CN107507285B - 一种etc系统的车辆检测方法及车辆检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及信号检测领域，针对现有技术，本发提供一种ETC系统的RSU结构、车辆检测装置及实现方法。本发明通过读卡设备确定检测区域，并通过读卡设备中定向天线主瓣方向的不同设置，来获取由检测区域附近的OBU发射信号产生的不同RSSI值，实现RSU结构的设计；进一步的，在RSU结构基础上，通过对各个读卡设备的RSSI值处理后，能更加精准的判断车辆是否位于检测区域内，并为后续扣费等操作提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及信号检测领域，尤其是一种ETC系统的车辆检测方法及车辆检测装置。
背景技术
如今智能交通技术被广泛的应用，电子不停车收费(ElectronicTollCollection,简称ETC)系统是其中非常重要的组成部分，而路侧单元(RoadSideUnit，简称RSU)是ETC系统的关键设备。由于车辆在道路上行驶情况的不确定，旁道干扰和跟车干扰容易造成误计费，从而导致纠纷影响交通正常运行。所以准确获得车辆在车道上的位置是ETC系统的关键技术之一。
目前使用的RSU设备或者相关专利文献中，多是利用阵列信号处理的方法：比如使用DBF(波束形成)技术进行波速扫描，以获得从某个特定角度到达的信号，或者使用阵列测向技术，比如MUSIC，获得信号的到达角度。利用信号到达角度获得车辆的位置信息。
因为实际使用环境中，电磁波传播处处存在着多径，导致多元相干信源的产生，这使得以上的阵列信号处理的方法效果急剧下降。在使用过程中，不能正确获得车辆的位置将导致误扣费，有可能引起不必要的纠纷，影响交通的正常运行。而且阵列信号处理对硬件要求高，算法复杂，这也导致了整个系统成本的增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种ETC系统的车辆检测方法及车辆检测装置，通过读卡设备确定检测区域，并通过读卡设备中定向天线主瓣方向的不同设置，来获取由检测区域附近的OBU(车载电子标签)发射信号产生的不同RSSI值，实现RSU结构的设计；进一步的，在RSU结构基础上，通过对各个读卡设备的RSSI值处理后，能更加精准的判断车辆是否位于检测区域内，并为后续扣费等操作提供基础。
本发明采用的技术方案如下：
一种ETC系统的RSU结构设计方法包括：
在检测区域至少三个顶点位置分别对应设置读卡设备；
各个读卡设备的n个通道中分别对应设置一个定向天线，所述定向天线接收检测区域及附近的OBU发送的射频信号，所有读卡设备获取对应定向天线接收到的射频信号对应的RSSI值；其中每个读卡设备至少一个定向天线的主瓣朝向检测区域，其余的定向天线的主瓣朝向检测区域外。
进一步的，所述检测区域四个顶点位置分别设置读卡设备或者除过四个顶点位置分别设置读卡设备之外，在检测区域某一侧边还设置多个读卡设备。
一种ETC系统的RSU结构，包括通过RSU结构设计方法形成的RSU结构。
基于一种ETC系统的RSU结构设计方法的车辆检测方法还包括：
通过对每个读卡设备获取的n路RSSI值进行滤波计算处理得到加权平均滤波值；
加权平均滤波值与门限值进行比较，判断该OBU是否在检测区域内，即携带该OBU的被检测车辆是否在检测区域内；
进一步的，所述滤波计算处理过程是：
计算每个读卡设备获取的预设时间内该OBU的每路RSSI值的平均值，然后对n路RSSI值进行加权处理得到每个读卡设备对应的n路RSSI加权平均值；
计算每个读卡设备中主瓣朝向检测区域内定向天线的RSSI加权平均值的最大值与主瓣朝向检测区域外天线的RSSI加权平均值的差值，得到每个读卡设备的差值列表；
对上述每个读卡器的差值列表中所有差值进行加权处理、平均值处理、滤波处理得到加权平均滤波值。
进一步的，所述判断该OBU是否在检测区域内部是当加权平均滤波值大于门限值时，则OBU在检测区域内部；当加权平均滤波值小于等于门限值时，则OBU在检测区域外部。
进一步的，所述滤波计算处理所用的RSSI值是读卡设备定向天线获取之后，传递给处理器进行滤波计算处理的RSSI值。
一种ETC系统的车辆检测装置包括：
