CN103927792A - 高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，系统包括：双源读写器，无源天线，有源天线，桌面式发卡器，无源双频卡，有源双频卡。能同时兼容MTC人工收费方式和ETC不停车收费方式，在不取代现有高速公路收费方式的基础上真正实现了对高速公路上所有车辆进行路径识别收费功能，同时高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法的双源读写器的无源模块的通信频段为840-845MHz或者920-925MHz，也满足汽车电子标识(电子车牌)国家标准。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域和高速公路管理领域，具体涉及高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法。
技术背景
目前全国高速公路路网已逐渐形成，高速公路总里程数也已突破10万公里，跃居全球第一。相对于城市交通，高速公路路网由于统一管理，在车辆通行管理、收费、监控方面的电子化程度要高一些，比如采用了有源5.8GHz的ETC不停车收费系统等等。目前高速公路收费是有不停车收费(ETC)和人工发卡收费(MTC)两种方式混合组成的：在ETC车道上，双片式OBU车辆可以不用停车直接通过，收费信息会自动写入双片式OBU；在MTC人工收费车道上，通过IC卡直接在非接触式IC卡读写器中进行收费操作，但是这两种收费方式都无法完成路径识别。路径识别收费问题主要表现在：车辆驶入高速路网后，管理者无法判定车辆在进口和出口之间的具体行驶路线，从而缺少了按里程收取通行费的依据；另外少数道路使用者利用此漏洞对向换卡、恶意逃费，使道路维护增加了巨大成本，使管理者蒙受了巨大损失。目前在浙江、广东等省高速路网已有采用有源433MHz射频识别通行卡内装13.56MHz逻辑加密芯片的方式进行路径识别收费。然而，这种做法有三大缺陷：1.它不能和我国现有的ETC收费系统兼容，即无法对使用ETC的车辆进行路径识别；2.433MHz有源通行卡厚度较大(厚达5.5mm，而普通高速通行卡、ETC卡厚度仅为0.8mm)，不便于管理和卡片的流通存放。
经检索发现，中国专利号为200610036354.7的名为“多义性路径识别系统及其方法”、中国专利号为201210143304.4的名为“一种具有交通信息统计功能的多义性路径识别系统”、中国专利号为201120542909.1的名为“基于RFID技术的高速公路二义性路径识别系统”等一系列专利所公开的内容表明，其均无法同时兼容电子不停车收费ETC车辆和人工收费MTC进行实现高速公路路径识别收费。中国专利号为200810049573.8的名为“具有路径识别功能的电子不停车收费系统”和中国专利号为200820082560.6的名为“一种可识别多义性路径的高速公路ETC收费系统”所公开的内容表明，其虽可兼容ETC车辆实现路径识别，但却无法在大量的不加装ETC车载单元和双界面CPU卡的情况下对MTC人工收费车辆实现路径识别。所以，以上这些技术都是只顾其一，不顾其二。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，能同时兼容MTC人工收费方式和ETC不停车收费方式，真正实现了对高速公路上所有车辆进行路径识别收费功能。
本发明所采用的技术方案具体是这样实现的：
本发明提供了一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，系统包括：双源读写器，无源天线，有源天线，桌面式发卡器，无源双频卡，有源双频卡，所述双源读写器通过所述无源天线和所述有源天线向外发射带有路径标识信息的射频信号；所述桌面式发卡器用来给有源双频卡写入高速公路入口信息；所述无源双频卡用来接收和存储所述双源读写器通过无源天线发射的发送的高速公路路径标识信息，所述有源双频卡用来接收和存储所述双源读写器通过有源天线发射的高速公路路径标识信息。
优选的，所述双源读写器包括：无源UHF射频识别模块，有源UHF射频识别模块，信号容错处理器和外围电路组成。无源UHF射频识别模块与所述无源天线相连，用于对无源双频卡的读写；有源UHF射频识别模块与所述有源天线相连，用于对有源双频卡的读写。
优选的，所述双源读写器可同时兼容读写所述有源双频卡和所述无源双频卡，读写过程互不冲突。
