CN111080812A - 面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统及应用，该系统包括路侧信息采集终端系统、自由流收费系统、虚拟站边缘计算系统、车路协同交互系统、诱导信息发布系统、行车道控制系统、电力保障管理系统、门架安全监控系统、云端。该应用实现事故、堵车、气候带来的交通信息显示和引导，以及违规行驶的抓拍。本发明建设在与其连通的各方向相邻收费站、相邻互通之间，以及省界应相邻两省分别设置。承担按路段收费和稽查的功能，同时具备远程监控监测功能。

Description

面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统及应用

技术领域

本发明涉及面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统及应用，属于高速收费及监测装置技术领域。

背景技术

现阶段，我国的高速公路在省与省之间，实行以省划界、分省收费的管理体制，且收费站均设在主干线上，较大地影响了高速公路网的能力和效率，具体表现在：按省级行政区域分割高速公路网，严重影响了交通网的无缝对接，障碍了客户全程畅达、高效的旅程。

目前的收费站设计方案是：车道指示屏只能起到标明车道收费类型和状态，无法实现对车辆针对性引导。同时，ETC检测RSU设置在车道前方，车辆已进入收费广场即将进车道处，当识别未插入ETC用户卡的双片式OBU车辆以及OBU、OBU及用户卡无效、状态名单车辆时，按目前引导其驶入ETC/MTC混合车道处理的方案，车辆需要退出当前ETC车道，变换到MTC车道，将造成严重的交通混乱和拥堵。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统及应用，该系统建设在与其连通的各方向相邻收费站、相邻互通之间，以及省界应相邻两省分别设置。承担按路段收费和稽查的功能，同时具备远程监控监测功能。系统包括可变信息标志、行车道控制器、应急车道控制器、环境传感器、毫米波雷达、ETC天线、高清车牌识别设备、高清全景摄像机、V2I通信系统、5G基站、应急供电系统(保障收费设备供电)设备。其具体技术方案如下：

面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统，包括路侧信息采集终端系统、自由流收费系统、虚拟站边缘计算系统、车路协同交互系统、诱导信息发布系统、行车道控制系统、电力保障管理系统、门架安全监控系统和云端；

所述路侧信息采集终端系统设置在道路上方，并与虚拟站边缘计算系统通讯连接，用于采集路况和环境信息，并传送给虚拟站边缘计算系统；

所述自由流收费系统包括智慧门架系统内的ETC读取装置，以及设置在车辆内的ETC设备，ETC读取装置与虚拟站边缘计算系统通讯连接，ETC读取装置采集车辆信息和ETC信息，并传送给虚拟站边缘计算系统，虚拟站边缘计算系统根据车辆的重量、车型信息，以及车辆的行驶路程、路径信息给出扣费结果，在云端上执行与车辆内ETC设备捆绑的消费路径上扣费；

所述车路协同交互系统设置在道路上方，采集路上车流量情况，并传送给虚拟站边缘计算系统；

所述虚拟站边缘计算系统将处理结果反馈给诱导信息发布系统和行车道控制系统，即时展示给车辆驾驶人员，引导行驶；

所述诱导信息发布系统设置在道路上方，为驾驶员提供路况信息、气象预告信息、管控信息；

所述行车道控制系统设置在道路上方，为驾驶员提供实时车速、道路通行状态管控信息；

所述电力保障管理系统为路侧信息采集终端系统、自由流收费系统、虚拟站边缘计算系统、车路协同交互系统、诱导信息发布系统、行车道控制系统、门架安全监控系统提供电力保障；

所述门架安全监控系统监控门架运行状态、防止出现如盗窃、车辆撞击损毁意外事件；

所述云端通过有线网络与所述虚拟站边缘计算系统进行数据交互，交互内容包括所述的路侧信息采集终端系统、所述的自由流收费系统、所述的车路协同交互系统、所述的诱导信息发布系统、所述的行车道控制系统、所述的电力保障管理系统、所述的门架安全监控系统产生的数据以及经过所述的虚拟站边缘计算系统对上述的各个系统产生数据重新分析计算后的数据，使所述的云端实时准确获取上述内容，同时将所述的云端的控制指令等数据下发到所述虚拟站边缘计算系统；

所述云端通过无线网络与所述的车路协同交互系统进行数据交互。

进一步的，所述的车路协同交互系统包含5G和V2X通讯单元，该通讯单元可与道路上的车辆进行数据交互，并把交互后的数据通过无线网络再次交互给所述的云端，最终实现云端与道路上的车辆进行数据交互。

