CN103456047B - 基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统及方法，所述系统包括主控机及与其相连的路侧读写设备、自动栏杆、费额显示器、车辆队列检测传感器和车辆离开检测传感器，所述路侧读写设备包括可在车道上投射出两个或两个以上通信区的微波天线以及与其相连的天线控制器，所有通信区可同时工作。所述方法是系统根据车辆检测传感器反馈的车辆位置信号和微波天线反馈的信号构建车辆队列信息，并根据车辆队列信息与车载电子标签可用于交易的车辆进行交易处理并放行该车辆以及对车载电子标签不可用于交易或交易失败的车辆进行拦截。本发明的系统可以进一步提高对车队的整体处理效率，而且可以提高对车辆异常通行行为的捕捉准确性和及时性。

Description

基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电子不停车收费车道系统，尤其是一种基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统及方法，属于车辆不停车收费领域。

背景技术

目前，随着公路联网收费的纵深发展及用户对电子不停车收费(ElectricTollCollection，ETC)服务要求的不断提高，通行体验更佳、通行处理能力更强的ETC收费车道系统必然成为公路收费领域中的一种必然发展趋势。特别是随着ETC用户数量的递增，ETC车道出现多车跟驰的车队通行现象必趋于频繁，这无疑对ETC车道系统在车队处理效率上提出了更高的要求。然而，当前的ETC车道系统在车队处理上存有一些较为明显的不足，主要包括有：

1)在处理车队通行时，为确保系统对车队中各车的交易可靠性，需要引入一些以降低车辆处理效率和车辆通行流畅性为代价的处理措施，如通过对车辆电子标签锁定或控制天线通信范围，防止车队通行中常见的跟车干扰现象的产生等；

2)由于需要尽可能提高对车队中各车交易的可靠性，其车道上的通信区大小往往十分有限，且可能处于距离栏杆较近的位置，以致车道的整体车辆通行速度和流畅度均有所受限。

3)尽管有些ETC车道系统使用多个通信区，但处理车辆通行业务时，其通信区多使用切换或主/备的应用模式，不能使多个通信区同时工作，抑制了ETC车道系统的处理效率。

中国专利号为CN200510101197.9的发明专利公开了“一种双通信区电子不停车收费车道系统及其实现方法”以及中国专利号为CN200520067262.6的实用新型专利公开了“一种双通信区电子不停车收费车道系统”，上述系统及方法虽然通过两组不同发射角的天线构成两个通信区，并通过通信区的切换使存在跟车干扰的车队车辆在通信区范围较小和距离栏杆较近的通信区处完成，从而确保车队车辆为依次一一处理，降低跟车干扰产生的可能性，但是由于此时另一通信区处于关闭状态，即同一时间两个通信区中仅有一个通信区用于处理车辆通行业务，大大降低了系统的业务处理能力。为此，不难发现该方式仍以牺牲一定的车辆通行流畅性和处理效率为代价来保证车队处理上的可靠性。

而中国专利申请号为CN201110436201.23的发明专利申请公开了“一种交易范围可变的主备式ETC车道系统及实现方法”以及中国专利号为CN201120545078.3的实用新型专利公开了“一种交易范围可变的主备式ETC车道系统”，上述系统及方法可通过两个或两个以上路侧读写设备在电子不停车收费车道上划分出主通信区和备通信区，当车辆在主通信区内未能完成交易时，系统自动启用备用通信区与车辆完成交易，其虽可保证在部分路侧读写设备失效时，系统仍可调整为使用未失效的路侧设定设备来处理车辆的通行业务，但其本质也仅是一个通信区在完成对车辆业务的处理，车辆的可交易范围仍然受到较大的限制。

同时，上述两种现有技术均不能根据车辆在通信区中的行驶动态，检测车辆的实时状态和行进情况，对于插队、倒车、跟车、车队等复杂的行驶行为均不能给予很好的解决和支撑。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统，该系统可以进一步提高对车队的整体处理效率，而且可以提高对车辆异常通行行为的捕捉准确性和及时性。

