CN102568045A - 一种电子收费系统中对车载设备定位的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子收费系统中对车载设备定位的方法，用以提高车载设备的定位准确度。该方法为：路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位时，将每个车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位车载设备的集合，并依次向该集合中的每个待定位车载设备发送定位指示信号，针对任一待定位车载设备，确定接收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据定位信号确定并保存该待定位车载设备的本次定位记录；否则，确定未收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果。本发明同时公开了一种电子收费系统中对车载设备定位的装置。

Description

一种电子收费系统中对车载设备定位的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种电子收费系统中对车载设备定位的方法及装置。

背景技术

在现有的多车道自由流(Multi Lane Free Flow，MLFF)收费系统中，对车载设备(On Board Unit，OBU)的定位功能一般是由路侧设备(Roadside Unit，RSU)的专用短程通信模块(Dedicated ShortRange Communication，DSRC)来完成。当安装在车道龙门架上的RSU的DSRC模块接收到OBU发射的射频信号时，根据各个DSRC模块接收到的信号强度的差别，并结合射频接收天线的方向图、安装位置等信息，计算并确定OBU的位置。

为了提高车辆通行的速度，MLFF系统采用长通信区域(即通信区域覆盖道路的长度较长)，以保证车辆有足够的通信交易时间，在同时有多辆车高速通过MLFF车道时，也能保证对OBU读写的时间。

根据传统的OBU定位方式，在每个OBU通信交易过程中，根据MLFF系统各个接收天线接收到的OBU信号功率的不同，对OBU的位置进行估算。根据OBU的交易顺序，先完成交易的OBU在距离龙门架较远处就已完成定位，而最后完成交易的OBU在距离龙门架较近的位置完成定位。但是，采用长通信区域时，先完成交易的OBU，由于距离龙门架较远，定位精度较差。例如，如附图1所示，RSU设置有接收天线1、接收天线2和接收天线3，在距离龙门架6米处，对于接收天线3来说，由于水平方向主瓣波束投影范围较小，OBU1和OBU2发射的射频信号到达接收天线3的功率差别很大，很容易准确定位OBU1和OBU2的位置；而在距离龙门架12米处，同样对于接收天线3来说，由于水平方向主瓣波束投影范围变大，OBU1和OBU2发射的射频信号到达接收天线3的功率差别很小，很难准确定位OBU1和OBU2的位置。

发明内容

本发明提供一种电子收费系统中对车载设备定位的方法及装置，用以提高车载设备的定位准确度。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种电子收费系统中对车载设备定位的方法，包括：

路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位时，将每个车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与所述上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位车载设备的集合，并依次向所述集合中的每个待定位车载设备发送定位指示信号；

针对任一所述待定位车载设备，路侧设备确定接收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据所述定位信号确定并保存该待定位车载设备的本次定位记录；否则，确定未收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果。

一种电子收费系统中对车载设备定位的装置，包括：

第一处理单元，用于对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位时，将每个车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与所述上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位车载设备的集合，并依次向所述集合中的每个待定位车载设备发送定位指示信号；

第二处理单元，用于针对任一所述待定位车载设备，确定接收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据所述定位信号确定并保存该待定位车载设备的本次定位记录；否则，确定未收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果。

基于上述技术方案，本发明实施例中，路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位时，将完成至少一次定位的车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位车载设备的集合，并依次向该集合中的每个待定位车载设备发送定位指示信息，并针对任一待定位车载设备，在接收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该定位信号确定并保存该待定位车载设备的本次定位记录，若未收到该待定位车载设备返回的定位信号，则确定该待定位车载设备已驶出通信区，并根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果，通过对车载设备进行多次定位，即在超过设定时间间隔时对车载设备进行再次定位，并记录每次定位结果信息，从而能够在车载设备驶出通信区后，根据记录的该车载设备的历史定位记录确定最终的定位结果，从而提高了对车载设备的定位准确度，有效缓解了车辆通行速度与定位精度之间的矛盾。

