CN111145370B - 一种车载电子标签的天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载电子标签的天线系统。车载电子标签(10)用于与RSU(20)交互信息，完成交易。天线系统包括第一天线(1)和第二天线(2)、天线切换模块(3)、数据识别模块(4)。第一天线(1)用于接收来之车辆前方的通讯数据，所述第二天线(2)用于接收来之不同于所述第一天线(1)接收范围的通讯数据。车载电子标签(10)通过所述第一天线(1)和第二天线(2)接收所述RSU(20)发出的数据，与所述RSU(20)交互信息。数据识别模块(4)基于所述数据信息，识别所述数据是否由行车道上的所述RSU发出。当数据由RSU发出时，将第二天线(2)切换到休眠状态，使车载电子标签(10)通过所述第一天线(1)，接收所述数据完成交易。

Description

一种车载电子标签的天线系统

技术领域

本发明属于智能交通领域，涉及一种车载电子标签的天线系统。

背景技术

目前高速公路联网收费系统主要是不停车收费系统(ETC)。ETC的主要功能是通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签(OBU)与收费站ETC车道上的路侧单元(RSU)天线之间通过专用短程通讯DSRC，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能缴纳路桥费的目的。2019年交通部对ETC应用大力支持，ETC用户覆盖率已经超过90％，在这种大背景下，扩展ETC 的应用范围，就变得可行而有意义。

随着车辆的普及，及城市发展的需要，出现了多种停车方案，比如，在商场，有高清摄像头识别车牌信息方案；在某些银行或车站，有ETC 停车方案；在路边，有人工收费方案。这些方案在不同的应用场景下，解决了用户停车问题，但或多或少都存在一些缺点或局限性，有待改进。

高清摄像头识别车牌信息方案，通过图像或视频抓取车牌信息，记录出入口时间。该方案的主要缺点是，对车速有严格要求，且一定要在出入口完成信息的录入。如果遇到雨雪天气，摄像头对车牌的识别能力大大降低，无法辨别或识别错误，导致收费异常。

ETC停车收费方案，目前也是停车场主要的收费手段，该方案很好地运用了车载电子标签在停车场中的应用，在出入口完成类似高速公路的收费流程。此方案的缺点是，只能在封闭的场所使用，仅限于车辆在入口进、出口出的应用场景，同时对车辆的停车有较高的要求。对于道路两边的停车场景，只能通过人工收费的方式，这需要雇佣大量工作人员等增加了运营成本。

由于传统电子标签的天线是定向天线，悬挂在车道上方的RSU天线也是定向的，也就是说，安装在车上的车载电子标签(OBU)，必须正对RSU天线，才能实现数据的交互，如果偏离车道，则无法保证交互数据的稳定性。车辆进入停车场停车时，由于车辆进入停车位的方向(朝向)有很大的随机性，如果车辆未正对着RSU天线驶入停车位，RSU与 OBU之间无法建立可靠的链路，读取OBU的信息。要求车辆对着RSU天线正方向停车，降低了用户对智能停车场停车的用户体验。

本发明的目的在于提供一种在停车场环境中不用考虑车辆停车方向也能够正确进行信息交互的车载电子标签的天线系统。

发明内容

本发明的第一技术方案为一种车载电子标签的天线系统，其特征在于：所述车载电子标签(10)用于与路侧单元(20)交互信息，完成交易，

所述天线系统至少包括第一天线(1)和第二天线(2)、天线切换模块(3)、数据识别模块(4)，

所述第一天线(1)用于接收来之车辆前方的通讯数据，所述第二天线(2)用于接收来之不同于所述第一天线(1)接收范围的通讯数据，

所述车载电子标签(10)通过所述第一天线(1)和第二天线(2) 接收所述路侧单元(20)发出的数据，与所述路侧单元(20)交互信息，

所述数据识别模块(4)基于所述数据信息，识别所述数据是否由行车道上的所述路侧单元发出，

所述第一天线(1)和第二天线(2)能够同时接收所述数据，当识别为行车道上的所述路侧单元发出时，所述天线切换模块(3)将所述第二天线(2)切换到休眠状态，使所述车载电子标签(10)通过所述第一天线，接收所述数据完成交易。

第二技术方案基于第一技术方案，所述第二天线(2)设置在车辆后侧，用于接收来之车辆后方的通讯数据。

第三技术方案基于第二技术方案，所述数据信息中包含路侧单元设置位置的信息，所述数据识别模块(4)基于所述设置位置信息，识别所述数据是否由行车道上的所述路侧单元发出。

