CN106780802A - 无差别车道etc车辆通过系统及其通过方法 - Google Patents

无差别车道etc车辆通过系统及其通过方法 Download PDF

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    • G07B15/063Arrangements for road pricing or congestion charging of vehicles or vehicle users, e.g. automatic toll systems using wireless information transmission between the vehicle and a fixed station

Abstract

一种无差别车道ETC车辆通过系统及ETC车辆通过方法,车辆在进入高速公路收费口前,车上的电子标签装置(400)与设置于路旁的定位基站(310)进行双向通信联络;定位基站(310)定位车辆的位置,并查证车辆的电子标签是否有效;当确认车辆的电子标签有效后,将车辆位置信息传送给控制系统(200),控制系统(200)将放行指令发送给栏杆装置(100);栏杆装置(100)根据放行指令以及车辆位置开放适合的道口,放行车辆。预先计算区域内所有车辆是否可以通行,采用UWB定位,可以同时定位多辆车辆,并且定位精度更加准确,收费系统与栏杆装置联网,ETC车辆可以不限制通行车道,通过效率更高。

Description

无差别车道ETC车辆通过系统及其通过方法
技术领域
本发明涉及交通领域,特别涉及高速公路电子计费系统的改进。
背景技术
目前的电子计费系统采用的是射频的RFID技术,这种技术存在着相邻车道干扰的问题,经常造成识别不了的问题,另外,对于车辆通行的速度也有比较严格的要求,而且,需要在收费站单独开辟ETC车道,资源浪费,通行速度比较慢。
发明内容
本发明提供一种无差别车道ETC车辆的通过系统和通过方法,采用远距离无线定位及计费方法,解决现有技术中干扰以及通行速度慢的技术问题。
本发明为解决上述问题而设计的这种无差别车道ETC车辆通过系统,包括拦截或放行车辆的栏杆装置,用于控制所述栏杆装置的控制系统,连接所述控制系统并用于检测或记录ETC车辆的识别收费系统以及设置于车辆上的电子标签装置,所述识别收费系统包括设置于栏杆装置入口方向道路旁边的定位基站,所述定位基站连接所述控制系统,所述定位基站包括用于定位车辆坐标的无线定位模块。
当通过系统设置于高速公路的入口处,所述定位基站包括分别与所述电子标签装置联络的第一无线通信模块和第一无线定位模块。所述识别收费系统还包括设置于定位基站识别区前方用于唤醒定位基站的第一唤醒模块以及设置于定位基站内用于唤醒电子标签装置的第二唤醒模块。
当通过系统设置于高速公路的出口处,所述定位基站包括分别与所述电子标签装置联络的第二无线通信模块和第二无线定位模块。
所述电子标签装置包括分别连接控制单元的蓝牙模块和定位标签模块,还可以选择性包括连接控制单元的电子标签模块。
所述无线定位模块为UWB定位模块,所述定位标签模块为UWB定位标签。
这种无差别车道ETC车辆通过系统的ETC车辆通过方法包括以下步骤:
A.带有ETC功能的车辆在进入高速公路收费口前,车上的电子标签装置与设置于路旁的定位基站进行双向通信联络,其通信联络为蓝牙或UWB通信方式;
B.定位基站采集车辆自身信息以及车辆位置坐标信息,并将所采集到的信息发送给控制系统;
C.控制系统根据定位基站提供的坐标对车辆进行定位,并查证车辆的放行条件是否有效,如有效则将车辆位置信息传送给控制系统,控制系统将放行指令发送给栏杆装置;所述查证车辆的放行条件是否有效包括验证车辆注册账户的合法性以及是否开始计费或完成缴费;
D.栏杆装置根据放行指令以及车辆位置开放适合的道口,放行车辆。
当车辆为即将进入高速公路时,步骤A包括以下分步骤:
A1.带有ETC功能的车辆在进入定位基站识别区时,首先第一唤醒模块唤醒定位基站工作,然后第二唤醒模块唤醒电子标签装置开始工作;
