CN107578482B - 基于物联网技术的快速高速公路不停车收费系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费系统及方法。本发明涉及一种高速公路收费系统，其特征在于，包括固定在车辆内的车载终端；数据中心；位于高速公路入口处的入口物联网基站；布置于每个匝道口的入口车辆放行单元；位于高速公路出口处的出口物联网基站；布置在每条出口放行通道的车牌获取单元及自动放行闸机或自动放行闸机。本发明的另一个技术方案是提供了一种高速公路收费系统方法。本发明采用物联网技术来实现高速公路的收费，且将高速公路的收费、放行方式变更为两段式，在第一段区域时完成收费，而第二段区域根据第一段区域的收费情况对相应车辆进行自动放行，因此，可以大大提高高速公路收费区域的通行速度。

Description

基于物联网技术的快速高速公路不停车收费系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于高速公路收费的系统及采用该系统的高速公路收费方法。

背景技术

目前高速公路普遍按里程付费，采用的收费方式分为：人工电脑收费方式(ManualToll Collection，MTC)，电子不停车收费(Electronic Toll Collection，ETC)。

在车辆进入高速公路的入口收费站，MTC需采用人工方式为每一辆经过收费站的车辆发放收费卡，而在出口收费站，同样采用人工方式收取每一辆经过车辆的收费卡，通过专用设备读取信息后，进行人工收费。这样方式的缺点是：效率低下，在面对大客流时，容易造成车辆拥堵。为解决该问题，有些收费站在入口处采用自助设备进行收费卡的发放，但自助设备也需要驾驶员停车取卡，对于一些技术不娴熟的驾驶员而言，甚至需要下车取卡，反而降低了车辆的通行速度。

相比于MTC，ETC更为高效，其通过安装在车辆上的OBU(On Board Unit)在通信覆盖区内实现与收费站相应收费设备的通信，从而完成自动交易、自动放行。但ETC存在的问题是，通信速度慢、覆盖区范围小，装有OBU的车辆需确认OBU与收费设备能够实现正常通信。因此，装有OBU的车辆必须减慢车速，甚至停车才能完成与收费设备之间的通信，从而降低了收费口的通行效率。

为了解决上述问题，申请号为201610273070的发明专利申请公开了一种ETC入口、出口及车辆信息的处理方法。该发明专利申请基于LTE-V协议实现车辆过收费站时的信息交互。该发明专利申请存在的缺陷是，其公开的系统及方法需要使用车辆的实时位置信息，而现有的获得车辆实时位置信息的手段只能是通过GPS来实现。但GPS的定位精度在100米左右，定位精度较差，即使将GPS应用在导航中也会出现漂移的现场。若将GPS应用在高速公路收费系统中，非常容易造成误判，从而导致错误扣费或者扣费失败，人为上造成高速公路出入口的拥堵，还是没有解决现有高速公路收费系统存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提高高速路收费口的通行效率，同时保证准确率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费系统，其特征在于，包括：

固定在车辆内的车载终端，用于存储向数据中心注册过的用户信息和/或车牌信息，并基于物联网通信协议通过无线网络与数据中心建立数据通信；

数据中心，用于建立、存储与更新各用户的用户信息、车牌信息、付费渠道信息以及收费信息四者之间的映射关系，收费信息至少包括高速公路入口信息、高速公路出口信息以及付费信息；

位于高速公路入口处的至少四个位置坐标已知的入口物联网基站以及入口车辆信息处理单元，其中：所有入口物联网基站都具有高精度授时芯片，且都能基于物联网协议向外广播带有时间戳、自身ID和对应位置坐标的广播信号，所有入口物联网基站中有一个入口物联网基站向外广播的时间为基准时间，定义为基准入口物联网基站；

车载终端通过入口物联网基站基于基站定位方法实现定位，生成定位信息，基站定位方法包括以下布置：车载终端进入包含有基准入口物联网基站在内的至少四个入口物联网基站的有效通信范围内，设为第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站及基准入口物联网基站，接收到四个入口物联网基站发送的广播信号，第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站的广播信号对应的时间戳分别为T1、T2、T3，基准入口物联网基站的广播信号对应的时间戳为T，则计算得到车载终端与第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站之间的距离分别为C×(T1-T)、C×(T2-T)、C×(T3-T)，C表示光速，结合第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站的位置坐标得到车载终端的定位信息；车载终端通过无线网络将用户信息或车牌信息及定位信息定时上传至入口车道信息处理单元，由入口车道信息处理单元根据定位信息生成与用户信息或车牌信息相关联的行驶轨迹，并根据定位信息得到当前的高速公路入口信息，将得到的高速公路入口信息连同用户信息或车牌信息通过无线网络上传至数据中心，由数据中心更新对应的收费信息；

布置于每个匝道口的入口车辆放行单元，入口车辆放行单元或者辨别经过车辆的车牌号码，查询数据中心中与车牌号码相匹配的车牌信息所对应的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，对车牌号码对应的车辆予以自动放行，或者由入口车道信息处理单元根据每个车辆的行驶轨迹判断每个车辆是否形式至相应的入口车辆放行单元附近，通知相应的入口车辆放行单元，由入口车辆放行单元查询数据中心中存储的用户信息或车牌信息所对应的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，对车辆予以自动放行；

