CN113611000A - 一种高速公路收费方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高速公路收费方法及装置，所述方法首先基于定位通过车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，在车辆位置处于V2X交易区域且车辆行驶方向与收费方向一致时，车载单元通过V2X通信模块在较远的范围内首先与入口车道、收费门架和出口车道的V2X天线进行通信，进行数据的预读取和预交易，在预读取和预交易成功的情况下ETC天线进行简化交易，以简化入口车道、收费门架和出口车道的通行流程；在预读取或预交易失败的情况下再由现有ETC进行读写交易，以保障交易成功率和准确性。

Description

一种高速公路收费方法及装置

技术领域

本发明涉及高速公路电子收费领域，尤其涉及一种高速公路收费方法及装置。

背景技术

随着2019年取消高速公路省界收费站工程的开展，高速公路ETC(电子不停车收费)已经在全国范围内得到普及。ETC产品已经不断的更新迭代，逐渐走向成熟。但是，由于ETC交易范围较窄，技术本身存在局限性，暴露出了收费准确性不高、通行效率较低等问题，影响到了高速公路的收费管理和用户体验。

考虑到取消省界站ETC系统经历了大规模改造建设，ETC终端已经广泛应用，短期内基于ETC的收费技术方案不会变动。在这种背景下，如何在不改变基本ETC收费技术方案的前提下，引入新的交易流程，提升现有收费系统的准确性和可靠性是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种高速公路收费方法及装置，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有ETC收费交易范围较窄导致收费准确性不高、通行效率较低的问题。

本发明的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种高速公路收费方法，所述方法用于在车载单元上运行，所述车载单元至少包括V2X通信模块、ETC通信模块、控制单元模块、安全模块以及定位模块，所述方法包括：

采用V2X通信模块按照第一设定周期广播基本安全消息，所述基本安全消息至少包括车辆标识和车辆定位信息；

在入口车道处，接收所述入口车道内第一V2X天线按照第二设定周期广播的第一收费服务消息，所述第一收费服务消息至少包括入口收费方向和入口V2X交易区域；

根据所述车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，若所述车辆行驶方向与所述入口收费方向一致且在所述入口V2X交易区域内，则所述V2X通信模块向所述第一V2X天线发送包含车辆标识的第一回复信息；

接收所述第一V2X天线发送的预读指令，返回第一ETC信息，接收所述第一V2X天线写入的入口信息，生成并返回入口信息写入结果；

根据所述入口车道中第一ETC天线发送的预读指令返回第一车载单元编号，以供所述入口车道根据所述第一车载单元编号查询对应的入口信息写入结果，若写入入口信息正常则抬杆放行；

在经行一个或多个收费门架时，接收所述收费门架内的第二V2X天线按照第三设定周期广播的第二收费服务消息，所述第二收费服务消息至少包括门架收费方向和门架V2X交易区域；

根据所述车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，若所述车辆行驶方向与所述门架收费方向一致且在所述门架V2X交易区域内，则所述V2X通信模块向所述第二V2X天线发送包含车辆标识的第二回复信息；

根据所述第二V2X天线发送的预读指令返回第二ETC信息，用于计算第一交易费额并进行预交易，生成第一预交易结果信息并发送至所述第二V2X天线；

根据所述收费门架内第二ETC天线发送的预读指令返回第二车载单元编号，以供收费门架根据所述第二车载单元编号查询对应的第一预交易结果信息，若所述第一预交易结果信息显示预交易成功则放行；

在出口车道处，接收所述出口车道内第三V2X天线按照第四设定周期广播的第三收费服务信息，所述第三收费服务消息至少包括出口收费方向和出口V2X交易区域；

根据所述车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，若所述车辆行驶方向与所述出口收费方向一致且在所述出口V2X交易区域内，则所述V2X通信模块向所述第三V2X天线发送包含车辆标识的第三回复信息；

根据所述第三V2X天线发送的预读指令返回第三ETC信息，用于计算第二交易费额并生成第二预交易结果信息并发送至所述第三V2X天线，以提示出口车道的第三ETC天线在所述第二预交易结果信息显示交易成功的情况下直接扣费；

根据所述第三ETC天线发送的预读指令返回第三车载单元编号，以供所述出口车道根据所述第三车载单元编号查询对应的第二预交易结果信息，若所述第二预交易结果信息显示预交易成功则按所述第二交易费额扣费，并抬杆放行；

其中，所述第一ETC信息、所述第二ETC信息和所述第三ETC信息都至少包含车辆信息、卡签基本信息、入出口信息。

在一些实施例中，根据所述车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，包括：获取连续多个时间点对应的车辆定位信息，并根据各时间点的车辆位置判断车辆所在区域以及车辆行驶方向。

在一些实施例中，接收所述第一V2X天线发送的预读指令之后，还包括：基于该预读指令向所述第一V2X天线返回包含有效入口信息的第一ETC信息，以提示所述第一V2X天线停止操作。

