CN105654562B - 一种用于高速公路不停车收费的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于高速公路不停车收费的方法及系统，所述方法包含：步骤101)获取车辆的位置信息，根据获得的位置信息判断识别计费行程开始的位置点；其中，当判断得到车辆经过“多路径歧义的叉路口”时，采用如下策略记录识别的叉路口的信息：设定N个阈值，并在叉路口的各个分支路口处分别选择一个参考点，计算车辆当前位置与各个参考点的距离；将计算得到的N个距离与设定的N个阈值分别进行比较，选择距离小于阈值的参考点所在的道路的标识作为识别信息，并将识别信息存入ETC卡中；所述N的取值与叉路口包含的分支路口的总数目相同；步骤103)识别计费行程结算位置点，并识别驶出车道，根据ETC卡中记录的行程计算应收费用并完成扣费。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速公路不停车收费系统和方法，属于城际交通收费服务技术领域，具体涉及一种用于高速公路不停车收费的系统和方法。
背景技术
截止2014年底，我国汽车保有量已突破1.5亿辆，高速公路实现通车里程已达11.2万公里，预计2015年将新增里程1.1万公里，便捷的交通路网促使越来越多的人在城市之间穿梭，但在高峰时期，仍造成道路容量的严重不足，引起很多的交通问题，如交通事故、道路拥堵、环境污染和能源消耗等。因此，整个社会对高速公路通行的安全、便利性提出了更高的要求，如何在有限的资源上，利用先进的技术，有效提升高速公路的通行效率，最大限度地降低交通事故的发生，减轻环境污染，降低能源消耗，提高出行效率。
目前，为了解决上述问题，我国一直以来都在推行高速公路不停车收费(ETC)系统的建设，将收费车道分为ETC车道和MTC(人工收费)车道，并已于2015年9月完成全国高速公路的联网运行。通过ETC车道系统的建设，可提高车辆在收费站的通行效率，减少排放，但车辆通行时仍要限速20km/h，在高峰时期仍会造成车辆拥堵。在计算车辆通行费用时，无法考虑“多义性路径”问题，只能通过最短路径计算费用，这会造成后续无法做到公平的费用清分结算。
发明内容
本发明目的在于，为了克服上述问题，本发明提出了一种用于高速公路的不停车收费系统和方法，该技术方案可实现即从ETC车道不停车通过，也可实现从MTC车道不停车通过。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于高速公路不停车收费的方法，所述方法包含：
步骤101)获取车辆的位置信息，根据获得的位置信息判断识别计费行程开始的位置点；
其中，当判断得到车辆即将经过“多路径歧义的叉路口”时，采用如下策略记录识别的叉路口的信息：
设定N个阈值，并在叉路口的各个分支路口处分别选择一个参考点，计算车辆当前位置与各个参考点的距离；
将计算得到的N个距离与设定的N个阈值分别进行比较，选择距离小于阈值的参考点所在的道路的标识作为识别信息，并将识别信息存入ETC卡中；
所述N的取值与叉路口包含的分支路口的总数目相同；
步骤102)识别计费行程结算位置点，并识别驶出车道，根据ETC卡中记录的行程计算应收费用并完成扣费。
可选的，步骤101)采用如下方法获取车辆的位置信息：
车载终端基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，修正由于卫星钟差、电离层、对流层和伪距所导致的定位误差；同时，运用车载终端里的陀螺仪所得到车辆实时角加速度信息，得到短时间内车辆的行为，从而到车辆的位置信息。
可选的，步骤101)采用如下方法识别计费形成的开始位置点：
基于获得的车辆的位置信息，首先判断车辆位于的省或直辖市或自治区，然后再将车辆目前所在的位置与所属区域内的高速公路收费入口位置进行如下比较，进而获得收费起始点：当车辆即将通过收费站时，识别车辆将从哪个车道驶入，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则车载终端将驶入的车道告知收费站控制设备，从而抬起车道拉杆，车载终端将入口信息写入ETC卡中，并开始计费行程，否则继续判定。
可选的，上述步骤103)进一步包含：通过获得的车辆的位置信息，判定车辆是否即将通过收费站出口，如果是，则进一步通过高精度位置信息判断车辆将从哪个车道驶出，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则进行如下处理：1)基于路径标识和路段费率计算车辆此次通行费用；2)在ETC卡中扣除相应的费用；3)成功后告知收费站控制设备。
