CN102063742A - 一种解决电子自动收费系统邻道干扰的方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子自动收费领域，公开了一种解决电子自动收费系统邻道干扰的自动收费方法及其设备。本发明设置若干个车载台无线信号接收天线检测车载台位置信号，对获取的车载台位置信号进行分析，根据分析结果计算出车载台所在车道，控制相应车道的路边站对该车载台进行收费，禁止其他车道的路边站对该车载台进行收费。本发明确保RSU只处理本车道的OBU，从而避免误扣费。

Description

一种解决电子自动收费系统邻道干扰的方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及车辆电子自动收费(ETC，Electronic Toll Collection)领域，特别涉及车辆电子自动收费领域中多车道应用中解决邻道干扰的技术。

背景技术

随着高速公路和智能交通事业的高速发展，传统的人工收费系统越来越不能满足人们对于高速公路收费快速准确节能安全的要求。这样，新一代的车辆电子自动收费系统正在逐渐发展起来。它以快速准确节能安全受到人们的喜爱，并逐渐占据了市场。

2007年，国家制定了基于5.8GHzDSRC系统的国标，北京上海等地的高速公路开始逐渐推广应用。类此的自动收费系统还被应用在城市的自由流交通管理以及停车场收费等方面，其应用前景还在不断的扩大之中。在ETC系统中，提高收费的准确性和车道效率一个非常重要的问题。

首先请参看图1，图1是一个现有ETC系统的结构示意图，在图1中，一个ETC系统一般包括路边站(Road Side Unit，RSU)和随车装的车载台(On board Unit，OBU)。在ETC系统中，RSU一般安装在4.5米高，每个RSU只覆盖一条车道。而OBU一般位于汽车前窗前内侧。道路上的可通信区域6-8米。

接下来请参看图2，图2是一个ETC系统及车道平面示意图，如图2所示，各条车道之间有一隔离带和车辆行驶通道部分。RSU天线最好能按虚线框中的位置进行覆盖，RSU只与本车道内的OBU进行通信，而对其他相邻车道内的OBU不预处理。但在实际的使用中，RSU天线除了覆盖本车道外，还会超出本车道对相邻车道进行覆盖，如图中阴影部分所示，这种情形会造成错误处理。例如：RSU1可能对车道2中的车辆2处理，造成误扣费；RSU2可能对车道1中的车辆1进行处理，造成误扣费；RSU2也可能对行驶在非ETC车道3中的车辆3进行处理造成误扣费。这种现象严重影响ETC系统的正常运行，造成各种不必要纠纷。邻道干扰问题一直困扰着高速公路收费运营部门，一直想要解决而未能解决。

为了解决邻道干扰问题，高速公路收费运营部门和ETC设备供应商一直在试验改进。目前这个问题的解决方法主要有以下几种：

1 改车道设计，把车道隔离带加宽，使RSU天线不会覆盖到相邻的车道上。但这种方法涉及到基建和土地占用，而且成本高和工期相当长。一直没法采用。

2 对RSU天线改进，让信号只覆盖本车道。各ETC厂家一直在改，目前还没达到实用的效果。将来的改进即使能达到可能使用的效果，但要对目前已使用的大量RSU天线进行改造，成本也相当高和因工程施工对ETC车道的正常使用造成影响。

3 改进OBU，让OBU的一致性达到要求，在邻道上不产生响应。但这种改进的可能性不大，而且要对目前已使用的OBU全部更改费用太高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆电子自动收费领域中多车道应用中解决邻道干扰的技术，避免路边站对相邻车道进行处理造成误扣费，影响ETC系统的正常运行，造成各种不必要纠纷。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种解决电子自动收费系统邻道干扰的自动收费方法，包含以下步骤：设置若干个车载台无线信号接收天线检测车载台位置信号，对获取的车载台位置信号进行分析，根据分析结果计算出车载台所在车道，控制相应车道的路边站对该车载台进行收费，禁止其他车道的路边站对该车载台进行收费。

其中，所述的分析可以是对车载台信号到达时间差进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台无线信号接收天线，对各接收天线的数据在一个相同时基下作比较，得出车载台信号到达接收天线的时间差，通过此时间差可以确定车载台所处的车道。

也可以是对车载台的信号强度差进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台无线信号接收天线，对各接收天线收到信号的强度进行比较，得出收到车载台信号强度差，通过信号强度差可以确定车载台所处的车道。

