CN102110315A - 一种用于不停车收费系统的通信系统及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于不停车收费系统的通信系统及通信方法，解决现有技术中的跟车及临道干扰的问题，提高系统可靠性。所述系统包括，车辆通过探测器、服务器设备、阅读系统，其中：所述车辆通过探测器，用于探测到有车辆通过时，向服务器设备发送车辆通过信号；所述服务器设备，用于在接收到车辆通过探测器发送的车辆通过信号后，通知阅读系统对车辆上的电子标签进行识别和通信；所述阅读系统包括识别天线与对应的阅读器设备，以及通信天线与对应的阅读器设备；其中：识别天线与对应的阅读器设备，用于执行识别操作，识别出所述车辆上的电子标签的唯一识别码；通信天线与对应的阅读器设备，用于与所述被识别的电子标签进行通信。

Description

一种用于不停车收费系统的通信系统及通信方法

技术领域

本发明涉及不停车收费系统，更具体的说，涉及一种用于不停车收费系统的通信系统及通信方法。

背景技术

随着交通系统的不断发展，交通网络的日益复杂化，对于智能交通的需求日趋强烈，智能交通是一个基于现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。简单的说就是利用高科技使传统的交通模式变得更加智能化，更加安全、节能、高效率。高速路电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection，简称ETC)是智能交通的一个重要组成部分，它利用电子技术和计算机技术实现道路收费功能，在整个过程中不需要人的介入，只需要对设备进行管理监督以及处理特别事件，可大大提高公路的通行能力；由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以缩小收费站的规模，节约基建费用和管理费用，节约人力成本。目前该类系统已经应用于国内部分地区的高速公路上。

典型的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)系统组成如图1所示：

阅读器系统，本文中主要针对无源超高频阅读系统进行说明，包括作为主控设备的无源超高频阅读器设备，以及连接在该阅读器设备天线接口上的无源天线，其中：

无源超高频阅读器设备：作为整个RFID应用系统的数据信息采集执行机构；该阅读器设备用于对其覆盖范围内的标签进行识别，将信息传递给RFID设备服务器进行进一步处理；一般具有多个天线接口；

无源天线：具有信号发射功能，与无源超高频阅读器设备一同构成阅读器系统，完成对电子标签的识别，并与标签进行通讯；

设备服务器：与无源超高频阅读器设备连接，实现对设备的控制并接收设备上报的数据，一般为PC机；

电子标签：标签是整个RFID应用系统的数据信息源，其内部嵌入芯片，可以存储信息，并与阅读器系统进行无线通讯。

以下对目前的不停车收费系统部署进行说明，参考附图2：

系统主要组成及部署方法，以2号车道为例：

1、收费岗亭、指示灯(如图2中的雾灯)、道杆、隔离带等原收费岛设施；

2、电子标签：卡片装置，内部嵌入芯片，可以储存信息并通过无线方式与无源超高频阅读器系统进行通讯；如图2中的车辆A、B、C均装有电子标签，标签一般置于车辆挡风玻璃上。

3、无源超高频阅读器设备：

功能要求：用于识别电子标签，与电子标签进行无线通讯并执行收费等业务操作，要求提供2路以上天线接口及与服务器的通讯链路；根据国家标准，该设备无线输出功率上限为2W；

部署要求：一般置于龙门架上或置于收费岗亭内。

4、设备服务器：一般为PC机，用于无源超高频阅读器设备的接入，通过网络接口或串行接口与无源超高频阅读器设备链接，实现对设备的控制和操作，对设备进行管理并接收设备传输过来的信息等；

5、无源天线：

功能要求：与无源超高频阅读器设备相连接，构成阅读器系统。由该阅读器系统完成不停车收费。该收费过程分为两个步骤，①电子标签识别、②交易通讯。①电子标签识别是指阅读器系统通过微波探测到有标签进入系统微波覆盖区域。②交易通讯是指阅读器系统识别到标签后，与标签进行无线通讯，完成信息交互，实现收费等业务操作。

部署要求：该天线置于车道正上方，4.5米高左右的龙门架上，并向斜下方发射信号，如图2中的侧视图，龙门架靠近岗亭设置。这样在天线下前方的一定区域内形成微波视场覆盖，如果有电子标签进入到该视场内，则可以被该天线识别到，也可以进行通讯，阅读器系统在通讯过程中采集标签内的信息，并上报服务器，也可以向标签内写入信息，通过上述读取和写入的操作完成收费等业务过程。一般来说该微波视场为椭圆形，如图2中的俯视图，区域大小由设备发射功率和天线增益决定，目前使用的设备功率一般为2W，天线增益12dbi，天线可以与电子标签进行通讯的最大水平距离为10米(参考图2标注：L1+L2)，天线下方到0.5米远处，为微波盲区，视场无法覆盖(参考图2标注：L2)，宽度为4～5米；但由于微波的反射、折射等特性，该覆盖区域无严格的边界。