此外，本发明还提供了一种用于高速公路不停车收费的系统，所述系统包含：车载终端和收费站的控制设备；
所述车载终端还包含：定位处理模块，用于获取车辆的位置信息，通过位置信息实现车辆的路径识别，进而识别计费行程开始的位置点；叉路口信息识别模块，用于当判断得到车辆经过“多路径歧义的叉路口”时，采用如下策略记录识别的叉路口的信息：设定N个阈值，并在叉路口的各个分支路口处分别选择一个参考点，计算车辆当前位置与各个参考点的距离；将计算得到的N个距离与设定的N个阈值分别进行比较，选择距离小于阈值的参考点所在的道路的标识作为识别信息，并将识别信息存入ETC卡中；所述N的取值与叉路口包含的分支路口的总数目相同；和扣费处理模块，用于识别计费行程结算位置点，并识别驶出车道，根据ETC卡中记录的行程计算应收费用并完成扣费。
上述定位模块还进一步包含：北斗差分定位子模块，用于基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，进而修正定位误差；陀螺仪子模块，用于基于得到车辆实时角加速度信息，得到短时间内车辆准确的行为，从而得到车辆的位置信息。
上述定位模块还包含：识别子模块，用于通过获得的车辆高的位置信息，首先判断车辆位于的省或直辖市或自治区，然后再将车辆目前所在的位置与所属区域内的高速公路收费入口位置进行如下比较，进而获得收费起始点：当车辆即将通过收费站时，识别车辆将从哪个车道驶入，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则车载终端将驶入的车道告知收费站控制设备，从而抬起车道拉杆，车载终端将入口信息写入ETC卡中，并开始计费行程，否则继续判定。
上述扣费处理模块进一步包含：第一判决处理子模块；通过获得的车辆的位置信息，判定车辆是否即将通过收费站出口，如果是，则进一步通过高精度位置信息判断车辆将从哪个车道驶出，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则启动第二处理子模块；第二处理子模块，用于完成如下操作：1)基于路径标识和路段费率计算车辆此次通行费用；2)在ETC卡中扣除相应的费用；3)成功后告知收费站控制设备。
上述系统还包含：
DSRC短程通讯模块，用于与ETC车道的路侧设备通讯；ESAM模块，用于安全数据认证存储，存储的数据包括：全国高速公路路网信息、高速公路收费站位置信息、高速公路“有多路径歧义的叉路口”位置信息和路段费率信息；PSAM模块，用于对ETC卡的交易认证；3G无线通讯模块，用于完成下载或更新高速公路路段费率信息，上传车辆通行费用的交易信息；Zigbee通讯模块，用于与收费广场路侧控制设备通讯；电源模块，用于车载终端的电源管理。
上述系统还包含：
通讯模块，用于与行驶至收费站的车载终端通讯，以获得车辆将从哪个车道通行；控制模块，用于控制车道栏杆的收起和放下，进行放行车辆。
相对于现有技术而言，本发明改进了高速公路不停车收费的装置和系统，该系统更加高效、便捷地使车辆无论从ETC车道还是从MTC车道都可以快速驶入和驶出收费站，并可以精确的识别出车辆在高速公路上的行驶路径，从而计算出准确的通行费用，以达到更准确、公平的通行费用拆分，该装置比现有的OBU设备更加智能，除了可用于高速公路的不停车收费，还可提供大量的增值服务，面向公众可提供实时查询账单、自驾导航、实时诱导、一键救援等服务，面向政府可提供收费稽查管理、逃费追缴、多义性路径识别等服务，并且未来还可以面向城市的拥堵收费、不停车收费等业务进一步扩展。
附图说明
图1为基于北斗+ETC的高速公路不停车收费装置总体物理结构框图；
图2为车载终端的物理结构框图；
图3为收费站控制设备的物理结构框图；
图4为基于北斗+ETC的高速公路不停车收费系统流程图；
图5为计费行程开始识别流程图；
图6-a和图6-b为“多路径歧义的叉路口”识别流程图；
图7为计费行程结算识别流程图。
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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种用于高速公路不停车收费的方法，所述方法包含：
步骤101)获取车辆的位置信息，根据获得的位置信息判断识别计费行程开始的位置点；
其中，当判断得到车辆经过“多路径歧义的叉路口”时，采用如下策略记录识别的叉路口的信息：
设定N个阈值，并在叉路口的各个分支路口处分别选择一个参考点，计算车辆当前位置与各个参考点的距离；
将计算得到的N个距离与设定的N个阈值分别进行比较，选择距离小于阈值的参考点所在的道路的标识作为识别信息，并将识别信息存入ETC卡中；
