CN104123757A - 基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于车辆实时位置和路链匹配的城市道路拥堵收费方法，所述方法包含：步骤101)在城市路网上设置收费区域，所述收费区域的类型包含：点收费、路段收费和区域收费；步骤102)根据道路的拓扑结构和经纬度将城市路网划分为若干路链，并对划分得到的路链进行统一编号；基于设置的收费区域筛选划分城市路网得到的路链，进而得到收费路链；建立收费规则与收费路链的绑定关系，进而得到收费路链信息，其中所述收费规则包含：收费费率、折扣规则和收费时间；步骤103)将生成的收费路链信息发送至车载的收费执行模块；步骤104)车载的收费执行模块设备根据车辆实时位置数据、路网信息和收费版本数据进行相应的收费操作。

Description

基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法及系统

技术领域

本发明属于基于城市道路的拥堵收费方法，具体涉及一种基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法及系统。

背景技术

随着国内社会经济的发展和整体民生的提高，我国机动车保有量快速增长，基础设施建设也趋于饱和，这就导致了国内各大城市均出现严重的交通拥堵现象,城市交通压力业越来越大，而拥堵根源在于城市交通供求特性及其所产生的供求矛盾。因此，如何有效管理交通状况和解决现有交通拥堵问题成为了国家的重要课题。参考世界上众多大城市解决城市交通拥堵的相关解决方法，一些重要城市采用的拥堵收费的解决方法更符合国内的各种城市交通情况。新加坡，伦敦已经成功实施拥堵收费多年，交通资源得到了合理的优化和配置，交通压力得到了有效的缓解。现如今，国内很多城市已开始论证城区拥堵收费方案。

专利【201110365382.4】给出了一种利用移动定位技术获取车辆位置信息并进行拥堵收费方法；专利【201110095091.8】给出了一种利用可视电子通行证进行拥堵收费的方法。

目前车辆定位技术已相对成熟，主要包括卫星定位，蜂窝定位以及路侧设备定位等。但在对车辆定位的基础上，根据车辆实时位置和路链匹配的方式进行城市道路拥堵收费目前还是一项空白。

国外新加坡和伦敦的现有方案采用ETC或基于视频的车牌自动识别的方法进行车辆身份和路径识别。这两种方案在收费的灵活性方面存在一些不足，并且需要架设大量龙门架等设备，工程实施难度较大，并不能很好的适应中国国情。

国内虽然也提出了一些其他拥堵收费的方法，但在收费的灵活性和可靠性上还存在一些不足。

发明内容

本发明的目的在于，为克服上述问题，本发明提供一种基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于车辆实时位置和路链匹配的城市道路拥堵收费方法，所述方法包含：

步骤101)在城市路网上设置设置收费区域，其中所述收费区域类型包含：点收费、路段收费和区域收费；

步骤102)根据道路的拓扑结构和经纬度将城市路网划分为若干路链，并对划分得到的路链进行统一编号；

基于划分得到的各路链生成路链信息，且生成的路链信息包含路链的基本信息和路链间的拓扑关系；其中，所述的路链的基本信息包括：路链长度、路链起点和终点的经纬度坐标、路链类型和路链方向；

基于设置的收费区域筛选划分城市路网得到的路链，进而得到收费路链；

建立收费规则与收费路链的绑定关系，进而得到收费路链信息，其中所述收费规则包含：收费费率、折扣规则和收费时间；

步骤103)将生成的收费路链信息发送至车载的收费执行模块；

步骤104)车载的收费执行模块根据车辆实时位置数据、路网信息和收费版本数据进行相应的收费操作。

可选的，采用移动无线网路将收费路链信息发送至车载的收费执行模块。

可选的，上述步骤104)进一步包含：

步骤104-1)根据车辆的实时位置数据，进行路链匹配，即将车辆当前所在位置与划分得到的路链进行匹配，进而获得车辆当前位置所属的路链；

步骤104-2)判断车辆当前的路链是否属于收费路链，如果属于收费路链则根据收费规则与收费路链的绑定关系获得具体的收费策略和收费规则，进而依据收费规则进行收费操作，否则不进行收费操作。

