CN103617724A - 一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统，它包括机动车、智能电子车牌、行车限流管控路段、物联网行车管控装备、数据传输线路和物联网行车管控调度中心，其特征是还包括行车实时信息交互器、行车零缴费平衡管控模块；该行车实时信息交互器设置在机动车内与智能电子车牌信号连接，行车零缴费平衡管控模块设置在物联网行车管控调度中心，物联网行车管控装备与进入行车计时计程管控路段各道口的带有智能电子车牌的机动车进行实时双向无线通信信号连接。本发明以行车缴费转行车补贴的行车“零缴费”平衡管控方式来实现城市道路被管控路段的防堵畅流，可操作性强、可靠性好和实施效能高，适用于对城市道路防堵畅流的有效管控。

Description

一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统及实现方法

技术领域

本发明属于城市交通管控技术领域，特别是涉及一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统及实现方法。

 

背景技术

现代城市车水马龙、繁花似锦，但同时也给城市道路交通管控带来了极大的挑战。众所周知，城市道路特别是主要路段的机动车堵车问题已成为城市道路交通管控的老大难问题。世界各国的专家学者和城市交管部门都在不断地深入研究和提出良方优策，从目前已提出的诸如实施城市道路行车缴费、单双号轮流出行、设置快慢车道分行、设置单行车路段、红绿灯变时调控、行车现场交通警管控指挥或上下班高峰车道临时性管制等一系列有关解决城市道路交通拥堵的解决方案或政府部门发布的行政措施来分析，各方案都还存在一定的局限性，即通用性不强，尚不能从根本上解决城市道路交通拥堵的难题，归结起来，现有解决方案普遍还存在立制较难、实施较难和推广更难的问题。

以实施城市道路行车缴费管理为例：中国专利申请201020606462.5提出了一种“城市道路拥堵收费管理系统”，该系统包括车辆数据库、数据库数据卡读写器、车辆数据卡、车辆数据卡识别器、通行显示器，车辆数据库连接数据库数据卡读写器，数据库数据卡读写器通过车辆数据卡连接车辆数据卡识别器，车辆数据卡识别器连接通行显示器，通行显示器设置在车身外，它可以数据读卡方式收费管理路经进入拥堵路段的机动车辆。为克服单项收费的不足，中国专利申请201110095091.8提出了“一种城市交通拥堵收费系统”，该系统包括安装在汽车的可视电子通行证终端、安装在交通拥堵各路口的可视电子通行证识读器并与控制中心相连，可视电子通行证识读器将拍摄到可视电子通行证终端显示的拥堵费缴费信息并传送到控制中心，它可按实际通行时间和里程实施综合计费，其收费更趋合理。为克服上述数据卡读写识别方式或光电拍摄方式误判率较高、可操作性较差的不足，中国专利申请201110365382.4提出了一种“车辆拥堵收费方法、装置和系统 ”，该系统包括接收车辆限行终端发送的服务请求，利用移动定位技术获取所述接收车辆限行终端的位置信息，与预设的收费区域信息进行比较，若位于所述收费区域内且到达所述收费时间，则向所述车辆的计费帐户中扣除拥堵费。与上述两种收费系统相比，该系统收取车辆拥堵费的装备手段更趋先进。杨志国等人在2010年《中国交通信息化》杂志公开的发表“基于物联网的车牌识别技术”一文，以及张帅在2011年《物联网》杂志公开发表的“基于物联网的高速公路车辆定位技术”一文，进一步提出了应用物联网来解决高速公路缴费管理的问题等。