所述N的取值与叉路口包含的分支路口的总数目相同；
步骤102)识别计费行程结算位置点，并识别驶出车道，根据ETC卡中记录的行程计算应收费用并完成扣费。
可选的，步骤101)采用如下方法获取车辆的位置信息：
车载终端基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，修正由于卫星钟差、电离层、对流层和伪距所导致的定位误差；同时，运用车载终端里的陀螺仪所得到车辆实时角加速度信息，得到短时间内车辆的行为，从而得到车辆的位置信息。
可选的，步骤101)采用如下方法识别计费形成的开始位置点：
基于获得的车辆的位置信息，首先判断车辆位于的省或直辖市或自治区，然后再将车辆目前所在的位置与所属区域内的高速公路收费入口位置进行如下比较，进而获得收费起始点：当车辆即将通过收费站时，识别车辆将从哪个车道驶入，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则车载终端将驶入的车道告知收费站控制设备，从而抬起车道拉杆，车载终端将入口信息写入ETC卡中，并开始计费行程，否则继续判定。
可选的，上述步骤103)进一步包含：通过获得的车辆的位置信息，判定车辆是否即将通过收费站出口，如果是，则进一步通过高精度位置信息判断车辆将从哪个车道驶出，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则进行如下处理：1)基于路径标识和路段费率计算车辆此次通行费用；2)在ETC卡中扣除相应的费用；3)成功后告知收费站控制设备。
此外，本发明还提供了一种用于高速公路不停车收费的系统，所述系统包含：车载终端和收费站的控制设备；
所述车载终端还包含：定位处理模块，用于获取车辆的位置信息，通过位置信息实现车辆的路径识别，进而识别计费行程开始的位置点；叉路口信息识别模块，用于当判断得到车辆即将经过“多路径歧义的叉路口”时，采用如下策略记录识别的叉路口的信息：设定N个阈值，并在叉路口的各个分支路口处分别选择一个参考点，计算车辆当前位置与各个参考点的距离；将计算得到的N个距离与设定的N个阈值分别进行比较，选择距离小于阈值的参考点所在的道路的标识作为识别信息，并将识别信息存入ETC卡中；所述N的取值与叉路口包含的分支路口的总数目相同；和扣费处理模块，用于识别计费行程结算位置点，并识别驶出车道，根据ETC卡中记录的行程计算应收费用并完成扣费。
上述定位模块还进一步包含：北斗差分定位子模块，用于基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，进而修正定位误差；陀螺仪子模块，用于基于得到车辆实时角加速度信息，得到短时间内车辆准确的行为，从而得到车辆的位置信息。
上述定位模块还包含：识别子模块，用于通过获得的车辆高的位置信息，首先判断车辆位于的省或直辖市或自治区，然后再将车辆目前所在的位置与所属区域内的高速公路收费入口位置进行如下比较，进而获得收费起始点：当车辆即将通过收费站时，识别车辆将从哪个车道驶入，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则车载终端将驶入的车道告知收费站控制设备，从而抬起车道拉杆，车载终端将入口信息写入ETC卡中，并开始计费行程，否则继续判定。
上述扣费处理模块进一步包含：第一判决处理子模块；通过获得的车辆的位置信息，判定车辆是否即将通过收费站出口，如果是，则进一步通过高精度位置信息判断车辆将从哪个车道驶出，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则启动第二处理子模块；第二处理子模块，用于完成如下操作：1)基于路径标识和路段费率计算车辆此次通行费用；2)在ETC卡中扣除相应的费用；3)成功后告知收费站控制设备。
上述系统还包含：
DSRC短程通讯模块，用于与ETC车道的路侧设备通讯；ESAM模块，用于安全数据认证存储，存储的数据包括：全国高速公路路网信息、高速公路收费站位置信息、高速公路“有多路径歧义的叉路口”位置信息和路段费率信息；PSAM模块，用于对ETC卡的交易认证；3G无线通讯模块，用于完成下载或更新高速公路路段费率信息，上传车辆通行费用的交易信息；电源模块，用于车载终端的电源管理。
上述系统还包含：
通讯模块，用于与行驶至收费站的车载终端通讯，以获得车辆将从哪个车道通行；控制模块，用于控制车道栏杆的收起和放下，进行放行车辆。
实施例
