CN105551102A - 一种具有路径识别功能的etc用复合式车载单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有路径识别功能的ETC用复合式车载单元。车载单元包括：MCU、GSM模块5.8G射频模块、双界面CPU卡、ESAM模块、电源模块，在车载单元内嵌入定制的专用GSM芯片，形成复合式车载单元。本发明实现多义性路径识别，无需在高速公路的路径识别点安装识别站，无需插入SIM卡，也无需向运营商缴纳任何费用，实现“走多少路，缴多少费”及在高速公路不同业主之间公平、合理的拆账、清分。

Description

一种具有路径识别功能的ETC用复合式车载单元

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，涉及一种具有路径识别功能的ETC用复合式车载单元。

背景技术

ETC（ElectronicTollCollection，电子不停车收费）系统是目前国际上主要研究和推广的自动电子收费系统，适用于高速公路以及交通繁忙的桥梁隧道环境下的车辆收费解决方案。OBU（On-BoardUnit，车载设备）是ETC系统的标准配件，用于安装在车辆的前挡风玻璃上，当车辆通过ETC车道时，OBU与RSU（RoadsideUnit，路侧单元）等设备通讯，不需停车即可完成ETC收费。目前我国高速公路的路网结构越来越复杂，环网也越来越多，投资主体多元化，同时高速公路ETC已大部分实现了全国联网。这样就需要对在高速公路行驶的车辆进行精确的路径识别，以实现在高速公路行驶的车辆“走多少路，交多少钱”，及在高速公路不同业主之间对所收取的通行费实现公平、合理的清分和拆帐。路径识别技术是目前智能化交通领域的重要课题，不仅可以实现车辆和道路管理的信息化智能化，能有效提高交通效率并节约交通能源，而且对通行费额的计算和通行费的精确拆分有重要意义。目前我国高速公路ETC采用的路径识别方法是在路径识别点架设龙门架，上面按每车道安装一个5.8G的微波天线（RSU），在装有ETC专用车载单元（OBU）的车辆经过时，将标识站的编码写入OBU和插入OBU的CPU卡内，来实现路径识别，存在着需要在高速公路的路径识别点安装识别站。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，在车载单元内嵌入定制的专用GSM芯片，形成复合式车载单元（composieon-boardunit,简称C-OBU）利用采集到的所经过的高速公路沿途的GSM基站的LAC和CELLID代码，就可进行路径识别而无需在高速公路的路径识别点安装识别站。

本发明提供了一种具有路径识别功能的ETC用车载单元，包括MCU、5.8G射频模块、双界面CPU卡、ESAM模块、电源模块，其特征在于，还包括GSM模块；MCU控制着车载单元的工作流程，协调各模块的协同工作；GSM模块连接MCU，采集GSM基站信息；5.8G射频模块连接MCU，采集设置于龙门架上的路侧单元发送的信息；双界面CPU卡双界面CPU卡存储用户电子钱包、高速公路进出站信息及交易记录；ESAM模块与所述路侧单元的相互认证；电源模块提供电力。

优选地是，电源模块包括高容量的磷酸铁锂电池、太阳能充电板及电源管理芯片，电源管理芯片连接MCU，磷酸铁锂电池连接电源管理芯片，太阳能充电板连接磷酸铁锂电池。

优选地是，还包括防拆卸模块，防拆卸模块具有机械触点和软件触发的双重防拆判断机制，能有效地防止车载单元从所安装的车辆上非法拆卸及车载单元本身的非法开盖，确保设备正常、安全、可靠的工作。

优选地是，还包括加速度传感器，加速度传感器用于激活车载单元。

优选地是，还包括显示模块，显示模块采用OLED液晶屏。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：多种技术手段搭配使用，基本解决了MTC车道及ETC车道入口车辆的多义性路径识别问题，实现路径的精确识别，做到“走多少路，缴多少费”及在高速公路不同业主之间公平、合理的拆账、清分，只需要现有的ETC路径标识设备即可同时对MTC和ETC车辆进行路径标识，充分利用通信网络中的GSM基站，就可实现多义性路径识别，而无需在高速公路的路径识别点安装识别站。节约了建设费用，方便了用户，提高了高速公路收费处车辆通行效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的具有路径识别功能的ETC用车载单元结构图。

图2是根据一示例性实施例示出的电源模块结构图。

图3是根据一示例性实施例示出的具有路径识别功能的ETC用车载单元结构图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在进行实施例描述之前，需要说明的是，为了说明的方便及具体化，本组实施例面向具有路径识别功能的ETC用车载单元，但并不仅限于实施例中列举所限定的范围。