6、地感线圈：可以探测到车辆从线圈上面通过，并向服务器发送车辆检测信号，地感线圈放置于微波视场的远端，即距离龙门架10米左右的位置。

收费流程大致如下：

步骤A.车辆通过地感线圈，地感线圈检测到有车辆通过，并向服务器设备发送识别到车辆信号；

步骤B.服务器设备指示超高频阅读器系统进行标签的识别操作(①电子标签识别)，识别到标签后进入步骤C；

异常情况一：在规定的时间内未识别到标签，则可能当前车辆无标签或标签损坏，进入步骤D，人工干预；

异常情况二：该标签内费用不足，无法完成收费，进入步骤D；

异常情况三：识别到非法标签，进入步骤D，人工干预；

步骤C.阅读器与标签进行通讯并交易(②交易通讯)，成功后抬起道杆，完成收费；

步骤D.异常情况，进行人工收费等处理；

但上述系统和计费流程存在跟车，临道干扰的问题，其应用受到较多限制。

跟车问题：参考图2，当有A车B车距离较近通过不停车收费车道时，首先由A车通过地感线圈，触发阅读器系统开始工作，此时由阅读器系统发射微波，形成微波视场覆盖，识别标签，一方面由于地面的反射作用，微波信号会经由地面反射到B车，另一方面由于微波辐射的不确定性，信号也会辐射到紧跟的B车，这样会造成阅读器系统同时识别到两辆车的情况，并且系统无法辨别出车辆顺序。如果其中一台车辆无标签或标签损坏，系统不能识别是哪一辆车异常，也可能发生后面的B车收费成功，A车收费失败，但道杆抬起的错误操作。导致的后果就是需要频繁的人工干预，使该系统失去了不停车收费的意义。

临道干扰问题：是指当前车道的阅读器系统会识别到其它车道上的车辆标签，造成收费混乱。参考附图2，为保证交易成功率，会提高阅读器设备发射功率，2车道发射的电磁波会覆盖到1、3车道，因此当2车道阅读器识别A车B车时，会同时识别到临道的C车，系统会误认为C车行驶在2车道，造成系统混乱。同样会导致频繁的人工干预。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于不停车收费系统的通信系统及通信方法，解决现有技术中的跟车及临道干扰的问题，提高系统可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于不停车收费系统的通信系统，包括，车辆通过探测器、服务器设备、阅读系统，其中：

所述车辆通过探测器，用于探测到有车辆通过时，向服务器设备发送车辆通过信号；

所述服务器设备，用于在接收到车辆通过探测器发送的车辆通过信号后，通知阅读系统对车辆上的电子标签进行识别和通信；

所述阅读系统包括识别天线与对应的阅读器设备，以及通信天线与对应的阅读器设备；其中：

识别天线与对应的阅读器设备，用于执行识别操作，识别出所述车辆上的电子标签的唯一识别码；

通信天线与对应的阅读器设备，用于与所述被识别的电子标签进行通信。

进一步地，所述识别天线和通信天线对应的阅读器设备为同一台阅读器设备。

进一步地，所述车辆通过探测器、识别天线与通信天线的位置关系为：沿车辆行驶方向按以下顺序排列：车辆通过探测器、识别天线、通信天线，且车辆通过探测器的工作范围、识别天线的覆盖范围与通信天线的覆盖范围不重叠。

进一步地，所述识别天线置于抱杆上，向下辐射，其功能要求满足以下条件中的一种或几种：覆盖范围为2～4米；发射功率为0.5W～2W；增益为6dbi～9dbi。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种应用于上述系统的通信方法，包括：

当车辆通过探测器探测到有车辆通过时，向服务器设备发送车辆通过信号，该服务器设备通知阅读系统对车辆上的电子标签进行识别和通信；阅读系统中的识别天线与对应的阅读器设备执行识别操作，识别出所述车辆上的电子标签的唯一识别码，阅读系统中的通信天线与对应的阅读器设备与所述被识别的电子标签进行通信。

进一步地，所述识别天线和通信天线对应的阅读器设备为同一台阅读器设备。

进一步地，所述阅读系统中的通信天线与对应的阅读器设备与所述被识别的电子标签进行通信的步骤中，所述通信是以计费为目的的通讯。

与现有技术相比较，本发明实施例所提供的方案通过识别天线控制识别范围和辐射方向，可以避免跟车问题，且能准确而可靠的判断车辆顺序，并且通过识别天线进行标签识别，避免了临道上的车辆标签被识别到，避免了临道干扰问题。同时通信天线在与标签进行通讯的过程中使用唯一识别码进行，这样即使微波信号辐射到临道车道，也不会对临道的标签产生影响，避免了对临近车道的干扰。本发明最大限度的减少了对现有收费岛的改造，可以与原有系统布局兼容。