A2.电子标签装置将自身信息以广播或与定位基站连接的形式发送出去,定位基站接收到车辆电子标签装置所发布的信息后,与车辆电子标签装置进行通信联络,然后进入步骤B阶段,定位基站与电子标签装置之间的通信包括定位基站的无线通信模块持续广播车道信息,电子标签装置读到无线通信模块所广播的车道信息后,转为广播状态,发送车辆自身信息,定位基站的第一无线定位模块扫描进入识别区车辆所发布的信息并定位车辆的位置坐标,然后将信息发送给控制系统。
当车辆即将离开高速公路前,电子标签装置持续处于广播状态,在进入定位基站识别区时,第一唤醒模块唤醒定位基站工作,定位基站接收到车辆电子标签装置所发布的信息后,与车辆电子标签装置进行通信联络,然后进入步骤B阶段,定位基站与电子标签装置之间的通信包括定位基站的第二无线通信模块接收电子标签装置所发出的车辆和支付账户信息,并将信息传送到控制系统,控制系统核收路费后,由第二无线定位模块将支付数据和允许通行的信息传送给电子标签装置。
本发明采用上述的技术方案,在有效区域内定位车辆,预先计算区域内所有车辆是否可以通行,实时提醒,有效防止干扰。采用UWB定位,可以同时定位多辆车辆,并且定位精度更加准确,收费系统与栏杆装置联网,ETC车辆可以不限制通行车道,通过效率更高。
附图说明
图1是本发明通过系统的示意图。
图2是电子标签装置的示意图。
具体实施方式
结合上述附图说明本发明的具体实施例。
由图1和图2中可知,本发明无差别车道ETC车辆通过系统,包括拦截或放行车辆的栏杆装置100,用于控制所述栏杆装置100的控制系统200,连接所述控制系统200并用于检测或记录ETC车辆的识别收费系统300以及设置于车辆上的电子标签装置400,所述识别收费系统300包括设置于栏杆装置100入口方向道路旁边的定位基站310,所述定位基站310连接所述控制系统200,所述定位基站310包括用于定位车辆坐标的无线定位模块315。本发明是通过定位基站定位ETC车辆,在入口前完成车辆识别以及起始点标记或收费,然后控制栏杆装置放行车辆,从而可以快速放行车辆,并且可以任意车道通行,提高通过效率,根据算法的不同,本发明中的定位基站可以设置一个,也可以设置多个,通过多个定位基站定位车辆,定位更加准确,算法也比较简单。
本发明的通过系统如果设置于高速公路的入口处,所述定位基站310包括分别与所述电子标签装置400联络的无线通信模块311和第一无线定位模块312。所述识别收费系统300还包括设置于定位基站310识别区前方用于唤醒定位基站310的第一唤醒模块320以及设置于定位基站310内用于唤醒电子标签装置400的第二唤醒模块330,当然,也可以不用唤醒模块,采用唤醒方式,可以减少设备的功耗。通过系统如果设置于高速公路的出口处,所述定位基站310包括分别与所述电子标签装置400联络的第二无线通信模块313和第二无线定位模块314。
而所述电子标签装置400(OBU)包括分别连接控制单元410的蓝牙模块430和定位标签模块440,还可以根据通信方式的不同,设置电子标签模块420,本专利中优选为蓝牙通信方式,这种方式需要电子标签模块420,而如果选用其他通信方式,也可能不需要电子标签模块420。所述定位标签模块440优选为UWB定位模块。本发明在传统电子标签模块420(RFID)的基础上增加了蓝牙模块430和定位标签模块440,车辆OBU在进入定位基站识别区后,通过唤醒信号开始工作,根据唤醒信号的类型,OBU判断是通过蓝牙+定位标签完成通信还是使用现行的RFID完成通信。
本发明中无差别车道ETC车辆通过系统的ETC车辆通过方法包括以下步骤:
A.带有ETC功能的车辆在进入高速公路收费口前,车上的电子标签装置400与设置于路旁的定位基站310进行双向通信联络;
B.定位基站310采集车辆自身信息以及车辆位置坐标信息,并将所采集到的信息发送给控制系统200;
C.控制系统200根据定位基站提供的坐标对车辆进行定位,并查证车辆的放行条件是否有效,如有效则将车辆位置信息传送给控制系统200,控制系统200将放行指令发送给栏杆装置100;所述查证车辆的放行条件是否有效包括验证车辆注册账户的合法性以及是否开始计费或完成缴费,当采用电子标签时,需要查证电子标签是否有效,当采用虚拟账户时,查验虚拟账户是否合法有效;
