CN111179451A - 一种面向北斗公路自由流收费的车道系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向北斗公路自由流收费的车道系统，通过在高速收费站增设北斗专用车道，可以使得北斗用户车辆快速计费和通行；同时，在原有的ETC和MTC通道设备的基础上增加相应的北斗车道的设备和控制器后，可以扩展原有高速收费模式，简化车道的设备数量，可以充分利用现有的基础设施资源，尽量减少现有收费软件修改，符合快速通行的实际需要，可以实现车辆自由流收费，同时可以兼顾远期辅助驾驶、车路协同等发展的需求，具有较大的推广意义。

Description

一种面向北斗公路自由流收费的车道系统

技术领域

本发明属于高速公路管理收费技术领域，具体涉及一种面向北斗公路自由流收费的车道系统。

背景技术

目前，我国高速公路主要使用人工半自动收费(Manual Toll CollectionSystem,MTC)和电子不停车收费(Electronic Toll Collection,ETC)混合应用模式，MTC和ETC收费模式，均需要设置收费站，车辆到达收费站后需要减速慢行以便相关设施读取ETC信息或停车进行人工缴费，因此造成高速公路出入口等区域车辆拥堵等问题，不能发挥高速公路基础设施的最佳通行能力，为高速公路收费管理增加了困难。此外，由于传统的高速公路收费模式依靠出入口识别车辆，并在车辆驶离高速公路时进行扣费，一定程度上存在着无法分辨车辆在高速公路出入口之间实际行驶轨迹、导致无法精准扣费的问题。

目前，国家正在开展取消省界收费站工作，推动ETC广泛应用，并在收费公路上架设一批龙门架设施，用于识别车辆行驶路径。在此背景下，能够在一定程度上提升高速公路通行效率，并提高收费精准程度，但是，此种方式仍然需要车辆在收费公路出入口收费站减速或停车，影响车流整体通行效率，同时，基于DSRC技术的ETC设备一定程度上也存在着被干扰、遮挡等风险，尚无法完全满足高速公路快速、高效通行的发展要求。

在国际上，德国等部分国家已经实现了利用卫星定位技术进行公路收费的业务模式，即车辆安装GPS等定位终端，同时不设置公路收费站，车辆在收费公路上不减速自由通行，根据车载GPS定位终端上报的位置信息，判断车辆在收费公路上实际行驶轨迹，并以此作为收费依据，实现不停车、精准收费，该种模式一般称为自由流收费或无站自由流收费模式。

当前，我国北斗卫星导航系统快速发展，在定位精度和稳定性等方面，已经可以支持实时获取车辆在收费公路上实际行驶轨迹，满足开展基于北斗定位的自由流收费业务需求。发改委、交通运输部在《加快推进高速公路电子不停车快捷收费应用服务实施方案》等文件中也明确提出，要充分发挥北斗系统在高速公路收费站快速通行等方面的优势。

与德国等其他国家相比较，由于我国当前收费公路采取封闭式收费管理模式，已架设了出入口收费站，因此德国等国家采取的基于GPS的无站自由流技术模式无法完全适应我国实际应用环境，为促进实现基于我国实际环境下的北斗自由流收费，需解决基于北斗定位的收费模式与现有的收费站设施及系统兼容问题，对现有的收费车道系统进行改造，首先实现基于北斗系统的有站自由流收费，在此基础上，逐步推动最终实现无站自由流收费，以此逐步提升我国收费公路通行效率，降低收费成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种面向北斗公路自由流收费的车道系统，在现有的有站收费模式下，通过对现有的收费车道系统进行改造，使其支持基于北斗自由流收费，提高车辆在高速收费站的通行速度。

一种面向北斗公路自由流收费的车道系统，包括车道控制系统以及设置在高速公路收费站的北斗专用车道；

所述北斗专用车道上配置北斗车道控制器、高清牌照识别系统和自动栏杆；

所述车道控制系统包括站端车道控制系统和云端车道控制系统，前者包括车道图像监控数据微服务、车道控制命令处理微服务、车道设备控制微服务、数据通信微服务；后者包括车道配置微服务、车道管控命令下发微服务；