或者是对车道区域覆盖进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台无线信号接收天线，两个或多个天线的接收范围覆盖区在某个车道共同覆盖，其覆盖区形成交集，根据收到信号的天线的个数和位置可判断车载台所处的车道。

本发明的实施方式还提供了一种解决邻道干扰的电子自动收费系统，包含：若干个车载台定位装置，用于分别获取车载台的位置信息，车载台位置处理模块，对车载台定位装置传送来的位置信息进行分析，根据分析结果直接控制各路边站是否对某一车载台进行收费，或者将分析结果传送给收费管理模块，由收费管理模块来控制各路边站是否对某一车载台进行收费，收费管理模块，与路边站进行数据交换，管理收费数据，路边站，与车载台进行通信完成收费动作。

其中车载台定位装置包含：车载台无线信号接收天线，用于接收车载台发出的无线信号送到无线信号处理和数据运算电路进行处理，无线信号处理及数据运算电路，对车载台无线信号接收天线接收到的无线信号进行处理，通信接口，将对无线信号处理后的结果输出。

车载台位置处理模块是一个带有与车载台定位装置连接端口的计算机终端或其他专用的处理终端，在其上面运行相应的定位处理软件，定位处理软件对位置信息和车载台标识的相关信息进行分析。车载台位置处理模块和收费管理模块可以集成在一个处理终端上。车载台位置处理模块与收费管理模块之间连接采用的是100M以太网。

所述的数据包括车载台定位装置的代号和车载台信息，其中车载台信息包括车载台标识以及车载台信号强度和/或接收到车载台信号的时间。所述分析可以是对车载台信号到达时间差进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台无线信号接收天线，对各接收天线的数据在一个相同时基下作比较，得出车载台信号到达接收天线的时间差，通过此时间差可以确定车载台所处的车道。所述的分析也可以是对车载台的信号强度差进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台无线信号接收天线，对各接收天线收到信号的强度进行比较，得出收到车载台信号强度差，通过信号强度差可以确定车载台所处的车道。或者是对车道区域覆盖进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台无线信号接收天线，两个或多个天线的接收范围覆盖区在某个车道共同覆盖，其覆盖区形成交集，根据收到信号的天线的个数和位置可判断车载台所处的车道。

本发明的实施方式还提供了一种解决电子自动收费系统邻道干扰的车载台定位装置，包含：车载台无线信号接收天线，用于接收车载台发出的无线信号送到无线信号处理和数据运算电路进行处理，无线信号处理及数据运算电路，对车载台无线信号接收天线接收到的无线信号进行处理，通信接口，将对无线信号处理后的结果输出。

其中，无线信号处理及数据运算电路采用数据包或数据同步方式，将数据封装在相应的数据格式中。数据包括车载台定位装置的代号和车载台信息，其中车载台信息包括车载台标识以及车载台信号强度和/或接收到车载台信号的时间。采用的通信接口是RS485接口。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

本发明不需要像现有技术那样为获得精准的信号覆盖区大小和形状而过分费力，而是通过利用车载台位置处理模块和车载台定位装置准确定位车载台来解决。本发明中，由车载台位置处理模块向收费管理模块发送相应的定位信息，收费管理模块根据相应的定位信息向RSU发出控制指令，确保RSU天线只处理本车道的OBU，从而避免误扣费。

本发明只需在车道隔带上安装车载台定位装置和在现有ETC系统中作少量的改即可。成本适中，工程安装快。

本发明中车载台位置处理模块和车载台定位装置的应用前景：通过车载台位置处理模块的应用，可方便地根据需要在现有的各条收费通道上加装RSU天线，在收费站的出入口中提供人工收费和自动收费的兼容，提高收费站出入口的通行效率和提高收费站基础设施的利用率。在新建收费站时通过此方式，可以适当减少收费车道数量，从而节省用地和减少投资。