本发明的另一目的在于提供一种基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统实现的电子不停车收费方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统，包括主控机以及与主控机连接的路侧读写设备、自动栏杆和费额显示器，其特征在于：所述路侧读写设备包括可在车道上投射出两个或两个以上通信区的微波天线以及与微波天线连接的天线控制器，所述微波天线处于常开状态，且投射的两个或两个以上通信区可同时工作；所述系统还包括用于检测车辆位置信号并向主控机反馈车辆位置信号的车辆队列检测传感器和用于检测车辆是否已离开车道的车辆离开检测传感器，所述车辆队列检测传感器和车辆离开检测传感器分别与主控机连接；所述主控机根据车辆队列检测传感器反馈的车辆位置信号和微波天线反馈的信号构建车辆队列信息，再根据车辆队列信息控制微波天线依次对车队车辆进行交易处理。

作为一种实施方案，所述系统还包括用于将路侧读写设备固定于车道上方的天线支架。

作为一种实施方案，所述微波天线投射的两个或两个以上通信区中，每两个相邻的通信区之间部分重叠或不重叠。

作为一种实施方案，所述自动栏杆设置在收费岛前端并位于车道下游最后一个通信区的后方或车道下游最后一个通信区后沿的上方。

作为一种实施方案，所述车辆队列检测传感器由一组或多组车辆检测传感器组成，所述车辆离开检测传感器由一组车辆检测传感器组成。

作为一种实施方案，每组车辆检测传感器采用至少一个车辆检测传感器构成，每个车辆检测传感器为地感线圈、地磁装置、红外装置、视频检测装置或激光装置。

作为一种实施方案，所述车辆队列检测传感器至少有一组设置在通信区内，所述车辆离开检测传感器设置在自动栏杆的正下方或后方位置。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统实现的电子不停车收费方法，其特征在于包括以下步骤：

1)当车队进入车道时，系统根据车辆队列检测传感器反馈的车辆位置信号和微波天线反馈的车载电子标签是否可用于交易信号，构建车辆队列信息，进入步骤2)；

2)系统根据车辆队列信息控制微波天线依次对车队车辆进行交易处理，若车队首车对应的车载电子标签可用于交易，进入步骤3)；否则，进入步骤4)；

3)系统与首车进行交易，在首车交易成功时，若自动栏杆处于打开状态，直接放行首车，进入步骤5)；若自动栏杆处于闭合状态，则系统控制自动栏杆打开，放行首车，进入步骤5)；在首车交易失败时，进入步骤4)；

4)若自动栏杆处于闭合状态，直接拦截首车；若自动栏杆处于打开状态，则系统控制自动栏杆闭合，拦截首车；被拦截的首车通过人工处理或从预留的空间退离车道，进入步骤5)；

5)当车队首车离开车道时，其跟驰车辆将成为新的车队首车，系统对车辆队列信息进行更新，返回步骤2)。

具体的，步骤1)所述系统构建的车辆队列信息包括车辆位置信息、车辆通行信息、车辆数量信息、车辆长度信息以及车辆对应的车载电子标签是否可用于交易信息。

具体的，步骤2)所述系统根据车辆队列信息控制微波天线依次对车队车辆进行交易处理时，微波天线在车道上投射的两个或两个以上通信区同时工作，具体体现为：当车队首车对应的车载电子标签可用于交易并在其中一个通信区中与系统进行交易的同时，系统检测位于该通信区前方的其他通信区中的车队首车的跟驰车辆对应的车载电子标签是否可用于交易。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统通过微波天线可在车道上投射出两个或两个以上的通信区，且所有通信区均可同时工作，可进一步提高对车队车辆的整体处理效率，确保未交易车辆在车载标签可用于交易时及时给予交易处理，而无需通信区切换，从而促使车道车辆通行更为流畅。