以下示例性实施例中的具有路径识别功能的ETC用车载单元仅仅是示例性描述，与ETC具有相同特点的其他也同样适用。

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(MobileCountryCode)移动设备国家代码、MNC(MobileNetworkCode)移动设备网络代码(运营商)、LAC(LocationAreaCode)位置区码、CELLID(CellIdentification)小区标识码等等。为解决高速公路多义性路径识别问题，只要将高速公路沿线的移动网络基站的LAC(LocationAreaCode)位置区码和CELLID(CellIdentification)小区标识码与相应的高速公路路段名称对应。当装有本车载单元（composieon-boardunit，C-OBU）的车辆在高速公路行驶时，定时采集GSM基站的LAC和CELL-ID，并保存在车载单元（C-OBU）和双界面CPU卡内，在驶离高速公路时，无论是走ETC车道还是走MTC车道，均可读出保存在C-OBU或双界面CPU卡内的一系列GSM基站的LAC和CELLID信息，通过收费系统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，做到“走多少路，缴多少费”及在高速公路不同业主之间公平、合理的拆账、清分。

图1是本发明实施例所述的具有路径识别功能的ETC用车载单元结构图。车载单元C-OBU是一种复合式，车载单元包括MCU1、GSM模块2、5.8G射频模块3、双界面CPU卡4、ESAM模块5。

MCU1为微处理器模块，MCU是车载单元C-OBU的核心模块，装载有固件程序，控制着车载单元C-OBU的工作流程，协调各模块的协同工作。由于车载单元C-OBU需要远程与RSU（路侧单元）及GSM基站进行数据交换，必须在有源模式下工作，因此在设计时要考虑C-OBU的低功耗问题，C-OBU的微处理器选择低功耗的MCU。MCU为51单片机、MSP430单片机、AVR单片机、ARM系列等。

GSM模块2为定制的专用GSM芯片。通用GSM芯片功能强大，包括了通话、短信收发、MP3、GPS定位等诸多功能，而且必须插入SIM卡，向运营商缴纳费用才能工作。另外功耗也很大，价格高，不适合在C-OBU里采用。专门设计了专用GSM芯片，只具备采集GSM基站LAC和CELLID信息功能，无需插入SIM卡，也无需向运营商缴纳任何费用既能正常工作，功耗成本大大降低。实现在现有ETC用车载单元中嵌入定制的GSM芯片，形成ETC用复合式车载单元（C-OBU）。

5.8G射频模块3将5.8G的高频信号解调到基带或者将基带信号调制至5.8G的高频，基于5.8GHz频段专用短距离通讯(DSRC)技术,采用了“两片式电子标签+双界面CPU卡”的技术方案，完全兼容现有的ETC用车载单元（OBU）,遵循国家标准《GB/T20851电子收费专用短程通信》及《收费公路联网电子不停车收费技术要求》（交通运输部2011年第13号）。

双界面CPU卡4存储用户电子钱包、高速公路进出站信息及交易记录等，具有接触和非接触两个和外界进行信息交换的界面，当车辆走ETC车道时，它通过接触界面和C-OBU的微处理器进行信息交换，如果车辆走的是MTC(人工收费)车道，则双界面CPU卡通过非接触界面和收费岗亭内的非接触式读卡器进行信息交换。

ESAM模块5主要是用来与RSU的相互认证、存储系统和车辆信息，确保交易安全可靠，符合PBOC2.0规范。

电源模块7提供电力。

图2是本发明实施例所述的电源模块结构图。电源模块7包括电源管理芯片71、高容量的磷酸铁锂电池72及太阳能充电板73。电源管理芯片71在MCU1的控制下为其他模块供电，当其中某些模块无需工作时，及时将其断电，以最大限度的节约电能。太阳能充电板73在有太阳的情况下即可为锂电池补充电能。

磷酸铁锂电池，容量大，寿命长，外置太阳能充电板，并配置了电源管理芯片，具有低电压保护、电池“过充过放”保护功能。

车载电源充电接口，在紧急情况下，可通过车载电源对C-OBU充电。

图3是本发明实施例所述的具有路径识别功能的ETC用车载单元结构图。车载单元C-OBU是一种复合式，车载单元包括MCU1、GSM模块2、5.8G射频模块3、双界面CPU卡4、ESAM模块5、显示模块6、电源模块7、防拆卸模块8、加速度传感器9。

MCU1为微处理器模块，MCU是车载单元C-OBU的核心模块，装载有固件程序，控制着车载单元C-OBU的工作流程，协调各模块的协同工作。由于车载单元C-OBU需要远程与RSU（路侧单元）及GSM基站进行数据交换，必须在有源模式下工作，因此在设计时要考虑C-OBU的低功耗问题，C-OBU的微处理器选择低功耗的MCU。MCU为51单片机、MSP430单片机、AVR单片机、ARM系列等。