附图说明

图1现有ETC系统的示意图；

图2现有ETC系统及车道平面示意图；

图3本发明的ETC系统框图；

图4车载台定位装置结构框图；

图5OBU信号到达车载台定位装置示意图；

图6单车道ETC系统车载台定位装置安装示意图；

图7双车道ETC系统车载台定位装置安装示意图；

图8多车道ETC系统车载台定位装置安装示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明中，通过车载台位置处理模块和车载台定位装置，准确定位OBU所处的车道，由车载台位置处理模块向收费管理模块发送相应的定位信息，收费管理模块根据相应的定位信息向RSU发出控制指令，确保RSU只处理本车道的OBU，从而避免误扣费。在本发明的另一种实施形态中，车载台位置处理模块也可以直接向RSU发出控制指令，控制相应车道的RSU进行收费，禁止其他车道的RSU对该OBU进行收费。

首先请参阅图3，图3是本发明的ETC系统框图。在图3中，车载台位置处理模块可以是一个带有与若干个车载台定位装置连接端口的计算机终端或其他专用的处理终端，在其上面运行相应的定位处理软件，定位处理软件对位置信息和OBU标识的相关信息进行处理，根据处理结果和配置方式决定是送给收费管理模块或直接向相应的RSU发出控制指令。定位分析处理方法有OBU信号到达时间差方式、OBU信号强度差方式、车道区域覆盖分析或其他可以判断OBU所处位置的方式。

请参阅图4，图4是车载台定位装置结构框图。在图4中，车载台定位装置主要由接收天线、无线信号处理及数据运算电路、通信接口电路等组成，接收天线接收OBU发出的无线信号送到无线信号处理及数据运算电路进行处理，得到相应的结果通过通信接口送到车载台位置处理模块中。

接下来请参阅图5，图5是OBU信号到达车载台定位装置示意图。在图中可见OBU1、OBU2发出的无线信号呈扇形发散，故而设置在车道隔离带上的各车载台定位装置均能接收到OBU1、OBU2发出的无线信号。当然，假定有更远的车道隔离带上也设置有车载台定位装置，这些车载台定位装置可能会因为距离过远而超出OBU信号发射范围而无法接收到OBU信号。在各接收到OBU信号的车载台定位装置中也会因为OBU距离其位置的不同，而有接收信号强度和收到时间的差异。这些不同车载台定位装置接收到不同OBU信号的差异为我们对OBU位置进行定位分析提供了可能。

如上文所述，定位分析处理方法有OBU信号到达时间差方式、OBU信号强度差方式、车道区域覆盖分析或其他可以判断OBU所处位置的方式等方式。下面我们对几种主要的分析方法进行介绍。

OBU信号到达时间差方式的工作原理为：每个车道两侧各安装一个及以上车载台定位装置，装在车上的OBU发出信号时，各车载台定位装置均可以收到OBU发出的信号。由OBU所处的位置不同，OBU信号到达车载台定位装置的路程会有所差异，信号传输的时间会不同，各车载台定位装置对收到的OBU信号进行相关处理后送到车载台位置处理模块中，车载台位置处理模块对各车载台定位装置的数据在一个相同时基下作比较，得出OBU信号到达时间差，通过此时间差可以确定OBU所处的位置。车载台位置处理模块把处理结果发送到收费管理模块。

OBU信号强度差方式为：每个车道两侧各安装一个及以上车载台定位装置，装在车上的OBU发出信号时，各车载台定位装置均可以收到OBU发出的信号。由OBU所处的位置不同，OBU信号到达车载台定位装置的传输条件会有所差异，信号到达车载台定位装置时的强度会不同，各车载台定位装置对收到的OBU信号进行相关处理后送到车载台位置处理模块中，车载台位置处理模块对各车载台定位装置的收到信号的强度进行比较，得出收到OBU信号强度差，通过信号强度差可以确定OBU所处的位置。车载台位置处理模块把处理结果发送到收费管理模块。

车道区域覆盖分析：每个车道两侧各安装一个及以上车载台定位装置，每个车载台定位装置天线覆盖车载台定位装置确定车道的区域，两个或多个车载台定位装置的覆盖区在某个车道共同覆盖，两个或多个车载台定位装置覆盖区形成交集。装有OBU的车辆驶入相应的区域时，相应交集覆盖区上的车载台定位装置均收到该OBU发出的信号。车载台位置处理模块根据收到各个车载台定位装置的结果来准确判断OBU所处的位置。车载台位置处理模块把处理结果发送到收费管理模块。