在一些实施例中，根据所述入口车道中第一ETC天线发送的预读指令返回所述入口信息写入结果之后，还包括：

若所述入口信息写入结果显示写入失败，则接收所述第一ETC天线发送的入口信息以重新写入。

在一些实施例中，所述第一ETC信息中记载的卡签有效性信息表示车载单元被拆卸、用户卡不在有效期内、余额不足或账户异常，则接收所述第一V2X天线返回的第一报警信息，并根据所述第一报警信息进行语音或文字提示。

在一些实施例中，根据所述收费门架内第二ETC天线发送的预读指令返回第二车载单元编号，以供所述收费门架根据所述第二车载单元编号查询对应的第一预交易结果信息之后，还包括：

若所述第一预交易结果信息显示交易失败，则根据所述第二ETC天线发送的读取指令返回所述第二ETC信息，用于计算第一交易费额并进行交易。

在一些实施例中，根据所述出口车道内第三ETC天线发送的预读指令返回第三车载单元编号，以供所述出口车道根据所述第三车载单元编号查询对应的第二预交易结果信息之后，还包括：若所述第二预交易结果信息显示交易失败，则根据所述第三ETC天线发送的读取指令返回所述第三ETC信息，用于计算第二交易费额并进行交易。

在一些实施例中，所述第一V2X天线生成并维护第一车载单元预交易信息表，用于记载所述入口信息写入结果；

所述第二V2X天线生成并维护第二车载单元预交易信息表，用于记载所述第一预交易结果信息；

所述第三V2X天线生成并维护第三车载单元预交易信息表，用于记载所述第二预交易结果信息；

所述第一预交易结果信息和所述第二预交易结果信息至少包括参与交易的车载单元编号、预交易时间和交易结果。

另一方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明的有益效果至少是：

所述高速公路收费方法及装置中，所述方法首先基于定位通过车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，在车辆行驶方向与收费方向一致时，车载单元通过V2X(Vehicle-To-Everything车路协同系统)通信模块在较远的范围内首先与入口车道、收费门架和出口车道的V2X天线进行通信，进行数据的预读取和预交易，在预读取和预交易成功的情况下ETC天线进行简化交易，以简化入口车道、收费门架和出口车道的通行流程；在预读取或预交易失败的情况下再由现有ETC进行读写交易，以保障交易成功率和准确性。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例所述车载单元的结构框图；

图2为本发明一实施例所述高速公路收费方法中适用的入口车道和出口车道结构示意图；

图3为本发明一实施例所述高速公路收费方法中适用的收费门架结构示意图；

图4为本发明一实施例所述高速公路收费方法的逻辑示意图。

附图标记说明：

110：V2X通信模块； 120：ETC通信模块； 130：控制单元模块；

140：ESAM模块； 150：卫星定位模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

现有ETC收费系统中，存在一些影响通行和收费的问题，包括：无法完全实现精确路径收费，多次通行的计费金额不完全一致，可能会导致用户投诉；车辆行驶速度高、写入数据多，交易时间增加，导致ETC门架数据写入失败或者来不及写入，门架交易成功率有待提高；车载单元(OBU)的灵敏度不一致、路侧单元(RSU)的区域控制等问题导致门架反向标识的概率较高，造成计费异常；交易成功率低、异常车辆处理导致ETC入口和出口收费站通行效率较低；存在信号干扰问题，如邻道干扰、货车反射、情报板反射等。这些问题，有些是ETC自身的协议机制不支持导致，有些是由于ETC设备的通信区域和频段特点决定的，仅仅依靠ETC自身，还无法完全可靠的解决，有必要引入新技术解决。

现阶段，车路协同系统V2X(Vehicle-To-Everything)技术得到了飞速发展，相关标准规范已经成熟。鉴于V2X具有通信机制比较灵活、通信区域较大的特点，V2X技术应用于收费领域具备较大的优势。然而，V2X技术直接应用于现有模式下的高速公路封闭收费方式也存在一定的不足，V2X天线采用全向天线，辐射范围广，通信区域大，无法对通信区域的范围进行精确控制，很容易产生误交易问题，具体表现在：容易对高速公路入口收费站辅路通行的车辆误写入入口信息，造成后续ETC门架误交易以及出口误收费；容易对ETC收费门架对向行驶的车辆或附近其他高速上行驶的车辆误写入门架信息和计费信息，导致计费异常；容易对出口收费站主路正常行驶的车辆或附近其他出口的车辆误扣费。针对上述问题，本发明提供一种高速公路收费方法及装置，以实现基于V2X天线的读写交易，保障交易的准确性和成功率，避免误交易。

需要预先说明的是，本发明是在现有的ETC车道系统上引入V2X技术实现的，具体的，在高速公路通行过程中，入口车道、收费门架和出口车道均设有V2X天线，并与相应的车道控制机连接。V2X天线的通信距离更远，在车道行进方向上，车辆正常情况下会首先与V2X天线建立通信，再与ETC天线建立通信。各V2X天线的通信区域被划定了一个V2X交易区域。相应的，使用设有V2X通信模块的车载单元，如图1所示，至少包括V2X通信模块、ETC通信模块、控制单元模块、安全模块以及定位模块。车载单元装载在用户车辆上，在高速公路的行驶过程中与入口车道、收费门架和出口车道的V2X天线在较远的距离上进行通信。进一步地，入口车道设有第一V2X天线和第一ETC天线，各收费门架设置在高速公路各路段，每个收费门架都设有第二V2X天线和第二ETC天线，出口车道设有第三V2X天线和第三ETC天线。第一V2X天线、第二V2X天线和第三V2X天线基于车路协同系统进行通信，通信距离可达到数百米。第一ETC天线、第二ETC天线和第三ETC天线可以基于专用短程通信协议(DSRC)进行通信，通信距离只有不到10米。

