CN102122400B - 智能道路收费系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种针对道路计价系统的道路计价智能客户端和方法，使得能够从描述旅程的定位数据中移除提示诸如数据的发起方的行进速度和旅程之类的私密数据的信息。相应地，智能客户端和方法被配置为将路线的原始定位点重新采样成等距部分，从定位数据中移除定时信息，通过采用公共“虚拟网格”，将重新采样的路线划分成其他道路用户提供的那些定位数据而形成的分片。通过按照随机化顺序以任何延迟传输分片，与旅程的前相邻部分相对应的分片的相关性不再相关。然而，仍存在提供给收费系统的足够信息，以发送费用数据库的摘要，允许智能计价客户端或方法计算所发生的费用。

Description

智能道路收费系统

技术领域

本发明涉及道路收费系统，用于实现自动付费系统，以基于所使用的路段扣减道路收费。此外，本发明涉及道路计价智能客户端。

本发明具体涉及一种车辆的车载设备中针对智能道路收费系统的改善的道路计价智能客户端，提供安全性，并且保持诸如旅行路线和旅行速度之类敏感数据的私密性。

背景技术

电信和信息学的综合使用被称作远程信息处理。车辆远程信息处理可以用于多种目的，包括收取道路费、支付车辆保险、管理道路使用(智能交通系统)、跟踪快速车辆位置、取回被盗车辆、提供自动碰撞通知、位置驱动驾驶员信息服务、以及车载早期警告通知警报系统(车辆事故预防。例如，e-Call或b-Call)。

道路收费被认为是车辆远程信息处理可能的第一大容量市场。远程信息处理目前正开始进入消费汽车环境，作为闭合服务(例如e-Call、防盗窃、汽车故障保险等)的服务箱。这些市场在容量方面仍然较低，并且被认为是瞄准机会的市场。欧盟(以荷兰为领先的国家)意在从2012年开始，引入道路收费，作为每辆车的必备功能。

迄今为止，道路收费已用于高速公路计费、卡车计费以及在特定区域(例如伦敦市)中行驶车辆的计费。车辆必须停的收费停车场通常被使用，或者短程通信系统允许在车辆经过时自动进行资金借记。在不久的将来所需的道路付费功能将强制针对缺乏(或无)基础设施的要求并且将针对驶过的每英里强制收费。

设想车辆(例如，汽车或卡车等)中的车载设备(OBE)将采用车载全球定位系统(GPS)(更一般地采用全球导航卫星系统，GNSS)，并经由诸如移动电话网络之类的移动通信连接(例如，全球移动通信系统GSM)进行通信，使得能够将信息中继至集中式道路收费系统，以用于确定应付的道路收费或用于其它目的。

自动道路收费系统中的收费系统可以基于行驶的距离、时间、位置和车辆特征中的一项或多项。道路收费可以应用于所有车辆，或其可以排除特定种类的车辆(例如具有外国车号牌的车辆)。基于OBE所报告的车辆采用的路线来计算费用。例如，作为系统的移动装置的OBE用于建立与系统的固定装置的道路收费后端服务器的互联网连接。

存在两种基本类型的移动实体(或移动装置)或OBE，并且这些将被描述为“超胖”和“瘦”客户端解决方案。在超胖客户端情况下，在将产生的行程费用传送至道路收费后端服务器之前，对GPS数据进行处理的OBE执行地图匹配和行程费用计算。在这种连接下，应注意，术语“行程”用于承担从“A点到B点”的行进，而与特定路线或旅程无关。在这种情况下，很容易保护驾驶员私密性；这是由于GPS数据保持在车载单元内，并仅向外部传送单个数字(行程费用)以及OBE身份。

在瘦客户端情况下，地图匹配和行程费用计算步骤可以由外部服务器来执行，因此危及到驾驶员的私密性，这是由于在传输期间第三方拦截到数据，或者由于(在最差的情况下)外部服务器本身是政府(例如执法)机构/部门或个人行驶的组织监控的一部分。在针对瘦客户端的标准解决方案的情况下，驾驶员别无选择，只能信任系统是强壮的并且他们的数据没有用于除了道路收费应用以外的其他目的。瘦客户端情况的优点是：OBE所需的计算量较低，并且当更新地图时仅需要更新后端服务器。

WO 2009/001303 A1公开了一种采用具有卫星导航接收机的车载设备的道路收费系统。车载设备向外部单元匿名授权地图匹配和行程收费计算步骤。

发明内容

本发明的目的是提供了对交通基础设施使用的至少一个特性的评价(具体地，包括道路、铁路、水路航线等，和/或诸如隧道、桥梁、渡口等门架，以及相应服务)，而同时满足各个单独用户的高度私密性期望。

在本发明的第一方面中，提出了一种根据权利要求1所述的移动实体或移动装置(所谓的车载设备(OBE))中用于评价交通基础设施尤其道路使用特性的方法。

相应地，该方法包括：对所述移动装置中的定位数据进行处理，所述定位数据表示在所述交通基础设施中移动装置所采用的路线，所述处理通过以下步骤中的至少一个来执行：(a)对例如交通基础设施用户所采用的路线的定位数据进行重新采样，(b)产生所述重新采样定位数据的打包数据(bundle)，以及(c)重排或加扰所述产生的定位数据的打包数据。

然后将定位数据的打包数据传输至基础设施收费系统的相应固定实体或固定装置。

在道路收费系统中采用这种方法是有益的，尽管本发明的应用在其他交通基础设施中是可能的，例如，铁路、空中航线和海上航路。在将这里所提出的解决方案应用于铁路交通的情况下，例如能够估计针对整个货运列车所行驶路线的费用，和/或针对各个单独(货运)单节机动有轨车的费用，和/或甚至针对各个单独(货运)集装箱的费用。具体地，由于国际列车在它们的路线上通常与不同的火车、机车以及铁路渡船共同行使，因此这里所提出的解决方案便于各个单独铁路对基础设施和服务的使用的费用的估计。相应地，机车或每个(货运)单节机动有轨车或(货运)集装箱携带移动实体或OBE。

