CN114170695B - 基于车辆全息感知与obu信息融合的智慧收费系统 - Google Patents
基于车辆全息感知与obu信息融合的智慧收费系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公布了基于车辆全息感知与OBU信息融合的智慧收费系统，包括：集成了激光雷达、视频感知器、RSU、交易检测设备的车辆全息与OBU融合系统的信息感知层；基于边缘计算服务器的车辆全息识别与检索边缘计算层；基于智慧门架协同与融合运算的云端中心处理服务器层；集成了ETC收费及稽查功能的应用软件层。本发明的有益效果在于：能够将车辆全息信息与OBU信息融合，获取高速公路场景中过路车辆全息信息以及车辆OBU与门架RSU的交易情况，并根据多源信息检索到未交易成功的车辆，能够实现门架间的智慧协同及融合运算，以减少ETC收费的逃、漏费率，并实现逃费车辆稽查功能，为公路收费管理提供良好的基础保障。
Description
技术领域
本发明专利涉及智慧高速收费系统领域，尤其涉及基于车辆全息感知与OBU信息融合的智慧收费系统。
背景技术
目前，高速公路自动收费系统多采用ETC电子收费，但由于OBU和RSU的交互成功率受车速、车辆跟驰距离、设备故障等影响，且在实际运营中存在设备漏刷、车辆逃费等现象，不仅给公路运营收入带来了损失，而且给交通安全管理带来了隐患，无法满足高速公路收费现代化需求和交通智能化发展要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供基于车辆全息感知与OBU信息融合的智慧收费系统，能够有效提高车辆收费系统的精度，同时能够实现逃费车辆稽查功能，解决车辆故意逃费问题，以提升高速公路通行能力和交通安全管理水平，提高交通智能化发展水平和运营管理水平。
针对现有基于ETC收费系统存在的问题，本发明提出基于车辆全息感知与OBU信息融合的智慧收费系统，包括：车辆全息与OBU融合系统的信息感知层、车辆全息识别与检索边缘计算层、云端中心处理服务器层和应用软件层；车辆全息与OBU融合系统的信息感知层包括激光雷达、视频感知器、RSU、交易检测设备；车辆全息识别与检索边缘计算层包括每个门架对应的边缘计算服务器；所述云端中心处理服务器层包括云端中心运算服务器；应用软件层包括边缘计算服务器应用软件和中心运算服务器应用软件；具体系统智慧收费过程如下：
车辆通过当前门架时，激光雷达配合视频感知器对是否有车辆通过进行融合检测，若检测到，激光雷达驱动视频感知器进行拍照；同时，路侧单元RSU与车载设备OBU进行交易，完成与前一门架间的收费，交易监测装备监测交易是否正常完成，若未正常完成则通过后续车辆全息识别与检索功能再次发起收费；将车辆图像及交易信息发送至边缘计算服务器。
作为本发明的进一步改进，所述边缘计算服务器的硬件组成主要包括边缘计算服务器、数据保存装置、高分辨率车辆影像采集设备、通信设备、能源及安全保障设备。边缘计算服务器于每个门架处配置一台，安装在门架适当位置。
作为本发明的进一步改进，边缘计算服务器的系统包括控制模块、信息通信模块和协同检索模块。控制模块负责服务器的基本信息监控，接收来自云端中心运算服务器的检索时间范围、门架数量、车辆数量等检索参数，并反馈检索状态。信息通讯模块自动读取前端车辆信息后，自动调用车辆全息感知模型以获取车辆颜色、车型、品牌等信息，并调用信息融合模型进行车辆信息核查，当车辆信息存在不一致或错误信息时，启动门架间协同检索，核查收费状态。协同检索模块通过调用基于深度学习的车辆检索模型，反馈检索结果为车辆图像、车辆号牌、车辆颜色、车辆型号、通行状态、收费状态、通过门架的时间等信息。
作为本发明的进一步改进，所述协同检索是基于云端中心运算服务器对各门架的协同控制，控制类型包括：常规门架(无匝道)控制、前端门架为高速公路入口控制、前端多门架控制。云端中心运算服务器应用软件首先确定边缘计算服务器的检索参数，显示边缘计算服务器的信息传输过程，并对检索失败车辆进行人工处理，同时能实现车辆稽查收费的统计功能。
作为本发明的进一步改进，所述应用软件层包括边缘计算服务器应用软件和云端中心运算服务器应用软件。云端中心运算服务器应用软件界面包括服务器控制界面、人工核查界面和车辆稽查收费情况统计界面。
作为本发明的进一步改进，边缘计算服务器检索参数中系统默认检索时间段t依据待检索车辆通过发出检索请求门架的时间t0、各门架间的距离l、路段限速最大值v1、路段限速最小值v2确定，对于位于发出检索请求门架沿车辆行驶方向的协同门架，检索时间段的计算方式为：