读卡设备，用于在检测区域至少三个顶点位置分别对应设置读卡设备；其中，各个读卡设备的那个通道中分别对应设置n个定向天线，所述定向天线阵列接收检测区域及附近的OBU发射的射频信号，所有读卡设备获取对应定向天线接收的射频信号对应的RSSI值；其中每个读卡设备至少一个定向天线的主瓣朝向检测区域，其余的定向天线的主瓣朝向检测区域外。
处理器，用于通过对每个读卡设备获取的n路RSSI值进行滤波计算处理得到加权平均滤波值；加权平均滤波值与门限值进行比较，判断该OBU是否在检测区域内，即携带该OBU的被检测车辆是否在检测区域内。
进一步的，所述滤波计算处理过程是：
计算每个读卡设备获取的预设时间内该OBU的每路RSSI值的平均值，然后对n路RSSI值进行加权处理得到每个读卡设备对应的n路RSSI加权平均值；计算每个读卡设备中主瓣朝向检测区域内定向天线的RSSI加权平均值的最大值与主瓣朝向检测区域外天线的RSSI加权平均值值的差值，得到每个读卡设备的差值列表；
对上述每个读卡器的差值列表中所有差值进行加权处理、平均值处理、滤波处理得到加权平均滤波值。
进一步的，所述处理器判断该OBU是否在检测区域内部是当加权平均滤波值大于门限值时，则OBU在检测区域内部；当加权平均滤波值小于等于门限值时，则OBU在检测区域外部。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
通过检测区域周围读卡设备的位置设置，可以标记出一个用于检测OBU信号的检测区域；
通过读卡设备上定向天线的特殊位置设置，并结合滤波计算处理，能精确的区分OBU位于检测区域内和检测区域外。
门限值也是在同一硬件设备中得到的，具有统一基准，使得检测更加准确。
为了提高精确度，可以在检测区域除了4个定点的地方，在多设置多个读卡设备。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明基于RSU的ETC车道的结构示意图。
图2是本发明RSU结构示意图。
图3是本发明车辆检测方法的流程图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明相关说明：
1、检测区域为正方形或者长方形区域，该检测区域可以将车辆放置于内。
2、朝向检测区域指的是当OBU位于检测区域时，同一个读卡设备上主瓣朝向检测区域内部的定向天线接收的RSSI值大于主瓣朝向检测区域外的定向天线接收的RSSI值。
3、读卡设备功能是根据定向天线接收到RSSI值，将其发送给具有数据处理功能的处理器，该处理器完成对RSSI值滤波计算等处理，依次来判断OBU是否在检测区域内。
实施例一：本发明中ETC系统的RSU结构设计方法具体包括：
步骤1：在检测区域至少三个顶点位置分别对应设置读卡设备；
步骤2：各个读卡设备的n个通道中分别对应设置一个定向天线，所述定向天线接收检测区域及附近的OBU发射的射频信号，所有读卡设备获取对应定向天线接收射频信号对应的RSSI值；其中每个读卡设备至少一个定向天线的主瓣朝向检测区域，其余的定向天线的主瓣朝向检测区域外。
其中，步骤1中,可以有下列设置方式：
1)在检测区域四个顶点中任意三个分别对应设置读卡设备；
2)在检测区域四个顶点上分别对应设置读卡设备；如图1所示。
3)为了提高精度，在检测区域中设置大于四个读卡设备；其中检测区域四个顶点上必须分别对应设置读卡设备；除此之外，检测区域某一侧边(不通过车辆的检测区域的边)上可设置读卡设备。
其中，步骤2中，每个读卡设备链接有n路定向天线，分别对应设置在读卡设备n个通讯通道中。
例如：如图2所述读卡设备有3个通讯通道，每个通道分别对应设置一个定向天线，则有3路定向天线，设计定向天线的主瓣宽度为120度，将其中一个定向天线的主瓣方向指向检测区域中点，剩下的两个天线主瓣分别朝向检测区域外围，图2中扇形带便该通道上定向天线的波束。相当于在检测区域建立了一个与其它区域不同的电磁区域，为后续判断OBU是否位于检测区域内部提供基础。当OBU位于检测区域时，读卡设备上主瓣朝向检测区域内部的定向天线接收的RSSI值大于主瓣朝向检测区域外的两个定向天线接收的RSSI值。
