CN104933768B - 基于gsm基站id的高速公路路径识别通行卡及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡及识别方法，所述方法包括以下步骤：车辆进入收费站，通行卡被激活，收费员读取卡内剩余电量，将入口信息写入通行卡；车辆离开收费站进入高速公路，通行卡进入休眠状态；通行卡定时被唤醒，采集卡内当前剩余电量和当前GSM基站ID信息，将其写入双界面CPU卡，卡片休眠；车辆到达收费站出口，通行卡被激活，收费员读取卡内的入口信息、剩余电量及一系列GSM基站信息；收费软件对读取的信息进行运算，确定车辆行驶路径，并计算出应收通行费。本方案解决了车辆行驶路线的多义性路径无法精确识别的问题，对减少高速公路通行费的流失，实现通行费在各投资主体之间合理、公平的拆账清分具有重要意义。

Description

基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡及识别方法

技术领域

本发明涉及公路车辆通行领域，尤其涉及基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡及识别方法。

背景技术

目前我国高速公路一般采用封闭式联网收费系统，采用人工半自动的收费方式，即“人工判型，人工收费，计算机管理，闭路电视监视”，检测器校核的半自动方式。采用非接触式IC卡作为收费介质，即入口发通行卡并写入入口信息、车型、车牌号码，出口读取通行卡内的信息按照车型和行驶里程收取通行费或在储值卡内扣款。2014年12月26日，全国14省市高速公路ETC联网正式运行。

随着我国高速公路的不断发展，目前已建成了规模庞大、结构复杂、不同业主管理的高速公路网。各省的高速公路均已实现了全省收费联网系统，对车主来说只需在驶入时领取通行卡，驶出时一次性交费即可。对不同投资主体的高速公路来说，则由省联网收费结算中心按照车辆在不同路段行驶的里程进行清分。

由于高速公路路网的复杂性，两个收费站之间往往存在有两条或两条以上不同的行驶路径这就是所谓的高速公路多义性(二义性)路径问题。在目前我国高速公路投资主体多元化环境下，解决车辆行驶路线的多义性路径精确识别问题，对减少高速公路通行费的流失，实现通行费在各投资主体之间合理、公平的拆账清分具有重要意义。

现有技术中，公开号为CN103942956A的专利文献公开了一种应用于高速公路的车辆通行卡系统包括车辆通行卡部分和控制器部分：所述控制器部分包括控制中心和电源模块，控制中心连接有射频信号通信装置和无线信号通信装置；所述车辆通行卡部分包括卡片本身，卡片本身上设置有GPS信号接收处理模块、非接触式射频通信模块，其可以通过照片或者数据的方式来记录车牌号，并且通过GPS信号接收处理模块，通过卫星定位系统，可以记录行车轨迹，是否有超车、违规停车等行为，下高速路口的时候，自动输入计算机存储系统，方便交警或者高速公路管理部门取证。然而，其方案本身无法解决现有技术中高速公路多义性问题。

发明内容

针对背景技术中出现的问题，本发明提出基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，所述通行卡包括CPU模块、锂电池、电源管理模块，、GSM芯片、双界面CPU卡和加速度计检模块，所述双界面CPU卡通过接口和所述GSM芯片通信，所述GSM芯片采集有车辆行经高速公路的GSM基站ID信息。