对于位于发出检索请求门架逆车辆行驶方向的协同门架，检索时间段的计算方式为：/>
其中，α为冗余系数，优选为0.8至1.2之间。检索门架范围指以发出检索请求门架为基准的待检索门架数量n的确定，n为1到2之间的整数，可对单侧待检索门架数量进行单独设置。当待检索门架数量为2时，优先对距离发出检索请求门架的最近一个门架发出协同检索请求。
作为本发明的进一步改进，常规门架(无匝道)控制流程为：当车辆通过门架n时，激光雷达和视频感知器融合感知车辆，驱动视频感知器在一定范围内对车辆进行拍照，同时RSU和OBU进行交易，交易监听装置监听交易是否完成，若交易完成，则将交易信息写入OBU中，并将车辆图像放入交易成功文件夹中存储备用。若交易失败，则将交易失败信息发送至中心运算服务器，中心运算服务器控制与门架n对应的边缘计算服务器n将交易失败车辆信息发送至边缘计算服务器n-1中，与某一时间段内交易成功的车辆进行检索匹配，若最高特征相似度超过85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器n-1将车辆交易信息发送至边缘计算服务器n中；若最高特征相似度不超过85％，则将信息发送至边缘计算服务器n-2中进行检索，若特征相似度超过85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器n-2将车辆交易信息发送至边缘计算服务器n中；若不超过85％，则发送检索失败信息至中心运算服务器，交由人工进行处理。
作为本发明的进一步改进，前端门架为高速公路入口控制流程为：当车辆通过入口门架后第一个门架m时，激光雷达和视频感知器融合感知车辆，驱动视频感知器在一定范围内对车辆进行抓拍，同时RSU和OBU进行交易，交易监听装置监听交易是否完成，若交易完成，则将交易信息写入OBU中，并将车辆图像放入交易成功文件夹中存储备用。若交易失败，则将交易失败信息发送至中心运算服务器，中心运算服务器控制边与门架m对应的缘计算服务器m将交易失败车辆信息发送至边缘计算服务器m-1中，与某一时间段内交易成功的车辆进行检索匹配，然后将信息发送至入口门架对应的边缘计算服务器s进行检索，然后比较非入口门架m-1和入口门架s的最高特征相似度，若m-1的最高特征相似度高于s，则获取m-1门架检索到车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器m-1将车辆交易信息发送至边缘计算服务器m中；若s的最高特征相似度高于m-1，且最高特征相似度超过85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器s将车辆交易信息发送至边缘计算服务器m中；否则发送检索失败信息，将车辆图像转入中心运算服务器，交由人工处理。
作为本发明的进一步改进，前端多门架控制流程为：当车辆通过门架n时，激光雷达和视频感知器融合感知车辆，驱动视频感知器在一定范围内对车辆进行抓拍，同时RSU和OBU进行交易，交易监听装置监听交易是否完成，若交易完成，则将交易信息写入OBU中，并将车辆图像放入交易成功文件夹中存储备用。若交易失败，则将交易失败信息发送至中心运算服务器，中心运算服务器控制与门架n对应的边缘计算服务器n将交易失败车辆信息同时发送至门架n前端的边缘计算服务器a、b、c中，与某一时间段内交易成功的车辆进行检索匹配，比较门架a、门架b、门架c的最高特征相似度，选取其中特征相似度最高的门架记为i(i＝a或b或c)，若i的特征相似度高于85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制与门架i对应的边缘计算服务器i将车辆交易信息发送至边缘计算服务器n中；若不超过85％，则转入中心运算服务器中，交由人工处理。
本发明的有益效果是：采用基于车辆全息感知与OBU信息融合的智慧收费系统来代替传统的收费系统，能够有效提高车辆收费系统的精度，同时能够实现逃费车辆稽查功能，解决车辆故意逃费问题，以提升高速公路通行能力和交通安全管理水平，提高交通智能化发展水平和运营管理水平。
附图说明
图1为本发明构建的系统总体框架图。
图2为本发明构建的车辆信息感知设备工作流程。
图3为本发明构建的边缘计算服务器系统方案图。
图4为本发明构建的云端中心运算服务器控制界面。
图5为本发明构建的车辆稽查收费情况统计界面。