优选的，所述双源读写器含有信号容错处理器，用于对收发的有源双频卡信息和无源双频卡信息按时序处理，保证所有信号不误读、不误写、不被丢失。
优选的，所述桌面式发卡器由UHF射频模块、UHF天线、IC卡读写模块、IC卡读写天线、微处理单元组成。其中，UHF射频模块与UHF天线连接，IC卡读写模块和IC卡读写天线连接，微处理单元45分别于UHF射频模块和IC卡读写模块连接。UHF射频模块41通过UHF天线识别有源或无缘UHF电子标签，IC卡读写模块通过IC卡读写天线识别IC卡。
优选的，所述有源双频卡由有源UHF电子标签和HF电子标签组成，其中有源UHF电子标签的通信频段为中国射频通信标准的840-845MHz或者920-925MHz，所述HF电子标签符合ISO14443标准或ISO15693标准，通信频段为13.56MHz。所述有源双频卡用于人工收费车辆的路径识别收费，并代替现有IC卡给车主使用。
优选的，所述无源双频卡由无源UHF电子标签和双界面CPU卡组成，所述超高频UHF电子标签的通信频段为适用于中国射频通信标准的840-845MHz或者920-925MHz，所述IC卡符合ISO14443标准或ISO15693标准，通信频段为13.56MHz。所述无源双频卡用于安装有OBU车载单元的车辆的路径识别收费，代替现有双界面CPU卡插入OBU车载单元卡槽内。
本发明的高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，能同时兼容MTC人工收费方式和ETC不停车收费方式，在不取代现有高速公路收费方式的基础上真正实现了对高速公路上所有车辆进行路径识别收费功能，同时高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法的双源读写器的无源模块的通信频段为840-845MHz或者920-925MHz，也满足汽车电子标识(电子车牌)国家标准。
附图说明
图1是本发明具体实施例的高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法的原理框图。
图2是本发明具体实施例的速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法的工作流程图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
10.双源读写器 11.无源UHF射频识别模块
12.有源UHF射频识别模块 13.信号容错处理器 14.外围电路
20.无源天线 30.有源天线
40.桌面式发卡器 41.UHF射频模块 42.UHF天线
43.IC卡读写模块 44.IC卡读写天线 45.微处理单元
50.无源双频卡 51.无源UHF电子标签 52.双界面CPU卡
60.有源双频卡 61.有源UHF电子标签 62.HF电子标签
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨，但本发明的实施方式并不局限于此。
图1是本发明具体实施例的高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法的原理框图。如图1所示，本发明的高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，其包括：系统包括：双源读写器10，无源天线20，有源天线30，桌面式发卡器40，无源双频卡50，有源双频卡60，所述双源读写器通过所述无源天线20和所述有源天线30向外发射带有路径标识信息的射频信号；所述桌面式发卡器40用来给有源双频卡60写入高速公路入口信息；所述无源双频卡50用来接收和存储所述双源读写器10通过无源天线20发射的发送的高速公路路径标识信息，所述有源双频卡60用来接收和存储所述双源读写器10通过有源天线30发射的高速公路路径标识信息。
所述双源读写器10包括无源UHF射频识别模块11，有源UHF射频识别模块12，信号容错处理器13和外围电路14组成。无源UHF射频识别模块11与所述无源天线20相连，用于对无源双频卡50的读写；有源UHF射频识别模块12与所述有源天线相连，用于对有源双频卡60的读写。
所述双源读写器10可同时兼容读写所述无源双频卡50和所述有源双频卡60，读写过程互不冲突。
所述双源读写器10含有信号容错处理器13，用于对收发的有源双频卡信息和无源双频卡信息按时序处理，保证所有信号不误读、不误写、不被丢失。