位于高速公路出口处的至少四个位置坐标已知的出口物联网基站以及出口车辆信息处理单元，其中：所有出口物联网基站都具有高精度授时芯片，且都能基于物联网协议向外广播带有时间戳、自身ID和对应位置坐标的广播信号，所有出口物联网基站中有一个出口物联网基站向外广播的时间为基准时间，定义为基准出口物联网基站，车载终端通过出口物联网基站基于基站定位方法实现定位，生成定位信息，并通过无线网络将用户信息或车牌信息及定位信息定时上传至出口车道信息处理单元，由出口车道信息处理单元根据定位信息生成与用户信息或车牌信息相关联的行驶轨迹，并根据定位信息得到当前的高速公路出口信息；

位于高速公路出口处的收费单元，接收出口车辆信息处理单元发送来的车牌信息或用户信息及当前的高速公路出口信息，查询数据中心中与车牌信息或用户信息对应的收费信息以及付费渠道信息，获取收费信息中的高速公路入口信息，再结合当前的高速公路出口信息计算得到费用后，通过付费渠道信息完成付费，根据付费情况更新收费信息中的高速公路出口信息及付费信息，并将更新后的付费信息连同车牌信息或用户信息上传至数据中心，由数据中心根据接收到的数据更新对应的收费信息；

布置在每条出口放行通道的车牌获取单元及由车道工控机控制的自动放行闸机或由车道工控机控制的自动放行闸机，或者由车牌获取单元获取经由出口放行通道通行的车辆的车牌号码，车道工控机根据车牌号码查询数据中心中与之相匹配的车牌信息对应的收费信息，自动放行闸机在车道工控机的控制下对收费信息正确更新的车辆进行自动放行，或者由出口车辆信息处理单元基于行驶轨迹判断车辆已运行至相应的自动放行闸机附件，将对应的车牌信息或用户信息发送至相应的车道工控机，由车道工控机查询数据中心中对应的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，自动放行闸机在车道工控机的控制下对车辆予以自动放行。

优选地，在所述高速公路入口处还布置有入口车辆车牌获取单元，用于获得车牌号码，并将车牌号码与车牌信息进行匹配，匹配成功后，再更新相应的收费信息；

在所述高速公路出口处还布置有出口车辆车牌获取单元，用于获得车牌号码，并将车牌号码与车牌信息进行匹配，匹配成功后，再更新相应的收费信息。

优选地，位于高速公路入口处的车道区域被划分出入口交易广场及入口控制区域，其中，所述入口物联网基站、所述入口车辆车牌获取单元、所述入口车辆信息处理单元位于入口交易广场，所述入口车辆放行单元位于入口控制区域；

位于高速公路入口处的车道区域被划分出出口交易广场及出口控制区域，其中，所述出口物联网基站、所述出口车辆车牌获取单元、所述出口车辆信息处理单元及所述扣费单元位于出口交易广场，所述出口放行通道位于出口控制区域。

优选地，还包括入口车道提示单元，车辆在离开入口交易广场后，并进入入口控制区域前，由入口车道提示单元提示没有匹配的车牌信息的车牌号码所对应的车辆以及收费信息未正确更新的车辆走人工收费通道；

还包括出口车道提示单元，车辆在离开出口交易广场后，并进入出口控制区域前，由出口车道提示单元提示没有匹配的车牌信息的车牌号码所对应的车辆以及收费信息未正确更新的车辆走人工收费通道。

本发明还提供了一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、在车载终端内存储向数据中心注册过的用户信息和/或车牌信息，由数据中心为新注册的用户创建初始化的付费信息，同时，建立各个用户的用户信息、车牌信息以及付费渠道信息与创建的付费信息之间的映射关系，并为每个用户信息分配用户状态标志，用户状态标志初始化为正常；

第二步、车辆通过高速公路入口驶入高速公路前，进入包含有基准入口物联网基站在内的至少四个位置坐标已知的入口物联网基站的有效通信范围内，设为第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站及基准入口物联网基站，车载终端接收到四个入口物联网基站发送的广播信号，第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站的广播信号对应的时间戳分别为T1、T2、T3，基准入口物联网基站的广播信号对应的时间戳为T，则车载终端计算得到车辆与第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站之间的距离分别为C×(T1-T)、C×(T2-T)、C×(T3-T)，C表示光速，结合第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站的位置坐标得到车辆的定位信息，车载终端定时将定位信息及对应的用户信息或车牌信息发送至入口车辆信息处理单元，由入口车辆信息处理单元根据定位信息生成与用户信息或车牌信息相对应的有方向性的行驶轨迹，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶入高速公路收费站，则进入第三步，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶离高速公路收费站，则对当前车辆不做任何操作；

第三步、入口车辆信息处理单元查询用户信息或车牌信息对应的用户状态标志是否为正常，若是，则根据定位信息得到当前的高速公路入口信息，将当前的高速公路入口信息连同用户信息或车牌信息上传至数据中心，由数据中心根据接收到的数据更新收费信息，生成收费信息更新标志后进入第四步，若不是，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

第四步、车辆行驶至布置于高速公路入口的各入口匝道处的车辆放行单元，由车辆放行单元辨别经过车辆的车牌号码，查询与车牌号码相匹配的车牌信息所对应的收费信息更新标志，依据收费信息更新标志判断收费信息是否被正确更新，若被正确更新，则由车辆放行单元对当前匝道的车辆自动放行，车辆驶入高速公路，随后进入第五步，若未被正确更新，则将当前车牌信息所对应的用户状态标志变更为异常后，产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

或者，由入口车辆信息处理单元基于运行轨迹判断当前车辆是否已运行至相应的入口车辆放行单元，将当前车辆的用户信息或车牌信息发送至相应的入口车辆放行单元，由入口车辆放行单元查询用户信息/或车牌信息对应的收费信息更新标志，依据收费信息更新标志判断收费信息是否被正确更新，若被正确更新，则由入口车辆放行单元对当前匝道的车辆自动放行，车辆驶入高速公路，随后进入第五步，若未被正确更新，则通知数据中心，由数据中心将对应的用户状态标志变更为异常，同时，由入口车辆放行单元产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