可选的，上述步骤104-1)之前还包含：

将步骤102)将划分得到的路链和路链编号发送至车载的收费执行模块，进而用于车辆位置与路链的匹配操作。

可选的，通过如下路链匹配算法得到车辆实时位置数据与路链的匹配：

(1)实时采集车辆当前时刻的经纬度坐标和行驶方向角；

(2)利用采集点到路链的距离、行驶方向角与路段矢量方向差值加权的方法将该点匹配到路链上，具体步骤如下：

a、根据采集点的经纬度坐标计算车辆到路链集合中各路链间的投影距离li；

b、计算车辆的行驶方向角与路链集合中各路链矢量方向角之差

c、采用如下公式计算匹配度距离：

其中，ρ_l、分别为投影距离和方位角差值的加权系数；

d、选取h_i最小的路链R_i，若车辆到此路链R_i的投影距离l_i<L，则R_i即为车辆目前位置成功匹配的路链，否者该记录点匹配不成功；

其中，L为设定的阈值。

可选的，上述步骤104)之后还包含：将收费结果通过移动无线网络回传至后台服务器。

此外，本发明还提供了一种基于车辆实时位置和路链匹配的城市道路拥堵收费系统，所述的系统包含：

收费区域布置模块，用于在地图上设置收费处的收费类型和收费规则；其中所述的收费处包含：点收费、路段收费和区域收费；所述收费规则包括收费费率、折扣规则和收费时间；

路链划分模块，用于：根据道路的拓扑结构和经纬度划分城市路网为若干路链，并对各路链进行统一编号，再生成路链信息；其中，路链信息包含每段路链的基本信息和路链间的拓扑关系；所述基本信息包含；路链长度、路链起点和终点经纬度坐标、路链类型、路链方向；和

收费路链信息生成模块，用于基于布置的收费区域筛选路链，获得路链中需要收费的路链，并建立收费类型和收费路链的绑定关系，进而得到收费路链信息；

收费执行模块，用于实时采集车辆当前的信息，根据车辆的当前的信息将车辆目前所在的位置与路链信息中包含的路链进行匹配，当匹配成功时根据与车辆匹配链路的收费规则进行扣费处理。

可选的，上述收费区域布置模块进一步包含：

设置模块，用于根据业务需求在地图上进行点收费、路段收费和区域收费三种收费区域的设定：

其中，所述点收费为在地图上设置要收费的点；所述路段收费为在地图上设置要收费的路段；所述区域收费为在地图上设置要收费的区域；

收费规则设置模块，用于为设置的收费区域分配具体的收费规则，所述收费规则包括收费费率、折扣规则、收费时间。

总之，本发明通过将城市路网划分为路链，将各种收费策略转化为路链收费的方式，实现一种收费策略和规则灵活、收费准确度高、可靠性好且便于实施的城市道路拥堵收费方法。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

(1)本发明所提出的基于车辆实时位置和路链匹配的方式进行城市道路拥堵收费，较ETC和基于视频的拥堵收费方法，基础建设少，无需建设大量龙门架等设施，并且收费策略和规则方便灵活。

(2)本发明通过将城市路网划分为路链，并将各种收费策略下设定的收费区域转化为路链收费的方式，在保证收费策略和规则灵活、收费准确度高、可靠性好的同时，大大降低了工程难度，便于实施。

(3)本发明的收费版本文件仅保存收费路链的编号和对应的收费规则，数据量小，因此不但降低了收费版本文件下发的数据量，同时也提高了收费执行模块收费版本更新的成功率。

(4)车载的收费执行模块主要计算任务是根据车辆实时位置数据匹配路链、收费路链匹配以及收费操作等任务，计算任务相对简单、计算量小。

附图说明

图1是本发明的整体业务流程图；

图2是本发明定义的路链划分示意图；

图3是实际场景的收费点的路链转化示意图；

图4是实际场景的收费路段的路链转化示意图；

图5是实际场景的收费区域的路链转化。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述方法进行详细说明。

本发明的拥堵收费方法的主要业务流程如图1所示，

第一步，选择收费策略类型，这里的收费策略类型包括点收费、路段收费和区域收费。

第二步，设置收费区域，根据不同的收费策略，收费区域的设置方法不同。

(1)点收费：在地图上设置要收费的点(该点必须在城市路网上)；

(2)路段收费，在地图上设置要收费的路段；

(3)区域收费，在地图上设置要收费的区域(收费区域必须包含部分城市路网)。

可同时采用不同收费策略，设置多个收费区域。

第三步，设置收费规则，收费规则包括收费费率、折扣规则、收费时间等。

可对不同区域设置不同的收费规则，以适应多样化需求。

第四步，生成收费版本，

1.将收费区域转化为路链。

首先，将城市路网根据道路的拓扑结构和经纬度划分为很多不同路链，并进行统一编号，如图2所示。路链是路网的最小单位，路链信息包含该段路链的基本信息和路链间的拓扑关系，能够满足根据车辆实时位置数据实现路链匹配的要求。