所述桌面式发卡器40由UHF射频模块41、UHF天线42、IC卡读写模块43、IC卡读写天线44、微处理单元45组成。其中，UHF射频模块41与UHF天线42连接，IC卡读写模块43和IC卡读写天线44连接，微处理单元45分别于UHF射频模块41和IC卡读写模块43连接。UHF射频模块41通过UHF天线42识别有源或无缘UHF电子标签，IC卡读写模块43通过IC卡读写天线44识别IC卡。
所述有源双频卡60由有源UHF电子标签61和HF电子标签62组成，其中有源UHF电子标签61的通信频段为中国射频通信标准的840-845MHz或者920-925MHz，所述HF电子标签62符合ISO14443标准或ISO15693标准，通信频段为13.56MHz。所述有源双频卡用于人工收费车辆的路径识别收费，并代替现有非接触式CPU芯片卡给车主使用。
所述无源双频卡50由无源UHF电子标签51和双界面CPU卡52组成，所述无源超高频UHF电子标签50的通信频段为适用于中国射频通信标准的840-845MHz或者920-925MHz，所述双界面CPU卡52符合ISO14443标准或ISO15693标准，通信频段为13.56MHz。所述无源双频卡用于安装有ETC车载单元的车辆的路径识别收费，并代替现有双界面CPU卡插入ETC车载单元卡槽内。
本实施例中，为了避免双源读写器10识别无源双频卡50和有源双频卡60出现的同频干扰问题，可以将双源读写器10的无源UHF射频识别模块11的工作频段设定在840-845MHz，将有源UHF射频识别模块12的工作频段设定在920-925MHz；或者将双源读写器10的无源UHF射频识别模块11的工作频段设定在920-925MHz，将有源UHF射频识别模块12的工作频段设定在840-845MHz。
避免同频干扰的解决方法还包括：将无源天线20和有源天线30安装在不同的横杆或龙门架上，如有源天线20安装在无源天线20前方50米的地方，这样就避免了无源UHF射频识别模块11发射的大功率信号对有源UHF射频识别模块21的影响；或者将无源天线20和有源天线30安装在相同的横杆或龙门架上，但是天线朝向不同，如将无源天线20平行于路面安装，有源天线30的朝向与路面形成一定的角度安装，这样也能避免同频干扰问题。
本发明的路径识别系统工作原理为：将高速公路管理系统原有的不停车自动收费ETC双界面识别卡片置换成无源双频卡50，将原有的人工收费MTC通行卡置换成有源双频卡60。将原有的人工通行收费入口发卡器和出口发卡器均置换成桌面式发卡器40，在ETC的出口车道上、及在路网互通处及需要辨别路径的地方安装双源读写器10，并升级原有的联网收费软件及拆账软件。
本发明所述的路径识别方法，分下面两种情况来实现：
1.当不停车自动收费ETC车辆通过入口车道时，原有的ETC系统的路侧单元RSU与车载单元OBU通信不变，在车辆通过装有双源读写器10的高速公路互通时，双源读写器10通过无源天线20向无源双频卡50的无源UHF电子标签51中写入当前位置标识，无源UHF电子标签51把标识顺序保持在其内存中。当车辆在通过安装双源读写器10的出口车道时，双源读写器10通过无源天线20读出写在无源UHF电子标签51内存中的路径标识信息，ETC计费系统根据路径标识信息计算当前路桥通行费用。
2.当人工收费MTC车辆通过入口车道时，收费员给车辆提供一张有源双频卡60，只有在车辆通过安装有双源读写器10的高速公路互通时，双源读写器10通过有源天线30想有源双频卡60的有源UHF电子标签61中写入当前位置标识，有源UHF电子标签61把标识顺序保持在其内存中。当车辆在通过MTC收费通道时，收费员收回入口发放的的有源双频卡60，并通过桌面式发卡器40读取有源UHF电子标签61内存中的路径标识信息，MTC计费系统根据路径标识信息计算当前路桥通行费用。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，系统包括：双源读写器，无源天线，有源天线，桌面式发卡器，无源双频卡，有源双频卡，所述双源读写器通过所述无源天线和所述有源天线识别和发射带有路径标识信息的射频信号；所述双源读写器含有信号容错处理器，用于对收发的有源双频卡信息和无源双频卡信息按时序处理，保证所有信号不误读、不误写、不被丢失；所述桌面式发卡器用来给所述有源双频卡或无源双频卡写入高速公路入口信息和读取所述有源双频卡或无源双频卡的路径标识信息及电子钱包信息；所述无源双频卡用来接收和存储所述双源读写器通过所述无源天线发射的发送的高速公路路径标识信息，所述有源双频卡用来接收和存储所述双源读写器通过所述有源天线发射的高速公路路径标识信息。