第五步、车辆即将驶出高速公路时，进入包含有基准出口物联网基站在内的至少四个位置坐标已知的出口物联网基站的有效通信范围内，设为第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站及基准入口物联网基站，车载终端接收到四个入口物联网基站发送的广播信号，第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站的广播信号对应的时间戳分别为t1、t2、t3，基准出口物联网基站的广播信号对应的时间戳为t，则车载终端计算得到车辆与第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站之间的距离分别为C×(t1-t)、C×(t2-t)、C×(t3-t)，结合第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站的位置坐标得到车辆的定位信息，车载终端定时将定位信息及对应的用户信息或车牌信息发送至出口车辆信息处理单元，由出口车辆信息处理单元根据定位信息生成与用户信息或车牌信息相对应的有方向性的行驶轨迹，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶入高速公路收费站，则进入第六步，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶离高速公路收费站，则对当前车辆不做任何操作；

第六步、出口车辆信息处理单元查询用户信息或车牌信息对应的用户状态标志是否为正常，若是，则进入第八步，若不是，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道

第七步、出口车辆信息处理单元根据定位信息得到当前的高速公路出口信息，出口车辆信息处理单元将用户信息或车牌信息及当前的高速公路出口信息发送给收费单元，由收费单元查询数据中心中对应的收费信息及付费渠道信息，根据收费信息中的高速公路入口信息及接收到的高速公路出口信息计算得到费用，并利用付费渠道信息进行扣费，若扣费成功，更新收费信息中的高速公路出口信息及付费信息，随后将更新后的收费信息发送至数据中心，进入第八步，否则，通知数据中心，由数据中心将对应用户状态标志变更为异常，并由收费单元产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

第八步、数据中心根据接收到的数据更新对应的收费信息，生成收费信息更新标志；

第九步、车辆进入出口控制区域后，选择多条出口放行通道中的任意一条通行，车牌获取单元获取车辆的车牌号码，车道工控机根据车牌号码查询数据中心中与之匹配的车牌信息所对应的收费信息更新标志，根据收费信息更新标志判断当前车辆的收费信息是否被正确更新，若是，则自动放行闸机在车道工控机的控制下对车辆进行自动放行，若收费信息未被正确更新，则通知数据中心，由数据中心将对应的用户状态标志变更为异常，并由车道工控机产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

或者，由出口车辆信息处理单元基于行驶轨迹判断当前车辆已运行至相应的自动放行闸机，将当前车辆的车牌信息或用户信息发送至相应的车道工控机，由车道工控机查询用户信息/或车牌信息对应的收费信息更新标志，根据收费信息更新标志判断当前车辆的收费信息是否被正确更新，若是，则自动放行闸机在车道工控机的控制下对车辆进行自动放行，若收费信息未被正确更新，则通知数据中心，数据中心将对应的用户状态标志变更为异常，并由车道工控机产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道。

优选地，在所述第三步中，还通过入口车辆车牌获取单元获得车牌号码，所述入口车辆信息处理单元获取到用户信息或车牌信息后，将对应的车牌信息与车牌号码相匹配，若匹配成功，则再查询对应的用户状态标志是否为正常，若匹配不成功，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

在所述第六步中，还通过出口车辆车牌获取单元获得车牌号码，所述出口车辆信息处理单元获取到用户信息或车牌信息后，将对应的车牌信息与车牌号码相匹配，若匹配成功，则再查询对应的用户状态标志是否为正常，若匹配不成功，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道并将车牌号码与车牌信息进行匹配。

本发明采用物联网技术来实现高速公路的收费。物联网技术的通信范围与现有的ETC方式相比广得多，且使得收费系统在同一时刻能够与多个车载终端同时建立单点通信，能够真正实现不停车收费。

更重要的是，本发明采用物联网技术来实现定位，现有的高精度定位芯片的测距精度可以达到1纳秒，光速除以1纳米约等于0.3米，保证了本发明的定位精度可以达到1-2米，比现有的定位精度提高了100倍，基于该技术获得的定位信息来对车辆进行定位及扣费不会发生误判，不会有错误扣费或者扣费失败的情况的发生，大大保障了高速公路收费口的通行率，避免拥堵发生。

更进一步，本发明将高速公路的收费、放行方式变更为两段式，在第一段区域时完成收费，而第二段区域根据第一段区域的收费情况对相应车辆进行自动放行，因此，可以大大提高高速公路收费区域的通行速度。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于LTE的高速公路收费系统的系统框图；

图2A为高速公路入口收费流程图；

图2B为高速公路出口收费流程图；

图3为物联网OBU与LTE基站的通信示意图；

图4为本实施例所采用的定位算法的示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

结合图1，本发明提供了一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费系统，其可以基于任何能够向外广播带有时间戳、自身ID和对应位置坐标的广播信号的物联网协议，包括基于物联网技术的车载终端，本实施例将该车载终端定义为物联网OBU。用户向数据中心注册用户信息、车牌信息以及付费渠道信息后，车载终端中便存储了注册过的用户信息和/或车牌信息(本实施例以车载终端中存储了车牌信息为例进行说明)。

数据中心，用于建立、存储与更新各用户的用户信息、车牌信息、付费渠道信息以及收费信息四者之间的映射关系。收费信息至少包括高速公路入口信息、高速公路出口信息以及付费信息。数据中心可以采用云服务器等来实现。