2、本发明的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统通过获知进入车道车队中可交易车辆及未能交易车辆的位置，确保车队车辆整体交易的可靠性，即在确保车队车辆高效处理前提下，不会出现误放行车辆或误拦截车辆的问题。

3、本发明的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统通过车辆检测传感器的合理布设提高对通行车辆状态及位置的动态和精确检测，从而提高对车辆异常通行行为的捕捉准确性和及时性。

附图说明

图1为本发明实施例1的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统结构示意图。

图2为本发明实施例1的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统实现的电子不停车收费方法的流程示意图。

具体实施方式

实施例1：

在本实施例中，采用两组路侧读写设备在车道上投射出两个通信区，车辆队列检测传感器采用七组车辆检测传感器组成，车辆离开检测传感器采用一组车辆检测传感器组成，每组车辆检测传感器均采用一个地感线圈构成，所述天线支架采用立柱。

如图1所示，本实施例的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统包括主控机1、立柱2、第一组路侧读写设备3、第二组路侧读写设备4、自动栏杆5、费额显示器6、第一组车辆检测传感器7、第二组车辆检测传感器8、第三组车辆检测传感器9、第四组车辆检测传感器10、第五组车辆检测传感器11、第六组车辆检测传感器12、第七组车辆检测传感器13和第八组车辆检测传感器14，所述第一组车辆检测传感器7、第二组车辆检测传感器8、第三组车辆检测传感器9、第四组车辆检测传感器10、第五组车辆检测传感器11、第六组车辆检测传感器12和第七组车辆检测传感器13组成车辆队列检测传感器，所述第八组车辆检测传感器14组成车辆离开检测传感器，所述立柱2上设置有前悬臂15和后悬臂16，所述前悬臂15和后悬臂16均位于车道上方。

所述主控机1是整个车道系统的控制核心，其与第一组路侧读写设备3、第二组路侧读写设备4、自动栏杆5、费额显示器6、第一组车辆检测传感器7、第二组车辆检测传感器8、第三组车辆检测传感器9、第四组车辆检测传感器10、第五组车辆检测传感器11、第六组车辆检测传感器12、第七组车辆检测传感器13和第八组车辆检测传感器14连接，用于根据整个系统的业务处理流程完成对这些设备的控制及信息交互操作。

所述第一组路侧读写设备3包括第一微波天线以及与第一微波天线连接的第一天线控制器，所述第二组路侧读写设备4包括第二微波天线以及与第二微波天线连接的第二天线控制器；所述第一组路侧读写设备3安装在前悬臂15上，所述第二组路侧读写设备4安装在后悬臂16上，所述第一微波天线和第二微波天线可分别在车道上投射出第一通信区17和第二通信区18，所述第一通信区17位于第二通信区18前方并与第二通信区18部分重叠，在第一微波天线或第二微波天线进行检测到车辆对应的车载电子标签可用于交易时，在第一通信区17或第二通信区18内进行交易；所述第一通信区17和第二通信区18可同时工作，如某一车辆对应的车载电子标签可用于交易时，在第二通信区18内通过第二微波天线与系统进行交易，同时在第一通信区17内通过第一微波天线检测该车辆的跟驰车辆对应的车载电子标签是否可用于交易。