通常，移动实体(例如手持设备、车辆中的内置设备、或采用道路用户的车辆新闻娱乐系统的适当外围的硬件或软件组件)通过使用诸如GPS、A-GPS(辅助GPS)之类的定位系统、诸如蓝牙或Wi-Fi之类的短距离传输(尤其在铁路交通的情况下)等来确定他/她的位置，并且记录这些随时间的数据。同样，例如，通过使用三角测量算法备选采用诸如Wi-Fi热点之类的其他通信系统基础设施。

在该上下文中，值得注意的是，可以将移动实体与使用基础设施的特定车辆相关联。备选地，移动实体可以与不同车辆的特定用户相关联。那么，用户能够携带移动实体，或者用户在使用基础设施时经由可信元件(trusted element)(TE)(例如，智能卡)与车辆中作为车载单元(OBU)安装的移动实体链接。因此，OBU与TE一起构建用于评价用户对交通基础设施的使用的至少一个特性的OBE。该布置具体对于出租车或甚至公共运输的实例尤其有用。

为了防止暴露出可以从中导出超速行驶或其他个人道路使用特性的私人信息，仅传输用于估计交通基础设施使用成本所需的那些数据。例如，这意味着交通基础设施用户的身份、特定行程距离以及相应运行时间段应当对于任何其他方不可见。

因此，本发明提出了一个步骤：在所述移动实体或装置中对交通基础设施用户所收集的定位数据进行重新采样。换言之，保持行程的几何图形(即，路线或旅程)，但是可以通过等距距离之间的新采样点来描述。在这种连接中，应注意，术语“行程”用于承担从“A点到B点”的行进，而与特定路线或旅程无关。

重新采样步骤可以包括：将实质上在等距时间点处所记录的定位数据转换成与等距空间点相对应的定位数据。

为了最小化对应移动实体所获得的定位数据的单独驾驶员所驾驶的路线与传输给固定实体的路线之间的相关性，可以对移动实体中所记录的定位数据进行打包(或者，对路线进行“分片”)，并且随后可以在向固定实体或移动装置传输之前对那些打包的数据(或路线的“分片”)进行重排或加扰。

从重新采样的定位数据中产生单独的打包数据可以包括相对于预定网格所限定的区域(具体地，这些区域是几何坐标系统中预定、标准化虚拟网格的单元)对所述重新采样的定位数据进行分析，并且创建打包数据，包括处于相同区中那些重新采样的定位数据。

存在用于修改彼此独立描述但是实际上可以同时应用的重新采样步骤的若干种可能性。

根据第一方面，重新采样包括将每个定位数据点映射至公共网格的最近点。这可以通过降低定位数据的精度来实现，例如，GPS定位的数据，从而将最大分辨率限制于预定值，例如1或2米。简单的实现方式是删除定位数据的最低有效数字。这也获得定位数据的更好压缩，这是因为移除了不必要的最低有效位。此外，增加了采用相同道路的两个车辆具有交叠坐标的可能性。

根据第二方面，重新采样每次可以重置或重新开始，移动装置(即，携带该装置的车辆)经过预定区域或小区域的边界，就好像新的路线正好在该区域或小区域的边界处开始。该操作的效果取决于重新采样算法，但是典型地这意味着定位数据点始终在区域或小区域的边界和路线的交点处产生，并且被馈送给重新采样算法，作为小区域中离开或退出的最后位置。此外，当重新采样算法重新开始时，小区域中离开或退出的最后位置用作移动装置的新初始位置，并且从而也是针对区域或小区域中相应分片的第一定位。这避免以下事实：两个定位数据点之间的距离恒定，以使相邻区域或小区域中的特定路线的分片相关。

根据第三方面，重新采样算法不使用原始定位数据序列，例如，从所采用的定位系统(例如，GPS卫星)接收到的GPS定位序列作为输入，而是通过向原始序列中的每个定位数据应用恒定抖动偏移来导出。抖动偏移可以沿着纬度和经度，和/或可以是正的和负的。只要移动装置经过小区域或区域的边界，该装置就终止区域或小区域中离开或退出的分片，随机产生要在新小区域中应用的新抖动偏移，并且开始新分片的产生。结合其他方面，这意味着利用先前抖动值计算小区域中离开或退出的最后位置，并且利用新抖动值计算小区域中进入的第一位置。因此，分片的最后位置和后续分片的第一位置始终排列在小区域边界上(通过结构)，但是多数情况下彼此不交叠。

这种打包数据之间的相关性相当高，在以连续或随后传输进行发送的情况下，期望单独驾驶员的原始路线的恢复相对容易。因此，通过加扰或重排，可以不连续或随后发送特定路线的打包数据。所产生的打包数据的重排可以包括以下中的至少一个：相对于时间，滑移所述打包数据，和/或随机移动所述打包数据中的每一个，具体地多于一个特定路线的打包数据。同样，用于改变打包数据的顺序的任何其他适合的随机方案是适用的。这获得在传输至固定实体之前每个数据是任意的或者是随机延迟的。也就是说，在发生至用于评价交通基础设施的使用特性的外部实体的传输之前，重排的束可以延迟预定时间段，例如一天或若干天，和/或不同路线。

类似地，包含在定位数据本身中的时间戳可以用于单独驾驶员的原始路线的恢复。因此，在传输至固定实体之前行驶原始路线的相应部分时，可以从定位数据(或“打包数据”)中移除任何关联的时间戳，并且可选地由更一般的指示(例如，日期、星期)来代替。针对一个打包数据的所有定位数据的公共时间段信息可以用于实现预定费用表与定位数据所属路线的关联。

在本发明的另一方面中，提出了一种根据权利要求7的在固定实体中用于评价交通基础设施的使用特性(具体地，包括道路、铁路、水路航线等，和/或诸如隧道、桥梁、渡口等门架，以及相应服务)的方法。