优选的是，所述GSM芯片嵌入在所述双界面CPU卡中。

在上述任一方案中优选的是，所述GSM芯片采集的GSM基站ID信息包括位置区码和小区标识。

在上述任一方案中优选的是，所述CPU模块定时自动唤醒，并激活所述电源管理模块通知GSM芯片采集GSM基站ID信息并写入所述双界面CPU卡中。

在上述任一方案中优选的是，所述电源管理模块用于管理通行卡的供电模式。

在上述任一方案中优选的是，所述供电模式包括休眠模式和工作模式。

在上述任一方案中优选的是，所述加速度计检模块用于激活所述CPU模块。

在上述任一方案中优选的是，所述激活的激活方式包括高速路入口激活和出口激活。

在上述任一方案中优选的是，所述通行卡在入口激活时，非接触IC卡读写器将入口信息写入所述双界面CPU卡。

在上述任一方案中优选的是，所述入口信息包括：入口站名、入口车道、入口时间、车型、车牌号码中至少一种。

在上述任一方案中优选的是，所述通行卡在出口激活时，非接触IC卡读写器读出保存在所述通行卡内双界面CPU卡中的信息。

在上述任一方案中优选的是，，所述双界面CPU卡中的信息包括入口信息、电池剩余电量信息及一系列GSM基站ID信息。

在上述任一方案中优选的是，所述非接触IC卡读写器读出保存在所述通行卡内双界面CPU卡中的信息后，所述通行卡进入休眠模式。

在上述任一方案中优选的是，所述通行卡进一步包括无线充电模块及和所述无线充电模块相连的充电线圈。

在上述任一方案中优选的是，所述双界面CPU卡采用Mifare Pro卡。

在上述任一方案中优选的是，所述通行卡物理尺寸为85.5*54mm，厚度小于5mm。

在上述任一方案中优选的是，所述CPU模块定时自动唤醒时间间隔为30分钟。

本发明还提供了基于GSM基站ID的高速公路路径识别方法，采用如前所述的通行卡，所述方法包括以下步骤：

通行卡处于休眠状态等待发卡；

车辆进入收费站，通行卡被激活，收费员读取卡内剩余电量，将入口信息写入通行卡；

车辆离开收费站进入高速公路，通行卡进入休眠状态；

通行卡定时被唤醒，采集卡内当前剩余电量和当前GSM基站ID信息，将其写入双界面CPU卡，卡片休眠；

车辆到达收费站出口，通行卡被激活，收费员读取卡内的入口信息、剩余电量及一系列GSM基站信息；

收费软件对读取的信息进行运算，确定车辆行驶路径，并计算出应收通行费；

行车人员缴纳通行费，离开高速路，通行卡进入休眠状态。

优选的是，所述入口信息包括：入口站名、入口车道、入口时间、车型、车牌号码中至少一种。

在上述任一方案中优选的是，所述通行卡定时被唤醒的时间间隔为30分钟。

在上述任一方案中优选的是，所述GSM芯片嵌入在所述双界面CPU卡中。

在上述任一方案中优选的是，所述GSM芯片采集的GSM基站ID信息包括位置区码和小区标识。

本发明公开的方案解决了车辆行驶路线的多义性路径无法精确识别的问题，对减少高速公路通行费的流失，实现通行费在各投资主体之间合理、公平的拆账清分具有重要意义。同时本方案采用在通行卡中植入GSM芯片的方式采集GSM基站信息，利用了现有GSM基站，方案易行成本较低。

附图说明

图1为多义性路网示意图。

图2是按照本发明所实施的通行卡结构框图。

图3是根据图2所述通行卡所实施的高速公路多义性路径识别实现方法流程图。

具体实施方式

下面参照附图结合示例性的实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示为多义性路网示意图，由于高速公路路网的复杂性，两个收费站之间往往存在有两条或两条以上不同的行驶路径如图1所示，A点与I点之间存在多条行驶路径，这就是所谓的高速公路多义性(二义性)路径问题。

本发明原理：现有技术中，所有的移动网络基站(包括中国移动、中国电信、中国联通)都有它自己唯一的全球代码，这些代码包括MCC(Mobile Country Code)移动设备国家代码、MNC(Mobile Network Code)移动设备网络代码(运营商)、LAC(Location Area Code)位置区码、CELL ID(Cell Identification)小区标识等等。为解决高速公路多义性路径识别问题，我们只要将高速公路沿线的移动网络基站(本发明中采用中国移动的GSM基站)的LAC(Location Area Code)位置区码、CELL ID(Cell Identification)小区标识两个代码与相应的高速公路路段名称对应，并在在通行卡内实时存储所经过的高速公路路段的GSM基站的代码，在出站时读取卡内保存的一系列GSM基站ID信息，通过收费软件里已构建的数学模型的计算，查找对应的高速公路路段名称，即可得到车辆实际行驶路径，从而实现路径的精确识别。

通行卡的结构框图如图2所示，通行卡包括CPU模块、锂电池、电源管理模块，所述通行卡进一步包括GSM芯片、双界面CPU卡和加速度计检模块，所述双界面CPU卡通过接口和所述GSM芯片通信，所述GSM芯片采集有车辆行经高速公路的GSM基站ID信息；所述GSM芯片嵌入在所述双界面CPU卡中；所述GSM芯片采集的GSM基站ID信息包括位置区码和小区标识；所述CPU模块定时自动唤醒，并激活所述电源管理模块通知GSM芯片采集GSM基站ID信息并写入所述双界面CPU卡中；所述电源管理模块用于管理通行卡的供电模式；所述供电模式包括休眠模式和工作模式；所述加速度计检模块用于激活所述CPU模块；所述激活的激活方式包括高速路入口激活和出口激活；所述通行卡在入口激活时，非接触IC卡读写器将入口信息写入所述双界面CPU卡；所述入口信息包括：入口站名、入口车道、入口时间、车型、车牌号码中至少一种；所述通行卡在出口激活时，非接触IC卡读写器读出保存在所述通行卡内双界面CPU卡中的信息；所述双界面CPU卡中的信息包括入口信息、电池剩余电量信息及一系列GSM基站ID信息；所述非接触IC卡读写器读出保存在所述通行卡内双界面CPU卡中的信息后，所述通行卡进入休眠模式；所述通行卡进一步包括无线充电模块及和所述无线充电模块相连的充电线圈。