所述自动栏杆5设置收费岛前端，并位于第二通信区18后方，用于放行交易成功的车辆，以及对交易失败或误入的车辆进行落杆拦截。

所述第一组车辆检测传感器7设置在第一通信区17前方位置，所述第二组车辆检测传感器8、第三组车辆检测传感器9、第四组车辆检测传感器10和第五组车辆检测传感器11由前至后依次设置在第一通信区17内，所述第六组车辆检测传感器12和第七组车辆检测传感器13由前至后依次设置在第二通信区18内，所述第八组车辆检测传感器14设置在自动栏杆5的后方位置，其前沿与自动栏杆5的栏杆臂在车道平面的垂直投影大致重叠；所述第一组车辆检测传感器7、第二组车辆检测传感器8、第三组车辆检测传感器9、第四组车辆检测传感器10、第五组车辆检测传感器11、第六组车辆检测传感器12、第七组车辆检测传感器13和第八组车辆检测传感器14均可将检测到的车辆是否存在信号反馈给主控机1(每组车辆检测传感器所反馈的信号中，1表示该组车辆传感器存在车辆，若是第一组车辆检测传感器7则可以表示当前有车辆进入车道，若是第八组车辆检测传感器14则可以表示当前有车辆离开车道；0表示该组车辆传感器不存在车辆，若是第一组车辆检测传感器7则可以表示当前还没有车辆进入车道，若是第八组车辆检测传感器14则可以表示当前还没有车辆离开车道)，其中所述第一组车辆检测传感器7、第二组车辆检测传感器8、第三组车辆检测传感器9、第四组车辆检测传感器10、第五组车辆检测传感器11、第六组车辆检测传感器12和第七组车辆检测传感器13检测的车辆是否存在信号可以组成车辆位置信号，该车辆位置信号会随着车辆通行而产生变化，根据车辆位置信号的变化可以对车辆进行分隔和计算通行车辆的数量，可以知道车辆行驶的具体位置(即行驶在哪一组或哪几组车辆检测传感器上)以及判断车辆是前进还是后退，可以根据某两组车辆检测传感器之间的距离以及车辆进入这两组车辆检测传感器的时间差计算车辆的通行速度，还可以根据车辆行驶在某几组车辆检测传感器时，利用这几组车辆检测传感器间的距离和车辆检测传感器在车辆行驶方向上的宽度，估算车辆的长度。

其中，所述第一组车辆检测传感器7在车辆行驶方向上的宽度A为0.8m，所述第二组车辆检测传感器8在车辆行驶方向上的宽度C、第三组车辆检测传感器9在车辆行驶方向上的宽度E、第四组车辆检测传感器10在车辆行驶方向上的宽度G、第五组车辆检测传感器11在车辆行驶方向上的宽度I、第六组车辆检测传感器12在车辆行驶方向上的宽度K和第八组车辆检测传感器14在车辆行驶方向上的宽度O均为1m，所述第七组车辆检测传感器13在车辆行驶方向上的宽度M为2m；所述第一组车辆检测传感器7后沿与第二组车辆检测传感器8前沿之间的距离B、第二组车辆检测传感器8后沿与第三组车辆检测传感器9前沿之间的距离D、第三组车辆检测传感器9后沿与第四组车辆检测传感器10前沿之间的距离F、第四组车辆检测传感器10后沿与第五组车辆检测传感器11前沿之间的距离H、第五组车辆检测传感器11后沿与第六组车辆检测传感器12前沿之间的距离J、第六组车辆检测传感器12后沿与第七组车辆检测传感器13前沿之间的距离L、第七组车辆检测传感器13后沿与第八组车辆检测传感器14前沿之间的距离N均为2.5m；所述第一组车辆检测传感器7、第二组车辆检测传感器8、第三组车辆检测传感器9、第四组车辆检测传感器10、第五组车辆检测传感器11、第六组车辆检测传感器12、第七组车辆检测传感器13和第八组车辆检测传感器14构建的可为车辆提供业务处理的长度范围，即第一组车辆检测传感器7前沿与第八组车辆检测传感器14后沿之间的距离为25.5m；所述第一通信区17前沿与第一组路侧读写设备3之间的距离P为14.5m，所述第一组路侧读写设备3与第二组路侧读写设备4之间的距离Q为10m，所述第二通信区18前沿与第二组路侧读写设备4之间的距离R为9.5m，所述第一通信区17前沿与第二通信区18后沿的距离S约为23.5m。该车道布局设计可说是消除了车道系统的通信盲区。