相应地，该方法包括以下步骤：(i)从移动装置接收定位数据，定位数据由根据这里上述方法的方法来处理，(ii)通过所述固定装置将所述打包数据中包含的信息与包含信息的数据库相匹配，具体地，表示所述交通基础设施的地图信息，(iii)确定所采用的部分路线或所述移动装置所经过的特定位置，(iv)将至少一个预定路线准则与所述部分路线或所述路线中的特定位置相关联，以及(v)将至少一个预定路线准则传输至移动实体或装置。

包含在接收到的打包数据中、表示用户已经行驶的部分路线的信息可以与例如存储在相应数据库(例如，与固定实体相关联的服务器)中的数字地图材料相匹配。由于地图材料不必出现在移动实体或车载设备(OBE)中，因此在移动实体中不必实时更新这样的数据，这显著减少了必要数据业务量。此外，可以在固定实体上执行引起相当高计算量的需要的匹配操作，降低移动实体中高计算性能的需要。

因此，在固定实体中，确定用户已经行驶的部分路线(即，物理道路的一部分)，并且关联与因所述部分路线所引起的道路费用有关的信息。由于特定路线上的物理距离不仅与所产生的成本有关，而且还可能与日时间、车辆的长度和重量、例如针对残疾用户或对当前交通情况作出反应采取绕道行驶的用户的若干折扣、用户所采用的道路的特定物理部分有关，其中的每一项可以与多个参数或要从中导出有关费用的参数表相关联。

在本发明的另一方面中，提供了根据权利要求10所述的移动实体或装置，可以是车载设备(OBE)。

相应地，移动装置包括：定位装置(具体地，定位单位)，被配置为对移动装置中交通基础设施用户的定位数据进行估计；处理装置(具体地，处理器单元)，被配置为在移动装置中执行方法的步骤(a)至(c)，以评价交通基础设施(具体地，如上所述的道路)的使用特性；传输装置(具体地，传输单元)，被配置为将重排的定位数据传输至所述系统的固定装置。

如上所述，关于移动实体，这样的OBE可以由可信元件(TE)与车载单元(OBU)的结合构成。由于每个人不得不参与这样的道路计费系统，应当防止欺骗行为，作为反欺骗行为措施的一部分，OBE中的设备可以包括所谓的可信元件(TE)，该可信元件(TE)可以是类似于移动电话中SIM卡中的芯片，或者例如在银行智能卡中建立的芯片。TE可以用于为定位数据或要发送的其他数据提供安全性。

移动装置或移动实体可以采用卫星导航装置信号(例如GPS信号)以便确定其位置。如上结合相应方法所说明的，目前已知以及以后可以开发的其他系统和方法也可以用于确定移动装置的位置。

移动装置可以包括：用于在关联车辆的行程期间存储所获得的定位数据的存储装置或存储单元。此外，存储装置可以用于存储重新采样的定位数据。此外，存储装置可以包含与虚拟网格有关的信息，虚拟网格用于分组或分片所确定的定位数据。这种如何进行重新采样的信息和确定的定位信息不受经常更新的影响，并且在每个移动实体中实质上是相同的，每个移动实体是本系统的一部分，以评价交通基础设施的使用特性。

移动实体还具备诸如单个可编程处理器或分布式处理功能装置的处理装置。由于根据这里提出的解决方案的移动实体所需的计算量保持相对较低，类似于手持计算机或移动电话设备中采用的那些处理器的处理器是足够的。

在特定实施例中，可以将移动实体实现为手持设备的一部分。这可以包括移动实体的每个特征和功能，或者可以使用已经存在于车辆中的数据和组件。在另一实施例中，可以提供移动装置作为固定安装在车辆中的分离设备(控制单元)。在移动装置的又一实施例中，多数相关特征可以在附着至或定位在车辆的另一组件或控制单元(例如，新闻娱乐系统的头戴单元(head unit))的分离硬件板或附加集成电路等中实现。

在本发明的又一实施例中，提出了根据权利要求11所述的针对系统的固定实体，以评价交通基础设施(具体地，包括道路、铁路、水路航线等，和/或诸如隧道、桥梁、渡口等门架，以及相应服务)的使用特性。

相应地，固定装置包括：接收装置(具体地，接收机单元)，被配置为接收如上所述移动装置所发送的定位数据；处理装置(具体地，处理器单元)，被配置为在固定装置中执行方法的步骤(ii)至(iv)，以评价交通基础设施(具体地，包括道路、铁路、水路航线等，和/或诸如隧道、桥梁、渡口等门架，以及相应服务)的使用特性；以及传输装置(具体地，发射机装置)，被配置为将至少一个预定路线准则传输至所述移动装置。

在特定实施例中，固定装置是收费业务代理机(TS代理机)。

固定实体或装置包括至少一个处理器和/或能够采用分布式处理装置来执行上述方法的步骤。固定装置还包括存储装置，其中，定义了诸如地图信息之类的地理数据或针对相关区域(例如，荷兰)的其他资料以及针对包括在所存储的地图中的交通基础设施的价格(收费费用)信息。容纳地理数据和价格信息极大集中，并因此在更新相应数据库时，数据逻辑和数据业务量不会引起严重问题。此外，固定装置具备例如与互联网或其他通信装置的通信能力和通信接口，并从而经由无线通信(例如，GSM、SMS、GPRS、UMTS和目前已知以及以后可以开发无线通信)可连接至移动实体(OBE)，并且通过移动实体(OBE)可接触。

因此，移动装置和固定装置建立用于评价交通基础设施(具体地，包括道路、铁路、水路航线等，和/或诸如隧道、桥梁、渡口等门架，以及相应服务)的使用特性的系统。

固定装置与移动装置之间通信可以被配置为，使得通信路径至少部分地包括匿名信道，和/或提供固定装置与移动装置之间的网络地址转换的服务器，和/或具有洋葱路由器(onion router)的网络，和/或利用假源IP使用用户数据报协议分组的中间混合和前向协议，和/或使用其他移动装置来中继移动装置的数据的对等网络。