本方案中，在双界面CPU卡中嵌入GSM芯片，利用双界面CPU卡的接触式接口，与GSM芯片通信，接收GSM所采集的车辆行经高速公路的GSM基站ID信息，在出站时用现有的非接触式IC卡读写器经双界面CPU卡的非接触式接口，读出存储在双界面CPU卡中的车辆入口信息和一系列的GSM基站ID信息，经收费软件的计算、查找出对应的高速公路路段名称，最终得出该车辆的行驶路径及应缴纳的通行费金额。

参数设计：

1、双界面CPU卡采用符合ISO7816、ISO14443的Type A通信协议的Mifare Pro卡，卡内自带COS操作系统，COS支持PBOC全指令集，载波频率13.56MHz±7kHz，与现有的非接触式IC卡读写器兼容。

2、通行卡物理尺寸：85.5*54mm，厚度控制在5mm以内，核心板应小于上述尺寸，便于封装。

3、所采集的GSM基站ID信息包括LAC(位置区码)LAC值范围：0～65535，CID(CELLID小区标识)CID值范围：0～65535，每个基站ID信息占有4byte。示例：

3486062041。34860代表该基站的LAC编号，62041代表该基站的CID编号。

通行卡内至少要能保存100条基站ID信息。

4、通行卡平时处于休眠状态，经收费站入口时，并打开定时采集基站及剩余电量信息功能写入入口信息，又进入低功耗休眠状态，以后每隔约半小时自动唤醒，采集GSM基站的ID和本通行卡内电池的剩余电量信息，并将基站ID和电池剩余容量写入双界面CPU卡中，之后又进入低功耗休眠状态。经出口站时，读出卡内的入口站信息及一系列的GSM基站ID信息和电池剩余容量信息，通过收费软件运算、判断、比对，确定行驶路径及收费金额。在出口站将卡收回并读写结束后，并关闭定时采集基站和剩余电量信息功能，通行卡又将进入低功耗休眠状态。

5、为符合交通部制定的《全国高速公路电子不停车收费联网用户卡、ESAM文件结构和数据定义》的规定，电池剩余容量和采集到的系列GSM基站ID必须通过双界面CPU卡的接触式接点保存到双界面CPU卡内的0009文件内，该文件大小为512字节，可自由读，自由写。

6、电池剩余容量和基站ID信息格式如下

信息内容	存储地址	长度(字节)	说明
				电池剩余容量	A0～A1	2
基站数量	A2～A3	2
				基站1	A4～A7	4
基站2	A8～A11	4
				..........	...........
………	..........
				基站n	4*n～4*n+3	4

其中说明如下：

1.0009文件前2个字节表示当前卡内电池剩余容量，

2.0009文件3-4字节表示卡内当前保存的车辆已采集的基站数量；之后，每4个字节表示1个基站信息；其中，前2个字节表示基站信息LAC，后2个字节表示基站信息CELL ID，网络字节序。

3.入口发卡和出口读卡后应将0009文件的3～4字节置为0，表示当前没有任何基站信息。

通行卡在发卡后每隔30分钟应采集一次基站信息和卡内剩余电量信息并写入0009文件的规定位置；剩余电量信息每次都是将原有电量信息覆盖刷新，而基站信息则是在原有信息后叠加，即在写入新的基站信息之前，读取0009文件的3～4字节，根据“基站数量”字段，决定新的基站信息填写位置，如读出的基站数量为2时，则将写入的基站数量是3，填写的起始位置应为3*4＝12，即从存储地址12开始，填写4个字节。

4.通行卡内的锂电池容量要能支持连续工作半年以上，并能多卡同时进行无线充电。

如图3所示，为高速公路多义性路径识别实现方法流程图，步骤包括：

通行卡处于休眠状态等待发卡；

车辆进入收费站，通行卡被激活，收费员读取卡内剩余电量，将入口信息写入通行卡；

车辆离开收费站进入高速公路，通行卡进入休眠状态；

通行卡定时被唤醒，采集卡内当前剩余电量和当前GSM基站ID信息，将其写入双界面CPU卡，卡片休眠；

车辆到达收费站出口，通行卡被激活，收费员读取卡内的入口信息、剩余电量及一系列GSM基站信息；

收费软件对读取的信息进行运算，确定车辆行驶路径，并计算出应收通行费；

行车人员缴纳通行费，离开高速路，通行卡进入休眠状态。

本方法解决了车辆行驶路线的多义性路径无法精确识别的问题，对减少高速公路通行费的流失，实现通行费在各投资主体之间合理、公平的拆账清分具有重要意义。同时本方案采用在通行卡中植入GSM芯片的方式采集GSM基站信息，利用了现有GSM基站，方案易行成本较低。