本发明将高速公路入口处的区域及高速公路出口处的区域划分为两个部分，对于高速公路入口处的区域而言，划分为入口交易广场及入口控制区域，对于高速公路出口处的区域而言，划分为出口交易广场及出口控制区域。由于高速公路入口处的区域不需要面临费用结算的问题，因此，本领域技术人员可以不用将其划分为两端。对于高速公路出口处的区域而言，其面临费用结算问题，位于了提高通行效率，划分出出口交易广场及出口控制区域是必要的。

入口交易广场布置4个入口物联网基站，物联网基站的辐射范围大，3个物联网基站就可以将一个大范围的区域全面覆盖，本发明中还采用一个基站作为基准基站。物联网OBU与物联网基站的通信示意图如图3所示。在图3中，三个物联网基站A、B、C同时与四个物联网OBU1、2、3、4建立单点通信(图中，仅示意性地画出了四个物联网OBU1、2、3、4与物联网基站A的通信)。三个LTE基站A、B、C覆盖范围广，通过四个LTE基站A、B、C、D，四个物联网OBU1、2、3、4能够实现1-2米的精确定位。

当物联网OBU进入入口交易广场后，其通过物联网基站与入口车辆信息处理单元建立通信，入口车辆信息处理单元则与数据中心建立通信。并且通过4个入口物联网基站，物联网OBU便能获得自身的定位信息。本实施例以物联网OBU1利用四个物联网基站A、B、C、D实现定位信息获取为例来具体说明本发明的物联网定位方法：

四个物联网基站A、B、C、D的位置坐标是已知的，且四个物联网基站A、B、C、D均具有高精度授时芯片，且都能基于物联网协议向外广播带有时间戳、自身ID和对应位置坐标的广播信号。四个物联网基站A、B、C、D中，物联网基站D为基准时间，定义为基准物联网基站，基准物联网基站位于坐标原点，则物联网基站A、B、C的坐标确定。物联网OBU1进入物联网基站A、B、C、D的通信范围后，同时接收到物联网基站A、B、C、D向外广播的广播信号，物联网基站A、B、C的广播信号对应的时间戳分别为TA、TB、TC，基准物联网基站的广播信号对应的时间戳为TD，则计算得到物联网OBU1与物联网基站A、B、C之间的距离分别为C×(TA-TD)、C×(TB-TD)、C×(TC-TD)，C表示光速，再结合物联网基站A、B、C的位置坐标得到物联网OBU1的定位信息。

车载终端将定位信息定时上传入口车辆信息处理单元后，入口车辆信息处理单元可以根据定位信息获得每个车辆的行驶轨迹，通过行驶轨迹一方面可以进行车辆行驶方向的判断，另外一方面可以进行后续的扣费、放行操作。同时，数据中心能够根据入口车辆信息处理单元获得的定位信息更新收费信息中的高速公路入口信息。

为了进一步提高系统的安全性，在入口交易广场还布置了入口车辆车牌获取单元，用于获得车辆的车牌号码，将车牌号码与入口车辆信息处理单元获得的车牌信息进行比对，以确保后续能够进行正确的扣费。

入口控制区域有多个匝道，每个匝道都布置入口车辆放行单元。入口车辆放行单元对车辆的放行方式可以选择以下两种方式中的一种进行：

第一种、入口车辆放行单元对经过车辆的车牌号码进行辨别后，查询与车牌号码相匹配的车牌信息所对应的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，对车牌号码对应的车辆予以自动放行。

第二种、由于入口车辆信息处理单元可以实时获得车载终端的定位信息并生成行驶轨迹，所以当根据车辆运行轨迹判断车辆已行驶至相应的入口车辆放行单元处时，由入口车辆信息处理单元将相应的车辆信息发送给入口车辆放行单元，入口车辆放行单元查询数据中心内存储的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，对车辆予以自动放行。

本领域技术人员也可以将上面两种方式结合起来进行车辆的放行，具体实现方法为：

由入口车辆信息处理单元根据行驶轨迹预判当前车辆将要进入的入口车辆放行单元，并将车牌信息发送给相应的入口车辆放行单元，入口车辆放行单元在获得车牌信息后，还对车辆的车牌号码进行辨别，将车牌号码与车牌信息相匹配，若匹配成功，再查询数据中心内存储的相应收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，对车辆予以自动放行，若匹配不成功，则提醒当前车辆走人工收费通道。

为了对经过的车辆进行及时的引导，在入口交易广场与入口控制区域之间布置入口车道提示单元，由入口车道提示单元对需要走人工收费通道的车辆进行提示，确保司机能够进入正确的车道。

高速公路出口处的区域则被划分出口交易广场及出口控制区域，其中：

在出口交易广场布置有4个出口物联网基站，出口物联网基站的作用与入口物联网基站的作用类似，此处不再赘述。在出口交易广场还可以布置出口车辆信息处理单元及出口车辆车牌获取单元，其作用与入口车辆信息处理单元及入口车辆车牌获取单元的作用类似，此处不再赘述。

出口交易广场还布置有收费单元，用于进行费用计算，完成付费，从而更新付费信息。收费单元接收出口车辆信息处理单元发送来的车牌信息或用户信息及当前的高速公路出口信息，查询数据中心中与车牌信息或用户信息对应的收费信息以及付费渠道信息，获取收费信息中的高速公路入口信息，再结合当前的高速公路出口信息计算得到费用后，通过付费渠道信息完成付费，根据付费情况更新收费信息中的高速公路出口信息及付费信息，并将更新后的付费信息连同车牌信息或用户信息上传至数据中心，由数据中心根据接收到的数据更新对应的付费信息。