本发明进一步由以下附图和示例来说明，以下附图和示例并不意在限制本发明的范围。本领域技术人员将理解，可以将各个实施例进行组合。

附图说明

参照下文描述的实施例，说明并使本发明的这些和其他方面变得显而易见。在以下附图中：

图1示出了道路计价的过程的图示，

图2示出了根据本发明的智能客户端过程的图示，

图3A、3B示出了等距重新采样方法的图示，

图4示出了从OBE至TS代理的传输过程的详细图示，

图5示出了根据虚拟网格的分片路线的示例，

图6示出了向TS代理传输数据束的示意示例，

图7示出了经由匿名信道OBE与TS代理之间的传输，

图8示出了OBE的主组件的图示，

图9示出了固定实体的主组件的图示，以及

图10A-G示出了根据本发明的用于计算的表列数据的示例。

具体实施方式

图1示出了根据4个子过程的高级透视图的收费费用估计的一般客户端过程。基于使用包括道路在内的交通基础设施来定位作为车辆的汽车的GPS，来说明收费费用估计过程。

从1开始，步骤2表示GPS数据接收步骤。在该过程期间，客户端收集与付费车辆相对应的GPS数据。该过程的输出可以视为所谓的GPS“定位”的序列，序列包括定位数据和关联时间戳。这些GPS定位描述车辆的运动。框11表示由“瘦”车载设备(OBE)执行的过程。在图10A中示出了这种GPS定位的示例，作为由GPS数据接收过程产生的输出的示例。

在步骤3中，执行地图或区域“匹配”操作，这意味着然后在道路或区域的数字地图上对所收集的GPS数据进行匹配。由于偏差(例如障碍或噪声)，GPS数据所报告的车辆位置并不始终精确位于数字地图上所记录的道路网络上。在没有校正的情况下，这些偏差会导致不精确性，最终可能导致不正确的费用计算。地图匹配过程通过将GPS数据与道路的地图进行匹配来阻止该问题，基本上找到与所包括的位置最适合的道路。该过程的输出是与车辆所经过的道路相对应的道路标识符(和时间戳)的序列。

在一些方案中，费用不基于车辆所采用的道路，而是基于车辆所经过的地理区域。例如，区域可以与城市的地区或者城市中心区相对应。区域也可以用于实现虚拟“门架”，即，诸如收费栏杆之类的收费道路入口。在那种情况下，只要车辆跨过门架，就要收费。“胖”OBE(由框12指示)能够执行步骤2和3。

步骤4表示路线的等级(rating)，在该步骤中计算车辆的行程的费用。费用通常取决于道路的类型，所驾驶的公里数、行进时间、以及车辆类型。等级方案还可以取决于车辆或驾驶员的个性特征，例如，如果车辆是救护车，或者驾驶员是残疾人，和/或取决于移动性要求，例如，如果车辆采用这条路线以减小其他网络的业务量，或者取决于与其他运输设备的交互，如果车辆目的地是公共汽车站(换乘停车场)。

步骤5表示单独费用的合计和报单(declaration)。例如针对特定时间段、驾驶的最大公里数、和/或在车辆跨过一些预定点、门架和/或地理区域的边界并随后被报告给驾驶员/车主以进行支付时，对在先前步骤4中计算的费用(即，单独费用)进行合计(即，求和)。合计时间段的长度通常由收费方案来定义。当该预定时间段已经过去时，最后结果，即，对合计费用的总和进行签署，并将签字和总费用传输至道路计价后端系统。换言之，在合计时间段结束时，进行报单，正式向后端系统报告必须为所经过的时间段支付多少钱，以及收费方案或规则所需的其他信息。这例如应当是：报单应当包含在收费发票上出现的最少信息。

如上所述，所谓的超胖OBE能够执行所有步骤2至5，然而，迄今为止，与数字地图相关联的许可费用、硬件复杂性、处理能力和数据业务量更新方面的相关要求使这种设备进入市场变得复杂。

图2示出了根据这里所提出的解决方案、“智能客户端”的用于评价交通基础设施的使用特性的方法，步骤1(“开始”)、步骤2(“GPS数据接收”)、步骤3(“地图匹配”)和步骤5(“合计和报单”)已经结合图1进行了描述，因此结合图2，省略了对这些步骤的进一步讨论。

在步骤21中，将定位数据的“重新采样”的步骤(即，所获得的行程期间GPS定位序列)转换成相同序列，以便从定位数据序列中移除单独属性。在图3A和3B中示出了该过程的效果。

图3A示出了车辆的路线或旅程上的定位数据(例如，GPS定位)分布的示例。由于携带OBE车辆速度的变化，所获得的定位数据的点不是等距的。由于定位数据表示车辆的位置和相应时间戳，因此至少可以导出两个相邻检查点之间的平均行进速度，这会对旅行者的私密性产生负面影响。

为了从OBE所发送的数据中排除导出车辆的行进速度的可能性，如图3B所示，对旅程进行重新采样，以使得获得等距采样点。换言之，该方法在于产生对应于与原始序列相同的路线或旅程的新GPS定位序列。此外，将与新序列中每个重新采样定位相关联的时间戳插入在原始序列中的时间戳之间。在图10B中示出了这种重新采样的定位数据的示例。

