移动技术“3G”)来实现。后端服务器34能够从该数据重新得到行驶的行程。
服务器34还包含在一定时间内有效的道路价格数据库。最后计算出总价，驾驶员收到帐单(例如每个月)。
为了确保数据不被用户篡改，在GPS解码器和存储器之间以加密方式(例如DES或3DES)交换数据。
与引起帐单的每月总行程相比，每段行程非常短，这表明可能不期望连续在线的交易方式，因此期望分批下载。
根据本发明第一方面，安装了所述系统的车辆配备有附接于该车辆的唯一识别装置40。装置40与车载单元30相关联，并且仅当存在识别装置时才启用单元30主管的道路收费应用程序。
为此，车载单元具有用来检测装置40的存在、真实性和身份的传感器42。按照尖端技术水平(例如通过使用防伪造RFID技术)设计装置40和传感器42来避免装置40的未经授权的克隆。
车载单元30与标签40之间的通信链接是距离非常短的通信链接。当尝试从车辆去掉RFID标签时，该标签被损坏。
如果不存在RFID标签，车载单元就不能工作。显然，需要一种作为执法程序的一部分的方式来检测这种情况的发生。可以使用车辆抽样检查来确定车载单元已经记录了当前行程。如下文将更详细说明的，一种使得能够永久使用要验证的系统的方法是将利用独立车辆里程表读数得到的车辆行驶的总行程与车载单元(或服务器)根据卫星跟踪计算得到的车辆行驶的总行程相比较。
如果没有启用该系统，则车辆里程表值与系统(在车载单元内或在服务器端)的计算值之间必然不匹配。而且，由于不可能在车辆环境的外部激活道路收费应用程序，因此，用户故意禁用该系统而会发生的任何不匹配也是不可能恢复的。
将会以各种方式鼓励用户使用车载单元，以减小避开操作该系统的诱惑(除去最终被捕的法律后果之外)：
-使用该系统的好处可以是税务相关问题；
-可以使用OBU里程表计算和实际里程表值来验证车辆被二次出售时该车辆的英里数，实际上这可以成为一个法律要件。
图2以示意的方式示出构成车载单元30的单元。
车载单元包括运行软件51来实现道路收费应用程序的处理器50。该处理器50与RFID读取器42、GNSS接收机52(例如GPS、GLONASS或未来的伽利略接收机)、存储器53和蜂窝调制解调器54进行通信。蜂窝调制解调器包括一个SIM卡(未示出)。
图3更详细地示出标签装置40，并包括一个含有存储器的RFID芯片60。标签装置可以需要电池62，也可以不需要。该装置还包括RFID线圈形式的天线64，该装置适于做成从车辆去掉或尝试去掉时变得失去作用。
装置40可以是RFID插片66(粘签)，其设计成尝试移除断开天线连接时该装置不能再被质询。
当前道路收费插片(当前无RFID标签)由例如瑞士和其它道路税收粘贴系统使用。这些标签不能没有物理损坏地从它们所附的地方被剥离，相同基本技术可以用在这种情况下。该思想是将这种标签的功能扩展到基于RFID的功能，从而插片包含RFID功能和印制到标签上的天线线圈。
标签在被剥离时破裂，天线线圈也被损坏。另一实现可以使用RFID芯片，该芯片包括一个仅在检测到破裂时提供信号的输入/输出端口。将该破裂检测为引线的短路或开路，并对此产生响应来通过印刷电路电池产生一个信号。电池容量非常低(例如电容器)，并仅在发生破裂事件时放电来产生所需信号以向存储器提供表示破裂的信号。该存储器信息可以用来禁用该装置。
可通过在插片上提供引线来实现这类装置。如果移除插片，则引线短路或断裂，该事件由集成芯片告知存储器。
该系统通过对车辆提供一旦贴上便不能移除的唯一识别装置来在卫星跟踪系统与特定车辆之间提供可靠的链接。这使得卫星导航系统能够成为售后装置，并且无需防止卫星导航系统与车辆之间的物理移动。
因此，该系统可被粘合到一辆车或一组车，如下文将描述的，并且该系统的其余部分不需要为此做得太复杂。因此，OBU不需要复杂的预防措施来使从车辆去除OBU更困难。