例如，读卡设备有4个通讯通道，每个通道分别对应设置一个定向天线，则有4路定向天线，设计定向天线主瓣宽度为90度，其中一个定向天线主瓣朝向与相邻两边夹角为45度，方向是朝向检测区域内；其余三个定向天线主瓣方向依次夹角为90度。当OBU位于检测区域时，读卡设备上主瓣朝向检测区域内部的定向天线接收的RSSI值大于主瓣朝向检测区域外的三个定向天线接收的RSSI值中最大值。
例如，读卡设备有4个通讯通道，每个通道分别对应设置一个定向天线，则有4路定向天线，设计定向天线主瓣宽度为90度，其中两个定向天线主瓣朝向分别对应与相邻两边重合，并朝向检测区域内；其余两个定向天线主瓣依次与上述两个定向天线朝向相反，朝向检测区域外。当OBU位于检测区域时，读卡设备上主瓣朝向检测区域内的两个定向天线接收的RSSI值最小值大于主瓣朝向检测区域外的两个定向天线接收的RSSI值中最大值。
例如，读卡设备有6个通讯通道，每个通道分别对应设置一个定向天线，则有6路定向天线，设计定向天线主瓣宽度为60度，定向天线主瓣设置原则是：当OBU位于检测区域时，读卡设备上主瓣朝向检测区域内的m个定向天线接收的RSSI值最小值大于主瓣朝向检测区域外的6-m个定向天线接收的RSSI值中最大值。
例如：读卡设备有n个通讯通道，每个通道分别对应设置一个定向天线，则有n个定向天线，设计定向天线主瓣宽度为360/n度，定向天线主瓣设置原则是：当OBU位于检测区域时，读卡设备上主瓣朝向检测区域内的m个定向天线接收的RSSI值最小值大于主瓣朝向检测区域外的n-m个定向天线接收的RSSI值中最大值。
实施例二：本发明中ETC系统的RSU结构是根据ETC系统的RSU结构设计方法形成的RSU结构，包括：
读卡设备，用于在检测区域至少三个顶点位置分别对应设置读卡设备；各个读卡设备的那个通道中分别对应设置n个定向天线，所述定向天线接收检测区域及附近的OBU发射的射频信号，所有读卡设备获取对应定向天线接收射频信号对应的RSSI值；其中每个读卡设备至少一个定向天线的主瓣朝向检测区域，其余的定向天线的主瓣朝向检测区域外。
实施例三：应用在车辆是否通过ETC系统的检测方面，其中的射频信号是定向天线接收检测区域及附近的OBU发送的射频信号；具体实现过程是：在实施例一的设计方法基础上，还包括以下步骤：
步骤3：通过对每个读卡设备获取的n路RSSI值进行滤波计算处理得到加权平均滤波值；
步骤4：加权平均滤波值与门限值进行比较，判断该OBU是否在检测区域内，即携带该OBU的被检测车辆是否在检测区域内。
其中，步骤3实现过程是：
计算每个读卡设备获取的预设时间内该OBU的每路RSSI值的平均值，然后对n路RSSI值进行加权处理得到每个读卡设备对应的n路RSSI加权平均值；
计算每个读卡设备中主瓣朝向检测区域内定向天线的RSSI加权平均值的最大值与主瓣朝向检测区域外天线的RSSI加权平均值值的差值，得到每个读卡设备的差值列表；
对上述每个读卡器的差值列表中所有差值进行加权处理、平均值处理、滤波处理得到加权平均滤波值。
进一步的，步骤3具体过程是：
每个读卡设备通过n路定向天线读取OBU发送的射频信号，产生n路RSSI值，在一个周期内，n路RSSI值中每一路对应f次值；因此，读卡设备将n*f次RSSI值依次发送给处理器进行数据处理；检测出位于检测区域的车辆，则相当于可以确定这些车辆的位置，这足以能够完成对车辆扣费等操作。步骤3具体实施方式是：
步骤31：每个读卡设备通道的定向天线接收检测区域附近的OBU发送的射频信号，并获取对应的n路RSSI值，并按照OBU的ID号存储。
步骤32：存储区域是否有OBU数据的数据未处理，若有OBU数据未处理，则取出预设周期内一个OBU的所有RSSI值数据，执行步骤33；否则，返回步骤31；
步骤33：对取出的该OBU的RSSI数据进行数据预处理，去除坏值点；
步骤34：计算每一个读卡设备每个定向天线获取RSSI值的平均值；例如：在一个周期内，OBU发送f＝50次RSSI值，则每一个读卡设备的n路定向天线中，每一路定向天线分别接收50次RSSI值，则对着50次数据做平均值计算；
步骤35：对每一个读卡设备每个定向天线的RSSI值平均值进行加权处理；加权原则是：RSSI数据值越大，则加权值越大；
步骤36：基于步骤35得到的加权后的平均值，将每一个读卡设备中主瓣朝向检测区域内的定向天线的RSSI值最大值减去主瓣朝向检测区域外的定向天线的RSSI值最大值，得到差值列表RSSI_DIFF_LIST；