该重新采样过程由以下步骤来执行：在新行程的开始处，OBE产生与GPS数据接收过程所产生的第一定位相同的初始重新采样定位。在以下步骤中该第一重新采样定位被称作最新重新采样定位。然后，每次OBE接收到新GPS定位时，对该GPS定位与最新重新采样定位之间的距离进行计算。只要该距离超过某预定阈值(例如，50米)，OBE产生新重新采样定位，使得新重新采样定位与最新重新采样定位之间的距离等于阈值(即，在该示例中为50米)，并且使得新重新采样定位位于将最新接收到的GPS定位与先前产生的重新采样定位相结合的直线上。如果系统中在所有OBE中所使用的预定阈值相同，则不存在添加至定位、能够提高定位之间的相关性或定位的个性的信息，获得针对驾驶员的较高私密性级别。最后，OBE通过最新接收到的定位的时间戳与先前接收到的定位的时间戳之间的线性插值，来计算重新采样定位的时间戳。因此所产生的定位然后变成新的最新重新采样定位。重复该操作，直到行程结束。相应地，最新重新采样定位与OBE所接收到的最新GPS定位相同。

同样，存在可以考虑的其他重新采样方法。

例如，使用样条插值(即，找到与定位数据(例如，GPS定位)的序列最佳匹配的样条曲线序列)。

另一种重新采样方法可以基于以下构思：定位数据的新重新采样序列与原始序列相同，但是尽可能丢弃更多点，使得每个丢弃的点与新重新采样路径之间的距离小于某预定阈值。

将重新采样方法进行组合也是可能的。例如，在第一步骤中，可以应用重新采样方法，其中，将在实质上等距时间点处所记录的定位数据转换成与等距空间点相对应的定位数据。那么，在定位数据点的重新采样序列中，尽可能丢弃更多点，只要每个丢弃的点与所获得的新重新采样路径之间的距离小于阈值即可，以便实现任何速度信息的移除和最大压缩。

存在用于修改下文中描述的重新采样步骤的若干可能性。彼此独立地描述可能的修改，但是这些可能修改实际上可以同时应用。

第一种方式是降低定位数据(即，GPS定位)的精度，以便例如通过删除GPS定位中所包含的位置信息的最低有效数字，来将最大分辨率限制于例如1或2米。目的在于，一方面通过移除不必要的最低有效位来实现定位数据的更好压缩。另一方面，可以增加采用相同道路的两个车辆具有交叠坐标的可能性；换言之，这使得将每个定位数据点映射至公共网格的最近点。

第二种方式是每次车辆跨过小区域(即，预定区域)的边界时，重置或重新开始重新采样算法，就好像车辆刚好在小区域边界处开始新的行程一样。该操作的效果取决于重新采样算法，但是典型地，这意味着(1)定位始终在小区域边界与车辆路径之间交叉点处产生，并被馈送至重新采样算法作为正要退出的小区域中的最后定位，以及(2)新定位用作重新采样算法重新开始时车辆的新初始位置，从而也是针对区域或小区域中相应分片的第一定位。

第二(2)步骤避免了TS代理机使用两个GPS定位之间的距离恒定，来将相邻小区域中特定路线的分片相关。

第三种方式在于，重新采样算法不使用原始定位数据(即，从卫星接收到的GPS定位序列)作为输入，而是使用从通过将恒定GPS抖动偏移应用于原始序列中的每个定位而获得序列中导出的定位数据作为输入。抖动偏移可以沿着纬度和经度，和/或可以是正的和负的。只要车辆跨过小区域或区域的边界，OBE使正要退出的小区域的分片结束，随机产生新GPS抖动偏移以在新小区域中应用，并且开始新分片的产生。结合先前策略，这意味着利用先前抖动值来计算正要退出的小区域的最后定位，并且利用新抖动值来计算正要进入的小区域的第一定位。因此，分片的最后定位和下个分片的第一定位(通过构造)始终排列在小区域边界上，但是多数情况下彼此不交叠。

再次参照图2，在方法的下个步骤23中，执行结合图5和图6描述的匿名位置打包数据的产生。

图5和图6所示的子过程的主要原理是，将车辆的路线划分或分割成分片。独立地将每个单独分片的位置数据发送至TS代理，使得对于TS代理，不能够追溯属于相同车辆的那些分片。因此，针对两个相邻分片传输的数据可以是，使得两个相邻分片之间的相关性尽可能接近零。这通过重新采样步骤来实现。另外，在分片的出口处的速度值能够用于找到具有最接近于在前一分片的出口处的所述速度的初始速度。

图5和图6所示的每个分片1至6与OBE所产生的匿名位置打包数据相对应。

为了产生这些打包数据或分片，OBE应用由方形小区域组成的虚拟网格。虚拟网格的小区域的原点和大小可以通过GPS坐标来导出，使得不需要数字计算网格。例如，一个小区域可以与GPS坐标中1弧分(arc-minute)的方形相对应，即，近似1.8km宽方形。相应地，分片与完全包含在小区域中车辆路线的分段相对应(例如，在图5中，小区域31中的分片1是从(a)到(b)路线的分段，小区域32中分片2是从(b)到(c)路线的分段，小区域22中的分片3是从(c)到(d)路线的分段，以此类推，小区域14中的分片6是从(f)到(g)路线的分段)。每次车辆(例如，如图5虚线所示的行进旅程N3)跨过小区域的边界时(即，在本发明的示例中，纬度或经度的小部分发生改变)，OBE结束当前分片，并且开始产生新的分片。

OBE针对路线的每个分片产生新匿名位置打包数据。每个打包数据包含可选随机ID字段、与纬度和经度位置相对应的GPS位置数据序列、以及可选时间段字段。在图10C中示出了匿名位置打包数据的示例。

时间段字段指示收集分片期间的时间段。如上所述，TS代理不能使用该时间段来精确确定车辆处于某给定位置处的时间。该字段的目的在于，优化价格查找子过程，如果收费方案可以动态更新价格清单，则需要该字段。根据需要选择大的时间段，以实现期望的私密性级别，尽管时间段通常取决于收费方案施加于OBE以执行报单的最大延迟。有利地，经过分片期间的时间间隔完全包含在特定时间段内。此外，典型地，针对相同路线的所有位置打包数据可以包含相同时间段值。