GSM模块2为定制的专用GSM芯片。通用GSM芯片功能强大，包括了通话、短信收发、MP3、GPS定位等诸多功能，而且必须插入SIM卡，向运营商缴纳费用才能工作。另外功耗也很大，价格高，不适合在C-OBU里采用。专门设计了专用GSM芯片，只具备采集GSM基站LAC和CELLID信息功能，无需插入SIM卡，也无需向运营商缴纳任何费用既能正常工作，功耗成本大大降低。

5.8G射频模块3将5.8G的高频信号解调到基带或者将基带信号调制至5.8G的高频，基于5.8GHz频段专用短距离通讯(DSRC)技术,采用了“两片式电子标签+双界面CPU卡”的技术方案，完全兼容现有的ETC用车载单元（OBU）,遵循国家标准《GB/T20851电子收费专用短程通信》及《收费公路联网电子不停车收费技术要求》（交通运输部2011年第13号）。

双界面CPU卡4存储用户电子钱包、高速公路进出站信息及交易记录等，具有接触和非接触两个和外界进行信息交换的界面，当车辆走ETC车道时，它通过接触界面和C-OBU的微处理器进行信息交换，如果车辆走的是MTC(人工收费)车道，则双界面CPU卡通过非接触界面和收费岗亭内的非接触式读卡器进行信息交换。

ESAM（EmbeddedSecureAccessModule）模块5主要是用来与RSU的相互认证、存储系统和车辆信息，确保交易安全可靠，符合PBOC2.0规范。C-OBU通过内嵌嵌入式加密认证模块，具有安全的文件密钥管理，完善的安全机制、标准的加解密运算功能等特性，身份识别功能，与RSU进行双向身份认证，完成数据的安全存储，加密解密，访问权限控制等，符合中国金融集成电路（IC）卡规范(PBOC2.0)。

显示模块6显示模块采用先进的OLED液晶屏，功耗低、清晰度高、亮度高，显示C-OBU的工作状态及用户的交易状态。在交易完成、插卡拔卡、及电池电量低等情况下，均能显示相关信息。

电源模块7包括高容量的磷酸铁锂电池、太阳能充电板及电源管理芯片。电源管理芯片在MCU的控制下为其他模块供电，当其中某些模块无需工作时，及时将其断电，以最大限度的节约电能。太阳能充电板在有太阳的情况下即可为锂电池补充电能。

防拆卸模块8具有机械触点和软件触发的双重防拆判断机制，能有效地防止C-OBU从所安装的车辆上非法拆卸及C-OBU本身的非法开盖，确保设备正常、安全、可靠的工作。

加速度传感器9为了最大限度的延长C-OBU的工作时间，C-OBU大部分时间都是处于休眠状态，在需要的时候将其激活，激活的方式有多种，如RSU激活、读卡器激活、定时激活、双界面CPU卡插入激活等。加速度传感器是多种激活机制中的一种，其作用是当安装有C-OBU的车辆没有通过ETC车道进入高速公路，而是事先将CPU卡从C-OBU上拔下，从MTC（人工收费）车道进入高速公路，这样RSU将无法激活C-OBU,没有打开定时器，也就无法采集沿途GSM基站的CELLID的信息。但只要车辆达到预设的行车速度时，加速度传感器将激活C-OBU，打开定时器，使C-OBU能正常工作，将采集到的GSM基站的CELLID保存在C-OBU内。在车辆出站时，车辆如果走ETC出站，C-OBU内已有基站的CELLID,可据此识别路径。若还是走MTC车道出站，收费员读卡时，在卡内没有读出基站的CELLID信息时，收费员会要求司机将CPU卡插入到C-OBU内再取下读卡，只要CPU卡一插入C-OBU内，事先保存在C-OBU内的基站CELLID信息将会写入到CPU卡内，再次读卡时，即可读出CELLID,也就能精确的确定行驶路径了。

因此，C-OBU具有路侧单元RSU激活、读卡器激活、定时激活、双界面CPU卡插入激活等多种激活机制，平时C-OBU处于全休眠状态，在此状态下，C-OBU处于低功耗模式，基本不消耗电量。在进入高速公路时，安装在收费站ETC入口车道的（RSU）,会将C-OBU激活，并将相关的收费数据：如入口站名、入口时间等写入C-OBU内及插在C-OBU上的双界面CPU卡上，随之C-OBU又进入低功耗睡眠状态，并启动内置的定时器。