额外的安全措施包括根据卫星信息保持对行驶的车辆行程进行跟踪，从而可由权力机构(比如警察局)作为例行询问的一部分进行检查。
为了能够做到这一点，当该系统安装时或重启时，服务器适于接收车辆的里程表值。根据安装时的该距离，该系统(OBU或远程服务器)可以根据传送的位置或里程信息来计算所行驶的距离，从而能够将新的里程表值与期望的里程计值相比较。
这可以与RFID标签结合来提供多个防伪安全级别。
系统的发送装置可以用来发送系统安装时(或在后来的重启时间)的车辆里程表值。这提供了自动安装功能。
作为替换，随后可以进行手动操作。
例如，售后系统的装配可以包括如下步骤：
-用户购买系统；
-系统具有上述防伪标签，该标签施加(粘贴)到车辆的指定位置处；
-随后用户利用服务供应商的网站登记该系统。这可以包括提供如下信息：
用户身份，可以链接到官方记录，比如护照号码和/或驾照号码和/或纳税登记号；
车牌号；
提供给该系统的系统ID；和
车辆里程表值。
登记之后，当车载单元在标签近旁时将向服务器报告。当没有在标签近旁时，该系统将不工作，如上所述，自然开始产生系统里程表计算值与车辆里程表值之间的不匹配。上述系统的特征提供了额外的安全性，确保一个单元保持与登记的车辆相关联。
如上所述，通过提供多个标签可以为多个汽车登记相同的OBU。这使得可以在同一用户的不同车辆上使用单个OBU。于是可以通过OBU登记多个身份。每个车辆仍然可以具有唯一标签。在检测到所登记的有效标签之一时，该系统就可以工作了。而且，可以使用标准标签，建立加密通信将标签联到OBU。
如上面简要描述，该系统的优选实施方式使用了在OBU内的RFID读取器。该读取器还可以用于其它目的，例如与外部基于RFID的服务卡进行接口，例如在荷兰使用的“Translink”系统之类的公共交通存取卡。这将允许具有Translink公共运输卡的临时用户可以租用一辆车并自动为其付帐。该卡提供了车辆与OBU之间的链接，该系统于是可以从服务卡中扣除所需的值。因此，该系统即使在用户之前没有登记时也可以用于扣除对道路通行费的即时付款额，并且这可以使用OBU的RFID读取器。
如上所述，本发明的系统可以由用户或政府用来提供该车二次出售时的车辆里程表读数的证明/验证。
本发明的系统还可以由服务组织(汽车修理间)用来在OBU或后端系统中登记它们的车辆服务数据。在该车出售时，为下一用户和下一服务组织保留了总历史数据。
上面的优选示例使用了无线RFID链接。还可以设想一个有线系统(不使用RF通信)，例如OBU从链接到车辆的电力电缆接收电力的情况。在这种情况下，也可以将识别芯片嵌入电力电缆本身，该电力电缆可以物理地附接到车辆上。
如果OBU用于一辆车，则OBU可以由经销商安装并具有防伪装置。作为替代，例如如果OBU具有对拥有多于一辆车的用户登记的多个标签，则OBU可以在车辆之间自由移动。
可以通过调节RFID标签和OBU的灵敏度来提供额外的安全级别，从而该系统仅以特定的电力级别和质询信号范围工作。这可以避免多用途RFID标签读取器能够质询该标签。
提供这类安全性的另一种方式是采用软件的方式，通过对来自OBU中的RFID读取器的质询信号请求特定的响应时间来完成。这可以用来防止在OBU与RFID标签之间欺骗性地增加中间部件，以及/或者防止将标签信号发送到远距离OBU从而模拟对于OBU存在该标签的中继攻击。
RFID标签还可以执行除了识别功能以外的附加功能。尤其是，RFID标签可以具有处理能力和存储能力，可以用来存储和处理用于与服务器安全通信的系统加密密钥。例如，RFID标签可以包括加密引擎、密钥和随机数产生器，因此可以用作对于与服务器的所有通信的安全层。