以上这些行车缴费管理方案虽然具有解决城市交通拥堵的重要作用，但其实施受限的根本原因在于都还存在明显的不足：一是城市道路行车合法合理，实施城市交通拥堵缴费属于限制性管控，对缴费管控的公平性存有疑虑；二是实施城市交通拥堵缴费管控，必须有体现管控者与被管控者双方满意的科学性方案才具有可操作性，即对现有缴费管控能否解决行车流量增幅大于城市道路增幅的本质问题存有疑虑；三是尽管现有缴费管控装备比较先进，但不论机动车是主动式请求还是被动式接收缴费管控信息，均属于被管控的地位，被管控者无法向管控者提供由自身采集的实时行车信息，同时对管控者发来的缴费通知的依据等不能做到双向透明，即对缴费依据的透明度存有疑虑。

如何克服现有技术的不足已成为当今城市交通管理技术领域中亟待解决的重大难题之一。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费管控系统及实现方法，本发明不仅能够以行车缴费转行车补贴的行车“零缴费”平衡管控方式来实现城市道路被管控行车路段的防堵畅流，而且可操作性强、可靠性好和实施效能高，适用于对城市道路行车防堵畅流的有效管控。

根据本发明提出的基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统，它包括机动车、智能电子车牌、行车限流管控路段、物联网行车管控装备、数据传输线路和物联网行车管控调度中心，其中：智能电子车牌设置在机动车车头外部，物联网行车管控装备设置行车限流管控路段的各道口，物联网行车管控装备通过数据传输线路与物联网行车管控调度中心连接，物联网行车管控调度中心还与外部的机动车专用账户所在的金融服务网信号连接，其特征在于还包括行车实时信息交互器、行车零缴费平衡管控模块；所述行车实时信息交互器设置在机动车车内并与智能电子车牌信号连接，行车零缴费平衡管控模块设置在物联网行车管控调度中心，物联网行车管控装备与进入行车计时计程管控路段各道口的带有智能电子车牌的机动车进行实时双向无线通信信号连接。

根据本发明提出的基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统的实现方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，机动车启动，智能电子车牌和行车实时信息交互器转入正常工作；

步骤二，机动车到达行车限流管控路段道口，由行车实时信息交互器通过智能电子车牌接收物联网行车管控装备发给的行车限流管控路段路名信息以及由物联网行车管控调度中心提供的可选择的行车优化路线信息； 

步骤三，机动车选择行车限流管控路段行车，由智能电子车牌采集机动车的行车信息并通过行车实时信息交互器实施计时、计程和计路；

步骤四，行车实时信息交互器通过智能电子车牌将机动车在行车限流管控路段的计时、计程和计路的行车信息发送给物联网行车管控装备；

步骤五，物联网行车管控装备将接收到的机动车的计时、计程和计路的行车信息，通过数据传输线路发送到物联网行车管控调度中心的行车零缴费平衡管控模块；

步骤六，行车零缴费平衡管控模块依据物联网行车管控调度中心提供的行车限流管控路段的行车管控计费规则，对机动车提供的计时、计程和计路的行车信息进行行车缴费和行车补贴的计价与计费处理，同时将该处理结果存储于物联网行车管控调度中心的专用数据库；

步骤七，物联网行车管控调度中心将行车缴费和行车补贴的计价与计费处理结果信息，一路经由物联网行车管控装备发送给机动车的智能电子车牌，通过行车实时信息交互器存储备查和显示告知；另一路发送给外部的机动车专用账户所在的金融服务网，进行实时行车缴费或行车补贴的结算，并将该结算结果信息反馈给该机动车；