如图1和图2所示，本实施例实现的电子不停车收费方法，所述自动栏杆5初始状态为闭合状态，包括以下步骤：

1)当车队进入车道(假设该车队由车辆a、车辆b和车辆c组成，进入车道的顺序依次为车辆a、车辆b和车辆c)时，系统根据车辆队列检测传感器反馈的车辆位置信号以及两个微波天线反馈的车载电子标签是否可用于交易信号，构建车辆队列信息，进入步骤2)；

2)系统根据车辆队列信息控制第一微波天线和第二微波天线依次对车队车辆进行交易处理，若第一微波天线或第二微波天线检测到车辆a的车载电子标签可用于交易，进入步骤3)；否则，进入步骤4)；

3)系统与车辆a进行交易，在车辆a交易成功时，则系统控制自动栏杆5打开，放行车辆a，进入步骤5)；在车辆a交易失败时，进入步骤4)；

4)自动栏杆5直接拦截车辆a，被拦截的车辆a通过人工处理或从预留的空间退离车道，进入步骤5)；

5)当车辆a离开车道时，其跟驰车辆b将成为新的车队首车，系统对车辆队列信息进行更新，若第一微波天线或第二微波天线检测到车辆b的车载电子标签可用于交易，进入步骤6)；否则，进入步骤7)；

6)系统与车辆b进行交易，在车辆b交易成功时，若自动栏杆5处于打开状态(说明此前车辆a交易成功)，直接放行车辆b，进入步骤8)；若自动栏杆5处于闭合状态(说明此前车辆a交易失败)，则系统控制自动栏杆5打开，放行车辆b，进入步骤8)；在车辆b交易失败时，进入步骤7)；

7)若自动栏杆5处于闭合状态(说明此前车辆a交易失败)，直接拦截车辆b；若自动栏杆5处于打开状态(说明此前车辆a交易成功)，则系统控制自动栏杆5闭合，拦截车辆b；被拦截的车辆b通过人工处理或从预留的空间退离车道，进入步骤8)；

8)当车辆b离开车道时，其跟驰车辆c将成为新的车队首车，系统对车辆队列信息进行更新，若第一微波天线或第二微波天线检测到车辆c的车载电子标签可用于交易，进入步骤9)；否则，进入步骤10)；

9)系统与车辆c进行交易，在车辆c交易成功时，若自动栏杆5处于打开状态(说明此前车辆b交易成功)，直接放行车辆c，本流程结束；若自动栏杆5处于闭合状态(说明此前车辆b交易失败)，则系统控制自动栏杆5打开，放行车辆c，本流程结束；在车辆c交易失败时，进入步骤10)；

10)若自动栏杆5处于闭合状态(说明此前车辆b交易失败)，直接拦截车辆c；若自动栏杆5处于打开状态(说明此前车辆b交易成功)，则系统控制自动栏杆5闭合，拦截车辆c；被拦截的车辆c通过人工处理或从预留的空间退离车道，本流程结束。

其中，所述车辆队列信息包括车辆位置信息、车辆通行信息(车辆前进或后退信息以及车辆通行速度信息)、车辆数量信息、车辆长度信息以及车辆对应的车载电子标签是否可用于交易信息。

实施例2：

本实施例的主要特点是：所述第一通信区17和第二通信区18之间不重叠。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例的主要特点是：所述第一组车辆检测传感器7、第二组车辆检测传感器8、第三组车辆检测传感器9、第四组车辆检测传感器10、第五组车辆检测传感器11、第六组车辆检测传感器12、第七组车辆检测传感器13和第八组车辆检测传感器14均可采用两个或两个以上的地磁装置、红外装置、视频检测装置或激光装置构成，每组车辆检测传感器在车辆行驶方向上的宽度也会有相应的变化。其余同实施例1。