随机ID字段包含OBE所产生的随机值。如果TS代理没有立即用要支付的价格来应答，则该字段是必要的。在这种情况下，OBE稍后使用该随机ID来稍后请求与其已经提交的每个分片相对应的价格。

GPS位置数据序列从除了时间戳以外的所获得的GPS定位集合中产生，即，与重新采样过程所产生的路线分片相对应的位置数据。注意，位置打包数据中的坐标可以并不正好与重新采样过程所报告的坐标相同。为了防止TS代理在传输过程期间将两个数链接至相同车辆，应用一些计数器策略，在本文献中的下文中进一步详细描述计数器策略。然而，以下说明仅是示例性的，这是由于也可以采用目前已知和以后开发的其他适合的数据传输方案。

在产生匿名位置打包数据之后，OBE临时将匿名位置打包数据存储在其如图4所示的存储器50中。这是为了保持这些数据准备用于传输过程。此外，如后续将讨论的，结合固定实体或TS代理所提供的费用信息，基于这些与行进的旅程相对应的存储数据，在OBE中进行费用计算过程。

此外，OBE还将从打包数据中剥离的时间戳集合存储在分离数据库中，并且将它们与打包数据的随机ID相关联，以供后续获取，从而在根据所传送的价格计算相应费用时使得能够考虑日时间。换言之，可以在计算费用时而不是将旅程报告给TS代理时考虑日时间。在图10D中使出了OBE所存储的这种时间戳的示例，其中一个时间戳具有随机ID数据。

现在结合图6详细说明图2的步骤25。

在产生匿名位置打包数据1至6之后，OBE将这些匿名位置打包数据传输至固定实体或TS代理，以获得继而要应用于每个分片的价格。为了不向TS代理透露与进行了一段行程的时间段有关的精确时间信息，在任意时间量之后可以开始传输过程。这样的延迟可以取决于针对TS代理收费方案所施加的时间约束和其他实现约束。例如，收费方案可以要求至少在后续两日内进行所行进的路线的报单。同样，可以不按顺序发送打包数据，可以混合来自不同日的行程，以及针对每个打包数据可以使用不同延迟。

如图6所示，属于在第1日进行的行程的邻近或连贯的分片1至6在产生之后并不立即被传输至固定实体，而是进行存储。然后，在第2日，按照随机顺序且以第1日的传输时间段期间的任意延迟来传输分片1至6，在本发明的示例中，任意延迟与第2日的24小时相对应。

然而，由于固定系统将收费费用信息传递至已经发送所述打包数据或分片的OBE，因此识别打包数据的发起方的另一种可能性再次降低单独用户的私密性。为了防止跟踪信任传输分片的任何单独方，可以采用图7所示结合OBE1-3和TS代理122的匿名信道120。

作为可能传输线建立的示例，OBE连接至GPRS网络并通过互联网访问TS代理。在这样建立中，一般地，该网络内的所有移动设备位于NAT(网络地址转换)服务器之后。NAT服务器允许向每个OBE分配IP地址，该IP地址在互联网地址的私有范围内(即，这些地址对于不是私有移动网络方的设备而言不可访问)。只有NAT服务器本身具有互联网可访问的IP地址。从而，只要OBE期望执行与互联网服务器(例如，TS代理)的连接，NAT开启与该服务器的连接，并且在OBE与TS代理之间来回转发所有TCP/IP分组。通过开启与TS代理的连接，NAT服务器随机保留其公共互联网地址上的端口，并且将被发送至该端口的所有TCP/IP分组转发至发起连接的OBE。这意味着如果多个OBE同时连接至TS代理，则向每个OBE分配唯一且随机的端口号，并且TS代理仅看到公共IP地址(NAT服务器的地址)，以及针对每个OBE的不同端口号。当连接关闭时，端口空闲并且可以重新用于另一OBE。随后，如果同一OBE期望连接回至TS代理，则为其分配新端口号，并且假定端口分配方案足够随机，TS代理绝不会将该连接与先前连接相关。

在这种情况下，匿名信道可以通过以下方式由OBE来构建：首先随机选择OBE存储器中的位置打包数据，并且在开启与服务器的连接且发送位置打包数据之前，应用随机延迟。在传输之后，关闭连接，并且OBE重复该过程，直到在时间段内已经传输了所有打包数据为止。假定正确选择了最大延迟，并且每个OBE应用相同策略，这意味着将针对相同车辆的位置打包数据与其他OBE的位置打包数据理想混合。

再次参照他2，由于已经结合图1说明了在步骤3中执行的“地图匹配”，因此所说明的下个步骤是在步骤40中执行的“价格查找”过程。在识别所报告的位置与哪些道路和/或门架相对应之后，TS代理从价格数据库中取回必须应用于每个道路/门架的价格的清单。定义价格数据库并由收费方案保持。价格方案将价格标识符分配给在数字地图中定义的每个道路分段ID/门架ID，该价格标识符与适于给定道路分段/门架的价格清单相对应。价格清单可以具有各种类型，例如，针对特定道路分段或门架通道的固定价格(在图10E和10F中示出的这种价格清单的示例)。另一种类型是取决于时间的固定价格，例如，高峰时间期间用于通道的特定价格。在那种情况下，当评价费用时，提供价格清单作为向日时间的每个时间段指示要使用哪个价格。其他类型考虑车辆单元(包括可能的拖车)的长度、行进的道路分段的长度、或用户的可能物理障碍。支持不同价格的其他策略也落在本发明的范围内。图10G示出了固定单一和时间可变价格的示例。

在已经识别哪个价格是适用的之后，固定实体或TS代理被配置为产生价格打包数据，该价格打包数据包含使OBE计算相应位置打包数据的费用所需的所有信息。这样的价格打包数据可以包含如地图/区域匹配过程所产生的与道路分段/门架相对应的第一定位的索引、地图/区域匹配过程所产生的道路分段的长度或针对门架的“0”、以及在价格表中使用的价格清单的标识符。