图6为本发明构建的高速公路智慧门架边缘计算服务器软件系统界面图。
图7为本发明构建的常规门架(无匝道)控制流程图。
图8为本发明构建的前端门架为高速公路入口控制流程图。
图9为本发明构建的前端多门架控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，基于车辆全息感知与OBU信息融合的智慧收费系统，包括：车辆全息与OBU融合系统的信息感知层、车辆全息识别与检索边缘计算层、云端中心处理服务器层和应用软件层；车辆全息与OBU融合系统的信息感知层包括激光雷达、视频感知器、RSU、交易检测设备；车辆全息识别与检索边缘计算层包括每个门架对应的边缘计算服务器；云端中心处理服务器层包括云端中心运算服务器；应用软件层包括边缘计算服务器应用软件和中心运算服务器应用软件；具体系统智慧收费过程如下：
如图2所示，车辆通过当前门架时，激光雷达配合视频感知器对是否有车辆通过进行融合检测，若检测到，激光雷达驱动视频感知器进行拍照；同时，路侧单元RSU与车载设备OBU进行交易，完成与前一门架间的收费，交易监测装备监测交易是否正常完成，若未正常完成则通过后续车辆全息识别与检索功能再次发起收费；将车辆图像及交易信息发送至边缘计算服务器。
在本实施例中，边缘计算服务器的硬件组成主要包括边缘计算服务器、数据保存装置、高分辨率车辆影像采集设备、通信设备、能源及安全保障设备。边缘计算服务器于每个门架处配置一台，安装在门架适当位置。
如图3所示，边缘计算服务器的系统包括控制模块、信息通信模块和协同检索模块。控制模块负责服务器的基本信息监控，接收来自中心运算服务器的检索时间范围、门架数量、车辆数量等检索参数，并反馈检索状态。信息通讯模块自动读取前端车辆信息后，自动调用车辆全息感知模型以获取车辆颜色、车型、品牌等信息，并调用信息融合模型进行车辆信息核查，当车辆信息存在不一致或错误信息时，启动门架间协同检索，核查收费状态。协同检索模块通过调用基于深度学习的车辆检索模型，反馈检索结果为车辆图像、车辆号牌、车辆颜色、车辆型号、通行状态、收费状态、通过门架的时间等信息。
在本实施例中，协同检索是基于云端中心运算服务器对各门架的协同控制，控制类型包括：常规门架(无匝道)控制、前端门架为高速公路入口控制、前端多门架控制。云端中心运算服务器应用软件首先确定边缘计算服务器的检索参数，显示边缘计算服务器的信息传输过程，并对检索失败车辆进行人工处理，同时能实现车辆稽查收费的统计功能。
在本实施例中，应用软件层包括边缘计算服务器应用软件和云端中心运算服务器应用软件。云端中心运算服务器软件界面包括服务器控制界面、人工核查界面和车辆稽查收费情况统计界面。软件系统界面如图4、5、6所示。
在本实施例中，边缘计算服务器检索参数中系统默认检索时间段t依据待检索车辆通过发出检索请求门架的时间t0、各门架间的距离l、路段限速最大值v1、路段限速最小值v2确定，对于位于发出检索请求门架沿车辆行驶方向的协同门架，检索时间段的计算方式为：
对于位于发出检索请求门架逆车辆行驶方向的协同门架，检索时间段的计算方式为：/>
其中，α为冗余系数，优选为0.8至1.2之间。检索门架范围指以发出检索请求门架为基准的待检索门架数量n的确定，n为1到2之间的整数，可对单侧待检索门架数量进行单独设置。当待检索门架数量为2时，优先对距离发出检索请求门架的最近一个门架发出协同检索请求。
如图7所示，常规门架(无匝道)控制流程为：当车辆通过门架n时，激光雷达和视频感知器融合感知车辆，驱动视频感知器在一定范围内对车辆进行拍照，同时RSU和OBU进行交易，交易监听装置监听交易是否完成，若交易完成，则将交易信息写入OBU中，并将车辆图像放入交易成功文件夹中存储备用。若交易失败，则将交易失败信息发送至中心运算服务器，中心运算服务器控制与门架n对应的边缘计算服务器n将交易失败车辆信息发送至边缘计算服务器n-1中，与某一时间段内交易成功的车辆进行检索匹配，若最高特征相似度超过85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器n-1将车辆交易信息发送至边缘计算服务器n中；若最高特征相似度不超过85％，则将信息发送至边缘计算服务器n-2中进行检索，若特征相似度超过85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器n-2将车辆交易信息发送至边缘计算服务器n中；若不超过85％，则发送检索失败信息至中心运算服务器，交由人工进行处理。