具体的，本发明提供一种高速公路收费方法，所述方法用于在车载单元上运行，所述车载单元至少包括V2X通信模块、ETC通信模块、控制单元模块、安全模块以及定位模块。其中，V2X通信模块处理5.9GHz的V2X信号，实现与V2X天线通信。ETC通信模块处理5.8GHz的DSRC信号，实现与ETC天线通信。控制单元模块提供数据处理、指令控制等功能。安全模块为ESAM模块，用于存储收费相关的文件、密钥等安全信息。卫星定位模块提供经纬度位置、行驶方向等定位信息。

进一步地，所述方法包括步骤S101～S113：

需要明确的是，本实施例所述的步骤S101～S113并不是对步骤先后顺序的限定，应当理解为，在特定应用场景下，部分步骤的实施顺序可以并行或调换。

步骤S101：采用V2X通信模块按照第一设定周期广播基本安全消息，基本安全消息至少包括车辆标识和车辆定位信息。

步骤S102：在入口车道处，接收入口车道内第一V2X天线按照第二设定周期广播的第一收费服务消息，第一收费服务消息至少包括入口收费方向和入口V2X交易区域。

步骤S103：根据车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，若车辆行驶方向与入口收费方向一致且在入口V2X交易区域内，则V2X通信模块向第一V2X天线发送包含车辆标识的第一回复信息。

步骤S104：接收第一V2X天线发送的预读指令，返回第一ETC信息，接收第一V2X天线写入的入口信息，生成并返回入口信息写入结果。

步骤S105：根据入口车道中第一ETC天线发送的预读指令返回第一车载单元编号，以供所述入口车道根据所述第一车载单元编号查询对应的入口信息写入结果，若写入入口信息正常则抬杆放行。

步骤S106：在经行一个或多个收费门架时，接收收费门架内的第二V2X天线按照第三设定周期广播的第二收费服务消息，第二收费服务消息至少包括门架收费方向和门架V2X交易区域。

步骤S107：根据车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，若车辆行驶方向与门架收费方向一致且在门架V2X交易区域内，则V2X通信模块向第二V2X天线发送包含车辆标识的第二回复信息。

步骤S108：根据第二V2X天线发送的预读指令返回第二ETC信息，用于计算第一交易费额并进行预交易，生成第一预交易结果信息并发送至第二V2X天线。

步骤S109：根据收费门架内第二ETC天线发送的预读指令返回第二车载单元编号，以供收费门架根据第二车载单元编号查询对应的第一预交易结果信息，若第一预交易结果信息显示预交易成功则放行。

步骤S110：在出口车道处，接收出口车道内第三V2X天线按照第四设定周期广播的第三收费服务信息，第三收费服务消息至少包括出口收费方向和出口V2X交易区域。

步骤S111：根据车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，若车辆行驶方向与出口收费方向一致且在出口V2X交易区域内，则V2X通信模块向第三V2X天线发送包含车辆标识的第三回复信息。

步骤S112：根据第三V2X天线发送的预读指令返回第三ETC信息，用于计算第二交易费额并生成第二预交易结果信息并发送至第三V2X天线，用于提示出口车道的第三ETC天线在第二预交易结果信息显示交易成功的情况下直接扣费。

步骤S113：根据第三ETC天线发送的预读指令返回第三车载单元编号，以供所述出口车道根据第三车载单元编号查询对应的第二预交易结果信息，若第二预交易结果信息显示预交易成功则按所述第二交易费额扣费，并抬杆放行。

其中，第一ETC信息、第二ETC信息和第三ETC信息都至少包含车辆信息、卡签基本信息、入出口信息。

在步骤S101中，车载单元在行驶过程中，按照第一设定周期不间断广播基本安全消息，以供入口车道、收费门架以及出口车道接收和记录，用于发起通行读写流程。该第一设定周期可以根据高速公路最高限速以及各V2X天线的交易读写范围进行确定，车辆行驶速度越快或V2X交易读写范围越小，第一设定周期越短，第一设定周期的具体时长可以根据不同使用场景单独设置。

在步骤S102中，车辆经行入口车道的V2X通信区域时，接收到第一V2X天线发出的第一收费服务消息，以提示该入口车道的入口收费方向以及入口V2X交易区域的范围。

在步骤S103中，车载单元根据定位模块产生的车辆定位信息可以判断当前车辆位置和行驶方向，若与入口收费方向一致且在入口V2X交易区域内，则可以发送第一回复信息以发起基于V2X系统的预交易流程。预交易流程与传统的ETC通信流程一致，具体的，在入口车道处，主要包括读取车载单元内记载的车辆信息、卡签信息等内容，以及写入入口信息。