附图说明

图1是典型的RFID系统组成示意图；

图2是传统无源不停车收费系统部署示意图；

图3是本发明实施例无源不停车收费系统部署方法示意图；

图4是发明实施例的无源不停车收费系统识别天线切向视图；

图5是本发明实施例的无源不停车收费系统通信流程示意图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本实施例的设备部署方式如图3所示，其中收费岗亭、指示灯、道杆、隔离带等原收费岛设施等，与现有系统相同；本实施例系统包括：

车辆通过探测器，置于识别天线覆盖范围的远端，用于探测到有车辆通过时，向服务器设备发送车辆通过信号；车辆通过探测器可以是地感线圈，也可以是红外探测仪；

服务器设备，用于在接收到车辆通过探测器发送的车辆通过信号后，通知阅读系统对车辆上的电子标签进行识别和通信；

阅读系统包括识别天线与对应的阅读器设备，以及通信天线与对应的阅读器设备；该识别天线和通信天线可以对应同一台阅读器设备，也可以分别对应各自的阅读器设备；其中：

识别天线与对应的阅读器设备，用于执行识别操作，识别出所述车辆上的电子标签的唯一识别码；

通信天线与对应的阅读器设备，用于与所述被识别的电子标签进行通信。

上述车辆通过探测器、识别天线与通信天线的位置关系为：沿车辆行驶方向按以下顺序排列：车辆通过探测器、识别天线、通信天线，且车辆通过探测器的工作范围、识别天线的覆盖范围与通信天线的覆盖范围不重叠。

下面对识别天线和通信天线的部署进行详细介绍。

●识别天线

功能要求：满足以下条件中的一种或几种：发射功率0.5W(瓦特)～2W(例如为1W)，增益6dbi～9dbi(例如为6dbi)；与对应的阅读器设备一起执行电子标签的识别，识别到电子标签后获得该电子标签的唯一识别码；

部署要求：识别天线放置于通信天线覆盖范围的远端临界处，通过长馈线与无源超高频阅读器设备连接，如图3所示位置。

识别天线固定在抱杆上，放置于路侧，如图3侧视图所示位置，天线向下前方辐射，覆盖道路，如图4所示，覆盖范围2～4米(例如为3米，见图3中L3)；保证天线的辐射主方向与车行方向垂直，且向下方辐射。一方面通过控制功率和增益大小，减小了微波视场覆盖区域的大小，小于车身长度，另外改变了微波辐射的主方向，避免了识别到B车上的电子标签。

这样通过部署方法的调整，仅有识别天线进行电子标签识别操作，避免了跟车的问题。可以准确的识别出车辆顺序。同时对微波覆盖范围进行了控制，不会识别到临近车道上的标签。避免了临道干扰的问题。

●通信天线

部署位置同原系统之交易天线，发射功率和天线增益指标同原系统，但该天线仅负责执行通讯过程，在通讯时，通信天线仅与识别天线识别到的标签进行通讯，二者间的通讯信号是以识别天线获得的唯一识别码为基础进行通讯，即其它阅读器设备或标签收到该信号后不会响应，不会产生临道干扰的问题。

即如图3所示，当通信天线与A车标签交易通讯时，虽然3车道的C车也会收到信号，但由于信号带有标识，因此C车的标签不会响应2车道通信天线的信号。同时，由于2车道的通信天线不再执行电子标签识别操作，因此也不会识别到C车。

针对上述通信系统，其采用的通信方法包括：当车辆通过探测器探测到有车辆通过时，向服务器设备发送车辆通过信号，该服务器设备通知阅读系统对车辆上的电子标签进行识别和通信；阅读系统中的识别天线与对应的阅读器设备执行识别操作，识别出所述车辆上的电子标签的唯一识别码，阅读系统中的通信天线与对应的阅读器设备与所述被识别的电子标签进行通信。

可参考图5所示流程对上述方法进行具体说明，在本实施例中车辆通过探测器为地感线圈，且识别天线与通信天线共享一阅读器设备。所述方法包括以下步骤：

步骤501.车辆通过地感线圈，地感线圈检测到有车辆通过，向服务器设备发送识别到车辆信号，进入步骤502；

步骤502.服务器设备指示无源超高频阅读器设备使用识别天线进行识别操作，识别到电子标签后进入步骤503；

步骤503.识别天线与无源超高频阅读器设备识别到电子标签后，获取标签的唯一识别码，进入步骤504；

在本步骤识别过程中，可能出现的异常情况包括：

异常情况一(503a)：在阅读器系统收到地感线圈发来的车辆通过信号后，开始记时，在规定的时间内未识别到标签，则可能当前车辆无标签或标签损坏，进入步骤506，人工干预；