其次，根据收费策略类型和所设置的收费区域，转化为对应的路链，即收费路链。

点收费：如图3所示，所设置的收费点所在路链即为收费路链。

路段收费：如图4所示，所设置的收费路段包含的全部路链即为收费路链，这样就将收费路段转化一组收费路链。

区域收费：如图5所示，根据所设置的收费区域和路链的位置信息，确定出包含在该区域的所有路链及为收费路链。

通过以上方法，可以根据不同收费策略下所设定的区域，转化为一组收费路链的编号的集合，可通过收费规则将多路链协调收费。

2.根据设定的收费区域和对应的收费规则，生成仅包含路链编号集合和对应收费规则的收费版本文件。

第五步，将生成的收费版本文件通过移动无线网路下发给车载的收费执行模块。

第六步，收费执行模块根据收费规则扣费。收费执行模块，根据车辆实时位置数据、路网信息和收费版本数据进行相应的收费操作。车辆的实时位置数据可通过卫星定位、蜂窝定位等目前较成熟的定位技术得到。具体为：

1.根据车辆实时位置数据，进行路链匹配。

(1)根据前面提到的路链划分方法，将划分为路链的城市路网地理数据保存在收费执行模块中。

(2)通过路链匹配算法，根据车辆实时位置数据将车辆实时位置匹配到对应路链上。可选的，通过如下路链匹配算法得到车辆实时位置数据与路链的匹配：

(1)实时采集车辆当前时刻的经纬度坐标和行驶方向角；

(2)利用采集点到路链的距离、行驶方向角与路段矢量方向差值加权的方法将该点匹配到路链上，具体步骤如下：

a、根据采集点的经纬度坐标计算车辆到路链集合中各路链间的投影距离li；

b、计算车辆的行驶方向角与路链集合中各路链矢量方向角之差

c、采用如下公式计算匹配度距离：

其中，ρ_l、分别为投影距离和方位角差值的加权系数；

d、选取h_i最小的路链R_i，若车辆到此路链R_i的投影距离l_i<L，则R_i即为车辆目前位置成功匹配的路链，否者该记录点匹配不成功；

其中，L为设定的阈值。

2.收费路链的匹配与收费

(1)将每次由车辆实时位置数据匹配到的路链与收费版本文件中的收费路链进行匹配。

(2)若收费路链匹配成功，则根据对应的收费规则进行收费操作；若收费路链匹配不成功，则不进行收费操作。

3.根据设定的时间间隔重复步骤1和2。

第七步，将收费结果通过移动无线网络回传至后台服务器。

此外本发明还提供一种基于车辆实时位置和路链匹配的城市道路拥堵收费系统，所述的系统包含：

收费区域布置模块，用于在地图上设置收费处的收费类型和收费规则；其中所述的收费处包含：点收费、路段收费和区域收费；所述收费规则包括收费费率、折扣规则和收费时间；

路链划分模块，用于：根据道路的拓扑结构和经纬度划分城市路网为若干路链，并对各路链进行统一编号，再生成路链信息；其中，路链信息包含每段路链的基本信息和路链间的拓扑关系；所述基本信息包含；路链长度、路链起点和终点经纬度坐标、路链类型、路链方向；

收费路链信息生成模块，用于基于布置的收费区域筛选路链，获得路链中需要收费的路链，并建立收费类型和收费路链的绑定关系，进而得到收费路链信息；和

收费执行模块，用于实时采集车辆当前的信息，根据车辆的当前的信息将车辆目前所在的位置与路链信息中包含的路链进行匹配，当匹配成功时根据与车辆匹配链路的收费规则进行扣费处理。

可选的，上述收费区域布置模块进一步包含：

设置模块，用于根据业务需求在地图上进行点收费、路段收费和区域收费三种收费区域的设定：

其中，所述点收费为在地图上设置要收费的点；所述路段收费为在地图上设置要收费的路段；所述区域收费为在地图上设置要收费的区域；

收费规则设置模块，用于为设置的收费区域分配具体的收费规则，所述收费规则包括收费费率、折扣规则、收费时间。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法，该方法用于城市道路的拥堵收费，所述方法包含：