当安装北斗定位终端的车辆驶入北斗专用车道，云端车道控制系统通过网络接收到车辆上安装的北斗定位终端发出的位置信息，发现该车辆进入了北斗专用车道，即调用“车道管控命令微服务”，向站端车道控制系统发送抬杆指令及系统中预先录入的该车辆车牌信息，站端车道控制系统的车道控制指令处理微系统接收到指令后，向北斗车道控制器转发该指令，北斗车道控制器接到指令后，向高清牌照识别系统发出拍摄指令，通过拍摄识别车辆车牌；由北斗车道控制器将识别出的车牌信息通过“数据通信微服务”传输至站端车道控制系统的“车道图像监控数据微服务”，通过“车道图像监控数据微服务”对识别到的车牌信息与云端车道控制系统下发的该车辆车牌信息进行比对，如两者匹配无误，则由站端车道控制系统通过“车道控制命令处理微服务”向北斗车道控制器发送抬杆确认指令，北斗车道控制器接收到抬杆确认指令后，控制自动栏杆抬杆，使车辆通过；

车辆驶离后，云端车道控制系统根据车辆安装的北斗定位终端上报的位置信息确认车辆已经驶离，即调用“车道管控命令微服务”，向站端车道控制系统下发车辆驶离信息，站端车道控制系统接收到该信息后，通过“车道设备控制微服务”向北斗车道控制器发出落杆指令，北斗车道控制器接收该指令后，控制自动栏杆落下；

如果“车道图像监控数据微服务”对识别到的车牌信息与云端车道控制系统下发的该车辆车牌信息进行比对后，发现车牌号不匹配，则通过“车道控制命令微服务”向北斗车道控制器发出识别错误指令，北斗车道控制器接收该指令后，不向自动栏杆发送抬杆指令，不予放行。

进一步的，所述收费站的ETC车道配置有北斗车道控制器、高清牌照识别系统、车辆检测器、自动栏杆和网络控制器；车辆未安装车载北斗定位终端，当车辆驶入ETC车道的车检线圈，车道拍照设备将对车辆拍照并进行车牌识别，同时将识别出的车牌信息与ETC识别到的车辆信息进行对比，如判别为同一辆车，则车道控制器控制栏杆抬起，待车辆驶过，栏杆自动落下，并向远程上传驶离信号和栏杆状态信息，否则栏杆不抬起；

当安装北斗定位终端的车辆驶入ETC车道，按照北斗专用车道的方式对车辆进行控制。

进一步的，所述收费站的MTC车道配置有北斗车道控制器、高清牌照识别系统、车辆检测器、自动栏杆和网络控制器；在安装有北斗车道控制器的MTC车道，当车辆驶入车检线圈，车道拍照设备将对车辆拍照并进行车牌识别，并由人工完成收费过程，该过程完成后，由收费员控制栏杆抬起，待车辆驶过，栏杆自动落下，并向远程上传车辆驶离和栏杆状态信息；

当安装北斗定位终端的车辆驶入MTC车道，按照北斗专用车道的方式对车辆进行控制。

进一步的，所述北斗专用车道中还设置附属设备；所述车辆通过后，北斗车道控制器控制所述附属设备显示车牌信息及缴费信息。

进一步的，所述车辆通过后，由站端车道控制系统将本次车辆通行相关的图像监控数据通过“车道图像监控数据微服务”上传至云端车道控制系统。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种面向北斗公路自由流收费的车道系统，通过在高速收费站增设北斗专用车道，可以使得北斗用户车辆快速计费和通行；同时，在原有的ETC和MTC通道设备的基础上增加相应的北斗车道的设备和控制器后，可以扩展原有高速收费模式，简化车道的设备数量，可以充分利用现有的基础设施资源，尽量减少现有收费软件修改，符合快速通行的实际需要，可以实现车辆自由流收费，同时可以兼顾远期辅助驾驶、车路协同等发展的需求，具有较大的推广意义。

附图说明

图1是本发明的实施例中车道系统组成框图。

图2是本发明的实施例中北斗车道控制器组成框图。

图3是本发明的实施例中北斗车道控制器在不同收费车道应用工作流程。

图4是本发明的实施例中车道系统工作流程。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，面向北斗公路自由流收费的车道系统，由车道控制系统和收费车道组成，其中车道控制系统包括站端车道控制系统和云端车道控制系统两部分，前者由车道状态数据微服务、车道图像监控数据微服务、车道控制命令处理微服务、车道设备控制微服务、数据通信微服务组成，后者车道配置微服务、车道管控命令下发微服务、车道收费流程处理微服务、异常处理微服务组成。其中收费车道分为北斗专用车道和北斗混合车道两大类，北斗专用车道主要由北斗车道控制器、高清牌照识别系统、车辆检测器、高速自动栏杆、网络控制器及与现有收费系统相同的附属设备组成，北斗混合车道在现有收费车道设备加入北斗车道控制器。