出口控制区域，包含多条出口放行通道，出口控制区域对车辆的放行方式可以选择以下两种方式中的一种进行：

第一种、车牌获取单元对经过车辆的车牌号码进行辨别后，由车道工控机查询与车牌号码相匹配的车牌信息所对应的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，自动放行闸机在车道工控机的控制下对车牌号码对应的车辆予以自动放行。

第二种、由于出口车辆信息处理单元可以实时获得车载终端的定位信息并生成行驶轨迹，所以当根据车辆运行轨迹判断车辆已行驶至相应的自动放行闸机时，由出口车辆信息处理单元将相应的车辆信息发送给车道工控机，车道工控机查询数据中心内存储的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，自动放行闸机在车道工控机的控制下对车牌号码对应的车辆予以自动放行。

本领域技术人员也可以将上面两种方式结合起来进行车辆的放行，具体实现方法为：

由出口车辆信息处理单元根据行驶轨迹预判当前车辆将要进入的自动放行闸机，并将车牌信息发送给相应的车道工控机，车道工控机在获得车牌信息后，还通过车牌获取单元对车辆的车牌号码进行辨别，将车牌号码与车牌信息相匹配，若匹配成功，再查询数据中心内存储的相应收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，自动放行闸机在车道工控机的控制下对车牌号码对应的车辆予以自动放行，若匹配不成功，则提醒当前车辆走人工收费通道。

在出口交易广场与出口控制区域之间布置有出口车道提示单元，出口车道提示单元的作用与入口车道提示单元的作用相类似，此处不再赘述。

结合图2A及图2B，基于上述系统，本发明还提供了一种高速公路收费方法，包括以下步骤：

第一步、用户至少向数据中心注册用户信息、车牌信息以及付费渠道信息，由数据中心为新注册的用户创建初始化的付费信息，同时，建立各个用户的用户信息、车牌信息以及付费渠道信息与创建的付费信息之间的映射关系，并为每个用户信息分配用户状态标志，用户状态标志初始化为正常。

第二步、将已注册的车牌信息存储在物联网OBU内。

第三步、车辆通过高速公路入口驶入高速公路前，先驶入入口交易广场，物联网OBU通过入口物联网基站与入口车辆信息处理单元建立通信，同时，物联网OBU通过入口物联网基站基于上述的物联网定位方法获得定位信息。物联网OBU定时将定位信息及对应的车牌信息发送至入口车辆信息处理单元。由入口车辆信息处理单元根据定位信息生成与车牌信息相对应的有方向性的行驶轨迹，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶入高速公路收费站，则进入第四步，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶离高速公路收费站，则对当前车辆不做任何操作。

第四步、由入口车辆车牌获取单元获取的车牌号码，入口车辆信息处理单元将车牌号码与接收到的所有车牌信息一一匹配，若匹配成功，则将匹配成功的车牌信息对应的用户信息设定为当前用户信息，进入第五步，若匹配失败，则产生相应告警，提醒通过入口车辆车牌获取单元获取的车牌号码所对应的车辆走人工收费通道；

第五步、判断当前用户信息对应的用户状态标志是否为正常，若是，则入口车辆信息处理单元根据定位信息获得当前的高速公路入口信息，将高速公路入口信息连同当前用户信息上传至数据中心，由数据中心根据接收到的数据更新当前用户信息对应的收费信息中的高速公路入口信息，并生成收费信息更新标志后进入第六步，若用户状态标志为异常，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道。

第六步、车辆驶离入口交易广场后，驶入入口控制区域，选择入口控制区域的任意一个匝道通行。由车辆放行单元辨别经过车辆的车牌号码，查询与车牌号码相匹配的车牌信息所对应的收费信息更新标志，依据收费信息更新标志判断收费信息是否被正确更新，若被正确更新，则由车辆放行单元对当前匝道的车辆自动放行，车辆驶入高速公路，随后进入第七步，若未被正确更新，则将当前车牌信息所对应的用户状态标志变更为异常后，产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道。

或者，车辆驶离入口交易广场后，驶入入口控制区域，选择入口控制区域的任意一个匝道通行，由入口车辆信息处理单元基于行驶轨迹判断车辆已运行至相应的入口车辆放行单元，将当前车辆的车牌信息发送至相应的入口车辆放行单元，由入口车辆放行单元查询对应的收费信息更新标志，依据收费信息更新标志判断收费信息是否被正确更新，若被正确更新，则由车辆放行单元对当前匝道的车辆自动放行，车辆驶入高速公路，随后进入第七步，若未被正确更新，则将数据中心中当前车牌信息所对应的用户状态标志变更为异常后，产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道。

或者，由入口车辆信息处理单元根据行驶轨迹预判当前车辆将要进入的入口车辆放行单元，并将车牌信息发送给相应的入口车辆放行单元，入口车辆放行单元在获得车牌信息后，还对车辆的车牌号码进行辨别，将车牌号码与车牌信息相匹配，若匹配成功，再查询数据中心内存储的相应收费信息是否被正确更新，若被正确更新，则由车辆放行单元对当前匝道的车辆自动放行，车辆驶入高速公路，随后进入第七步，若未被正确更新，则将数据中心中当前车牌信息所对应的用户状态标志变更为异常后，产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道，若车牌号码与车牌信息匹配不成功，则提醒当前车辆走人工收费通道。