附图说明

图1为现有的OBU定位示意图；

图2为现有的RSU与OBU通信过程示意图；

图3为本发明实施例中RSU与OBU通信过程示意图；

图4为本发明实施例中RSU对OBU定位的方法流程图；

图5为本发明实施例中RSU整个工作流程示意图；

图6为本发明实施例中对车载设备定位的装置结构图。

具体实施方式

MLFF系统中，RSU与OBU的传统通信过程如附图2所示，可分为建立专用通信链路、交易认证、OBU定位和释放链路四个步骤。在安装OBU的车辆驶入MLFF系统的通信区域后，OBU被RSU发射天线发射的信标服务表(Beacon Service Table，BST)唤醒信号唤醒后，RSU与唤醒后的OBU建立专用通信链路，在RSU与OBU进行相互认证通过，且RSU将交易结果信息写入OBU后，RSU向该OBU发送定位指示信号，在接收到OBU返回的定位信号后，确定定位结果，并向该OBU发送链路释放信号，OBU接收到该链路释放信号后进入休眠状态，并在短时间内不再响应同一个RSU发射的信号。在车辆通行速度一定的情况下，用于OBU交易的时间基本固定，若RSU按照顺序与各OBU建立专用通信链路进行交易并定位，则先完成交易并定位的OBU，由于离龙门架较远，其定位精度较差，而后完成交易并定位的OBU，由于离龙门架较近，其定位精度较高。

本发明实施例中，为了提高对电子收费系统中车载设备的定位准确度，提供了一种电子收费系统中对车载设备定位的方法及装置。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

本发明实施例的具体思路为：如附图3所示，将RSU与OBU的通信过程分为建立专用通信链路、交易认证和OBU定位三个步骤，其中，在对OBU第一次定位后，每隔一定时间对OBU再次进行定位，即在第一次定位完成后，RSU并不释放与OBU之间的通信链路，而是间隔一定的时间间隔后再次对该OBU进行定位，直到车辆驶出通信区域。OBU若超过设定时长仍未收到RSU的信号，则自动进入休眠状态。

如附图4所示，本发明实施例中，电子收费系统中路侧设备对车载设备定位的详细方法流程如下：

步骤401：路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位时，将每个车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位车载设备的集合，并依次向该集合中的每个待定位车载设备发送定位指示信号。

其中，路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位之前，若确定存在待交易的第一车载设备，则与待交易的第一车载设备建立专用通信链路，并获取第一车载设备的安全认证信息；根据该安全认证信息对第一车载设备认证通过后获取交易结果信息，完成交易，向完成交易的第一车载设备发送定位指示信号，接收第一车载设备返回的定位信号，并根据该定位信号确定并保存第一车载设备的本次定位记录，再对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位。较佳地，RSU启动再次定位时，将除刚完成定位的第一车载设备之外的其他车载设备对应的上次定位时间分别与当前时间进行比较。

其中，路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位之前，若确定不存在待交易的车载设备，则发送BST唤醒信号，若接收到至少一个车载设备返回的唤醒响应信号，将至少一个车载设备确定为待交易的车载设备，并与该至少一个车载设备中的任一车载设备建立专用通信链路，并获取该任一车载设备的安全认证信息，根据该安全认证信息对该任一车载设备认证通过后获取交易结果信息，完成交易，向完成交易的该任一车载设备发送定位指示信号，接收该任一车载设备返回的定位信号，并根据该定位信号确定并保存该任一车载设备的本次定位记录，再对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位。

若路侧设备发送BST唤醒信号后，未收到任何车载设备返回的唤醒响应信号，则确定尚未有新的OBU驶入通信区，路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位，将每个车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前需要进行定位的待定位车载设备的集合。

实际应用中，RSU接收到OBU返回的唤醒响应信号后，与该OBU建立公共通信链路，即将该OBU确定为待交易的OBU。

本实施例中，RSU在每次发送完BST唤醒信号后，或者在与任一待交易的OBU建立专用通信链路、交易认证和定位后，对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位，将每个车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定待定位车载设备的集合。从而能够在对完成一次定位之后的OBU进行多次定位的同时，对位于通信区域中的其他OBU进行唤醒、建立专用通信链路、交易认证和首次定位，在提高对OBU定位准确度的同时，也保证整个电子收费系统的正常运行。