如图8所示，前端门架为高速公路入口控制流程为：当车辆通过入口门架后第一个门架m时，激光雷达和视频感知器融合感知车辆，驱动视频感知器在一定范围内对车辆进行抓拍，同时RSU和OBU进行交易，交易监听装置监听交易是否完成，若交易完成，则将交易信息写入OBU中，并将车辆图像放入交易成功文件夹中存储备用。若交易失败，则将交易失败信息发送至中心运算服务器，中心运算服务器控制与门架m对应的边缘计算服务器m将交易失败车辆信息发送至边缘计算服务器m-1中，与某一时间段内交易成功的车辆进行检索匹配，然后将信息发送至入口门架对应的边缘计算服务器s进行检索，然后比较非入口门架m-1和入口门架s的最高特征相似度，若m-1的最高特征相似度高于s，则获取m-1门架检索到车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器m-1将车辆交易信息发送至边缘计算服务器m中；若s的最高特征相似度高于m-1，且最高特征相似度超过85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器s将车辆交易信息发送至边缘计算服务器m中；否则发送检索失败信息，将车辆图像转入中心运算服务器，交由人工处理。
如图9所示，前端多门架控制流程为：当车辆通过门架n时，激光雷达和视频感知器融合感知车辆，驱动视频感知器在一定范围内对车辆进行抓拍，同时RSU和OBU进行交易，交易监听装置监听交易是否完成，若交易完成，则将交易信息写入OBU中，并将车辆图像放入交易成功文件夹中存储备用。若交易失败，则将交易失败信息发送至中心运算服务器，中心运算服务器控制与门架n对应的边缘计算服务器n将交易失败车辆信息同时发送至门架n前端的边缘计算服务器a、b、c中，与某一时间段内交易成功的车辆进行检索匹配，比较门架a、门架b、门架c的最高特征相似度，选取其中特征相似度最高的门架记为i(i＝a或b或c)，若i的特征相似度高于85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器i将车辆交易信息发送至边缘计算服务器n中；若不超过85％，则转入中心运算服务器中，交由人工处理。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.基于车辆全息感知与OBU信息融合的智慧收费系统，其特征在于，包括：信息感知层、车辆全息识别与检索边缘计算层、云端中心处理服务器层和应用软件层；所述信息感知层包括激光雷达、视频感知器、RSU、交易检测设备；所述车辆全息识别与检索边缘计算层包括每个门架对应的边缘计算服务器；所述云端中心处理服务器层包括云端中心运算服务器；所述应用软件层包括边缘计算服务器应用软件和中心运算服务器应用软件；
所述边缘计算服务器的硬件包括边缘计算服务器、数据保存装置、高分辨率车辆影像采集设备、通信设备、能源及安全保障设备，边缘计算服务器于每个门架处配置一台；
所述边缘计算服务器的系统包括控制模块、信息通信模块和协同检索模块；所述控制模块负责边缘计算服务器的基本信息监控，接收来自云端中心运算服务器的检索时间范围、门架数量、车辆数量，并反馈检索状态，所述信息通讯模块自动读取前端车辆信息后，自动调用车辆全息感知模型以获取车辆颜色、车型、品牌信息，并调用信息融合模型进行车辆信息核查，当车辆信息存在不一致或错误信息时，启动门架间协同检索，核查收费状态，所述协同检索模块通过调用基于深度学习的车辆检索模型，反馈检索结果为车辆图像、车辆号牌、车辆颜色、车辆型号、通行状态、收费状态、通过门架的时间信息；所述协同检索是基于云端中心运算服务器对各门架的协同控制，控制类型包括：常规门架无匝道控制、前端门架为高速公路入口控制、前端多门架控制；所述云端中心运算服务器应用软件首先确定边缘计算服务器的检索参数，显示边缘计算服务器的信息传输过程，并对检索失败车辆进行人工处理，同时能实现车辆稽查收费的统计功能；
所述边缘计算服务器的检索参数中系统默认检索时间段t依据待检索车辆通过发出检索请求门架的时间t0、各门架间的距离l、路段限速最大值v1、路段限速最小值v2确定，对于位于发出检索请求门架沿车辆行驶方向的协同门架，检索时间段的计算方式为：
对于位于发出检索请求门架逆车辆行驶方向的协同门架，检索时间段的计算方式为：/>
其中，α为冗余系数，为0.8至1.2之间；检索门架范围指以发出检索请求门架为基准的待检索门架数量n的确定，n为1到2之间的整数，对单侧待检索门架数量进行单独设置；当待检索门架数量为2时，优先对距离发出检索请求门架的最近一个门架发出协同检索请求；