步骤八，上述步骤一至步骤七周而复始地循环运行，实施全天候的行车零缴费平衡管控。

本发明的平衡管控原理是：本发明采用行车“零缴费”平衡管控原理，即实施由行车缴费转行车补贴的行车“零缴费”平衡管控为设计理念与思路，即把城市道路行车限流管控路段科学地设置为行车缴费与行车补贴双向并重的管控路段，实现行车缴费与行车补贴的收支动态平衡，由此达到城市道路防堵畅流的平衡管控的目的。具体实现原理是：通过将机动车、智能电子车牌、行车实时信息交互器、行车限流管控路段、物联网行车管控装备、数据传输线路、行车零缴费平衡管控模块和物联网行车管控调度中心有机集成，使其成为一个具有主、被管控双方信息互动、管控透明、缴费与补贴科学合理以及可操作性强的实时运行系统，成为满足主、被管控双方均可接受的管控方案，从而在真正意义上实现对城市道路防堵畅流管控的目的。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：一是本发明根据路远与路近、路空与路忙、计程与计时等设置条件，区别行车管控路段，实施行车缴费与行车补贴双向并重的平衡管控，科学地引导行车分流出限流管控路段，以行车“零缴费”的平衡管控手段很好地解决了机动车主对缴费管控的公平性所存有的疑虑；二是本发明的行车零缴费平衡管控系统及实现方法可操作性强、可靠性好和实施效能高，完全可以平衡城市道路被管控路段的行车流量，很好地解决了对目前行车流量增幅大于城市道路增幅的本质问题存有的疑虑；三是本发明对行车管控调度中心与被管控的机动车实施双向信息互动管控，即行车管控调度中心清晰可知机动车行车信息，机动车主清晰可知被管控路段信息，很好地解决了机动车主对缴费管控信息的透明度所存有的疑虑。本发明广泛适用于对现代城市道路防堵畅流的有效管控。

 

附图说明

图1是本发明提出的基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统的结构方框示意图。

图2是本发明提出的智能电子车牌方框示意图。

图3是本发明提出的行车实时信息交互器方框示意图。

图4是本发明提出的物联网行车管控装备方框示意图。

图5是本发明提出的行车零缴费平衡管控模块方框示意图。

图6是本发明应用于某城市道路行车限流管控路段的运行实例示意图。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

结合图1，本发明提出的一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统，它包括机动车（1）、智能电子车牌（2）、行车限流管控路段（4）、物联网行车管控装备（5）、数据传输线路（6）和物联网行车管控调度中心（8），其中：智能电子车牌（2）设置在机动车（1）车头外部，物联网行车管控装备（5）设置行车限流管控路段（4）的各道口，物联网行车管控装备（5）通过数据传输线路（6）与物联网行车管控调度中心（8）连接，物联网行车管控调度中心（8）还与外部的机动车（1）专用账户所在的金融服务网信号连接，其特征在于还包括行车实时信息交互器（3）、行车零缴费平衡管控模块（7）；所述行车实时信息交互器（3）设置在机动车（1）车内并与智能电子车牌（2）信号连接，行车零缴费平衡管控模块（7）设置在物联网行车管控调度中心（8），物联网行车管控装备（5）与进入行车计时计程管控路段（4）各道口的带有智能电子车牌（2）的机动车（1）进行实时双向无线通信信号连接。

结合图2，本发明所述智能电子车牌（2）包括带有车辆编号的机动车（1）车牌以及设置在该机动车（1）车牌上的带有电子识别码的RFID信号发射/接收双向传感器；该RFID信号发射/接收双向传感器的功能作用是，一方面采集机动车（1）在行车计时计程管控路段（4）的行车时间、行车里程和行车路线的信息并发送行车实时信息交互器（3）实施计时、计程和计路；另一方面将该行车实时信息交互器（3）完成的计时、计程和计路信息发送给物联网行车管控装备（5）；再一方面接收物联网行车管控装备（5）发来的包括行车管控路段优选路线提示、行车管控路段计价、行车管控实时信息交互等在内的综合管控信息；所述RFID信号发射/接收双向传感器可选用满足智能电子车牌（2）需要的RFID标签，具体规格采用双向电子标签（有源主动式RFID）：工作频率：2.4GHz；发射功率：≤-10dBm、可调；射频接收灵敏度：-101dBm、可调；工作电压：DC3V；工作时间：工作时间可达2年；工作温度：-25℃～60℃ ；存储温度：-40℃～85℃。