D.栏杆装置100根据放行指令以及车辆位置开放适合的道口,放行车辆。
本发明中采用定位基站与进入识别区内的车辆进行双向通信,控制系统对车辆的合法性以及位置进行验证和定位,采用超宽带的UWB技术,可以同时与多个车辆进行联络,并且定位更加准确,将车辆信息传送给控制系统,控制栏杆装置放行与否,所有验证与收费工作在识别区内进行,提高通过效率。
本发明中当车辆为即将进入高速公路时,步骤A包括以下两个步骤:
A1.带有ETC功能的车辆在进入定位基站310识别区时首先第一唤醒模块320唤醒定位基站310工作,然后第二唤醒模块330唤醒电子标签装置400开始工作;电子标签装置400中的唤醒天线450和唤醒模块460被唤醒后,启动OBU开始工作,第二唤醒模块330仅仅发射5.8GHZ的唤醒信号,只起到唤醒的作用,不与车上设备进行其他数据通信,本步骤也可以省略,电子标签装置和定位基站始终处于工作状态,就不需要唤醒功能,采用唤醒方式有利于减少设备的功耗;
A2.电子标签装置400将自身信息以广播的形式发送出去,定位基站310接收到车辆电子标签装置400所发布的信息后,与车辆电子标签装置400进行通信联络,这种通信联络包括定位基站310的无线通信模块311持续广播车道信息,电子标签装置400读到无线通信模块311所广播的车道信息后,转为广播状态,发送车辆自身信息,定位基站310的第一无线定位模块312扫描进入识别区车辆所发布的信息,并将信息发送给控制系统200,然后进入步骤B阶段。
而当车辆为即将离开高速公路前,步骤A中电子标签装置400持续处于广播状态,在进入定位基站310识别区时,第一唤醒模块320唤醒定位基站310工作,定位基站310接收到车辆电子标签装置400所发布的信息后,与车辆电子标签装置400进行通信联络,其中通信联络包括定位基站310的第二无线定位模块313接收电子标签装置400所发出的车辆和支付账户信息,并将信息传送到控制系统200,控制系统核收路费后,由第三无线定位模块314将支付数据和允许通行的信息传送给电子标签装置400,然后进入步骤B阶段。
本发明的具体实施方案是:定位基站与车辆的联系采用蓝牙通信方式,蓝牙网关设置定位基站内,无线通信模块311、第一无线定位模块312、第二无线通信模块313和第二无线定位模块314均是蓝牙网关中的蓝牙模块,通过DSRC协议与车上的OBU设备进行通信。本发明中的控制系统中分别有定位引擎和收费站系统,其中定位引擎集成了车道地图、定位算法以及相关的API接口,将进入识别区的所有车辆生成二维坐标体系,与定位标签的ID唯一绑定,并生成表格,然后通过有线、无线或API的方式发送给收费站系统。收费站系统综合蓝牙网关的车辆综合信息已经定位引擎提供的二维坐标,计算出合法车辆,完成计费,并控制栏杆装置放行与否。栏杆装置则控制道闸和信号灯,根据收费站系统的指令执行相应的动作。
本发明具体实施流程如下:
①车道入口流程
1、车辆进入车道线以内,则唤醒定位基站工作;
2、然后定位基站发出唤醒信号,唤醒车辆内的电子标签装置开始工作。
3、车内的电子标签装置发起蓝牙扫描,将记录车道的入口信息;然后将写入口信息到电子标签装置成功的状态,车辆信息,以及定位标签的ID等信息通过广播方式发送出去。
4、定位基站通过TDOA或其他算法,来确定标签的位置;并将数据传输至同步控制引擎和定位引擎软件。
5、蓝牙网关接收有效范围内所有车辆的车辆信息、定位标签信息、以及入口信息写入是否成功的状态信息。如下:
bleDATA=(Ij,Cj,S……)
j=1,2,3,4,5,……
Ij:表示区域内待通行的车辆的定位标签的ID;
Cj:表示区域内待通行的车辆的车辆信息;
S:表示信息交易是否成功;成功为1,否则为0;S={1,0}。
6、定位引擎内,预先学习了每条车道上可以过道闸的二维区域;定位引擎计算出距离后,通过与合法区域表进行匹配;将对应车道上的车辆的定位标签ID生成表;如下:
uwbDATA=(Ri,Ij……)
i=1,2,3,4……;标记第几车道;
J同上;
Ri:表示车道1,2,3,4……。
Cj:表示某车道上待通行的车辆的定位标签的ID;Ij=(ID1,ID2,ID3,?,ID4,……),?表示没有车辆或该车没有安装OBU。