进一步的，所述路侧信息采集终端系统包括路况信息采集系统单元和环境监测系统单元；

所述的路况信息采集系统单元可以利用毫米波雷达进行车道级数据量采集，采集数据包含：车道平均车速、车道占有率、车辆排队长度、逆行、超速报警；

所述的环境监测系统单元包含温湿度传感器单元、雨雪冰传感器单元、大气压传感器单元、光照度传感器单元、空气质量传感器单元、环境噪声传感器单元、风速传感器单元、风向传感器单元、雨量传感器单元。

进一步的，所述自由流收费系统包括车辆图像采集单元、车辆信息识别单元和ETC收费单元；

所述的车辆图像采集单元可以利用高清全景相机监测道路监控区分道路异常、稽查缴费抓逃取证情况；

所述的车辆信息识别单元具有高清车牌识别系统、车辆轮廓识别、实现车辆计时、计费、违章抓拍功能；

所述ETC收费单元包括DSRC设备和ETC相控阵天线，ETC相控阵天线安装在车辆内部，DSRC设备安装在行车道路的门架内，当车辆行驶到安装有DSRC设备门架内，车道闸打开，让车辆通行。

基于面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统的交通引导方法，包括以下步骤：

步骤一：检测车道状态：检测车道是否发现堵车或事故，若无堵车，且无事故，则诱导信息发布系统发布正常限速、车道通行指示、应急通禁行；

步骤二：堵车或事故：进一步确认是堵车还是事故，如是堵车，管理员确认可变信息标志提示警示标语，诱导信息发布系统发布，若是事故，进一步确认处于哪一条车道，再进一步确定事故车道是否能通行，若能通行，经管理员确认可变信息标志提示警示标语，并确认当前行车道路控制器显示降低车速，若不能通行，当前行车道路控制器显示禁止通行标志；

步骤三：应急车道：交警指挥应急车道，若允许通行，当前行车道路控制器显示应急车道通行标志，如不允许通行，当前车道控制显示器显示应急车道禁止通行标志。

基于面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统的气候引导方法，包括以下步骤：

步骤一：实时检测天气状态；

步骤二：若检测到有雨、雾、冰，则进一步判断雨、雾、冰是都影响交通，若不影响，交通显示器显示正常限速、车道指示、应急到禁行，若雨、雾、冰对道路交通有影响，则进一步判断影响程度；

步骤三：若雨、雾、冰影响小，管理员确认交通显示器的可变信息标志提示警示标语，并给出临时限速，若雨、雾、冰影响大，管理员确认交通显示器的可变信息标志提示警示标语，并给出临时降低限速值。

基于面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统的车辆抓拍方法，包括以下步骤：

步骤一：识别车辆，并获取车辆信息，进一步判断车辆是否有违反道路交通法的行为；

步骤二：判断车辆是否占道，若占道，启动抓拍相机拍照，若没有占道，进一步判断车辆是否超速，若超速，启动抓拍相机拍照，若没有超速，交通显示器显示正常限速、车道指示、应急到禁行。

本发明的工作原理是：

本发明是一种针对未来全国车辆都办理了ETC的收费门架系统，工作过程：

判断前方车道状况，不堵车无事故则正常限速、车道通行指示、应急道禁行，堵车则管理员确认可变信息标志提示警示标语，事故则判断当前车道状态，能通行则管理员确认可变信息标志提示警示标语，管理员确认当前行车道控制器显示降低车速，不能通行则当前行车道控制器显示禁止标志，同时应急车道状态由交警指挥，交警允许通行则当前行车道路控制器显示通行标志，不允许通行则当前行车道路控制器显示禁止标志。

判断实时天气状况雨、雾、冰为正常还是有影响，如果正常则正常限速、车道指示、应急道禁行，如果有影响则判断影响大小，影响小则管理员确认，可变信息标志提示警示标语，影响大则管理员确认，可变信息标志提示警示标语同时行车道控制器降低限速值。