为了更好地理解本发明，以上结合具体实施例对本发明作了详细说明。但是，显然可对本发明进行不同的变型和改型而不超出权利要求限定的本发明更宽的精神和范围。因此，以上实施例具有示例性而没有限制的含义。

Claims (18)

1.基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，所述通行卡包括CPU模块、锂电池、电源管理模块，其特征在于，所述通行卡进一步包括GSM芯片、双界面CPU卡和加速度计检模块，所述双界面CPU卡通过接口和所述GSM芯片通信，所述GSM芯片采集有车辆行经高速公路的GSM基站ID信息，所述GSM芯片嵌入在所述双界面CPU卡中，利用双界面CPU卡的接触式接口，与GSM芯片通信，接收GSM所采集的车辆行经高速公路的GSM基站ID信息，在出站时用现有的非接触式IC卡读写器经双界面CPU卡的非接触式接口，读出存储在双界面CPU卡中的车辆入口信息和一系列的GSM基站ID信息，所述GSM芯片采集的GSM基站ID信息包括位置区码和小区标识。

2.根据权利要求1所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述CPU模块定时自动唤醒，并激活所述电源管理模块通知GSM芯片采集GSM基站ID信息并写入所述双界面CPU卡中。

3.根据权利要求1所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述电源管理模块用于管理通行卡的供电模式。

4.根据权利要求3所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述供电模式包括休眠模式和工作模式。

5.根据权利要求1所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述加速度计检模块用于激活所述CPU模块。

6.根据权利要求5所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述激活的激活方式包括高速路入口激活和出口激活。

7.根据权利要求6所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述通行卡在入口激活时，非接触IC卡读写器将入口信息写入所述双界面CPU卡。

8.根据权利要求7所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述入口信息包括：入口站名、入口车道、入口时间、车型、车牌号码中至少一种。

9.根据权利要求6所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述通行卡在出口激活时，非接触IC卡读写器读出保存在所述通行卡内双界面CPU卡中的信息。

10.根据权利要求9所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述双界面CPU卡中的信息包括入口信息、电池剩余电量信息及一系列GSM基站ID信息。

11.根据权利要求9所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述非接触IC卡读写器读出保存在所述通行卡内双界面CPU卡中的信息后，所述通行卡进入休眠模式。

12.根据权利要求1所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述通行卡进一步包括无线充电模块及和所述无线充电模块相连的充电线圈。

13.根据权利要求1所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述双界面CPU卡采用Mifare Pro卡。

14.根据权利要求1所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述通行卡物理尺寸为85.5 *54mm，厚度小于5mm。

15.根据权利要求2所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别通行卡，其特征在于，所述CPU模块定时自动唤醒时间间隔为30分钟。

16.基于GSM基站ID的高速公路路径识别方法，采用如权利要求1至15中任一项所述的通行卡，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

通行卡处于休眠状态等待发卡；

车辆进入收费站，通行卡被激活，收费员读取卡内剩余电量，将入口信息写入通行卡；

车辆离开收费站进入高速公路，通行卡进入休眠状态；

通行卡定时被唤醒，采集卡内当前剩余电量和当前GSM基站ID信息，所述GSM芯片嵌入在所述双界面CPU卡中，将采集到的信息写入双界面CPU卡，卡片休眠；

车辆到达收费站出口，通行卡被激活，收费员读取卡内的入口信息、剩余电量及一系列GSM基站信息；

利用双界面CPU卡的接触式接口，与GSM芯片通信，接收GSM所采集的车辆行经高速公路的GSM基站ID信息，在出站时用现有的非接触式IC卡读写器经双界面CPU卡的非接触式接口，读出存储在双界面CPU卡中的车辆入口信息和一系列的GSM基站ID信息；

收费软件对读取的信息进行运算，确定车辆行驶路径，并计算出应收通行费；

行车人员缴纳通行费，离开高速路，通行卡进入休眠状态，所述GSM芯片采集的GSM基站ID信息包括位置区码和小区标识。

17.根据权利要求16所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别方法，其特征在于，所述入口信息包括：入口站名、入口车道、入口时间、车型、车牌号码中至少一种。

18.根据权利要求16所述的基于GSM基站ID的高速公路路径识别方法，其特征在于，所述通行卡定时被唤醒的时间间隔为30分钟。