在一个具体实现中，在RSU中增设一定时器，用于为RSU提供时间，并针对每个完成交易的OBU设置一定位时间寄存器，用于存储该OBU最后一次定位的时间，并在每次定位时进行更新。

步骤402：针对任一待定位车载设备，路侧设备确定接收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该定位信号确定并保存该待定位车载设备的本次定位记录；否则，确定未收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果。

较佳地，路侧设备确定未接收到待定位车载设备返回的定位信号时，将该待定位车载设备对应的无响应次数增加预定值，若确定该待定位车载设备对应的无响应次数达到第一设定阈值，则根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果，并释放该待定位车载设备占用的资源(例如，通信资源和存储资源)。

具体应用中，RSU可以针对每个OBU设置一无响应次数寄存器，该寄存器用于保存OBU无响应的次数，也就是在RSU向某一OBU发送定位指示信号后，若未收到该OBU返回的定位信号，则将该OBU对应的无响应次数寄存器的值增加1，并判断该无响应次数寄存器的值是否大于或等于设定的阈值(例如，设定的阈值为5)，若是，则可确定该OBU已驶出通信区，根据记录的该OBU的历史定位记录确定该OBU的最终定位结果，并对该OBU占用的资源进行释放(例如，将对应的无响应次数寄存器清空，以及释放该OBU占用的相关存储资源)，且不再对该OBU发送定位指示信号，否则，在一定时间间隔后，仍需对该OBU进行定位。

较佳地，定位记录包括定位时间和位置信息，根据待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果的具体过程为：获取待定位车载设备最后保存的设定个数的定位记录中的位置信息，根据设定个数的定位记录中的位置信息按照设定算法确定该待定位车载设备的最终定位结果。一个具体实现中，定位记录中包含的位置信息为相对于路侧设备的参考天线所在边界线的距离。

实际应用中，根据设定个数的定位记录中的位置信息确定待定位车载设备的最终定位结果时，可以采用多种算法，例如，可以计算设定个数的定位记录中的位置信息的均值，该均值可以确定与该待定位车载设备通信的天线，将该均值确定为该待定位车载设备的最终定位结果；又例如，分别确定设定个数的定位记录中的位置信息所对应的天线标识，将确定出的设定个数的天线标识中出现次数最多的天线标识确定为最终定位结果。此处仅为举例，若实际应用中还存在其他算法能够用于根据确定历史定位记录确定车载设备的最终定位结果，本发明也将其包括在内。

例如，RSU获取针对某OBU最后三次的定位结果信息，并计算该最后三次的定位结果信息的均值，并将该均值确定为该OBU的最终定位结果。

例如，将相对于路侧设备的参考天线所在边界线的距离确定为本次定位记录中的位置信息，可以将RSU位于最左侧的第一接收天线确定为参考天线，将OBU距离该第一接收天线所在的左边界线的距离确定为位置信息，也就是说，RSU每个接收天线之间的距离固定，根据OBU与第一接收天线左边界线之间的距离即可确定该OBU当前所对应的接收天线，即确定该OBU所对应的行驶车道及对应的龙门架和拍照系统。又例如，相邻接收天线之间的距离为1米，则确定出的OBU与最左侧的第一接收天线的左边界线的距离为3.5米，则可确定该OBU对应第四接收天线。

下面结合附图5，对本发明实施例中RSU的整个工作过程进行详细说明：

步骤501：启动RSU；

步骤502：RSU发送BST唤醒信号；

步骤503：RSU判断是否接收到车载设备返回的唤醒响应信号，若是，执行步骤504，否则，执行步骤508；

步骤504：RSU获取接收到的所有唤醒响应信号携带的OBU的标识，根据该OBU标识对应的OBU确定待交易的OBU集合，将待交易的OBU集合中的任一OBU确定为待交易的第一OBU，并将该OBU从待交易的OBU集合中去除；