所述车道控制系统站包括站端车道控制系统和云端车道控制系统，与站端关联车道执行，为车道栏杆起落等下发基本命令，通过车道设备进行车道现场控制，在云端通过终端定位计算车辆到达车道情况，利用通信中间件与现有车道软件结合控制实际车道设备。

其中，站端车道控制系统完成车道状态数据、图像监控数据等管理，执行车道管控命令。车道状态数据微服务实时反馈车道工作状态等相关数据，包括栏杆、车辆检测器、通行信号灯、费额显示器、计重系统等的状态；车道图像监控数据微服务用以接收、上传和存储车道监控数据，包括拍照、视频及牌照识别数据等；车道控制命令处理微服务执行云端下发的车道控制命令，包括抬杆、信号灯、费额显示等。

其中，云端车道控制完成车道配置管理，下发车道管控命令和用户注册车牌，处理异常情况等。车道配置微服务用以读取向站端车道控制系统通信所用到的集中管理的配置信息；车道管控命令下发微服务通过通信中间层向车道发送控制命令(如开始或停止工作，车辆到达车道允许抬杆信息等)；异常处理微服务对车道状态异常情况进行自动化处理(如关闭车道等)。

所述，收费车道分为北斗专用车道和北斗混合车道两大类，充分利用现有系统和设备基础上，融合北斗自由流收费方式的要求，对其进行升级，这样既符合快速通行的实际需要，又兼顾最大限度上利用原有设备及资源。北斗专用车道主要由北斗车道控制器、高清牌照识别系统、车辆检测器、高速自动栏杆、网络控制器及与现有收费系统相同的附属设备组成。北斗混合车道在现有收费车道终端设备的基础上，须对车道的栏杆设备进行北斗车辆识别改造，加入北斗车道控制器，当车道识别为北斗车辆进入时，栏杆自动开启；非北斗车机终端车辆，按原有收费系统模式运行。

如图2所示，收费车道的核心设备北斗车道控制器结构示意图，通过云平台获取北斗车辆位置信息，再通过车道车检器获取车辆驶离信息，并与收费云平台之间的数据通讯来控制栏杆抬起和上传栏杆状态信息，同时根据车检器信号和远程指令对接收到的抬杆命令排队及清除处理。各部分具体功能如下：

无线接收单元：接收3G/4G提供的信息；通过解码对信息滤波处理，经过协议进行对接，从而解码信息进行信号处理；支持4G通信功能，具备4G联网功能。

信息采集处理存储单元：当接收到感应信号(车辆经过)时，通过信息采集将信息传输到通讯接口单元；当解码信息发送的控制命令到来以后，经过协议将数据传输到信息采集处理存储到存储单元，并且对信息进行计算处理(解码)，进行信息的下发；实现指令运行和逻辑处理功能，并根据信号对接收到的抬杆命令排队及清除处理。

通讯单元：通讯单元提供RS232/RS485接口；完成与远程软件对接通讯，并且提供以太网通信功能，支持TCP/IP协议。

控制单元：在信息接受完成以后，经过信息存储及采集单元处理，下发的信息经过控制单元经过外部接线作用与栏杆，从而控制栏杆。

如图3所示，北斗车道控制器在不同收费车道的应用描述及具体工作流程如下：

情况一，在北斗专用车道，当安装北斗定位终端的车辆驶入该车道，云端车道控制系统通过网络接收到车辆上安装的北斗定位终端发出的位置信息，发现该车辆进入了北斗专用车道，即调用“车道管控命令微服务”，向站端车道控制系统发送抬杆指令及系统中预先录入的该车辆车牌信息(在车辆安装北斗定位终端时已录入后台系统)，站端车道控制系统接收到指令后，向北斗车道控制器转发该指令，北斗车道控制器接到指令后，向高清牌照识别系统发出拍摄指令，通过拍摄识别车辆车牌。此后，由北斗车道控制器将识别出的车牌信息通过“数据通信微服务”传输至站端车道控制系统，再由站端车道控制系统通过“车道图像监控数据微服务”对识别到的车牌信息与云端车道控制系统下发的该车辆车牌信息进行比对，如两者匹配无误，则由站端车道控制系统通过“车道控制命令微服务”向北斗车道车道控制器发送抬杆确认指令，北斗车道控制器接收到抬杆确认指令后，控制高速自动栏杆抬杆，使车辆通过，并控制车道显示牌等附属设备显示车牌信息及缴费信息。车辆驶离后，云端车道控制系统根据车辆安装的北斗定位终端上报的位置信息确认车辆已经驶离，即调用“车道管控命令微服务”，向站端车道控制系统下发车辆驶离信息，站端车道控制系统接收到该信息后，通过“车道配置微服务”向北斗车道控制器发出落杆指令，北斗车道控制器接收该指令后，控制高速自动栏杆落下。完成收费过程。此后，由站端车道控制系统将本次车辆通行相关的图像监控数据及其他数据通过“车道图像监控数据微服务”上传至云端车道控制系统。