识别车辆信息，判断其是否占道，占道则启动抓拍相机，正常则判断是否超速，超速则启动抓拍相机，正常则正常限速、车道指示、应急道禁行。

本发明的有益效果是：

本发明具备接入互联网交通数据的能力。

本发明可通过自主平台发布多源数据，具备融合多源交通大数据的出行诱导策略智能发布功能。

本发明具备统一监控能力，具备终端智能监测功能。

附图说明

图1是本发明的系统拓扑图，

图2是本发明的路况信息采集系统单元工作流程示意图，

图3是本发明的环境监测系统单元工作流程示意图，

图4是本发明的车辆信息识别单元工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统，其组成包括：路侧信息采集终端系统、自由流收费系统、虚拟站边缘计算系统、车路协同交互系统、诱导信息发布系统、行车道控制系统、电力保障管理系统、门架安全监控系统、云端。诱导信息发布系统可为驾驶员提供路况信息、气象预告信息、管控信息。行车道控制系统可为驾驶员提供实时车速、道路通行状态管控信息。云端通过有线网络与虚拟站边缘计算系统进行数据交互，所述的云端通过无线网络与车路协同交互系统进行数据交互。门架安全监控系统可监控门架运行状态、防止出现如盗窃、车辆撞击损毁意外事件。

路侧信息采集终端系统包括路况信息采集系统单元和环境监测系统单元。路况信息采集系统单元可以利用毫米波雷达进行车道级数据量采集，采集数据包含：车道平均车速、车道占有率、车辆排队长度、逆行、超速报警。环境监测系统单元包括温湿度传感器单元、雨雪冰传感器单元、大气压传感器单元、光照度传感器单元、空气质量传感器单元、环境噪声传感器单元、风速传感器单元、风向传感器单元、雨量传感器单元，通过各个传感器单元监测对应的数据。

自由流收费系统包含车辆图像采集单元、车辆信息识别单元和ETC收费单元。车辆图像采集单元可以利用高清全景相机监测道路监控区分道路异常、稽查缴费抓逃取证情况。车辆信息识别单元具有高清车牌识别系统、车辆轮廓识别、实现车辆计时、计费、违章抓拍功能。

ETC收费单元包含DSRC设备和ETC相控阵天线，

车路协同交互系统包含5G和V2X。5G和所述的V2X可与车路协同交互系统进行通讯。

电力保障管理系统兼容动力电、太阳能、风光能、应急电源、电池的供电方式。

下面给出本发明的几个具体应用，参见图2，基于面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统的交通引导方法，即路况信息采集系统单元的工作流程为：判断前方车道状况，不堵车无事故则正常限速、车道通行指示、应急道禁行，堵车则管理员确认可变信息标志提示警示标语，事故则判断当前车道状态，能通行则管理员确认可变信息标志提示警示标语，管理员确认当前行车道控制器显示降低车速，不能通行则当前行车道控制器显示禁止标志，同时应急车道状态由交警指挥，交警允许通行则当前行车道路控制器显示通行标志，不允许通行则当前行车道路控制器显示禁止标志。

参见图3，基于面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统的气候引导方法，即环境监测系统单元的工作流程为：判断实时天气状况雨、雾、冰为正常还是有影响，如果正常则正常限速、车道指示、应急道禁行，如果有影响则判断影响大小，影响小则管理员确认，可变信息标志提示警示标语，影响大则管理员确认，可变信息标志提示警示标语同时行车道控制器降低限速值。

参见图4，基于面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统的车辆抓拍方法，即车辆信息识别单元工作流程为：识别车辆信息，判断其是否占道，占道则启动抓拍相机，正常则判断是否超速，超速则启动抓拍相机，正常则正常限速、车道指示、应急道禁行。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统，其特征在于：包括路侧信息采集终端系统、自由流收费系统、虚拟站边缘计算系统、车路协同交互系统、诱导信息发布系统、行车道控制系统、电力保障管理系统、门架安全监控系统和云端；

所述路侧信息采集终端系统设置在道路上方，并与虚拟站边缘计算系统通讯连接，用于采集路况和环境信息，并传送给虚拟站边缘计算系统；

所述自由流收费系统包括智慧门架系统内的ETC读取装置，以及设置在车辆内的ETC设备，ETC读取装置与虚拟站边缘计算系统通讯连接，ETC读取装置采集车辆信息和ETC信息，并传送给虚拟站边缘计算系统，虚拟站边缘计算系统根据车辆的重量、车型信息，以及车辆的行驶路程、路径信息给出扣费结果，在云端上执行与车辆内ETC设备捆绑的消费路径上扣费；