本发明提供一套基于北斗和ETC的高速公路不停车收费方法，包括安装于车辆上的车载终端和安装在收费站的控制设备，其中，车载终端搭载Android移动操作系统，包括：主控模块，用于启动和管理Android系统；北斗差分定位模块，用于获得车辆实时位置信息，通过位置信息实现车辆的路径识别；DSRC短程通讯模块，用于与传统ETC车道的路侧设备通讯；ESAM模块，用于安全数据认证存储，包括但不限于全国高速公路路网信息、高速公路收费站位置信息、高速公路“有多路径歧义的叉路口”位置信息、路段费率信息；PSAM模块，用于对ETC卡的交易认证；3G无线通讯模块，用于与后台通讯，如下载或更新高速公路路段费率信息，上传车辆通行费用的交易信息等；Zigbee通讯模块，用于与收费广场路侧控制设备通讯；电源模块，用于终端的电源管理；陀螺仪模块，用于获得车辆行驶过程中三个方向的角加速度，以辅助修正卫星定位数据。收费站处的控制设备包括：通讯模块，用于与行驶至收费岛的车载终端通讯，以获得车辆将从哪个车道通行；控制模块，用于控制相应的车道栏杆，以达到放行车辆的目的。
本发明提供一种基于北斗+ETC的高速公路不停车收费系统，包括：北斗差分定位模块，通过国际通用的RTCM3.2协议，获得RTD差分数据，从而获得高精度定位数据，并通过陀螺仪模块，在卫星信号受到遮挡的情况下的位置修正；车载终端收费流程，第一步，计费行程开始识别，通过北斗定位模块获得的北斗位置，与存储于终端内部的全国高速公路路径和收费站的数据进行匹配，判断车辆是否通过收费站，如果通过则启动此次计费行程，第二步，车辆在高速公路上行驶时，实时获得车辆定位数据，判断车辆是否通过“有多路径歧义的叉路口”，如果是，则将该叉路口的标识记录于车载终端中，第三步，计费行程结算识别，当识别到车辆即将通过某个收费站时，判定车辆将从哪个车道驶出，根据高速公路费率和多路径识别标识，精确计算出此次行程的通行费用，并从ETC卡中扣除相应数额，并告知收费站的控制设备，控制设备抬起车道拉杆，车辆从而可不停车通过收费站。
下面进一步详细说明本发明中的车载终端的收费流程，该流程包括如下步骤：第一步，计费行程开始识别；第二步，“多路径歧义的叉路口”识别；第三步，计费行程结算识别，并识别驶出车道，告知收费站控制设备。
一、计费行程开始识别流程
如图5所示，车载终端基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，修正由于卫星钟差、电离层、对流层和伪距所导致的定位误差。同时，运用车载终端里的陀螺仪模块所得到车辆实时角加速度信息，可得到短时间内车辆准确的行为，从而可以辅助车辆在无卫星定位信号或卫星定位信息较弱的地方得到精确的位置信息。
通过获得的车辆高精度的位置信息，首先判断车辆在哪个省或直辖市或自治区，然后再与该区域内的高速公路收费入口位置进行比较，当车辆即将通过收费站时，识别车辆将从哪个车道驶入，如果是ETC车道，则车载终端不做处理，如果是MTC车道，则车载终端将驶入的车道告知收费站控制设备，从而抬起车道拉杆，车载终端将入口信息写入ETC卡中，并开始计费行程，否则继续判定。
二、“多义性路径歧义的叉路口”识别流程
如图6-a和6-b所示，通过获得的车辆高精度的位置信息，设定一个判别阈值，与存储于车载终端的“多义性路径歧义的叉路口”位置信息进行比较，如果行驶通过该类型叉路口，则将路径信息存入ETC卡中。
三、计费行程结算识别流程
如图7所示，通过获得的车辆高精度的位置信息，判定车辆是否即将通过收费站出口，如果是，则进一步通过高精度位置信息判断车辆将从哪个车道驶出，如果是ETC车道，则车载终端不做处理，与传统ETC车道通行一样，如果是MTC车道，则车载终端需要做以下工作：1)基于路径标识和路段费率计算车辆此次通行费用；2)在ETC卡中扣除相应的费用；3)成功后告知收费站控制设备。
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)
1.一种用于高速公路不停车收费的方法，所述方法包含：
步骤101)获取车辆的位置信息，根据获得的位置信息判断识别计费行程开始的位置点；
其中，当判断得到车辆即将经过“多路径歧义的叉路口”时，采用如下策略记录识别的叉路口的信息：
设定N个阈值，并在叉路口的各个分支路口处分别选择一个参考点，计算车辆当前位置与各个参考点的距离；
将计算得到的N个距离与设定的N个阈值分别进行比较，选择距离小于阈值的参考点所在的道路的标识作为识别信息，并将识别信息存入ETC卡中；
所述N的取值与叉路口包含的分支路口的总数目相同；
步骤102)识别计费行程结算位置点，并识别驶出车道，根据ETC卡中记录的行程计算应收费用并完成扣费；
所述步骤101)采用如下方法识别计费行程的开始位置点：
基于获得的车辆的位置信息，首先判断车辆位于的省或直辖市或自治区，然后再将车辆目前所在的位置与所属区域内的高速公路收费入口位置进行如下比较，进而获得收费起始点：