异常情况二(503b)：在阅读器系统收到地感线圈发来的车辆通过信号后，开始记时，如果记时尚未结束，同时地感线圈又发来车辆通过信号，则可能当前车辆无标签或标签损坏，进入步骤506，人工干预；

异常情况三(503c)：识别到非法标签，进入步骤506，人工干预；

步骤504：阅读器系统在收到识别天线上报的标签唯一识别码后，通过通信天线发出通信信号，通信信号以该唯一识别码为目的标识，即仅与该被识别的标签进行通讯，保证不会对其它车辆上造成影响，通讯成功后进入步骤505；

在本步骤通讯过程中，可能出现的异常情况包括：在规定的时间内未与标签通讯成功，则可能当前车辆标签损坏，进入步骤506，人工干预；

如果通讯过程为交易，则可能出现的另一种异常情况是：该标签内费用不足，无法完成收费，则进入步骤506，人工干预；

本实施例系统和方法可以应用于高速公路的入口和出口，在入口处可以通过上述通信流程与车辆上的电子标签进行通信获取信息，在出口可以通过上述通信流程与车辆上的电子标签进行交互完成收费交易，在交易成功后抬起道杆，完成收费过程。

步骤505.异常情况，进行人工处理；

本发明通过增加一个无源天线作为识别天线，将电子标签识别和通讯两个过程分别交由不同的天线执行，以解决目前系统存在的跟车、临道干扰的问题。本发明方法和系统除了作为ETC的交易系统的一部分，还可以用于其他任何需要进行通信的场景。也就是说，通信天线与电子标签之间的通信可以是以交易为目的的通讯，或者也可以是以鉴权为目的的通讯，或者是与获取信息为目的的通讯，或者是以更新电子标签中内容为目的的通讯等等。

本发明从根本上解决跟车和临道干扰问题，扫除无源系统在不停车收费系统领域应用的障碍。此外，由于目前大部分的收费岛已经建成，本发明所涉及到的部署方案毋需对现有的收费岛或车道布局进行整改，可以在原有设施的基础上搭建，便于操作实施，且成本增加很少。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于不停车收费系统的通信系统，包括，车辆通过探测器、服务器设备、阅读系统，其中：

所述车辆通过探测器，用于探测到有车辆通过时，向服务器设备发送车辆通过信号；

所述服务器设备，用于在接收到车辆通过探测器发送的车辆通过信号后，通知阅读系统对车辆上的电子标签进行识别和通信；

所述阅读系统包括识别天线与对应的阅读器设备，以及通信天线与对应的阅读器设备；其中：

识别天线与对应的阅读器设备，用于执行识别操作，识别出所述车辆上的电子标签的唯一识别码；

通信天线与对应的阅读器设备，用于与所述被识别的电子标签进行通信。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述识别天线和通信天线对应的阅读器设备为同一台阅读器设备。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述车辆通过探测器、识别天线与通信天线的位置关系为：

沿车辆行驶方向按以下顺序排列：车辆通过探测器、识别天线、通信天线，且车辆通过探测器的工作范围、识别天线的覆盖范围与通信天线的覆盖范围不重叠。

4.如权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于：

所述识别天线置于抱杆上，向下辐射，其功能要求满足以下条件中的一种或几种：覆盖范围为2～4米；发射功率为0.5W～2W；增益为6dbi～9dbi。

5.一种应用于如权利要求1所述系统的通信方法，包括：

当车辆通过探测器探测到有车辆通过时，向服务器设备发送车辆通过信号，该服务器设备通知阅读系统对车辆上的电子标签进行识别和通信；阅读系统中的识别天线与对应的阅读器设备执行识别操作，识别出所述车辆上的电子标签的唯一识别码，阅读系统中的通信天线与对应的阅读器设备与所述被识别的电子标签进行通信。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述识别天线和通信天线对应的阅读器设备为同一台阅读器设备。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述阅读系统中的通信天线与对应的阅读器设备与所述被识别的电子标签进行通信的步骤中，所述通信是以计费为目的的通讯。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述车辆通过探测器、识别天线与通信天线的位置关系为：

沿车辆行驶方向按以下顺序排列：车辆通过探测器、识别天线、通信天线，且车辆通过探测器的工作范围、识别天线的覆盖范围与通信天线的覆盖范围不重叠。

9.如权利要求5或6或7或8所述的方法，其特征在于：

所述识别天线置于抱杆上，向下辐射，其功能要求满足以下条件中的一种或几种：覆盖范围为2～4米；发射功率为0.5W～2W；增益为6dbi～9dbi。

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