结合图3，本发明所述行车实时信息交互器（3）包括由FPGA嵌入式系统集成的行车计时数据模块、行车计程数据模块、行车计路数据模块、行车实时信息交互模块、行车信息电子显示屏、数据总线、软件存储器和数据存储器；其中：所述行车计时数据模块、行车计程数据模块、行车计路数据模块和行车实时信息交互模块通过数据总线实施信号连接，又通过数据总线与软件存储器和数据存储器信号连接，行车实时信息交互模块分别与行车信息电子显示屏和智能电子车牌（2）信号连接；所述行车计时数据模块、行车计程数据模块和行车计路数据模块具有对该机动车（1）在行车计时计程管控路段（4）的行车时间、行车里程和行车路线进行分别累计处理的功能作用；所述行车实时信息交互模块具有将该机动车（1）在行车计时计程管控路段（4）的综合信息进行存储和报告的功能作用，同时还具有对接收物联网行车管控装备（5）发来的综合管控信息进行存储和提示的功能作用；行车信息电子显示屏具有实时显示该机动车（1）在行车计时计程管控路段（4）的实时行车信息和实时路段管控信息的功能作用；所述嵌入式系统可选用满足行车实时信息交互器（3）需要的基于FPGA的嵌入式系统，如Altera公司开发的Nios的16/32位嵌入式处理器。

结合图4，本发明所述物联网行车管控装备（5）为带有全向天线的RFID通信基站，该RFID通信基站具有接收智能电子车牌（2）发来的该机动车（1）的身份信息与行车信息，同时还具有将物联网行车管控调度中心（8）通过数据传输线路（6）发来的行车计时计程管控路段（4）的实时行车信息和实时路段管控信息发送给智能电子车牌（2）的功能作用；所述RFID通信基站选用电子标签基站，其中：天线接口：2路，支持全向天线和定向天线；工作频率：2.4GHz；识别定位距离：1～300m，可调；最小接收灵敏度：-101dBm；上联通信接口：10/100M以太网。

结合图5，本发明所述行车零缴费平衡管控模块（7）包括由嵌入式系统集成的管控计时数据模块、管控计程数据模块、管控计路数据模块、管控计价数据模块、管控实时信息交互模块和管控信息电子显示屏，还包括接口协议转换模块，其中：所述管控计时数据模块、管控计程数据模块和管控计路数据模块的输出分别与管控计价数据模块输入连接，管控计价数据模块输出与管控实时信息交互模块的输入连接，管控实时信息交互模块的输出与管控信息电子显示屏和接口协议转换模块连接；所述管控计时数据模块、管控计程数据模块、管控计路数据模块、管控计价数据模块和管控实时信息交互模块，一方面具有对各机动车（1）在行车计时计程管控路段（4）的行车时间、行车里程和行车路线的信息进行分别存储、单车计价以及反馈计价信息的处理功能；另一方面具有将各机动车（1）在行车计时计程管控路段（4）的行车时间、行车里程和行车路线的信息进行汇总存储、零缴费平衡管控计价以及指示行车优化路线的处理功能；再一方面具有将各机动车（1）在行车计时计程管控路段（4）的行车缴费或行车补贴的信息发送给物联网行车管控调度中心（8）的处理功能；所述管控信息电子显示屏具有实时显示行车零缴费平衡管控模块（7）对各机动车（1）在行车计时计程管控路段（4）的实时行车信息和零缴费平衡管控的计价信息；所述嵌入式系统应满足行车零缴费平衡管控模块（7）的需要，其硬件采用ATA标准的ARM 微处理器，与大容量IDE 硬盘相连； 软件采用FAT32文件系统对数据进行存储管理，如可选用基于Samsung公司S3C44B0X 构建而成的低功耗、高性能的32 位ARM处理器，该嵌入式系统的特点是成本低、效率高；采用嵌入式系统设计的行车零缴费平衡管控模块，实现1:N备份。

结合图1至5，本发明提出的基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统的实现方法，具体包括如下步骤：