第四技术方案基于第三技术方案，所述交易完成后，所述天线切换模块(3)将第二天线切换到工作状态。

第五技术方案基于第三技术方案，所述车载电子标签(10)进入休眠状态时，所述天线切换模块(3)将第二天线(2)切换到工作状态。

第六技术方案基于第一至第五中的任一技术方案，所述数据信息中包含停车场的信息，所述数据识别模块基于所述设置位置信息，识别所述数据是否由停车场的所述路侧单元发出，当识别为停车场的所述路侧单元发出时，所述天线切换模块(3)将未接收数据或信号强度较弱的第一或第二天线(2)切换到休眠状态。

第七技术方案基于第一至第五中的任一技术方案，所述数据信息为唤醒车载电子标签的信号。

第八技术方案基于第一至第五中的任一技术方案，所述第二天线 (2)在宽度方向上的覆盖范围大于第一天线(1)。

附图说明

图1为车载电子标签的天线系统的结构框图；

图2为车辆朝向RSU天线进入停车位时各OBU天线与RSU天线的关系说明图；

图3为车辆背向RSU天线进入停车位时各OBU天线与RSU天线的关系说明图；

图4为车辆经过公路收费站时各OBU天线与RSU天线的关系说明图；

图5为车辆经过公路收费站前后，天线状态的变化说明图；

图6为车辆进出停车站前后，天线状态的变化说明图；

图7为封闭停车场中RSU天线的设置状态说明图；

图8为路侧停车场中RSU天线的设置状态说明图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案与效果表述更加清楚，下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。应该理解，此处描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。

本发明的目的是将用于道路收费管理的车载电子标签(以下简称为 OBU)同时应用于停车场环境中，使其适用于传统封闭式停车场、开放式停车场及道路两侧停车的管理系统。本实施方式中，天线采用传统的 5.8G射频RSU天线，OBU采用双天线机制，在OBU正方向(车辆前侧) 的天线称之为天线1，OBU背方向(车辆后侧)的天线称之为天线2。天线1是传统的定向天线，利用此天线1完成与RSU天线的出入口及自由流交易流程。停车场的RSU天线与OBU的天线1或天线2通讯，完成读取车辆信息及扣费流程。既保留在高速路中的收费功能，又能在停车场环境中，更好地交互停车信息。

图1为车载电子标签的天线系统的结构框图。OBU10用于与路侧单元(以下简称为RSU)交互信息完成交易。交易完成后，OBU10进入休眠状态。此时，第一天线1和第二天线2均处于可接收信号状态，第一天线1或第二天线2接收到数据时由RSU20被唤醒。以上均为现有技术，在此不再赘述。

与RSU20通讯的天线系统包括第一天线1和第二天线2、天线切换模块3、数据识别模块4。车载电子标签10通过第一天线1和第二天线2接收 RSU天线20a发出的数据，与RSU20交互信息。

数据识别模块4基于接收到的数据信息，识别数据是否由行车道上的RSU发出或设置在停车场的RSU发出。

第一天线1设置在车辆30的前侧，例如车辆的中间位置，用于接收来之车辆前方的通讯数据；第二天线2设置在车辆30的后侧用于接收来后侧的通讯数据。由于第一天线1用于收费公路与路侧RSU天线20a通讯，其设置是规定的，第二天线2可以根据停车场内RSU20的位置任意设置，只要其接收范围不同于第一天线1接收范围即可。

第二天线2在宽度方向上的覆盖范围大于第一天线1。

平时，第一天线1和第二天线2都处于能够接收数据的状态，当第一天线1和第二天线2接收到数据(广播)，OBU10被唤醒时，数据识别模块4识别数据为行车道上的RSU发出时，天线切换模块3将第二天线2切换到休眠状态。

在停车场中，每个车位的一侧设置RSU天线20a，如图2所示，当车辆正对着天线停放时，RSU天线20a就可以通过天线1与OBU10 进行数据交互；如果车辆背对着RSU天线20a停放，则如图3所示， OBU10通过天线2与RSU交互数据。通过这种方式，RSU20就能准确识别车辆信息、停车时间及位置信息，不受停车方向的影响，保证停车数据准确无误。

OBU10在休眠过程中，天线1和2都处于工作状态，能自动识别高速收费车道或停车场中RSU天线20a发送的数据。当OBU10识别到该数据是ETC收费车道发出的广播帧时，将OBU10的天线切换成天线1，天线2 关闭。当完成ETC交易后，再将天线1和天线2功能使能。这样在ETC收费车道上，避免因为双天线造成的跟车交易及邻道干扰问题。当OBU10 识别到该数据是停车场天线发出的广播帧时，保持双天线机制不变，这样，可以保证天线获取OBU信息不受停车方向的影响。