7、收费站系统将蓝牙网关和定位引擎的数据综合;通过特定算法,将在合适车道、且通过蓝牙实现入口信息同步的车计算出来;然后发送控制信息到对应的车道
8、车道控制系统做出对应的动作。
②车道出口流程
1、车辆进入车道线以内,则唤醒定位基站工作;
2、然后定位基站发出唤醒信号,唤醒车辆内的电子标签装置开始工作。
3、车内的电子标签装置发起蓝牙广播,将入口信息、车辆信息、支付账号信息广播出去;
4、定位基站通过TDOA或其他算法,来确定标签的位置;并将数据传输至同步控制引擎和定位引擎软件。
5、蓝牙网关接收到区域内的所有车辆的入口信息、车辆信息、支付账号信息;并生成查找表。
6、收费站系统根据蓝牙网关提供的车辆支付信息表,完成结算,生成结算信息表;如下:
bleDATA=(Ij,Cj,S……)
j=1,2,3,4,5,……
Ij:表示区域内待通行的车辆的定位标签的ID;
Cj:表示区域内待通行的车辆的车辆信息;
S:表示信息交易是否成功;成功为1,否则为0;S={1,0}。
7、定位引擎内,预先学习了每条车道上可以过道闸的二维区域;定位引擎计算出距离后,通过与合法区域表进行匹配;将对应车道上的车辆的定位标签ID生成表;如下:
uwbDATA=(Rj,Ij……)
i=1,2,3,4……;标记第几车道;
j同上;
Ri:表示车道1,2,3,4……。
Ij:表示某车道上待通行的车辆的定位标签的ID;Ij=(ID1,ID2,ID3,?,ID4,……),?表示没有车辆或该车没有安装OBU。
8、收费站系统将蓝牙网关和定位引擎的数据综合;通过特定算法,将在合适车道、且通过蓝牙实现信息同步且支付成功的车计算出来;然后发送控制信息到对应的车道,同时生成通行表给蓝牙网关;通行表如下:
yesDATA={Ij,Cj,M,A}
j同上;
Ij:表示某车道上待通行的车辆的定位标签的ID;
Cj:表示区域内待通行的车辆的车辆信息;
Mj:表示该车账号下的账户信息;
Aj:表示该车对应的蓝牙的UUID数据
9、蓝牙网关根据yesDATA中Aj的数据,同车道最前方待通行的车辆的电子标签装置建立连接;实现支付完结的信息的同步。通信成功后立即断开连接。
10、车道控制系统做出对应的动作。
本发明中定位技术的选择:本发明的定位技术可以采用SuB G、红外、ZigBee、WIFI、蓝牙、RFID以及UWB等,综合定位精度、穿透性、抗干扰、布局复杂性以及成本等因素考虑,UWB技术更加适合收费站使用环境,因此选用UWB技术为优选方案。UWB技术不需要传统通信技术中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,因此在定位精度、穿透性和抗干扰方面均有优异表现,布局复杂性以及成本方面也属上乘,特别是其具有GHZ级的带宽,特别适合多个目标的通信,准确性非常高。UWB技术主要利用信号在目标与各基站中传输时间的差异定位,类似于卫星定位原理,所以,通过多个定位基站的测距,定位非常准确,对于收费站环境非常有效,同时还可以解决传统收费系统抗干扰能力差的问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种无差别车道ETC车辆通过系统,包括拦截或放行车辆的栏杆装置(100),用于控制所述栏杆装置(100)的控制系统(200),连接所述控制系统(200)并用于检测或记录ETC车辆的识别收费系统(300)以及设置于车辆上的电子标签装置(400),其特征在于:所述识别收费系统(300)包括设置于栏杆装置(100)入口方向道路旁边的定位基站(310),所述定位基站(310)连接所述控制系统(200),所述定位基站(310)包括用于定位车辆坐标的无线定位模块(315)。
2.根据权利要求1所述无差别车道ETC车辆通过系统,其特征在于:该通过系统设置于高速公路的入口处,所述定位基站(310)包括分别与所述电子标签装置(400)联络的第一无线通信模块(311)和第一无线定位模块(312)。
3.根据权利要求2所述无差别车道ETC车辆通过系统,其特征在于:所述识别收费系统(300)还包括设置于定位基站(310)识别区前方用于唤醒定位基站(310)的第一唤醒模块(320)以及设置于定位基站(310)内用于唤醒电子标签装置(400)的第二唤醒模块(330)。