价格打包数据还可以包含价格表，该价格表包含针对在打包数据中使用的每个价格标识符的价格清单。该清单包含价格标识符以及固定价格或固定单一价格的情况下的单个价格，或者时间段列表以及可变价格或可变单一价格的情况下其适用的价格。在可变价格的情况下，清单可以覆盖在位置打包数据中报告的时间段。

在多个分段/门架指代相同价格清单的情况下，该清单是足够的，即使在价格表中仅给出一次。

在图2所示的后续步骤41中，将先前子过程中产生的价格打包数据发送至OBE，使得OBE可以计算费用，以支付路线的每个分片。这基本上以两种方式来进行。第一种方式在于，TS代理在提交匿名位置打包数据之后快速应答。在那种情况下，OBE在传输子过程期间所建立的连接保持开启，直到TS代理以价格打包数据的方式予以应答。另一种方式在于，TS代理并不立即应答。在那种情况下，在传输完成之后，OBE在传输子过程期间所建立的连接关闭。在开始费用计算过程之前，OBE可以建立与TS代理的连接，以便获得价格打包数据。为了满足驾驶员的私密性，即，不可链接性的要求，可以独立进行每次请求。即，在前述匿名信道的实现方式的情况下，OBE可以关闭每次价格打包数据请求之间的连接，并且在进行另一请求之前等待随机延迟。这使得能够获得不同端口号，并在其它OBE的请求之中混合一个OBE的请求。

这是OBE以后执行的过程，以在接收先前步骤中所产生的新价格打包数据之后估计费用。

首先，OBE被配置为从价格打包数据中提取随机ID，并且在其存储器中搜索与在匿名位置打包数据产生过程期间所存储的随机ID相关联的时间戳序列。

其次，OBE被配置为处理价格打包数据中每个道路分段/门架入口。在固定价格或固定单一价格的情况下，OBE读取价格标识符，并且使用该价格标识符从价格表中提取价格清单。然后在某计数器中对价格清单中所指示的价格(乘以当前分段的长度的价格)进行简单累加，在计算过程的开始时对该计数器进行预先重置。

第三，在可变或可变单一价格的情况下，过程是类似的，除了为了获知在价格清单中必须使用哪个价格以外，OBE首先取回与特定用于当前道路分段/门架的定位索引相对应的时间戳(使用以上步骤1中获得的表)，然后在价格表中搜索要使用的相应价格。

在完成过程之后，将所计算的费用简单输出至步骤5，步骤5包括如上结合图1所述的合计和报单的过程。

图8示出了包括在移动实体或根据这里所提出的解决方案的OBE中的一般组件的概述。如上所述，OBE被布置为采用例如GPS卫星65和用于接收GPS信号的接收装置62，获得定位数据。GPS定位的过程对于本领域技术人员而言是公知的，因此这里不进行详细描述。接收装置62可以至少包括一个或多个天线和信号放大器。为了处理和估计接收到且可以放大的信号，提供处理装置61，处理装置61可以包括中央处理单元，可编程处理器等。同样，OBE可以与已经存在于车辆中的其他设备的处理装置共享所需的处理功率，例如，OBE可以是已经存在的导航或新闻娱乐系统的硬件和/或软件形式的扩展。在这样的布置中，仅将OBE的接收装置62接收到(且放大)的定位信号传递给车辆的电子网络中的所述设备，并且随后将评价结果反馈给OBE。

OBE还可以包括连接至处理装置61的输入装置71，可以由键盘、键区、飞梭旋钮(jog-shuttle)、操纵杆或任何其他适合的用户接口组件来形成。还可以将输入装置实现为组合了图形输入和输出能力的被称作触摸屏70的触敏表面。显示器是输出装置72的特定实现方式，除了光学输出装置以外还可以包括语音输出装置。

此外，提供存储装置63，并连接至处理装置61，该存储装置63可以是闪存、硬盘或其他适当组件，以存储例如未处理的GPS数据、处理后的GPS数据、与用于划分所收集的数据的虚拟网格有关的信息等。

如结合处理装置所述，输入装置71、输出装置72和存储装置63并不强制形成根据这里所提出的解决方案的OBE的组成部分。根据车辆的种类以及存在于车辆中的导航和/或新闻娱乐系统，与存在于车辆中的其他设备或控制单元共享硬件的各种方式是可能的，并且是在本发明的范围内。

OBE的处理装置61也连接至通信装置60，通信装置60被布置为经由无线网络64与道路收费系统的固定实体进行通信。通信装置60至少包括放大器和至少一个天线。无线网络64例如可以是用于经由互联网与道路收费系统连接的GSM和UMTS网络。

图9示出了包括在根据这里所提出的解决方案的固定实体中的一般组件的概述。由无线实体经由无线网络64发送、例如经由互联网转发的数据通过固定实体的接收装置83来接收。可选地，接收装置83本身可以适于接收无线信号；然而在多数情况下，与互联网的直接连接更适当。在这些情况下，固定实体的接收装置可以是针对与互联网的宽带连接的公知接口。为了处理例如地图匹配和价格查找操作，提供处理装置80，处理装置80可以包括中央处理单元、可编程处理器、服务器、多个服务器等。多个存储装置81、82可以连接至处理装置80，并且提供针对接收数据、道路地图数据和价格信息的存储。同样存储装置81和82可以集成在处理装置80中，尤其在存在服务器或多个服务器的情况下。

总之，已经公开了针对道路计价系统的道路计价智能客户端和方法，使得能够从描述旅程的定位数据中移除提示诸如数据的发起方的行进速度和旅程之类的私密数据的信息。相应地，智能客户端和方法被配置为将路线的原始定位点重新采样成等距部分，从定位数据中移除定时信息，通过采用公共“虚拟网格”，将重新采样的路线划分成其他道路用户提供的那些定位数据而形成的分片。通过按照随机化顺序以任何延迟传输分片，与旅程的前相邻部分相对应的分片的相关性不再相关。然而，仍存在提供给收费系统的足够信息，以发送费用数据库的摘要，该摘要允许智能计价客户端或方法计算所发生的费用。