在步骤S104中，由第一V2X天线在较远距离上先于第一ETC天线与车载单元进行通信，进行预读和预交易。由于在入口车道处还没有产生费用，实际上在读取第一ETC信息后，只需要写入入口信息即可。在一些实施例中，还可以先对车载单元以及装载的卡签的有效性进行判断，如对卡签装载状态、是否属于黑名单车辆以及卡签余额等信息合法性进行判断，如果车载单元以及装载的卡签有效，则写入入口信息，如果无效则不操作并进行提示。

在一些实施例中，第一ETC信息中记载的卡签有效性信息表示车载单元被拆卸、用户卡不在有效期内、余额不足或账户异常，则接收第一V2X天线返回的第一报警信息，并根据第一报警信息进行语音或文字提示。

在步骤S105中，当车辆驶近入口车道时，进入第一ETC天线的交易通信范围，由第一ETC天线对车载单元读取第一车载单元编号并查询对应的入口信息写入结果，如果已经写入信息，则不作操作直接放行。如果未写入则可以重新写入，或进行报警提示。

在步骤S106中，本实施例中，采用分段计费的方式，在经行收费门架时，由收费门架分别计算相应路段的费额并进行计费操作。在第二V2X天线的通信范围内，车载单元可以接收到第二收费服务消息以确认门架收费方向和门架V2X交易区域。

在步骤S107和步骤S108中，车载单元确定车辆位置和行驶方向与门架收费方向一致且在门架V2X交易区域内时，向第二V2X天线发送包含车辆标识的第二回复信息，以发起预交易。在本实施例中，由第二V2X天线与车载单元进行预交易，预交易可以包括对车载单元及卡签有效性的判断，以及对车辆信息、卡签基本信息、入出口信息、交费信息的读取、计算对应路段的交易费额并进行读写交易。

在步骤S109中，当车辆行驶近收费门架时，由收费门架内第二ETC天线读取第二车载单元编号，并查询第一预交易结果信息，若预交易成功则放行，若不成功则由第二ETC天线重新进行读写交易。

在步骤S110中，车辆经行出口车道时，在第三V2X天线的通信范围内，车载单元可以接收到第三收费服务消息以确认出口收费方向和出口V2X交易区域。

在步骤S111和S112中，用户车辆的车载单元在判断其行驶方向与出口收费方向一致且在出口V2X交易区域内时，向第三V2X天线发送第三回复信息以发起预交易。由第三V2X天线与车载单元进行预交易，预交易可以包括对车载单元及卡签有效性的判断，以及对车辆信息、卡签基本信息、入出口信息、交费信息的读取、计算对应路段的交易费额。

在步骤S113中，当车辆行驶近出口车道时，由出口车道内第三ETC天线读取第三车载单元编号，并查询第二预交易结果信息，若预交易成功则放行，若不成功则由第三ETC天线重新进行读写交易。

在一些实施例中，根据车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，包括：获取连续多个时间点对应的车辆定位信息，并根据各时间点的车辆位置判断车辆所在区域以及车辆行驶方向。

在另一些实施例中，也可以设置更精确的定位范围，例如沿预定车道设置多个定位点或定位区域，相应定位点或定位区域所构成的路线以及定位精度应当能够区分不同的车道，也可以区分主路和辅路，实现准确的车道路线定位。定位点或定位区域的数量根据入口车道或出口车道的布局设置，通常可以设置4至5个，在车道较为复杂的情况下，为了获得更高的精度也可以设置更多的数量。相应的，入口车道、收费门架以及出口车道的定位方式一致。

示例性的，第一V2X天线连续定位，判断车辆是否驶向本收费站区域，避免对辅路或者驶向辅路的车辆进行错收费。对车载单元的位置进行连续定位，如连续5个位置可确定该车辆驶向本收费站的车道，不会产生路径判断错误时，进行采用第一V2X天线进行预交易通信。车辆行驶到ETC收费岛时，ETC天线进行简化交易。

在一些实施例中，步骤S104中，接收第一V2X天线发送的预读指令之后，还包括：基于该预读指令向所述第一V2X天线返回包含有效入口信息的第一ETC信息，以提示所述第一V2X天线停止操作。

在本实施例中，如果车载单元已经被写入有效的入口信息，则第一V2X天线无操作。

在实际应用过程中，也可能存在通信不良的情况，导致由第一ETC天线首先与车载单元发生通信读写，若已经由第一ETC天线写入入口信息时，则第一V2X天线不再进行操作。

相应的，在收费门架和出口车道处，如果由于通信问题导致第二ETC天线先于第二V2X天线进行预交易，或第三ETC天线先于第三V2X天线进行预交易，则相应的第二V2X天线或第三V2X天线则不再处理。

在一些实施例中，步骤S104之后，即根据入口车道中第一ETC天线发送的预读指令返回入口信息写入结果之后，还包括：若入口信息写入结果显示写入失败，则接收第一ETC天线发送的入口信息以重新写入。