步骤505：RSU与第一OBU建立专用通信链路，即向第一OBU发送PrWA(Private Window Allocation，专用窗口分配)信号，并在接收到OBU返回的VST(Vehicle Service Table，车辆服务表)信号后，成功建立专用通信链路；

步骤506：RSU与第一OBU进行双向安全认证通过后获取交易结果信息，完成交易；

步骤507：在与第一OBU完成交易后，向该第一OBU发送定位指示信号，并在接收到该第一OBU的定位信号后，保存本次定位的位置信息，且为该第一OBU设置一定位时间寄存器，在该寄存器中保存第一OBU本次定位的时间；

步骤508：RSU对完成至少一次定位的OBU启动再次定位，将完成至少一次定位的每个OBU对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位OBU的集合；

步骤509：RSU依次向待定位OBU集合中的每个OBU发送定位指示信号，针对任一待定位OBU，若确定接收到该OBU返回的定位信号时，根据该定位信号确定并保存该OBU的本次定位记录，即将该OBU对应的定位时间寄存器记录的时间修改为当前时间并保存本次定位的位置信息；若未收到该OBU返回的定位信号，则将该OBU对应的无响应次数寄存器的值增加1；

步骤510：RSU获取待定位OBU集合中的每个OBU对应无响应次数寄存器保存的无响应次数，依次与设定的阈值进行比较，若大于或等于设定阈值，则确定对应的OBU已驶出通信区，根据记录的该OBU的历史定位记录确定该OBU的最终定位结果，将相应的无响应次数寄存器清空，且释放该OBU占用的通信资源，不再对该OBU发送定位指示信号；

步骤511：判断待交易的OBU集合中是否存在待交易的OBU，若存在，执行步骤512，否则，执行步骤502；

步骤512：将该待交易的OBU集合中的任一OBU确定为第一OBU，并将该OBU从待交易的OBU集合中去除，转去执行步骤505。

实际应用中，RSU与OBU进行双向安全认证，即RSU接收到该OBU返回的对RSU认证通过的确认信号时，根据获取的OBU的安全认证信息对该OBU进行认证通过后获取交易结果信息。

如附图6所示，本发明实施例中，电子收费系统中对车载设备定位的装置主要包括以下处理单元：

第一处理单元601：用于对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位时，将每个车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位车载设备的集合，并依次向该集合中的每个待定位车载设备发送定位指示信号；

第二处理单元602：用于针对任一待定位车载设备，确定接收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据定位信号确定并保存该待定位车载设备的本次定位记录；否则，确定未收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果。

基于上述技术方案，本发明实施例中，路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位时，将完成至少一次定位的车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位车载设备的集合，并依次向该集合中的每个待定位车载设备发送定位指示信息，并针对任一待定位车载设备，在接收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该定位信号确定并保存该待定位车载设备的本次定位记录，若未收到待定位车载设备集合中的某待定位车载设备返回的定位信号，则确定该待定位车载设备已驶出通信区，并根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果，通过对车载设备进行多次定位，即在超过设定时间间隔时对车载设备进行再次定位，并记录每次定位结果信息，从而能够在车载设备驶出通信区后，根据记录的该车载设备的历史定位记录确定最终的定位结果，从而提高了对车载设备的定位准确度，有效缓解了车辆通行速度与定位精度之间的矛盾。

同时，通过本发明实施例提供的方法，路侧设备可以为车道协调设备提供更为精确的OBU位置信息，从而可以配合车型识别使系统、图像抓拍系统共同完成对违规车辆的实时稽查，从而有效减少了后台软件的工作量，间接提高了稽查的效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电子收费系统中对车载设备定位的方法，其特征在于，包括：

路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位时，将每个车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与所述上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位车载设备的集合，并依次向所述集合中的每个待定位车载设备发送定位指示信号；

针对任一所述待定位车载设备，路侧设备确定接收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据所述定位信号确定并保存该待定位车载设备的本次定位记录；否则，确定未收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，路侧设备确定未收到所述待定位车载设备返回的定位信号时，包括：