步骤37：对差值列表RSSI_DIFF_LIST进行加权平均滤波处理，得到加权平均滤波值，加权原则是绝对值越大权值越大；
步骤38：将加权平均滤波值于门限值进行比较，当加权平均滤波值大于门限值时，则OBU在检测区域内部；当加权平均滤波值小于等于门限值时，则OBU在检测区域外部。
步骤3中，门限值获取过程1是：车辆位于检测区域外部道路时，根据滤波计算方法处理得到的最大加权平均滤波值，即门限值。门限获取过程2：根据经验值人为设定门限值。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种ETC系统的车辆检测方法，其特征在于包括：
在检测区域至少三个顶点位置分别对应设置读卡设备；
各个读卡设备的n个通道中分别对应设置一个定向天线，所述定向天线接收检测区域及附近的OBU发送的射频信号，所有读卡设备获取对应定向天线接收到的射频信号对应的RSSI值；其中每个读卡设备至少一个定向天线的主瓣朝向检测区域内，其余的定向天线的主瓣朝向检测区域外；
通过对每个读卡设备获取的n路RSSI值进行滤波计算处理得到加权平均滤波值；
加权平均滤波值与门限值进行比较，判断该OBU是否在检测区域内，即携带该OBU的被检测车辆是否在检测区域内。
2.根据权利要求1所述的一种ETC系统的车辆检测方法，其特征在于所述检测区域四个顶点位置分别设置读卡设备或者除了四个顶点位置分别设置读卡设备之外，在检测区域某一侧边还设置多个读卡设备且该侧边为不通过车辆的检测区域。
3.根据权利要求1所述的一种ETC系统的车辆检测方法，其特征在于所述滤波计算处理过程是：
计算每个读卡设备获取的预设时间内该OBU的每路RSSI值的平均值，然后对n路RSSI值的平均值进行加权处理得到每个读卡设备对应的n路RSSI加权平均值；
计算每个读卡设备中主瓣朝向检测区域内定向天线的RSSI加权平均值的最大值与主瓣朝向检测区域外天线的RSSI加权平均值的差值，得到每个读卡设备的差值列表；
对上述每个读卡器的差值列表中所有差值进行加权处理、平均值处理、滤波处理得到加权平均滤波值。
4.根据权利要求1所述的一种ETC系统的车辆检测方法，其特征在于所述判断该OBU是否在检测区域内部是当加权平均滤波值大于门限值时，则OBU在检测区域内部；当加权平均滤波值小于等于门限值时，则OBU在检测区域外部。
5.根据权利要求1所述的一种ETC系统的车辆检测方法，其特征在于所述滤波计算处理所用的RSSI值是读卡设备定向天线获取之后，传递给处理器进行滤波计算处理的RSSI值。
6.一种ETC系统的车辆检测装置，其特征在于包括：
读卡设备，用于在检测区域至少三个顶点位置分别对应设置读卡设备；其中，各个读卡设备的那个通道中分别对应设置n个定向天线，所述定向天线阵列接收检测区域及附近的OBU发送的射频信号，所有读卡设备获取对应定向天线接收的射频信号对应的RSSI值；其中每个读卡设备至少一个定向天线的主瓣朝向检测区域内，其余的定向天线的主瓣朝向检测区域外；
处理器，用于通过对每个读卡设备获取的n路RSSI值进行滤波计算处理得到加权平均滤波值；加权平均滤波值与门限值进行比较，判断该OBU是否在检测区域内，即携带该OBU的被检测车辆是否在检测区域内。
7.根据权利要求6所述的一种ETC系统的车辆检测装置，其特征在于所述滤波计算处理过程是：
计算每个读卡设备获取的预设时间内该OBU的每路RSSI值的平均值，然后对n路RSSI值的平均值进行加权处理得到每个读卡设备对应的n路RSSI加权平均值；
计算每个读卡设备中主瓣朝向检测区域内定向天线的RSSI加权平均值的最大值与主瓣朝向检测区域外天线的RSSI加权平均值的差值，得到每个读卡设备的差值列表；
对上述每个读卡器的差值列表中所有差值进行加权处理、平均值处理、滤波处理得到加权平均滤波值。
8.根据权利要求6所述的一种ETC系统的车辆检测装置，其特征在于所述处理器判断该OBU是否在检测区域内部是当加权平均滤波值大于门限值时，则OBU在检测区域内部；当加权平均滤波值小于等于门限值时，则OBU在检测区域外部。
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