在一些实施例中，步骤S109中，即根据收费门架内第二ETC天线发送的预读指令返回第二车载单元编号，以供收费门架根据第二车载单元编号查询对应的第一预交易结果信息之后，还包括：若第一预交易结果信息显示交易失败，则根据第二ETC天线发送的读取指令返回第二ETC信息，用于计算第一交易费额并进行交易。

在一些实施例中，步骤S113中，根据出口车道内第三ETC天线发送的预读指令返回第三车载单元编号，以供出口车道根据第三车载单元编号查询对应的第二预交易结果信息之后，还包括：若第二预交易结果信息显示交易失败，则根据第三ETC天线发送的读取指令返回第三ETC信息，用于计算第二交易费额并进行交易。

在一些实施例中，第一V2X天线生成并维护第一车载单元预交易信息表，用于记载入口信息写入结果；第二V2X天线生成并维护第二车载单元预交易信息表，用于记载第一预交易结果信息；第三V2X天线生成并维护第三车载单元预交易信息表，用于记载第二预交易结果信息；第一预交易结果信息和第二预交易结果信息至少包括参与交易的车载单元编号、预交易时间和交易结果。

另一方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

下面结合以具体一实施例对本发明进行说明：

本实施例提供一种结合V2X通信模块和ETC通信模块的车载单元，如图1所示，主要包括：

V2X通信模块110，处理5.9GHz的V2X信号，实现与V2X天线通信。

ETC通信模块120，处理5.8GHz的DSRC信号，实现与ETC天线通信，与现有ETC技术采用的模块相同。

控制单元模块130，连接V2X通信模块110和ETC通信模块120，用于提供数据处理、指令控制等功能。

ESAM模块140，存储收费相关的文件、密钥等安全信息，与现有ETC技术采用的模块相同。

卫星定位模块150，提供经纬度位置、行驶方向等定位信息。

该车载单元采用与现有ETC技术相同的ESAM模块和ETC通信模块，因此支持与现有ETC收费系统的ETC天线进行交易，同时又支持V2X通信和相关车路协同应用，并可以与V2X天线通过V2X通信协议实现基于现有ETC收费模式的收费交易。具体实现方式可以是根据现有的V2X技术标准，采用透传模式传输DSRC信息，DSRC信息格式与ETC保持一致。车载单元内置卫星定位模块150。车载单元依据V2X应用层相关标准进行周期性地广播包含车辆标识、车辆位置、车辆行驶方向等内容的基本安全消息。

下面分别以入口收费站、ETC收费门架和出口收费站为例，继续说明本实施例的具体实施方案。

(1)入口收费站

入口收费站的车道布局如图2所示。第一V2X天线可以安装收费车道顶棚下，也可以安装在入口车道之前的广场区域路侧。第一V2X天线通信区域较大，最远可达几百米，第一ETC天线通信区域只有不到10米左右，因此车辆驶入ETC车道入口前，第一V2X天线会先于第一ETC天线与车载单元通信。第一V2X天线的通信区域设置了V2X交易区域。途经V2X交易区域的车辆只有驶向本收费站这条唯一路径。图中V2X交易区域设置在即将驶向本收费站的必经道路上，通过这种设置方式排除了处于高速公路辅路等其他位置的非目标交易车辆。参照图4，具体处理流程如下述1.01～1.10：

1.01车辆向入口收费站方向行驶，车载单元周期性地广播包含车辆标识、车辆位置、车辆行驶方向等内容的基本安全消息。

1.02第一V2X天线持续接收车载单元广播的基本安全消息。

1.03同时，第一V2X天线周期性地广播包含天线标识、收费站编号、收费方向、V2X交易区域等内容的收费服务消息。

1.04车载单元持续接收第一V2X天线广播的收费服务消息，结合自身的多次定位信息判定车辆是否处于V2X交易区域且行驶方向与收费方向一致，当判定通过时，向第一V2X天线回复包含车辆标识、车辆位置、车载单元基本信息等内容的消息，否则不进行回复。

1.05第一V2X天线接收车载单元的回复消息，执行预交易流程。

1.06在执行预交易流程时，第一V2X天线应先读取车载单元的ETC文件信息，判定车载单元和ETC文件信息的通行有效性，然后判断车载单元是否已有入口信息，如果已有入口信息且入口信息合法，则结束流程，不再进行入口写入操作。

1.07对于无入口信息的车载单元，第一V2X天线参考ETC入口典型操作流程，通过车道后台执行状态名单、追缴名单、余额等判断，如果都通过，则写入入口信息；对于车载单元被拆卸、不在有效期内、在状态名单内、车牌在追缴名单内等因用户自身设备、账户异常产生的预交易失败，车载单元对用户进行相应异常的语音或文字提示，以引导车辆提前驶入混合车道。

1.08写入入口信息成功后，车载单元在一段时间内屏蔽与其完成交易的第一V2X天线的收费信息。

1.09第一V2X天线将车载单元预交易的结果信息与本收费站的第一ETC天线进行实时共享，具体方式是第一V2X天线生成并维护包含最近一段时间内车载单元预交易结果的信息表，并将该表与收费站入口车道的第一ETC天线实时分享。预交易的结果信息包括交易时间、车载单元编号、预交易的结果(如交易成功、交易失败、计费成功等)、失败类型、已读取的车载单元文件信息、已处理完成的计费金额等中间结果信息。