步骤一，机动车（1）启动，智能电子车牌（2）和行车实时信息交互器（3）转入正常工作；

步骤二，机动车（1）到达行车限流管控路段（4）道口，由行车实时信息交互器（3）通过智能电子车牌（2）接收物联网行车管控装备（5）发来的行车限流管控路段（4）路名信息以及由物联网行车管控调度中心（8）提供的可选择的行车优化路线信息；其中：所述行车优化路线信息是指行车限流管控路段（4）的实时缴费和补贴费的管控信息；

步骤三，机动车（1）选择行车限流管控路段（4）行车，由智能电子车牌（2）采集机动车（1）的行车信息并通过行车实时信息交互器（3）实施计时、计程和计路；

步骤四，行车实时信息交互器（3）通过智能电子车牌（2）将机动车（1）在行车限流管控路段（4）的计时、计程和计路的行车信息发送给物联网行车管控装备（5）；

步骤五，物联网行车管控装备（5）将接收到的机动车（1）的计时、计程和计路的行车信息，通过数据传输线路（6）发送到物联网行车管控调度中心（8）的行车零缴费平衡管控模块（7）；其中：所述数据传输线路（6）是指交通专用通信网；

步骤六，行车零缴费平衡管控模块（7）依据物联网行车管控调度中心（8）提供的行车限流管控路段（4）的行车管控计费规则，对机动车（1）的计时、计程和计路的行车信息进行行车缴费和行车补贴的计价与计费处理，同时将该处理结果存储于物联网行车管控调度中心（8）的专用数据库；

步骤七，物联网行车管控调度中心（8）将行车缴费和行车补贴的计价与计费处理结果信息，一路经由物联网行车管控装备（5）发送给机动车（1）的智能电子车牌（2），通过行车实时信息交互器（3）存储备查和显示告知；另一路发送给外部的机动车（1）专用账户所在的金融服务网，进行实时行车缴费或行车补贴的结算，并将该结算结果信息发送给该机动车（1）；

步骤八，上述步骤一至步骤七周而复始地循环运行，实施全天候的行车零缴费平衡管控。

结合图6，以本发明提出的基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统及实现方法应用于某城市道路行车限流管控路段为例，进一步说明本发明具体运行操作的实施例：

某城市根据道路交通管控布局需要，设有ABCDEFGH路段结点的环城路一条，设有AE路段结点的东西直行路和CG路段结点的南北直行路各一条，同时，在ACEG路段结点附近各设停车场一座。如果这些路段需要进行行车零缴费平衡管控，则可应用本发明加以管控，具体管控的方法如下：

当停泊在a停车场的机动车（1）需要到行车至e停车场停泊，一是选择设有AE路段结点的东西直行路到达，二是选择有ABCDE路段结点的环城路或者有AHGFE路段结点的环城路绕行到e停车场停泊；如果选择东西向直行路行车，则需要缴费行车；如果选择环城路绕行，则可接受补贴行车。同理，停泊在其它各停车场的机动车（1）需要到相向的对方路段停车场，如果选择直行路行车，则需要缴费行车；如果选择环城路绕行，则可接受补贴行车。具体行车零缴费平衡管控方法同本发明所述实现方法的各操作步骤。

凡本发明未作说明的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统及实现方法的技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。 

Claims (7)