以上所述，仅为本发明专利优选的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，例如可以采用三组或三组以上的路侧读写设备投射出三个或三个以上可同时工作的通信区，车辆队列检测传感器可以采用六组、八组甚至八组以上的车辆检测传感器组成等等，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统，包括主控机以及与主控机连接的路侧读写设备、自动栏杆和费额显示器，其特征在于：所述路侧读写设备包括可在车道上投射出两个或两个以上通信区的微波天线以及与微波天线连接的天线控制器，所述微波天线处于常开状态，且投射的两个或两个以上通信区可同时工作；所述系统还包括用于检测车辆位置信号并向主控机反馈车辆位置信号的车辆队列检测传感器和用于检测车辆是否已离开车道的车辆离开检测传感器，所述车辆队列检测传感器和车辆离开检测传感器分别与主控机连接；所述主控机根据车辆队列检测传感器反馈的车辆位置信号和微波天线反馈的车载电子标签是否可用于交易信号，构建车辆队列信息，再根据车辆队列信息控制微波天线依次对车队车辆进行交易处理。

2.根据权利要求1所述的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统，其特征在于：所述系统还包括用于将路侧读写设备固定于车道上方的天线支架。

3.根据权利要求1或2所述的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统，其特征在于：所述微波天线投射的两个或两个以上通信区中，每两个相邻的通信区之间部分重叠或不重叠。

4.根据权利要求1或2所述的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统，其特征在于：所述自动栏杆设置在收费岛前端并位于车道下游最后一个通信区的后方或车道下游最后一个通信区后沿的上方。

5.根据权利要求1或2所述的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统，其特征在于：所述车辆队列检测传感器由一组或多组车辆检测传感器组成，所述车辆离开检测传感器由一组车辆检测传感器组成。

6.根据权利要求5所述的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统，其特征在于：每组车辆检测传感器采用至少一个车辆检测传感器构成，每个车辆检测传感器为地感线圈、地磁装置、红外装置、视频检测装置或激光装置。

7.根据权利要求5所述的基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统，其特征在于：所述车辆队列检测传感器至少有一组设置在通信区内，所述车辆离开检测传感器设置在自动栏杆的正下方或后方位置。

8.基于车辆动态检测技术的电子不停车收费车道系统实现的电子不停车收费方法，其特征在于包括以下步骤：

1)当车队进入车道时，系统根据车辆队列检测传感器反馈的车辆位置信号和微波天线反馈的车载电子标签是否可用于交易信号，构建车辆队列信息，进入步骤2)；

2)系统根据车辆队列信息控制微波天线依次对车队车辆进行交易处理，若车队首车对应的车载电子标签可用于交易，进入步骤3)；否则，进入步骤4)；

3)系统与首车进行交易，在首车交易成功时，若自动栏杆处于打开状态，直接放行首车，进入步骤5)；若自动栏杆处于闭合状态，则系统控制自动栏杆打开，放行首车，进入步骤5)；在首车交易失败时，进入步骤4)；

4)若自动栏杆处于闭合状态，直接拦截首车；若自动栏杆处于打开状态，则系统控制自动栏杆闭合，拦截首车；被拦截的首车通过人工处理或从预留的空间退离车道，进入步骤5)；

5)当车队首车离开车道时，其跟驰车辆将成为新的车队首车，系统对车辆队列信息进行更新，返回步骤2)。

9.根据权利要求8所述的电子不停车收费方法，其特征在于：步骤1)所述系统构建的车辆队列信息包括车辆位置信息、车辆通行信息、车辆数量信息、车辆长度信息以及车辆对应的车载电子标签是否可用于交易信息。

10.根据权利要求8所述的电子不停车收费方法，其特征在于：步骤2)所述系统根据车辆队列信息控制微波天线依次对车队车辆进行交易处理时，微波天线在车道上投射的两个或两个以上通信区同时工作，具体体现为：当车队首车对应的车载电子标签可用于交易并在其中一个通信区中与系统进行交易的同时，系统检测位于该通信区前方的其他通信区中的车队首车的跟驰车辆对应的车载电子标签是否可用于交易。