智能客户端和方法的主要优点在于，以安全和保护私密性的方式将成本高的操作授权给外部收费服务器代理。因此，不需要在客户端中存储数字地图，并且只有在必要时以保护私密性方式传输价格更新。最后，可以对智能客户端所传输的数据进行预处理和压缩，以便移除所有不必要的个人信息，从而降低电信网络上的带宽要求。此外，所提出的解决方案使得能够提高对道路使用(即，道路部分的交通高峰)的统计，而不会危及各个单独道路用户的私密性。

尽管附图和上述描述中详细示出和描述了本发明，但是这种示意和描述被认为是示意性或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

本领域技术人员根据对附图的研究、公开和所附权利要求在实践要求保护的本发明时，可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤。单个元件或其他单元可以实现权利要求中引述的多个项目的功能。在彼此不同的从属权利要求中引述特定措施的事实并不指示不能使用这些措施的组合来获得利益。

计算机程序可以存储和/或分布在适合的介质上，例如光存储介质或与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分的固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记不应视为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种在移动装置中评价包括道路的交通基础设施的至少一个使用特性的方法，所述方法包括：

在所述移动装置中，通过以下步骤对表示所述交通基础设施中移动装置所采用的路线的定位数据进行处理：

a）对定位数据重新采样，其中重新采样包括：将在等距时间点处记录的定位数据转换成与等距空间点相对应的定位数据，以及通过最新接收到的定位的时间戳与先前接收到的定位的时间戳之间的线性插值，来计算重新采样定位的时间戳，

b）产生所述重新采样的定位数据的打包数据，以及

c）对所产生的打包数据进行重排。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，产生重新采样的定位数据的单独打包数据包括：

相对于预定网格所限定的区域对所述重新采样的定位数据进行分析，其中，所述区域是地理坐标系统中预定的、标准化虚拟网格的小区域，以及

创建包括处于相同区域中的重新采样的定位数据的打包数据。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中，对所产生的打包数据进行重排的步骤包括以下中的至少一个：

移动所述打包数据，和/或

相对于时间移动所述打包数据中的每一个，尤其是移动多于一个特定行程的打包数据。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在传输给外部实体以评价交通基础设施的使用特性之前，将重排的打包数据延迟预定时间段，例如一日或多日和/或一个行程或多个行程。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

移除与每个定位数据相关联的时间信息，并且针对一个打包数据的所有定位数据，选择性地用公共时间段信息来代替所述时间信息，以使得将预定费用表与定位数据所属的路线相关联。

6.一种在固定装置中评价包括道路的交通基础设施的至少一个使用特性的方法，所述方法包括：

i）从移动装置接收定位数据，其中，定位数据由权利要求1至5中任一项所述的方法来处理；

ii）通过所述固定装置将包含在所述打包数据中的信息与包含对所述交通基础设施加以表示的信息的数据库进行匹配，所述数据库中的信息是地图信息，

iii）确定所述移动装置所采用的部分路线或通过的特定位置，

iv）将价格标识符与所述部分路线或所述路线中的特定位置相关联，以及

v）将至少一个价格标识符传输至所述移动装置。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中，在关联步骤中，与至少一个预定路线准则的时间依赖性的其他信息与所述部分路线或所述特定位置相关联。

8.根据权利要求6或7所述的方法，还包括：

通过所述移动装置接收由权利要求6或7所述的方法关联的所述至少一个传输的价格标识符，以及通过所述至少一个接收到的价格标识符评价所述部分路线。

9.根据权利要求1、2、3、4、6、7中任一项所述的方法，

其中，确定的定位数据包括卫星导航，所述卫星导航包括全球定位系统（GPS）、辅助全球定位系统（A-GPS）、和/或基于陆地的移动通信系统的全球移动通信系统（GSM）或通用移动电信系统（UMTS）。

10.一种系统中评价包括道路的交通基础设施的至少一个使用特性的移动装置，所述装置包括：

定位装置，被配置为对移动装置中的交通基础设施的定位数据进行估计；

处理装置，被配置为执行根据权利要求1至5和8之一所述的方法的步骤a）至c）；

传输装置，被配置为将重排的定位数据传输至所述系统的固定装置。

11.根据权利要求10所述的移动装置，其中，确定的定位数据包括卫星导航，所述卫星导航包括全球定位系统（GPS）、辅助全球定位系统（A-GPS）、和/或基于陆地的移动通信系统的全球移动通信系统（GSM）或通用移动电信系统（UMTS）。

12.一种系统中评价包括道路的交通基础设施的至少一个使用特性的固定装置，所述装置包括：

接收装置，被配置为接收由权利要求10所述移动装置发送的定位数据；

处理装置，被配置为执行权利要求6所述的方法的步骤ii）至iv）；

传输装置，被配置为将至少一个价格标识符传输至所述移动装置。

13.根据权利要求12所述的固定装置，其中，确定的定位数据包括卫星导航，所述卫星导航包括全球定位系统（GPS）、辅助全球定位系统（A-GPS）、和/或基于陆地的移动通信系统的全球移动通信系统（GSM）或通用移动电信系统（UMTS）。

14.一种用于评价包括道路的交通基础设施的至少一个使用特性的系统，所述系统包括：

权利要求12所限定的至少一个固定装置和权利要求10所限定的至少一个移动装置，

其中，固定装置与移动装置之间的通信被配置为使得通信路径至少部分地包括：

匿名信道，和/或

服务器，提供固定装置与移动装置之间的网络地址转换，和/或

具有洋葱路由器的网络，和/或

利用假源IP、使用用户数据报协议分组的中间混合和前向代理，和/或

对等网络，使用其他移动装置来中继移动装置的数据。

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