如果是通过人工车道（MTC）进站，双界面CPU卡会被读写器写入进站的收费信息，当IC卡插入C-OBU时，能根据IC卡内的进站标识短暂激活C-OBU,将IC卡内的收费信息写入C-OBU内，并启动C-OBU内置的定时器。如果司机未将IC卡插入C-OBU内，只要车辆进入高速，一旦车速接近预设的行车速度，加速度传感器也将短暂激活C-OBU,并启动内置定时器。

车辆在高速公路行驶时，按照预先设定的定时时间，C-OBU能自动激活，并采集所行驶高速公路沿线GSM基站的CELLID,并将其写入C-OBU及双界面CPU卡中，完成后C-OBU又进入休眠状态，等待下一个定时唤醒。

车辆驶离高速公路时，进入出口站的ETC车道，安装在ETC车道上的路侧单元（RSU）将C-OBU激活，读取保存在C-OBU及双界面CPU卡中的收费数据及沿途采集到的GSM基站的CELLID,经收费系统的计算、查找出对应的高速公路路段名称，最终得出该车辆的精确行驶路径及应缴纳的通行费金额，再进行交易，交易完毕后，C-OBU再次进入全休眠状态。

如果车辆通过人工车道驶离高速公路，则收费员通过非接触IC卡读写器读取IC卡内的收费信息和一系列的GSM基站的CELLID，经过收费系统的计算处理，得出精确的路径信息，再进行交易。如果IC卡内没有GSM基站的CELLID,收费员会要求司机将IC卡插入C-OBU内，此时C-OBU会短暂被激活，并将保持在C-OBU内的GSM基站的CELLID写入到IC卡内，完成上述操作后C-OBU又将进入全休眠状态。司机可将IC卡交给收费员再次进行收费交易。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有路径识别功能的ETC用复合式车载单元，包括MCU、5.8G射频模块、双界面CPU卡、ESAM模块、电源模块，其特征在于，还包括GSM模块；

所述MCU控制着车载单元的工作流程，协调各模块的协同工作；

所述GSM模块连接所述MCU，采集GSM基站信息；

所述5.8G射频模块连接所述MCU，采集设置于龙门架上的路侧单元发送的信息；

所述双界面CPU卡双界面CPU卡存储用户电子钱包、高速公路进出站信息及交易记录；

所述ESAM模块与所述路侧单元的相互认证；

所述电源模块提供电力。

2.根据权利要求1所述的车载单元，其特征在于，所述电源模块包括高容量的磷酸铁锂电池、太阳能充电板及电源管理芯片，所述电源管理芯片连接所述MCU，所述磷酸铁锂电池连接所述电源管理芯片，所述太阳能充电板连接所述磷酸铁锂电池。

3.根据权利要求1所述的车载单元，其特征在于，还包括防拆卸模块，所述防拆卸模块具有机械触点和软件触发的双重防拆判断机制，能有效地防止车载单元从所安装的车辆上非法拆卸及车载单元本身的非法开盖，确保设备正常、安全、可靠的工作。

4.根据权利要求1所述的车载单元，其特征在于，还包括加速度传感器，所述加速度传感器用于激活车载单元。

5.根据权利要求1所述的车载单元，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块采用OLED液晶屏。

6.根据权利要求1所述的车载单元，其特征在于，所述采集GSM基站信息包括位置区码LAC和小区标识码CELLID信息，将位置区码LAC和小区标识码CELLID与相应的高速公路路段名称对应。

7.根据权利要求6所述的车载单元，其特征在于，车辆在高速公路行驶时,定时采集GSM基站的LAC和CELLID，并保存在车载单元和双界面CPU卡内；收费系统构建数学模型计算，查找对应的高速公路路段名称，得到车辆实际行驶路径，实现路径的精确识别。

8.根据权利要求7所述的车载单元，其特征在于，车辆通过人工车道驶离高速公路，则收费员通过双界面CPU卡读写器读取卡内的收费信息和一系列的GSM基站的CELLID，经过收费系统的计算处理，得出精确的路径信息，再进行交易。

9.根据权利要求7所述的车载单元，其特征在于，通过人工车道进站，所述双界面CPU卡会被读写器写入进站的收费信息，当双界面CPU卡插入车载单元时，根据双界面CPU卡内的进站标识短暂激活车载单元,将收费信息写入车载单元，并启动车载单元内置的定时器。

10.根据权利要求9所述的车载单元，其特征在于，车辆在高速公路行驶时，按照预先设定的定时时间，车载单元能自动激活，并采集所行驶高速公路沿线GSM基站的CELLID,并将其写入车载单元及双界面CPU卡中，完成后车载单元又进入休眠状态，等待下一个定时唤醒。