所述车路协同交互系统设置在道路上方，采集路上车流量情况，并传送给虚拟站边缘计算系统；

所述虚拟站边缘计算系统将处理结果反馈给诱导信息发布系统和行车道控制系统，即时展示给车辆驾驶人员，引导行驶；

所述诱导信息发布系统设置在道路上方，为驾驶员提供路况信息、气象预告信息、管控信息；

所述行车道控制系统设置在道路上方，为驾驶员提供实时车速、道路通行状态管控信息；

所述电力保障管理系统为路侧信息采集终端系统、自由流收费系统、虚拟站边缘计算系统、车路协同交互系统、诱导信息发布系统、行车道控制系统、门架安全监控系统提供电力保障；

所述门架安全监控系统监控门架运行状态、防止出现如盗窃、车辆撞击损毁意外事件；

所述云端通过有线网络与所述虚拟站边缘计算系统进行数据交互，交互内容包括所述的路侧信息采集终端系统、所述的自由流收费系统、所述的车路协同交互系统、所述的诱导信息发布系统、所述的行车道控制系统、所述的电力保障管理系统、所述的门架安全监控系统产生的数据以及经过所述的虚拟站边缘计算系统对上述的各个系统产生数据重新分析计算后的数据，使所述的云端实时准确获取上述内容，同时将所述的云端的控制指令等数据下发到所述虚拟站边缘计算系统；

所述云端通过无线网络与所述的车路协同交互系统进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统，其特征在于：所述的车路协同交互系统包含5G和V2X通讯单元，该通讯单元可与道路上的车辆进行数据交互，并把交互后的数据通过无线网络再次交互给所述的云端，最终实现云端与道路上的车辆进行数据交互。

3.根据权利要求1所述的面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统，其特征在于：所述路侧信息采集终端系统包括路况信息采集系统单元和环境监测系统单元；

所述路况信息采集系统单元利用毫米波雷达进行车道级数据量采集，采集数据包含：车道平均车速、车道占有率、车辆排队长度、逆行、超速报警；

所述环境监测系统单元包含温湿度传感器单元、雨雪冰传感器单元、大气压传感器单元、光照度传感器单元、空气质量传感器单元、环境噪声传感器单元、风速传感器单元、风向传感器单元和雨量传感器单元。

4.根据权利要求1所述的面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统，其特征在于：所述自由流收费系统包括车辆图像采集单元、车辆信息识别单元和ETC收费单元；

所述车辆图像采集单元利用高清全景相机监测道路监控区分道路异常、稽查缴费抓逃取证情况；

所述车辆信息识别单元具有高清车牌识别系统、车辆轮廓识别、实现车辆计时、计费、违章抓拍功能；

所述ETC收费单元包括DSRC设备和ETC相控阵天线，ETC相控阵天线安装在车辆内部，DSRC设备安装在行车道路的门架内，当车辆行驶到安装有DSRC设备门架内，车道闸打开，让车辆通行。

5.基于面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统的交通引导方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：检测车道状态：检测车道是否发现堵车或事故，若无堵车，且无事故，则诱导信息发布系统发布正常限速、车道通行指示、应急通禁行；

步骤二：堵车或事故：进一步确认是堵车还是事故，如是堵车，管理员确认可变信息标志提示警示标语，诱导信息发布系统发布，若是事故，进一步确认处于哪一条车道，再进一步确定事故车道是否能通行，若能通行，经管理员确认可变信息标志提示警示标语，并确认当前行车道路控制器显示降低车速，若不能通行，当前行车道路控制器显示禁止通行标志；

步骤三：应急车道：交警指挥应急车道，若允许通行，当前行车道路控制器显示应急车道通行标志，如不允许通行，当前车道控制显示器显示应急车道禁止通行标志。

6.基于面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统的气候引导方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：实时检测天气状态；

步骤二：若检测到有雨、雾、冰，则进一步判断雨、雾、冰是都影响交通，若不影响，交通显示器显示正常限速、车道指示、应急到禁行，若雨、雾、冰对道路交通有影响，则进一步判断影响程度；

步骤三：若雨、雾、冰影响小，管理员确认交通显示器的可变信息标志提示警示标语，并给出临时限速，若雨、雾、冰影响大，管理员确认交通显示器的可变信息标志提示警示标语，并给出临时降低限速值。

7.基于面向自由流收费及车路协同的智慧门架系统的车辆抓拍方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：识别车辆，并获取车辆信息，进一步判断车辆是否有违反道路交通法的行为；

步骤二：判断车辆是否占道，若占道，启动抓拍相机拍照，若没有占道，进一步判断车辆是否超速，若超速，启动抓拍相机拍照，若没有超速，交通显示器显示正常限速、车道指示、应急到禁行。

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