当车辆即将通过收费站时，识别车辆将从哪个车道驶入，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则车载终端将驶入的车道告知收费站控制设备，从而抬起车道拉杆，车载终端将入口信息写入ETC卡中，并开始计费行程，否则继续判定。
2.根据权利要求1所述的用于高速公路不停车收费的方法，其特征在于，步骤101)采用如下方法获取车辆的位置信息：
车载终端基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，修正由于卫星钟差、电离层、对流层和伪距所导致的定位误差；同时，运用车载终端里的陀螺仪所得到车辆实时角加速度信息，得到短时间内车辆的行为，从而得到车辆的位置信息。
3.根据权利要求1所述的用于高速公路不停车收费的方法，其特征在于，所述步骤102)进一步包含：
通过获得的车辆的位置信息，判定车辆是否即将通过收费站出口，如果是，则进一步通过高精度位置信息判断车辆将从哪个车道驶出，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则进行如下处理：1)基于路径标识和路段费率计算车辆此次通行费用；2)在ETC卡中扣除相应的费用；3)成功后告知收费站控制设备。
4.一种用于高速公路不停车收费的系统，其特征在于，所述系统包含：车载终端和收费站的控制设备；
所述车载终端还包含：
定位处理模块，用于获取车辆的位置信息，通过位置信息实现车辆的路径识别，进而识别计费行程开始的位置点；
叉路口信息识别模块，用于当判断得到车辆经过“多路径歧义的叉路口”时，采用如下策略记录识别的叉路口的信息：设定N个阈值，并在叉路口的各个分支路口处分别选择一个参考点，计算车辆当前位置与各个参考点的距离；将计算得到的N个距离与设定的N个阈值分别进行比较，选择距离小于阈值的参考点所在的道路的标识作为识别信息，并将识别信息存入ETC卡中；所述N的取值与叉路口包含的分支路口的总数目相同；
扣费处理模块，用于识别计费行程结算位置点，并识别驶出车道，根据ETC卡中记录的行程计算应收费用并完成扣费；
所述定位处理模块还进一步包含：
北斗差分定位子模块，用于基于RTCM3.2的差分数据协议，实时接收RTD差分信息，进而修正定位误差；
陀螺仪子模块，用于基于得到车辆实时角加速度信息，得到短时间内车辆准确的行为，从而得到车辆的位置信息。
5.根据权利要求4所述的用于高速公路不停车收费的系统，其特征在于，所述定位处理模块还包含：
识别子模块，用于通过获得的车辆的位置信息，首先判断车辆位于的省或直辖市或自治区，然后再将车辆目前所在的位置与所属区域内的高速公路收费入口位置进行如下比较，进而获得收费起始点：
当车辆即将通过收费站时，识别车辆将从哪个车道驶入，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则车载终端将驶入的车道告知收费站控制设备，从而抬起车道拉杆，车载终端将入口信息写入ETC卡中，并开始计费行程，否则继续判定。
6.根据权利要求4所述的用于高速公路不停车收费的系统，其特征在于，所述扣费处理模块进一步包含：
第一判决处理子模块；通过获得的车辆的位置信息，判定车辆是否即将通过收费站出口，如果是，则进一步通过高精度位置信息判断车辆将从哪个车道驶出，如果是ETC车道，则车载终端不做处理；如果是MTC车道，则启动第二处理子模块；
第二处理子模块，用于完成如下操作：1)基于路径标识和路段费率计算车辆此次通行费用；2)在ETC卡中扣除相应的费用；3)成功后告知收费站控制设备。
7.根据权利要求4所述的用于高速公路不停车收费的系统，其特征在于，所述系统还包含：
DSRC短程通讯模块，用于与ETC车道的路侧设备通讯；
ESAM模块，用于安全数据认证存储，存储的数据包括：全国高速公路路网信息、高速公路收费站位置信息、高速公路“有多路径歧义的叉路口”位置信息和路段费率信息；
PSAM模块，用于对ETC卡的交易认证；
3G无线通讯模块，用于完成下载或更新高速公路路段费率信息，上传车辆通行费用的交易信息；
Zigbee通讯模块，用于与收费广场路侧控制设备通讯；
电源模块，用于车载终端的电源管理。
8.根据权利要求4所述的用于高速公路不停车收费的系统，其特征在于，所述系统还包含：
通讯模块，用于与行驶至收费站的车载终端通讯，以获得车辆将从哪个车道通行；
控制模块，用于控制车道栏杆的收起和放下，进行放行车辆。
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