第七步、车辆即将驶出高速公路时，先经过出口交易广场，在出口交易广场内，物联网OBU通过出口物联网基站与出口车辆信息处理单元建立通信。物联网OBU基于上述的物联网定位方法获得自身的定位信息，物联网OBU定时将定位信息及对应的车牌信息发送至出口车辆信息处理单元，由出口车辆信息处理单元根据定位信息生成与车牌信息相对应的有方向性的行驶轨迹，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶入高速公路收费站，则进入第八步，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶离高速公路收费站，则对当前车辆不做任何操作。

第八步、由出口车辆车牌获取单元获取车牌号码，出口车辆信息处理单元将车牌号码与接收到的所有车牌信息一一匹配，若匹配成功，则将匹配成功的车牌信息对应的用户信息设定为当前用户信息，进入第九步，若匹配失败，则产生相应告警，提醒通过出口车辆车牌获取单元获取的车牌号码所对应的车辆走人工收费通道。

第九步、获得数据中心中与当前用户信息相对应的用户状态标志，判断用户状态标志是否为正常，若是，则进入第十步，若用户状态标志为异常，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道。

第十步、收费单元接收出口车辆信息处理单元发送来的车牌信息或用户信息及当前的高速公路出口信息，查询数据中心中与车牌信息或用户信息对应的收费信息以及付费渠道信息，获取收费信息中的高速公路入口信息，再结合当前的高速公路出口信息计算得到费用后，通过付费渠道信息进行扣费，若扣费成功，根据付费情况更新收费信息中的高速公路出口信息及付费信息，并将更新后的付费信息连同车牌信息上传至数据中心后进入第十一步，否则，通知数据中心，由数据中心将相应的用户状态标志变更为异常后，产生告警，提醒车辆走人工收费通道。

第十一步、数据中心根据接收到的数据更新对应的收费信息，生成收费信息更新标志。

第十二步、车辆驶离出口交易广场，进入出口控制区域后，选择多条出口放行通道中的任意一条通行，车牌获取单元对经过车辆的车牌号码进行辨别后，由车道工控机查询与车牌号码相匹配的车牌信息所对应的收费信息更新标志，再根据收费信息更新标志判断当前车辆的收费信息是否被正确更新，若当前车辆的收费信息被正确更新，自动放行闸机在车道工控机的控制下对车牌号码对应的车辆予以自动放行，若当前车辆的收费信息未被正确更新，则将用户状态标志变更为异常后，产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道。

或者出口根据车辆运行轨迹判断车辆已行驶至相应的自动放行闸机时，由出口车辆信息处理单元将相应的车辆信息发送给车道工控机，车道工控机查询数据中心内对应的收费信息更新标志，再根据收费信息更新标志判断当前车辆的收费信息是否被正确更新，若当前车辆的收费信息被正确更新，自动放行闸机在车道工控机的控制下对车牌号码对应的车辆予以自动放行，若当前车辆的收费信息未被正确更新，则将用户状态标志变更为异常后，产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

或者由出口车辆信息处理单元根据行驶轨迹预判当前车辆将要进入的自动放行闸机，并将车牌信息发送给相应的车道工控机，车道工控机在获得车牌信息后，还通过车牌获取单元对车辆的车牌号码进行辨别，将车牌号码与车牌信息相匹配，若匹配成功，再查询数据中心内对应的收费信息更新标志，再根据收费信息更新标志判断当前车辆的收费信息是否被正确更新，若当前车辆的收费信息被正确更新，自动放行闸机在车道工控机的控制下对车牌号码对应的车辆予以自动放行，若当前车辆的收费信息未被正确更新，则将用户状态标志变更为异常后，产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道，若车牌号码与车牌信息匹配不成功，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道。

Claims (6)

1.一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费系统，其特征在于，包括：

固定在车辆内的车载终端，用于存储向数据中心注册过的用户信息和车牌信息，并基于物联网通信协议通过无线网络与数据中心建立数据通信；

数据中心，用于建立、存储与更新各用户的用户信息、车牌信息、付费渠道信息以及收费信息四者之间的映射关系，收费信息至少包括高速公路入口信息、高速公路出口信息以及付费信息；

位于高速公路入口处的四个位置坐标已知的入口物联网基站以及入口车辆信息处理单元，其中：所有入口物联网基站都具有高精度授时芯片，且都能基于物联网协议向外广播带有时间戳、自身ID和对应位置坐标的广播信号，所有入口物联网基站中有一个入口物联网基站向外广播的时间为基准时间，定义为基准入口物联网基站，基准入口物联网基站位于坐标原点；

车载终端通过入口物联网基站基于基站定位方法实现定位，生成定位信息，基站定位方法包括以下步骤：车载终端进入包含有基准入口物联网基站在内的四个入口物联网基站的有效通信范围内，设为第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站及基准入口物联网基站，接收到四个入口物联网基站发送的广播信号，第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站的广播信号对应的时间戳分别为T1、T2、T3，基准入口物联网基站的广播信号对应的时间戳为T，则计算得到车载终端与第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站之间的距离分别为C×(T1-T)、C×(T2-T)、C×(T3-T)，C表示光速，结合第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站的位置坐标得到车载终端的定位信息；车载终端通过无线网络将用户信息或车牌信息及定位信息定时上传至入口车道信息处理单元，由入口车道信息处理单元根据定位信息生成与用户信息或车牌信息相关联的行驶轨迹，并根据定位信息得到当前的高速公路入口信息，将得到的高速公路入口信息连同用户信息或车牌信息通过无线网络上传至数据中心，由数据中心更新对应的收费信息；