将所述待定位车载设备对应的无响应次数增加预定值，若确定所述待定位车载设备对应的无响应次数达到第一设定阈值，则根据所述待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果，并释放所述待定位车载设备占用的资源。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述定位记录包括定位时间和位置信息；

根据待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果，包括：

获取对应所述待定位车载设备最后保存的设定个数的定位记录中的位置信息，根据所述设定个数的定位记录中的位置信息按照设定算法确定所述待定位车载设备的最终定位结果。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位之前，若确定存在待交易的第一车载设备，包括：

与待交易的所述第一车载设备建立专用通信链路，并获取所述第一车载设备的安全认证信息；

根据所述安全认证信息对所述第一车载设备认证通过后获取交易结果信息，完成交易；

向完成交易的所述第一车载设备发送定位指示信号，接收所述第一车载设备返回的定位信号，并根据该定位信号确定并保存所述第一车载设备的本次定位记录，再对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，路侧设备对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位之前，若确定不存在待交易的车载设备时，包括：

路侧设备发送信标服务表BST唤醒信号，若接收到至少一个车载设备返回的唤醒响应信号，将所述至少一个车载设备确定为待交易的车载设备；

与所述至少一个车载设备中的任一车载设备建立专用通信链路，并获取所述任一车载设备的安全认证信息，根据该安全认证信息对所述任一车载设备认证通过后获取交易结果信息，完成交易；

向完成交易的所述任一车载设备发送定位指示信号，接收所述任一车载设备返回的定位信号，并根据该定位信号确定并保存所述任一车载设备的本次定位记录，再对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位。

6.一种电子收费系统中对车载设备定位的装置，其特征在于，包括：

第一处理单元，用于对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位时，将每个车载设备对应的上次定位时间与当前时间进行比较，确定当前时间与所述上次定位时间的差值大于设定阈值的待定位车载设备的集合，并依次向所述集合中的每个待定位车载设备发送定位指示信号；

第二处理单元，用于针对任一所述待定位车载设备，确定接收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据所述定位信号确定并保存该待定位车载设备的本次定位记录；否则，确定未收到该待定位车载设备返回的定位信号时，根据该待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二处理单元具体用于：确定未收到所述待定位车载设备返回的定位信号时，将所述待定位车载设备对应的无响应次数增加预定值，若确定所述待定位车载设备对应的无响应次数达到第一设定阈值，则根据所述待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果，并释放所述待定位车载设备占用的资源。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述定位记录包括定位时间和位置信息；

所述第二处理单元具体用于：根据待定位车载设备的历史定位记录确定最终定位结果时，获取对应所述待定位车载设备最后保存的设定个数的定位记录中的位置信息，根据所述设定个数的定位记录中的位置信息按照设定算法确定所述待定位车载设备的最终定位结果。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元还用于对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位之前，

若确定存在待交易的第一车载设备，与待交易的所述第一车载设备建立专用通信链路，并获取所述第一车载设备的安全认证信息；

根据所述安全认证信息对所述第一车载设备认证通过后获取交易结果信息，完成交易；

向完成交易的所述第一车载设备发送定位指示信号，接收所述第一车载设备返回的定位信号，并根据该定位信号确定并保存所述第一车载设备的本次定位记录，再对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元还用于对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位之前，

若确定不存在待交易的车载设备时，发送信标服务表BST唤醒信号，若接收到至少一个车载设备返回的唤醒响应信号，将所述至少一个车载设备确定为待交易的车载设备；

与所述至少一个车载设备中的任一车载设备建立专用通信链路，并获取所述任一车载设备的安全认证信息，根据该安全认证信息对所述任一车载设备认证通过后获取交易结果信息；

向完成交易的所述任一车载设备发送定位指示信号，接收所述任一车载设备返回的定位信号，并根据该定位信号确定并保存所述任一车载设备的本次定位记录，再对完成至少一次定位的车载设备启动再次定位。

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