如站端车道控制系统对识别到的车牌信息与云端车道控制系统下发的该车辆车牌信息进行比对后，发现车牌号不匹配，则通过“车道控制命令微服务”向北斗车道控制器发出识别错误指令，北斗车道控制器接收该指令后，控制车道显示牌等附属设备显示车牌不符等信息，不向高速自动栏杆发送抬杆指令，不予放行。

在整个过程中，站端车道控制系统通过“车道状态数据微服务”实时掌握包括栏杆、车辆检测器、通行信号灯、费额显示器、计重系统等的状态。

情况二，在安装有北斗车道控制器的ETC车道，如车辆未安装车载北斗定位终端，当车辆驶入车检线圈，车道拍照设备将对车辆拍照并进行车牌识别，同时将识别出的车牌信息与ETC识别到的车辆信息进行对比，如判别为同一辆车，则车道控制器控制栏杆抬起，待车辆驶过，栏杆自动落下，并向远程上传驶离信号和栏杆状态信息，否则栏杆不抬起。(该方式与现行ETC收费车道运行模式一致)

如车辆安装了车载北斗定位终端，则按照情况一进行。

情况三，在安装有北斗车道控制器的MTC车道，当车辆驶入车检线圈，车道拍照设备将对车辆拍照并进行车牌识别，并由人工完成收费过程，该过程完成后，由收费员控制栏杆抬起，待车辆驶过，栏杆自动落下，并向远程上传车辆驶离和栏杆状态信息。

如车辆安装了车载北斗定位终端，则按照情况一进行。

如图4所示，北斗收费车道系统工作流程可与现有的ETC、MTC等所有收费模式兼容并行使用；车辆进入收费车道后，由云端车道控制系统根据车辆安装的车载北斗定位终端上报的信息识别该车辆是否为北斗车辆，如果是则进入北斗收费流程，如果不是则按原有收费模式操作处理。北斗收费系统采用“入口读写卡、出口缴费”的收费制式：

步骤1，车辆进入高速公路入口车道，云端车道控制系统判别该车辆是否为北斗车辆，如果是，北斗自由流车道系统接管车道控制权，车道按照情况一进行图像抓拍、识别车牌等；如不是，按原有ETC、MTC收费模式进行操作处理；

步骤2，车辆为北斗车辆情况下，云端向车道下发放行指令，并将入口站、车道、抓拍图像、车牌识别结果(时间、站点、车道、车牌号、车牌颜色)等入口信息上传至云端，云端将入口抓拍车牌信息与注册车牌信息进行对比，判断无误后，栏杆抬起，车辆通过，车道控制权交还原有车道系统；

步骤3，车辆进入高速公路，云端根据车型(在车载北斗终端安装并在云端注册时，会要求录入车型信息)和行驶路径累加计费；

步骤4，车辆驶入高速公路出口车道，判别驶出车辆是否为北斗车辆，如果是，北斗自由流车道系统接管车道控制权，按照情况一进行图像抓拍、识别车牌等；如果不是，按原有ETC、MTC收费模式进行操作处理；

步骤5，车辆为北斗车机终端车辆情况下，由云端根据该车辆在进入高速公路入口时上报的信息与出口上报信息进行对比，如出现不符(如该车辆无驶入高速公路信息)，向高速公路管理系统发送拦截信息，进行人工处理。如符合，云端向车道下发放行指令，并将出口站、车道、抓拍图像、车牌识别结果(时间、站点、车道、车牌号、车牌颜色)等出口信息上传至云端，云端将出口抓拍车牌信息与注册车牌信息进行对比，判断无误后，栏杆抬起，车辆通过，车道控制权交还原有车道系统；