所述常规门架无匝道控制流程为：当车辆通过门架n时，激光雷达和视频感知器融合感知车辆，驱动视频感知器对车辆进行拍照，同时RSU和OBU进行交易，交易检测设备监听交易是否完成，若交易完成，则将交易信息写入OBU中，并将车辆图像放入交易成功文件夹中存储备用；若交易失败，则将交易失败信息发送至中心运算服务器，中心运算服务器控制与门架n对应的边缘计算服务器n将交易失败车辆信息发送至边缘计算服务器n-1中，与某一时间段内交易成功的车辆进行检索匹配，若最高特征相似度超过85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器n-1将车辆交易信息发送至边缘计算服务器n中；若最高特征相似度不超过85％，则将信息发送至边缘计算服务器n-2中进行检索，若特征相似度超过85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器n-2将车辆交易信息发送至边缘计算服务器n中；若不超过85％，则发送检索失败信息至中心运算服务器，交由人工进行处理；
所述前端门架为高速公路入口控制流程为：当车辆通过入口第一个门架m时，激光雷达和视频感知器融合感知车辆，驱动视频感知器对车辆进行抓拍，同时RSU和OBU进行交易，交易检测设备监听交易是否完成，若交易完成，则将交易信息写入OBU中，并将车辆图像放入交易成功文件夹中存储备用；若交易失败，则将交易失败信息发送至中心运算服务器，中心运算服务器控制与门架m对应的边缘计算服务器m将交易失败车辆信息发送至边缘计算服务器m-1中，与某一时间段内交易成功的车辆进行检索匹配，然后将信息发送至入口门架s对应的边缘计算服务器s进行检索，然后比较非入口的门架m-1和入口门架s的最高特征相似度，若门架m-1的最高特征相似度高于入口门架s，则获取门架m-1检索到车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器m-1将车辆交易信息发送至边缘计算服务器m中；若入口门架s的最高特征相似度高于门架m-1，且最高特征相似度超过85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制边缘计算服务器s将车辆交易信息发送至边缘计算服务器m中；否则发送检索失败信息，将车辆图像转入中心运算服务器，交由人工处理；
所述前端多门架控制流程为：当车辆通过门架n时，激光雷达和视频感知器融合感知车辆，驱动视频感知器在一定范围内对车辆进行抓拍，同时RSU和OBU进行交易，交易检测设备监听交易是否完成，若交易完成，则将交易信息写入OBU中，并将车辆图像放入交易成功文件夹中存储备用；若交易失败，则将交易失败信息发送至中心运算服务器，中心运算服务器控制与门架n对应的边缘计算服务器n将交易失败车辆信息同时发送至门架n前端的边缘计算服务器a、边缘计算服务器b、边缘计算服务器c中，与某一时间段内交易成功的车辆进行检索匹配，比较门架a、门架b、门架c的最高特征相似度，选取其中特征相似度最高的门架记为i，门架i＝门架a或门架b或门架c，若i的特征相似度高于85％，则获取车辆的交易信息，然后由中心运算服务器控制与门架i对应的边缘计算服务器i将车辆交易信息发送至边缘计算服务器n中；若不超过85％，则转入中心运算服务器中，交由人工处理。
2.如权利要求1所述的基于车辆全息感知与OBU信息融合的智慧收费系统，其特征在于，具体系统智慧收费过程如下：车辆通过当前门架时，激光雷达配合视频感知器对是否有车辆通过进行融合检测，若检测到，激光雷达驱动视频感知器进行拍照；同时，路侧单元RSU与车载设备OBU进行交易，完成与前一门架间的收费，交易监测装备监测交易是否正常完成，若未正常完成则通过后续车辆全息识别与检索功能再次发起收费；将车辆图像及交易信息发送至边缘计算服务器。
3.如权利要求1所述的基于车辆全息感知与OBU信息融合的智慧收费系统，其特征在于，所述应用软件层包括边缘计算服务器应用软件和云端中心运算服务器应用软件，其中，云端中心运算服务器应用软件的界面包括服务器控制界面、人工核查界面和车辆稽查收费情况统计界面。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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