2.根据权利要求1所述的一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，其特征在于，优选的，所述双源读写器包括：无源UHF射频识别模块，有源UHF射频识别模块，信号容错处理器和外围电路组成；无源UHF射频识别模块与所述无源天线相连，用于对无源双频卡的读写；有源UHF射频识别模块与所述有源天线相连，用于对有源双频卡的读写。
3.根据权利要求1所述的一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，其特征在于，所述双源读写器可同时兼容读写所述有源双频卡和所述无源双频卡，读写过程互不冲突。
4.根据权利要求1所述的一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，其特征在于，所述桌面式发卡器由UHF射频模块、UHF天线、IC卡读写模块、IC卡读写天线、微处理单元组成，其中，UHF射频模块与UHF天线连接，IC卡读写模块和IC卡读写天线连接，微处理单元45分别于UHF射频模块和IC卡读写模块连接，UHF射频模块41通过UHF天线识别有源或无缘UHF电子标签，IC卡读写模块通过IC卡读写天线识别IC卡。
5.根据权利要求1所述的一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，其特征在于，所述有源双频卡由有源UHF电子标签和HF电子标签组成，所述有源UHF电子标签的通信频段为中国射频通信标准的840-845MHz或者920-925MHz，所述HF电子标签符合ISO14443标准或ISO15693标准，通信频段为13.56MHz，所述有源双频卡用于人工收费车辆的路径识别收费，并代替现有IC卡给车主使用。
6.根据权利要求1所述的一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，其特征在于，所述无源双频卡由无源UHF电子标签和双界面CPU卡组成，所述超高频UHF电子标签的通信频段为适用于中国射频通信标准的840-845MHz或者920-925MHz，所述双界面CPU卡卡符合ISO14443标准或ISO15693标准，通信频段为13.56MHz，所述无源双频卡用于安装有OBU车载单元的车辆的路径识别收费，代替现有双界面CPU卡插入OBU车载单元卡槽内。
7.根据权利要求1所述的一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，其特征在于，能同时兼容MTC人工收费方式和ETC不停车收费方式，在不取代现有高速公路收费方式的基础上真正实现了对高速公路上所有车辆进行路径识别收费功能，同时高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法的双源读写器的无源模块的通信频段为840-845MHz或者920-925MHz，也满足汽车电子标识(电子车牌)国家标准。
8.根据权利要求1所述的一种高速公路全功能路径识别收费双源多频读写系统及方法，其特征在于，所述的路径识别方法分下面两种情况来实现：
1)当不停车自动收费ETC车辆通过入口车道时，原有的ETC系统的路侧单元RSU与车载单元OBU通信不变，在车辆通过装有双源读写器的高速公路互通时，双源读写器通过无源天线向无源双频卡的无源UHF电子标签中写入当前位置标识，无源UHF电子标签把标识顺序保持在其内存中；当车辆在通过安装双源读写器的出口车道时，双源读写器通过无源天线读出写在无源UHF电子标签内存中的路径标识信息，ETC计费系统根据路径标识信息计算当前路桥通行费用；
2)当人工收费MTC车辆通过入口车道时，收费员给车辆提供一张有源双频卡，在车辆通过安装有双源读写器的高速公路互通时，双源读写器通过有源天线向有源双频卡的有源UHF电子标签中写入当前位置标识，有源UHF电子标签把标识顺序保持在其内存中；当车辆在通过MTC收费通道时，收费员收回入口发放的的有源双频卡，并通过桌面式发卡器读取写在有源UHF电子标签内存中的路径标识信息，MTC计费系统根据路径标识信息计算当前路桥通行费用。
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