1.10车辆行驶到收费站入口车道时，第一ETC天线通过DSRC协议首先获取车载单元编号，查询该车载单元的预交易结果信息，当查询到该车载单元在第一V2X天线处已成功完成预交易时，提示交易成功后抬杆放行；当未查询到该车载单元的预交易结果时，判断车载单元内是否已写入本站入口且合法、卡内入口时间和当前时间间隔是否没有超过预定限值，如都判断通过，则直接抬杆放行；如未通过，则执行正常入口操作流程。V2X天线的预交易处理流程与ETC入口车道处理流程基本一致，差别在于V2X天线不需要对用户进行交易结果提示，主要交互流程为：

1)天线广播收费服务信息，车载单元返回卡签基本信息；

2)读取车辆信息；

3)读取入出口信息文件和卡余额文件；

4)更新交费信息文件；

5)复合消费初始化；

6)复合消费，写入入口信息；

7)释放链路。

预交易成功的车载单元，在ETC车道入口时，采用简化的交易模式，主要交互流程为：

1)天线广播收费信息，车载单元返回卡签基本信息；

2)提示用户交易结果；

3)释放链路。

该简化的ETC入口交易流程预计在80ms内完成，可节省70％的交易时间。车辆通过入口站后，卡内信息与现有系统保持一致。

(2)ETC收费门架

在ETC收费门架位置，以3车道为例，ETC收费门架的设备布局如图3所示，第二V2X天线与第二ETC天线均安装在门架上。车辆驶向ETC收费门架时，第二V2X天线会先于第二ETC天线与车载单元通信。第二V2X天线的通信区域设置了V2X交易区域用于定位判断。参照图4，处理流程如下述2.1～2.9：

2.1车辆向ETC收费门架方向行驶，车载单元周期性地广播包含车辆标识、车辆位置、车辆行驶方向等内容的基本安全消息。

2.2第二V2X天线持续接收车载单元广播的基本安全消息。

2.3同时，第二V2X天线周期性地广播包含天线标识、ETC收费门架编号、收费方向、V2X交易区域等内容的收费服务消息。

2.4车载单元持续接收第二V2X天线广播的收费服务消息，结合自身的多次定位信息判定车辆是否处于V2X交易区域且行驶方向与收费方向一致，当判定通过时，向第二V2X天线回复包含车辆标识、车辆位置、车载单元基本信息等内容的消息，否则不进行回复。

2.5第二V2X天线接收车载单元的回复消息，执行预交易流程。

2.6在执行预交易流程时，第二V2X天线应先读取车载单元的ETC文件信息，判定车载单元和ETC文件信息的通行有效性、入口信息是否正常、是否有写入本门架信息，然后判断上一个门架的信息是否不在反向门架的列表里，如都判断通过，则继续进行门架信息写入和交易操作，否则退出流程。

2.7写入门架信息成功后，车载单元在一段时间内屏蔽与其完成交易的第二V2X天线的收费信息。

2.8第二V2X天线将车载单元预交易的结果信息与本门架的第二ETC天线进行实时共享，具体方式是第二V2X天线生成并维护包含最近一段时间内车载单元预交易结果的信息表，并将该表与本门架的第二ETC天线实时分享。预交易的结果信息包括交易时间、车载单元编号、预交易的结果(如交易成功、交易失败、计费成功等)、失败类型、已读取的车载单元文件信息、已处理完成的计费金额等中间结果信息。

2.9车辆行驶到ETC收费门架时，第二ETC天线通过DSRC协议首先获取车载单元编号，查询该车载单元的预交易结果信息，当查询到该车载单元在第二V2X天线处已成功完成预交易时，则结束流程；当未查询到该车载单元的预交易结果时，判断车载单元内是否已写入本门架信息、通行门架时间和当前时间间隔是否没有超过预定限值，如都判断通过，则结束流程；如未通过，则执行正常门架操作流程。

V2X天线的预交易处理流程与收费门架ETC天线处理流程完全一致，主要交互流程为：

1)天线广播收费服务信息，车载单元返回卡签基本信息；

2)读取车辆信息；

3)读取入出口信息文件和卡余额文件；

4)读取交费信息文件；

5)更新交费信息文件；

6)复合消费初始化；

7)复合消费；

8)释放链路。

预交易成功的车载单元，通过收费门架时，采用简化的交易模式，主要交互流程为：

1)天线广播收费信息，车载单元返回卡签基本信息；

2)释放链路。

(3)出口收费站

出口收费站的车道布局与入口相同，如图2所示。第三V2X天线可以安装收费车道顶棚下，也可以安装在出口车道之前的广场区域路侧。第三V2X天线的通信区域设置了V2X交易区域。参照图4，具体处理流程如下述3.01～3.10：