4.根据权利要求1所述无差别车道ETC车辆通过系统,其特征在于:该通过系统设置于高速公路的出口处,所述定位基站(310)包括分别与所述电子标签装置(400)联络的第二无线通信模块(313)和第二无线定位模块(314)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述无差别车道ETC车辆通过系统,其特征在于:所述电子标签装置(400)包括分别连接控制单元(410)的蓝牙模块(430)和定位标签模块(440)。
6.根据权利要求5所述无差别车道ETC车辆通过系统,其特征在于:所述电子标签装置(400)还包括连接控制单元(410)的电子标签模块(420)。
7.根据权利要求5所述无差别车道ETC车辆通过系统,其特征在于:所述无线定位模块(315)为UWB定位模块,所述定位标签模块(440)为UWB定位标签。
8.一种利用权利要求1所述无差别车道ETC车辆通过系统的ETC车辆通过方法,其特征在于:该方法包括以下步骤: A.带有ETC功能的车辆在进入高速公路收费口前,车上的电子标签装置(400)与设置于路旁的定位基站(310)进行双向通信联络; B.定位基站(310)采集车辆自身信息以及车辆位置坐标信息,并将所采集到的信息发送给控制系统(200); C.控制系统(200)根据定位基站提供的坐标对车辆进行定位,并查证车辆的放行条件是否有效,如有效则将车辆位置信息传送给控制系统(200),控制系统(200)将放行指令发送给栏杆装置(100); D. 栏杆装置(100)根据放行指令以及车辆位置开放适合的道口,放行车辆。
9.根据权利要求8所述ETC车辆通过方法,其特征在于:步骤C中所述查证车辆的放行条件是否有效包括验证车辆注册账户的合法性以及是否开始计费或完成缴费。
10.根据权利要求8所述ETC车辆通过方法,其特征在于:步骤A中所述车上的电子标签装置(400)与设置于路旁的定位基站(310)进行双向通信联络为蓝牙或UWB通信方式。
11.根据权利要求8至10中任一项所述ETC车辆通过方法,其特征在于:当车辆为即将进入高速公路时,步骤A包括以下分步骤: A1.带有ETC功能的车辆在进入定位基站(310)识别区时,首先第一唤醒模块(320)唤醒定位基站(310)工作,然后第二唤醒模块(330)唤醒电子标签装置(400)开始工作; A2.电子标签装置(400)将自身信息以广播或与定位基站(310)连接的形式发送出去,定位基站(310)接收到车辆电子标签装置(400)所发布的信息后,与车辆电子标签装置(400)进行通信联络,然后进入步骤B阶段。
12.根据权利要求11所述ETC车辆通过方法,其特征在于:步骤A2中定位基站(310)与电子标签装置(400)之间的通信包括定位基站(310)的无线通信模块(311)持续广播车道信息,电子标签装置(400)读到无线通信模块(311)所广播的车道信息后,转为广播状态,发送车辆自身信息,定位基站(310)的第一无线定位模块(312)扫描进入识别区车辆所发布的信息并定位车辆的位置坐标,然后将信息发送给控制系统(200)。
13.根据权利要求8至10中任一项所述ETC车辆通过方法,其特征在于:步骤A中当车辆即将离开高速公路前,电子标签装置(400)持续处于广播状态,在进入定位基站(310)识别区时,第一唤醒模块(320)唤醒定位基站(310)工作,定位基站(310)接收到车辆电子标签装置(400)所发布的信息后,与车辆电子标签装置(400)进行通信联络,然后进入步骤B阶段。
14.根据权利要求13所述ETC车辆通过方法,其特征在于:步骤A中定位基站(310)与电子标签装置(400)之间的通信包括定位基站(310)的第二无线通信模块(313)接收电子标签装置(400)所发出的车辆和支付账户信息,并将信息传送到控制系统(200),控制系统(200)核收路费后,由第二无线定位模块(314)将支付数据和允许通行的信息传送给电子标签装置(400)。
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