图4为车辆经过公路收费站时各OBU天线与RSU天线的关系说明图。如图4所示，对于三车道的道路通常各车道均设有用于与OBU通讯用的RSU天线20a。车辆30经过公路收费站时，关闭车辆后侧的第二天线2，能够避免信号的反射等影响，而不影响OBU10与RSU20间的通讯。

图5为车辆经过公路收费站前后，天线状态的变化说明图。车辆30 行驶在收费道路时，OBU10处于休眠状态，天线1和天线2都可以接收天线信号。天线1接收到ETC出入口或自由流天线(RSU天线20a)的信号时，OBU10根据广播帧判定为接收到ETC天线信号，此时天线切换模块 3将天线2关闭，OBU10通过天线1与ETC天线通讯完成交易流程。交易流程完成后，天线切换模块3将天线1和天线2开启，恢复双天线工作。

图6为车辆进出停车站前后，天线状态的变化说明图。如图6所示，车辆进入停车场停车时，OBU10通过天线1或天线2获取停车场天线信号，完成停车流程。车辆驶离停车场，交易完成后，天线切换模块3将天线1和天线2开启，恢复双天线工作。

对于封闭停车场，可以如图7所示，各个停车位设置一个RSU天线用于与OBU10通讯。RSU天线的作用范围只覆盖一个停车位。车辆既可以面向RSU天线20a停车，也可以背向RSU天线停车，极大的提高了用户停车体验。

在道路两侧停车，由于场地有限，在每个停车位上方配置一个RSU 天线不现实，RSU天线可以考虑用定位天线，如相控阵、多波束天线。如图7所示，在道路两侧设立一个或几个这样的RSU天线20a，RSU天线 20a的作用范围覆盖整个停车区域。由于OBU10采用了双天线机制，即使OBU停车方向不一致，也能达到获取车辆信息及定位的目的。

由上可知，本技术方案很好地将高速收费路段的ETC应用与停车场的停车收费应用，通过技术手段实现了两者的兼容及统一，极大地降低了运营方的设备耗材成本和人工投入成本。

在停车场领域，与视频摄像头相比，提高了识别车辆的速度、准确性、杜绝了逃费、漏费现象。

利用ETC系统扣费，给车主带来了极大的方便，免伸手不刷卡，即停即走，提升用户满意度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明描述的技术范围内，可轻易得到的变化与替换方案，都应该包含在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种车载电子标签的天线系统，其特征在于：所述车载电子标签（10）用于与路侧单元（20）交互信息，完成交易，

所述天线系统至少包括第一天线（1）和第二天线（2）、天线切换模块（3）、数据识别模块（4），

所述第一天线（1）用于接收来自车辆前方的通讯数据，所述第二天线（2）用于接收来自不同于所述第一天线（1）接收范围的通讯数据，

所述车载电子标签（10）通过所述第一天线（1）和第二天线（2）接收所述路侧单元（20）发出的数据，与所述路侧单元（20）交互信息，

所述数据识别模块（4）基于所述数据，

当识别所述数据为行车道的路侧单元（20）发出时，所述天线切换模块（3）将所述第二天线（2）切换到休眠状态，使所述车载电子标签（10）通过所述第一天线（1），接收所述数据完成交易；

当识别所述数据为停车场的路侧单元（20）发出时，保持第一天线（1）和第二天线（2）处于工作状态，当车辆正对路侧单元（20）停放时，车载电子标签（10）通过第一天线（1）接收所述数据完成交易，当车辆背对路侧单元（20）停放时，车载电子标签（10）通过第二天线（2）接收所述数据完成交易。

2.根据权利要求1所述的车载电子标签的天线系统，其特征在于：所述第二天线（2）设置在车辆后侧，用于接收来自车辆后方的通讯数据。

3.根据权利要求2所述的车载电子标签的天线系统，其特征在于：所述数据信息中包含与路侧单元设置位置相关的信息，所述数据识别模块（4）基于与设置位置相关的信息，识别所述数据是否由行车道上的所述路侧单元发出。

4.根据权利要求1所述的车载电子标签的天线系统，其特征在于：当识别所述数据为行车道的路侧单元（20）发出时，所述交易完成后，所述天线切换模块（3）将第二天线切换到工作状态。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车载电子标签的天线系统，其特征在于：所述数据为唤醒车载电子标签的信号。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的车载电子标签的天线系统，其特征在于：所述第二天线（2）在宽度方向上的覆盖范围大于第一天线（1）。

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