布置于每个匝道口的入口车辆放行单元，入口车辆放行单元或者辨别经过车辆的车牌号码，查询数据中心中与车牌号码相匹配的车牌信息所对应的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，对车牌号码对应的车辆予以自动放行，或者由入口车道信息处理单元根据每个车辆的行驶轨迹判断每个车辆是否行驶至相应的入口车辆放行单元附近，通知相应的入口车辆放行单元，由入口车辆放行单元查询数据中心中存储的用户信息或车牌信息所对应的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，对车辆予以自动放行；

位于高速公路出口处的四个位置坐标已知的出口物联网基站以及出口车辆信息处理单元，其中：所有出口物联网基站都具有高精度授时芯片，且都能基于物联网协议向外广播带有时间戳、自身ID和对应位置坐标的广播信号，所有出口物联网基站中有一个出口物联网基站向外广播的时间为基准时间，定义为基准出口物联网基站，基准出口物联网基站位于坐标原点，车载终端通过出口物联网基站基于基站定位方法实现定位，生成定位信息，并通过无线网络将用户信息或车牌信息及定位信息定时上传至出口车道信息处理单元，由出口车道信息处理单元根据定位信息生成与用户信息或车牌信息相关联的行驶轨迹，并根据定位信息得到当前的高速公路出口信息，基站定位方法包括以下步骤：车载终端进入包含有基准出口物联网基站在内的四个位置坐标已知的出口物联网基站的有效通信范围内，设为第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站及基准出口物联网基站，接收到四个出口物联网基站发送的广播信号，第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站的广播信号对应的时间戳分别为t1、t2、t3，基准出口物联网基站的广播信号对应的时间戳为t，则车载终端计算得到车辆与第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站之间的距离分别为C×(t1-t)、C×(t2-t)、C×(t3-t)，C表示光速，结合第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站的位置坐标得到车辆的定位信息；

位于高速公路出口处的扣费单元，接收出口车辆信息处理单元发送来的车牌信息或用户信息及当前的高速公路出口信息，查询数据中心中与车牌信息或用户信息对应的收费信息以及付费渠道信息，获取收费信息中的高速公路入口信息，再结合当前的高速公路出口信息计算得到费用后，通过付费渠道信息完成付费，根据付费情况更新收费信息中的高速公路出口信息及付费信息，并将更新后的付费信息连同车牌信息或用户信息上传至数据中心，由数据中心根据接收到的数据更新对应的收费信息；

布置在每条出口放行通道的车牌获取单元及由车道工控机控制的自动放行闸机或由车道工控机控制的自动放行闸机，或者由车牌获取单元获取经由出口放行通道通行的车辆的车牌号码，车道工控机根据车牌号码查询数据中心中与之相匹配的车牌信息对应的收费信息，自动放行闸机在车道工控机的控制下对收费信息正确更新的车辆进行自动放行，或者由出口车辆信息处理单元基于行驶轨迹判断车辆已运行至相应的自动放行闸机附件，将对应的车牌信息或用户信息发送至相应的车道工控机，由车道工控机查询数据中心中对应的收费信息是否被正确更新，仅在正确更新的条件下，自动放行闸机在车道工控机的控制下对车辆予以自动放行。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费系统，其特征在于，在所述高速公路入口处还布置有入口车辆车牌获取单元，用于获得车牌号码，并将车牌号码与车牌信息进行匹配，匹配成功后，再更新相应的收费信息；

在所述高速公路出口处还布置有出口车辆车牌获取单元，用于获得车牌号码，并将车牌号码与车牌信息进行匹配，匹配成功后，再更新相应的收费信息。

3.如权利要求2所述的一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费系统，其特征在于，其特征在于，位于高速公路入口处的车道区域被划分出入口交易广场及入口控制区域，其中，所述入口物联网基站、所述入口车辆车牌获取单元、所述入口车辆信息处理单元位于入口交易广场，所述入口车辆放行单元位于入口控制区域；

位于高速公路出口处的车道区域被划分出出口交易广场及出口控制区域，其中，所述出口物联网基站、所述出口车辆车牌获取单元、所述出口车辆信息处理单元及所述扣费单元位于出口交易广场，所述出口放行通道位于出口控制区域。

4.如权利要求3所述的一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费系统，其特征在于，还包括入口车道提示单元，车辆在离开入口交易广场后，并进入入口控制区域前，由入口车道提示单元提示没有匹配的车牌信息的车牌号码所对应的车辆以及收费信息未正确更新的车辆走人工收费通道；

还包括出口车道提示单元，车辆在离开出口交易广场后，并进入出口控制区域前，由出口车道提示单元提示没有匹配的车牌信息的车牌号码所对应的车辆以及收费信息未正确更新的车辆走人工收费通道。

5.一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、在车载终端内存储向数据中心注册过的用户信息和车牌信息，由数据中心为新注册的用户创建初始化的付费信息，同时，建立各个用户的用户信息、车牌信息以及付费渠道信息与创建的付费信息之间的映射关系，并为每个用户信息分配用户状态标志，用户状态标志初始化为正常；

第二步、车辆通过高速公路入口驶入高速公路前，进入包含有基准入口物联网基站在内的四个位置坐标已知的入口物联网基站的有效通信范围内，设为第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站及基准入口物联网基站，基准入口物联网基站位于坐标原点，车载终端接收到四个入口物联网基站发送的广播信号，第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站的广播信号对应的时间戳分别为T1、T2、T3，基准入口物联网基站的广播信号对应的时间戳为T，则车载终端计算得到车辆与第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站之间的距离分别为C×(T1-T)、C×(T2-T)、C×(T3-T)，C表示光速，结合第一入口物联网基站、第二入口物联网基站、第三入口物联网基站的位置坐标得到车辆的定位信息，车载终端定时将定位信息及对应的用户信息或车牌信息发送至入口车辆信息处理单元，由入口车辆信息处理单元根据定位信息生成与用户信息或车牌信息相对应的有方向性的行驶轨迹，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶入高速公路收费站，则进入第三步，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶离高速公路收费站，则对当前车辆不做任何操作；