步骤6，车辆驶出高速公路，云端收取通行费。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种面向北斗公路自由流收费的车道系统，其特征在于，包括车道控制系统以及设置在高速公路收费站的北斗专用车道；

所述北斗专用车道上配置北斗车道控制器、高清牌照识别系统和自动栏杆；

所述车道控制系统包括站端车道控制系统和云端车道控制系统，前者包括车道图像监控数据微服务、车道控制命令处理微服务、车道设备控制微服务、数据通信微服务；后者包括车道配置微服务、车道管控命令下发微服务；

当安装北斗定位终端的车辆驶入北斗专用车道，云端车道控制系统通过网络接收到车辆上安装的北斗定位终端发出的位置信息，发现该车辆进入了北斗专用车道，即调用“车道管控命令微服务”，向站端车道控制系统发送抬杆指令及系统中预先录入的该车辆车牌信息，站端车道控制系统的车道控制指令处理微系统接收到指令后，向北斗车道控制器转发该指令，北斗车道控制器接到指令后，向高清牌照识别系统发出拍摄指令，通过拍摄识别车辆车牌；由北斗车道控制器将识别出的车牌信息通过“数据通信微服务”传输至站端车道控制系统的“车道图像监控数据微服务”，通过“车道图像监控数据微服务”对识别到的车牌信息与云端车道控制系统下发的该车辆车牌信息进行比对，如两者匹配无误，则由站端车道控制系统通过“车道控制命令处理微服务”向北斗车道控制器发送抬杆确认指令，北斗车道控制器接收到抬杆确认指令后，控制自动栏杆抬杆，使车辆通过；

车辆驶离后，云端车道控制系统根据车辆安装的北斗定位终端上报的位置信息确认车辆已经驶离，即调用“车道管控命令微服务”，向站端车道控制系统下发车辆驶离信息，站端车道控制系统接收到该信息后，通过“车道设备控制微服务”向北斗车道控制器发出落杆指令，北斗车道控制器接收该指令后，控制自动栏杆落下；

如果“车道图像监控数据微服务”对识别到的车牌信息与云端车道控制系统下发的该车辆车牌信息进行比对后，发现车牌号不匹配，则通过“车道控制命令微服务”向北斗车道控制器发出识别错误指令，北斗车道控制器接收该指令后，不向自动栏杆发送抬杆指令，不予放行。

2.如权利要求1所述的一种面向北斗公路自由流收费的车道系统，其特征在于，所述收费站的ETC车道配置有北斗车道控制器、高清牌照识别系统、车辆检测器、自动栏杆和网络控制器；车辆未安装车载北斗定位终端，当车辆驶入ETC车道的车检线圈，车道拍照设备将对车辆拍照并进行车牌识别，同时将识别出的车牌信息与ETC识别到的车辆信息进行对比，如判别为同一辆车，则车道控制器控制栏杆抬起，待车辆驶过，栏杆自动落下，并向远程上传驶离信号和栏杆状态信息，否则栏杆不抬起；

当安装北斗定位终端的车辆驶入ETC车道，按照北斗专用车道的方式对车辆进行控制。

3.如权利要求1所述的一种面向北斗公路自由流收费的车道系统，其特征在于，所述收费站的MTC车道配置有北斗车道控制器、高清牌照识别系统、车辆检测器、自动栏杆和网络控制器；在安装有北斗车道控制器的MTC车道，当车辆驶入车检线圈，车道拍照设备将对车辆拍照并进行车牌识别，并由人工完成收费过程，该过程完成后，由收费员控制栏杆抬起，待车辆驶过，栏杆自动落下，并向远程上传车辆驶离和栏杆状态信息；

当安装北斗定位终端的车辆驶入MTC车道，按照北斗专用车道的方式对车辆进行控制。

4.如权利要求1所述的一种面向北斗公路自由流收费的车道系统，其特征在于，所述北斗专用车道中还设置附属设备；所述车辆通过后，北斗车道控制器控制所述附属设备显示车牌信息及缴费信息。

5.如权利要求1所述的一种面向北斗公路自由流收费的车道系统，其特征在于，所述车辆通过后，由站端车道控制系统将本次车辆通行相关的图像监控数据通过“车道图像监控数据微服务”上传至云端车道控制系统。

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