3.01车辆向出口收费站方向行驶，车载单元周期性地广播包含车辆标识、车辆位置、车辆行驶方向等内容的基本安全消息。

3.02第三V2X天线持续接收车载单元广播的基本安全消息。

3.03同时，第三V2X天线周期性地广播包含天线标识、收费站编号、收费方向、V2X交易区域等内容的收费服务消息。

3.04车载单元持续接收第三V2X天线广播的收费服务消息，结合自身的多次定位信息判定车辆是否处于V2X交易区域且行驶方向与收费方向一致，当判定通过时，向第三V2X天线回复包含车辆标识、车辆位置、车载单元基本信息等内容的消息，否则不进行回复。

3.05第三V2X天线接收车载单元的回复消息，执行预交易流程。

3.06在执行预交易流程时，第三V2X天线应先读取车载单元的ETC文件信息，判定车载单元和ETC文件信息的通行有效性，然后判断车载单元是否已有入口信息以及入口信息的有效性，如都判断通过，第三V2X天线通过车道后台进行前序门架补点、费额计算、与最小费额比较等计费操作。

3.07第三V2X天线将车载单元预交易的结果信息与本收费站的第三ETC天线进行实时共享，具体方式是第三V2X天线生成并维护包含最近一段时间内车载单元预交易结果的信息表，并将该表与收费站出口车道的第三ETC天线实时分享。预交易的结果信息包括交易时间、车载单元编号、预交易的结果(如交易成功、交易失败、计费成功等)、失败类型、已读取的车载单元文件信息、已处理完成的计费金额等中间结果信息。

3.08对于车载单元被拆卸、不在有效期内、在状态名单内、车牌在追缴名单内、入口信息无效、计费异常等因用户自身设备、账户异常产生的预交易失败，车载单元应对用户进行相应异常的语音或文字提示，以引导车辆提前驶入混合车道。

3.09出口计费成功后，车载单元在一段时间内屏蔽与其完成交易的第三V2X天线的收费信息。

3.10车辆行驶到收费站出口车道时，第三ETC天线通过DSRC协议首先获取车载单元编号，查询该车载单元的预交易结果信息，当查询到该车载单元在第三V2X天线处已成功完成预交易时，则按查询到的费额直接进行扣费，然后抬杆放行；当未查询到该车载单元的预交易结果时，则执行正常的出口交易流程；当查询到车载单元为异常拦截车辆时，则进行拦截处理。

为避免误扣费，V2X天线的预交易处理流程仅包含收费预处理，ETC出口天线负责扣费，主要交互流程为：

1)天线广播收费服务信息，车载单元返回卡签基本信息；

2)读取车辆信息；

3)读取入出口信息文件和卡余额文件；

4)读取交费信息文件；

5)释放链路。

预交易成功的车载单元，在ETC车道出口时，采用简化的交易模式，主要交互流程为：

1)天线广播收费信息，车载单元返回卡签基本信息；

2)复合消费初始化；

3)复合消费；

4)读取拆分信息；

5)清除交费信息文件信息；

6)提示用户交易结果；

7)释放链路。

该ETC出口交易流程相比原有流程大大简化，并节省了用户有效性判断和费率计算的大量处理时间。

本实施例的有益效果包括：

(1)通过车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，仅当车辆位置处于V2X交易区域且行驶方向与收费方向一致时，车载单元才与V2X天线进行预交易，解决了V2X技术应用于高速公路收费时易出现的误交易问题。

(2)V2X天线先与车载单元预交易，然后将预交易结果与ETC天线实时共享，当ETC天线查询到车载单元已完成预交易时，执行简化交易流程，当查询到车载单元未进行预交易时，执行完整交易流程，这种双重交易保障极大地提高了门架和车道的交易成功率。

(3)在ETC收费门架通过定位判断和行驶方向判断机制确保了V2X天线仅与本方向通行的车辆进行门架交易，避免了现有ETC天线存在的反向标识问题。

(4)在入口收费站和出口收费站对车载单元被拆卸、不在有效期内、在状态名单内、车牌在追缴名单内、入口信息无效、计费异常等因用户自身设备、账户异常产生的预交易失败，车载单元应对用户进行相应异常提示，引导车辆提前驶入人工混合车道，通过这种方式可以在一定程度上防止了异常车载单元车辆误入正常ETC车道，减少了ETC车道的拥堵情况。

综上所述，所述高速公路收费方法及装置中，所述方法首先基于定位通过车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，在车辆行驶方向与收费方向一致时，车载单元通过V2X通信模块在较远的范围内首先与入口车道、收费门架和出口车道的V2X天线进行通信，进行数据的预读取和预交易，在预读取和预交易成功的情况下ETC天线进行简化交易，以简化入口车道和出口车道的通行流程；在预读取或预交易失败的情况下再由现有ETC进行读写交易，以保障交易成功率和准确性。

本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种高速公路收费方法，其特征在于，所述方法用于在车载单元上运行，所述车载单元至少包括V2X通信模块、ETC通信模块、控制单元模块、安全模块以及定位模块，所述方法包括：