第三步、入口车辆信息处理单元查询用户信息或车牌信息对应的用户状态标志是否为正常，若是，则根据定位信息得到当前的高速公路入口信息，将当前的高速公路入口信息连同用户信息或车牌信息上传至数据中心，由数据中心根据接收到的数据更新收费信息，生成收费信息更新标志后进入第四步，若不是，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

第四步、车辆行驶至布置于高速公路入口的各入口匝道处的车辆放行单元，由车辆放行单元辨别经过车辆的车牌号码，查询与车牌号码相匹配的车牌信息所对应的收费信息更新标志，依据收费信息更新标志判断收费信息是否被正确更新，若被正确更新，则由车辆放行单元对当前匝道的车辆自动放行，车辆驶入高速公路，随后进入第五步，若未被正确更新，则将当前车牌信息所对应的用户状态标志变更为异常后，产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

或者，由入口车辆信息处理单元基于运行轨迹判断当前车辆是否已运行至相应的入口车辆放行单元，将当前车辆的用户信息或车牌信息发送至相应的入口车辆放行单元，由入口车辆放行单元查询用户信息或车牌信息对应的收费信息更新标志，依据收费信息更新标志判断收费信息是否被正确更新，若被正确更新，则由入口车辆放行单元对当前匝道的车辆自动放行，车辆驶入高速公路，随后进入第五步，若未被正确更新，则通知数据中心，由数据中心将对应的用户状态标志变更为异常，同时，由入口车辆放行单元产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

第五步、车辆即将驶出高速公路时，进入包含有基准出口物联网基站在内的四个位置坐标已知的出口物联网基站的有效通信范围内，设为第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站及基准出口物联网基站，基准出口物联网基站位于坐标原点，车载终端接收到四个出口物联网基站发送的广播信号，第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站的广播信号对应的时间戳分别为t1、t2、t3，基准出口物联网基站的广播信号对应的时间戳为t，则车载终端计算得到车辆与第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站之间的距离分别为C×(t1-t)、C×(t2-t)、C×(t3-t)，结合第一出口物联网基站、第二出口物联网基站、第三出口物联网基站的位置坐标得到车辆的定位信息，车载终端定时将定位信息及对应的用户信息或车牌信息发送至出口车辆信息处理单元，由出口车辆信息处理单元根据定位信息生成与用户信息或车牌信息相对应的有方向性的行驶轨迹，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶入高速公路收费站，则进入第六步，若通过行驶轨迹的方向判断当前车辆是驶离高速公路收费站，则对当前车辆不做任何操作；

第六步、出口车辆信息处理单元查询用户信息或车牌信息对应的用户状态标志是否为正常，若是，则进入第八步，若不是，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

第七步、出口车辆信息处理单元根据定位信息得到当前的高速公路出口信息，出口车辆信息处理单元将用户信息或车牌信息及当前的高速公路出口信息发送给扣费单元，由扣费单元查询数据中心中对应的收费信息及付费渠道信息，根据收费信息中的高速公路入口信息及接收到的高速公路出口信息计算得到费用，并利用付费渠道信息进行扣费，若扣费成功，更新收费信息中的高速公路出口信息及付费信息，随后将更新后的收费信息发送至数据中心，进入第八步，否则，通知数据中心，由数据中心将对应用户状态标志变更为异常，并由扣费单元产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

第八步、数据中心根据接收到的数据更新对应的收费信息，生成收费信息更新标志；

第九步、车辆进入出口控制区域后，选择多条出口放行通道中的任意一条通行，车牌获取单元获取车辆的车牌号码，车道工控机根据车牌号码查询数据中心中与之匹配的车牌信息所对应的收费信息更新标志，根据收费信息更新标志判断当前车辆的收费信息是否被正确更新，若是，则自动放行闸机在车道工控机的控制下对车辆进行自动放行，若收费信息未被正确更新，则通知数据中心，由数据中心将对应的用户状态标志变更为异常，并由车道工控机产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

或者，由出口车辆信息处理单元基于行驶轨迹判断当前车辆已运行至相应的自动放行闸机，将当前车辆的车牌信息或用户信息发送至相应的车道工控机，由车道工控机查询用户信息或车牌信息对应的收费信息更新标志，根据收费信息更新标志判断当前车辆的收费信息是否被正确更新，若是，则自动放行闸机在车道工控机的控制下对车辆进行自动放行，若收费信息未被正确更新，则通知数据中心，数据中心将对应的用户状态标志变更为异常，并由车道工控机产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道。

6.如权利要求5所述的一种基于物联网技术的快速高速公路不停车收费方法，其特征在于，在所述第三步中，还通过入口车辆车牌获取单元获得车牌号码，所述入口车辆信息处理单元获取到用户信息或车牌信息后，将对应的车牌信息与车牌号码相匹配，若匹配成功，则再查询对应的用户状态标志是否为正常，若匹配不成功，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道；

在所述第六步中，还通过出口车辆车牌获取单元获得车牌号码，所述出口车辆信息处理单元获取到用户信息或车牌信息后，将对应的车牌信息与车牌号码相匹配，若匹配成功，则再查询对应的用户状态标志是否为正常，若匹配不成功，则产生相应告警，提醒车辆走人工收费通道并将车牌号码与车牌信息进行匹配。