在目前ETC系统的基础上把车载台定位装置安装在每个车道隔离带上，车载台定位装置检测到装有OBU的车辆时，向车载台位置处理模块发送检测结果，车载台位置处理模块根据收到的结果和车载台定位装置安装位置，按照上文介绍的位置分析方法计算出OBU所在的车道，车载台位置处理模块向收费管理模块发送OBU车道信息，收费管理模块向相应的车道的RSU发出通信控制指令，从而实现准确的通信，保证RSU只与本车道的OBU通信。如不方便更改目前的ETC系统，可以由车载台位置处理模块作为RSU与收费管理模块的网关连接设备，收费管理模块经由车载台位置处理模块再到RSU，由车载台位置处理模块直接向RSU发出控制指令。

车载台位置处理模块系统与收费管理模块之间可以采用内部软件动态连接或外部物理连接的方式，也就是说车载台位置处理模块系统与收费管理模块既可以集成在一个处理终端上，也可以处于不同的硬件终端设备上。

作为一个例子，在采用专用处理终端时的车载台位置处理模块与收费管理模块的通信协议如下：

1 物理连接：车载台位置处理模块系统与收费管理模块之间采用任何可靠且速度足够快的有线或无线物理连接，一个例子可以是100M以太网；

2 逻辑连接：采用数据包或数据同步方式，相关的数据封装在相应的数据格式中；

A  每个数据包中信息部分包含各条车道相关的信息，其内容如下：

名称	车道1	车道2	。。。。。。	车道32
					长度	6Byte	6Byte		6Byte

B 各车道的数据包，其内容如下：

名称	位置标识	OBU标识
			长度	1Byte	5Byte

车载台定位装置与车载台位置处理模块的通信协议如下：

A 物理连接：车载台定位装置与车载台位置处理模块之间采用RS485连接，或使用其他类似的连接；

B 逻辑连接：

名称

车载台定位装置号

OBU信息

长度

1Byte

6Byte

车载台定位装置(车载台定位装置)与OBU之间的连接：

车载台定位装置只通过无线方式从空中接收OBU发出的信息，对该信息进行处理，把处理结果发送到车载台位置处理模块中。

需要说明的是，本发明各装置、系统实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其他的单元。

接下来以一些具体实施例为例介绍一下本发明在不同环境中的应用。

首先请参照图6，图6是单车道ETC系统车载台定位装置安装示意图。在单向或双向出入口中只有一条ETC车道时，在ETC车道和相邻非ETC车道1及相邻非ETC车道2上安装上车载台定位装置。

例如：由车载台定位装置1、车载台定位装置2、车载台定位装置3、车载台定位装置4定位在非ETC车道1车辆上的OBU；由车载台定位装置3、车载台定位装置4、车载台定位装置5、车载台定位装置6定位在ETC车道车辆上的OBU；由车载台定位装置5、车载台定位装置6、车载台定位装置7、车载台定位装置8定位在非ETC车道2车辆上的OBU；其他非ETC车道不在ETC车道相邻的车道上，目前的RSU天线不会覆盖到该区，这些车道上的OBU不会与RSU通信，不必进行定位。

请参照图7，图7是双车道ETC系统车载台定位装置安装示意图。在双向出入口中，有一条出口ETC车道、一条入口ETC车道时，在ETC车道和相邻其他非ETC车道上安装上车载台定位装置。与一条ETC车道时一样，通过车载台位置处理模块的定位，普通车道的干扰已解决。而在双方向ETC车道应用中，非ETC车道2处在两个方向的RSU1和RSU2之间，最容易受到干扰而造成误操作。通过本发明的车载台定位装置的定位，此种情形可以有效解决。

请参照图8，图8是多车道ETC系统车载台定位装置安装示意图。在双向出入口中，各有一条以上ETC车道时，在ETC车道和相邻其它ETC车道及非ETC车道上均安装上车载台定位装置。这种情况比双方向ETC应用更为复杂，各车道上的OBU均容易受到相邻车道上的两个RSU干扰而造成误操作。如不采用本发明的车载台定位装置的定位，误操作概率相当高，ETC系统无法正常工作。只有通过本发明的车载台定位装置的定位，此种情形才可以有效解决。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (17)

1.一种解决电子自动收费系统邻道干扰的自动收费方法，其特征在于，包含以下步骤：

设置若干个车载台无线信号接收天线检测车载台位置信号，

对获取的车载台位置信号进行分析，

根据分析结果计算出车载台所在车道，控制相应车道的路边站对该车载台进行收费，禁止其他车道的路边站对该车载台进行收费。

2.根据权利要求1所述的自动收费方法，其特征在于，所述分析是对车载台信号到达时间差进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台无线信号接收天线，对各接收天线的数据在一个相同时基下作比较，得出车载台信号到达接收天线的时间差，通过此时间差确定车载台所处的车道。