1.一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统，它包括机动车（1）、智能电子车牌（2）、行车限流管控路段（4）、物联网行车管控装备（5）、数据传输线路（6）和物联网行车管控调度中心（8），其中：智能电子车牌（2）设置在机动车（1）车头外部，物联网行车管控装备（5）设置行车限流管控路段（4）的各道口，物联网行车管控装备（5）通过数据传输线路（6）与物联网行车管控调度中心（8）连接，物联网行车管控调度中心（8）还与外部的机动车（1）专用账户所在的金融服务网信号连接，其特征在于还包括行车实时信息交互器（3）、行车零缴费平衡管控模块（7）；所述行车实时信息交互器（3）设置在机动车（1）车内并与智能电子车牌（2）信号连接，行车零缴费平衡管控模块（7）设置在物联网行车管控调度中心（8），物联网行车管控装备（5）与进入行车计时计程管控路段（4）各道口的带有智能电子车牌（2）的机动车（1）进行实时双向无线通信信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车缴费平衡管控系统，其特征在于智能电子车牌（2）为包括带有车辆编号的机动车（1）车牌以及设置在该机动车（1）车牌上的带有电子识别码的RFID信号发射/接收双向传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车缴费平衡管控系统，其特征在于行车实时信息交互器（3）为包括由FPGA嵌入式系统集成的行车计时数据模块、行车计程数据模块、行车计路数据模块、行车实时信息交互模块、行车信息电子显示屏、数据总线、软件存储器和数据存储器；其中：所述行车计时数据模块、行车计程数据模块、行车计路数据模块和行车实时信息交互模块通过数据总线实施信号连接，又通过数据总线与软件存储器和数据存储器信号连接，行车实时信息交互模块分别与行车信息电子显示屏和智能电子车牌（2）信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车缴费平衡管控系统，其特征在于行车零缴费平衡管控模块（7）为包括由嵌入式系统集成的管控计时数据模块、管控计程数据模块、管控计路数据模块、管控计价数据模块、管控实时信息交互模块和管控信息电子显示屏，还包括接口协议转换模块，其中：所述管控计时数据模块、管控计程数据模块和管控计路数据模块的输出分别与管控计价数据模块输入连接，管控计价数据模块输出与管控实时信息交互模块的输入连接，管控实时信息交互模块的输出与管控信息电子显示屏和接口协议转换模块连接。

5.一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统的实现方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，机动车（1）启动，智能电子车牌（2）和行车实时信息交互器（3）转入正常工作；

步骤二，机动车（1）到达行车限流管控路段（4）道口，由行车实时信息交互器（3）通过智能电子车牌（2）接收物联网行车管控装备（5）发来的行车限流管控路段（4）路名信息以及由物联网行车管控调度中心（8）提供的可选择的行车优化路线信息； 

步骤三，机动车（1）选择行车限流管控路段（4）行车，由智能电子车牌（2）采集机动车（1）的行车信息并通过行车实时信息交互器（3）实施计时、计程和计路；

步骤四，行车实时信息交互器（3）通过智能电子车牌（2）将机动车（1）在行车限流管控路段（4）的计时、计程和计路的行车信息发送给物联网行车管控装备（5）；

步骤五，物联网行车管控装备（5）将接收到的机动车（1）的计时、计程和计路的行车信息，通过数据传输线路（6）发送到物联网行车管控调度中心（8）的行车零缴费平衡管控模块（7）；

步骤六，行车零缴费平衡管控模块（7）依据物联网行车管控调度中心（8）提供的行车限流管控路段（4）的行车管控计费规则，对机动车（1）的计时、计程和计路的行车信息进行行车缴费和行车补贴的计价与计费处理，同时将该处理结果存储于物联网行车管控调度中心（8）的专用数据库；

步骤七，物联网行车管控调度中心（8）将行车缴费和行车补贴的计价与计费处理结果信息，一路经由物联网行车管控装备（5）发送给机动车（1）的智能电子车牌（2），通过行车实时信息交互器（3）存储备查和显示告知；另一路发送给外部的机动车（1）专用账户所在的金融服务网，进行实时行车缴费或行车补贴的结算，并将该结算结果信息发送给该机动车（1）；

步骤八，上述步骤一至步骤七周而复始地循环运行，实施全天候的行车零缴费平衡管控。

6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统的实现方法，其特征在于步骤二所述的行车优化路线信息是指机动车（1）在行车限流管控路段（4）的实时行车缴费或行车补贴的管控信息。

7.根据权利要求5所述的一种基于物联网的城市道路防堵畅流行车零缴费平衡管控系统的实现方法，其特征在于步骤五所述的数据传输线路（6）是指交通专用通信网。

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