步骤101)在城市路网上设置收费区域，所述收费区域的类型包含：点收费、路段收费和区域收费；

步骤102)根据道路的拓扑结构和经纬度将城市路网划分为若干路链，并对划分得到的路链进行统一编号；

基于划分得到的各路链生成路链信息，且生成的路链信息包含路链的基本信息和路链间的拓扑关系；其中，所述的路链的基本信息包括：路链长度、路链起点和终点的经纬度坐标、路链类型和路链方向；

基于设置的收费区域筛选划分城市路网得到的路链，进而得到收费路链；

建立收费规则与收费路链的绑定关系，进而得到收费路链信息，其中所述收费规则包含：收费费率、折扣规则和收费时间；

步骤103)将生成的收费路链信息发送至车载的收费执行模块；

步骤104)车载的收费执行模块根据车辆实时位置数据、路网信息和收费版本数据进行相应的收费操作。

2.根据权利要求1所述的基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法，其特征在于，采用移动无线网路将收费路链信息发送至车载的收费执行模块。

3.根据权利要求1所述的基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法，其特征在于，所述步骤104)进一步包含：

步骤104-1)根据车辆的实时位置数据，进行路链匹配，即将车辆当前所在位置与划分得到的路链进行匹配，进而获得车辆当前位置所属的路链；

步骤104-2)判断车辆当前的路链是否属于收费路链，如果属于收费路链则根据收费规则与收费路链的绑定关系获得具体的收费策略和收费规则，进而依据收费规则进行收费操作，否则不进行收费操作。

4.根据权利要求3所述的基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法，其特征在于，所述步骤104-1)之前还包含：

将步骤102)将划分得到的路链和路链编号发送至车载的收费执行模块，进而用于车辆位置与路链的匹配操作。

5.根据权利要求4所述的基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法，其特征在于，通过如下路链匹配算法得到车辆实时位置数据与路链的匹配：

(1)实时采集车辆当前时刻的经纬度坐标和行驶方向角；

(2)利用采集点到路链的距离、行驶方向角与路段矢量方向差值加权的方法将该点匹配到路链上，具体步骤如下：

a、根据采集点的经纬度坐标计算车辆到路链集合中各路链间的投影距离li；

b、计算车辆的行驶方向角与路链集合中各路链矢量方向角之差

c、采用如下公式计算匹配度距离：

其中，ρ_l、分别为投影距离和方位角差值的加权系数；

d、选取h_i最小的路链R_i，若车辆到此路链R_i的投影距离l_i<L，则R_i即为车辆目前位置成功匹配的路链，否者该记录点匹配不成功；

其中，L为设定的阈值。

6.根据权利要求1所述的基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费方法，其特征在于，所述步骤104)之后还包含：将收费结果通过移动无线网络回传至后台服务器。

7.一种基于车辆实时位置和路链匹配的拥堵收费系统，其特征在于，所述的系统包含：

收费区域布置模块，用于在地图上设置收费处的收费类型和收费规则；其中所述的收费处包含：点收费、路段收费和区域收费；所述收费规则包括收费费率、折扣规则和收费时间；

路链划分模块，用于：根据道路的拓扑结构和经纬度划分城市路网为若干路链，并对各路链进行统一编号，再生成路链信息；其中，路链信息包含每段路链的基本信息和路链间的拓扑关系；所述基本信息包含；路链长度、路链起点和终点经纬度坐标、路链类型、路链方向；和

收费路链信息生成模块，用于基于布置的收费区域筛选路链，获得路链中需要收费的路链，并建立收费类型和收费路链的绑定关系，进而得到收费路链信息；

收费执行模块，用于实时采集车辆当前的信息，根据车辆的当前的信息将车辆目前所在的位置与路链信息中包含的路链进行匹配，当匹配成功时根据与车辆匹配链路的收费规则进行扣费处理。

8.根据权利要求7所述的根据拥堵收费系统，其特征在于，所述收费区域布置模块进一步包含：

设置模块，用于根据业务需求在地图上进行点收费、路段收费和区域收费三种收费区域的设定：

其中，所述点收费为在地图上设置要收费的点；所述路段收费为在地图上设置要收费的路段；所述区域收费为在地图上设置要收费的区域；

收费规则设置模块，用于为设置的收费区域分配具体的收费规则，所述收费规则包括收费费率、折扣规则、收费时间。