3.根据权利要求1所述的自动收费方法，其特征在于，所述的分析是对车载台的信号强度差进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台无线信号接收天线，对各接收天线收到信号的强度进行比较，得出收到车载台信号强度差，通过信号强度差确定车载台所处的车道。

4.根据权利要求1所述的自动收费方法，其特征在于，所述的分析是对车道区域覆盖进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台无线信号接收天线，两个或多个天线的接收范围覆盖区在某个车道共同覆盖，其覆盖区形成交集，根据收到信号的天线的个数和位置判断车载台所处的车道。

5.一种解决邻道干扰的电子自动收费系统，其特征在于，包含：

若干个车载台定位装置，用于分别获取车载台的位置信息，

车载台位置处理模块，对车载台定位装置传送来的位置信息进行分析，根据分析结果直接控制各路边站是否对该车载台进行收费，或者将分析结果传送给收费管理模块，由收费管理模块来控制各路边站是否对该车载台收费，

收费管理模块，与路边站进行数据交换，管理收费数据，

路边站，与车载台进行通信完成收费动作。

6.根据权利要求5所述的电子自动收费系统，其特征在于，所述的车载台定位装置包含：

车载台无线信号接收天线，用于接收车载台发出的无线信号送到无线信号处理和数据运算电路进行处理，

无线信号处理及数据运算电路，对车载台无线信号接收天线接收到的无线信号进行处理，

通信接口，将对无线信号处理后的结果输出。

7.根据权利要求5所述的电子自动收费系统，其特征在于，所述车载台位置处理模块是一个带有与车载台定位装置连接端口的计算机终端或其他专用的处理终端，在其上面运行相应的定位处理软件，定位处理软件对位置信息和车载台标识的相关信息进行分析。

8.根据权利要求5所述的电子自动收费系统，其特征在于，所述车载台位置处理模块和收费管理模块可以集成在一个处理终端上。

9.根据权利要求5所述的电子自动收费系统，其特征在于，所述车载台位置处理模块与收费管理模块之间连接采用的是100M以太网。

10.根据权利要求5所述的电子自动收费系统，其特征在于，所述的数据包括车载台定位装置的代号和车载台信息，其中车载台信息包括车载台标识以及车载台信号强度和/或接收到车载台信号的时间。

11.根据权利要求5所述的电子自动收费系统，其特征在于，所述分析是对车载台信号到达时间差进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台定位装置，对各车载台定位装置的数据在一个相同时基下作比较，得出车载台信号到达各车载台定位装置的时间差，通过此时间差确定车载台所处的车道。

12.根据权利要求5所述的电子自动收费系统，其特征在于，所述的分析是对车载台的信号强度差进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台定位装置，对各车载台定位装置收到信号的强度进行比较，得出收到车载台信号强度差，通过信号强度差确定车载台所处的车道。

13.根据权利要求5所述的电子自动收费系统，其特征在于，所述的分析是对车道区域覆盖进行分析，每个车道两侧各安装一个及以上车载台定位装置，两个或多个车载台定位装置的接收范围覆盖区在某个车道共同覆盖，其覆盖区形成交集，根据收到信号的车载台定位装置的个数和位置判断车载台所处的车道。

14.一种解决电子自动收费系统邻道干扰的车载台定位装置，其特征在于，包含：

车载台无线信号接收天线，用于接收车载台发出的无线信号送到无线信号处理和数据运算电路进行处理，

无线信号处理及数据运算电路，对车载台无线信号接收天线接收到的无线信号进行处理，

通信接口，将对无线信号处理后的结果输出。

15.根据权利要求14所述的车载台定位装置，其特征在于，所述无线信号处理及数据运算电路采用数据包或数据同步方式，将数据封装在相应的数据格式中。

16.根据权利要求14所述的车载台定位装置，其特征在于，所述的数据包括车载台定位装置的代号和车载台信息，其中车载台信息包括车载台标识以及车载台信号强度和/或接收到车载台信号的时间。

17.根据权利要求14所述的车载台定位装置，其特征在于，所述的通信接口是RS485接口。

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