采用V2X通信模块按照第一设定周期广播基本安全消息，所述基本安全消息至少包括车辆标识和车辆定位信息；

在入口车道处，接收所述入口车道内第一V2X天线按照第二设定周期广播的第一收费服务消息，所述第一收费服务消息至少包括入口收费方向和入口V2X交易区域；

根据所述车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，若所述车辆行驶方向与所述入口收费方向一致且在所述入口V2X交易区域内，则所述V2X通信模块向所述第一V2X天线发送包含车辆标识的第一回复信息；

接收所述第一V2X天线发送的预读指令，返回第一ETC信息，接收所述第一V2X天线写入的入口信息，生成并返回入口信息写入结果；

根据所述入口车道中第一ETC天线发送的预读指令返回第一车载单元编号，以供所述入口车道根据所述第一车载单元编号查询对应的入口信息写入结果，若写入入口信息正常则抬杆放行；

在经行一个或多个收费门架时，接收所述收费门架内的第二V2X天线按照第三设定周期广播的第二收费服务消息，所述第二收费服务消息至少包括门架收费方向和门架V2X交易区域；

根据所述车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，若所述车辆行驶方向与所述门架收费方向一致且在所述门架V2X交易区域内，则所述V2X通信模块向所述第二V2X天线发送包含车辆标识的第二回复信息；

根据所述第二V2X天线发送的预读指令返回第二ETC信息，用于计算第一交易费额并进行预交易，生成第一预交易结果信息并发送至所述第二V2X天线；

根据所述收费门架内第二ETC天线发送的预读指令返回第二车载单元编号，以供所述收费门架根据所述第二车载单元编号查询对应的第一预交易结果信息，若所述第一预交易结果信息显示预交易成功则放行；

在出口车道处，接收所述出口车道内第三V2X天线按照第四设定周期广播的第三收费服务信息，所述第三收费服务消息至少包括出口收费方向和出口V2X交易区域；

根据所述车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，若所述车辆行驶方向与所述出口收费方向一致且在所述出口V2X交易区域内，则所述V2X通信模块向所述第三V2X天线发送包含车辆标识的第三回复信息；

根据所述第三V2X天线发送的预读指令返回第三ETC信息，用于计算第二交易费额并生成第二预交易结果信息并发送至所述第三V2X天线，用于提示出口车道的第三ETC天线在所述第二预交易结果信息显示交易成功的情况下直接扣费；

根据所述第三ETC天线发送的预读指令返回第三车载单元编号，以供所述出口车道根据所述第三车载单元编号查询对应的第二预交易结果信息，若所述第二预交易结果信息显示预交易成功则按所述第二交易费额扣费，并抬杆放行；

其中，所述第一ETC信息、所述第二ETC信息和所述第三ETC信息都至少包含车辆信息、卡签基本信息、入出口信息。

2.根据权利要求1所述的高速公路收费方法，其特征在于，根据所述车辆定位信息确定车辆位置和行驶方向，包括：获取连续多个时间点对应的车辆定位信息，并根据各时间点的车辆位置判断车辆所在区域以及车辆行驶方向。

3.根据权利要求1所述的高速公路收费方法，其特征在于，接收所述第一V2X天线发送的预读指令之后，还包括：

基于该预读指令向所述第一V2X天线返回包含有效入口信息的第一ETC信息，以提示所述第一V2X天线停止操作。

4.根据权利要求1所述的高速公路收费方法，其特征在于，根据所述入口车道中第一ETC天线发送的预读指令返回所述入口信息写入结果之后，还包括：

若所述入口信息写入结果显示写入失败，则接收所述第一ETC天线发送的入口信息以重新写入。

5.根据权利要求1所述的高速公路收费方法，其特征在于，所述第一ETC信息中记载的卡签有效性信息表示车载单元被拆卸、用户卡不在有效期内、余额不足或账户异常，则接收所述第一V2X天线返回的第一报警信息，并根据所述第一报警信息进行语音或文字提示。

6.根据权利要求1所述的高速公路收费方法，其特征在于，根据所述收费门架内第二ETC天线发送的预读指令返回第二车载单元编号，以供所述收费门架根据所述第二车载单元编号查询对应的第一预交易结果信息之后，还包括：

若所述第一预交易结果信息显示交易失败，则根据所述第二ETC天线发送的读取指令返回所述第二ETC信息，用于计算第一交易费额并进行交易。

7.根据权利要求1所述的高速公路收费方法，其特征在于，根据所述出口车道内第三ETC天线发送的预读指令返回第三车载单元编号，以供所述出口车道根据所述第三车载单元编号查询对应的第二预交易结果信息之后，还包括：若所述第二预交易结果信息显示交易失败，则根据所述第三ETC天线发送的读取指令返回所述第三ETC信息，用于计算第二交易费额并进行交易。

8.根据权利要求1所述的高速公路收费方法，其特征在于，所述第一V2X天线生成并维护第一车载单元预交易信息表，用于记载所述入口信息写入结果；

所述第二V2X天线生成并维护第二车载单元预交易信息表，用于记载所述第一预交易结果信息；

所述第三V2X天线生成并维护第三车载单元预交易信息表，用于记载所述第二预交易结果信息；

所述第一预交易结果信息和所述第二预交易结果信息至少包括参与交易的车载单元编号、预交易时间和交易结果。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。

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