该系统可以实现为双SIM卡系统，其中用户的GSM SIM卡插入OBU中，而标签用作与道路收费系统服务器通信的第二张SIM卡。
本发明的详细实现对于RFID装置和通信协议领域的技术人员是明显的。所属领域技术人员将明了各种修改。

Claims (16)

1.一种包括车载单元的道路收费系统，该道路收费系统包括：
卫星导航系统(30)，实现位置跟踪功能；
发送装置(54)，用于向远程服务器(34)发送信息；和
唯一识别装置(40)，用于附接到车辆上以使其永久固定在相对于车辆固定不动的位置上，并且与卫星导航系统(30)关联，其中道路收费系统功能仅在存在识别装置(40)时启用，
其中识别装置(40)包括适于被分离行为或尝试分离行为改变从而防止道路收费系统功能被启用的电子装置。
2.如权利要求1所述的系统，其中识别装置(40)包括由使用中的所述系统进行质询的RFID粘签(66)。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述系统还包括用于根据位置跟踪信息来确定车辆所行驶里程的装置。
4.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述系统是一个售后系统。
5.如前述任一权利要求所述的系统，其中所述系统适于在所述系统被安装时或在重启时刻接收车辆的里程表值，并且其中所述系统适于根据发送的位置或里程信息来计算所行驶的距离，从而使得可以将新的里程表值与期望里程表值相比较。
6.如权利要求5所述的系统，其中发送装置(54)适于在所述系统被安装时、重启时刻或验证时刻发送车辆的里程表值。
7.如前述任一权利要求所述的系统，其中识别装置(40)适于在被分离行为或尝试分离行为导致的损坏之后不能被质询。
8.如权利要求1至6中任一个所述的系统，其中识别装置(40)适于在被分离行为或尝试分离行为导致的损坏之后提供报警，所述报警由道路收费系统用来禁用道路收费功能。
9.如权利要求1所述的系统，其中唯一识别装置(40)包括嵌入电力电缆中的芯片，该电力电缆附接到车辆上，并且通过电缆与唯一识别装置通信。
10.一种包括车载单元和远程服务器(34)的道路收费系统，该道路收费系统包括：
卫星导航系统(30)，实现位置跟踪功能；和
发送装置(54)，用于向远程服务器(34)发送位置或里程信息，
其中所述系统适于在所述系统被安装时或在重启时刻接收车辆的里程表值，
并且其中所述系统适于根据发送的位置或里程信息计算所行驶的距离，从而使得可以将新的里程表值与期望里程表值相比较。
11.如权利要求10所述的系统，其中发送装置(54)适于在所述系统被安装时、重启时刻或验证时刻发送车辆的里程表值。
12.如权利要求10所述的系统，其中在登记处理期间，服务器(34)适于在所述系统被安装时或重启时刻从车辆的用户接收该车辆的里程表值。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述登记处理包括用户提供：
用户身份；
车牌号；
系统ID；和
车辆里程表值。
14.如权利要求10、11或12所述的系统，其中车载单元包括用于附接到车辆上并与卫星导航接收机关联的唯一识别装置(40)，其中道路收费系统功能仅在识别装置(40)存在时才启用，其中识别装置(40)包括适于被分离行为或尝试分离行为改变从而防止道路收费系统功能被启用的电子装置。
15.如权利要求14所述的系统，其中识别装置(40)包括由使用中的所述系统进行质询的RFID粘签。
16.如权利要求14所述的系统，其中唯一识别装置(40)包括嵌入电力电缆中的芯片，该电力电缆附接到车辆上，并且通过电缆与唯一识别装置通信。
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