CN1695171A - 使用人造卫星的收费道路收费系统、收费机和收费方法 - Google Patents

使用人造卫星的收费道路收费系统、收费机和收费方法 Download PDF

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CN1695171A CN02829800.4A CN02829800A CN1695171A CN 1695171 A CN1695171 A CN 1695171A CN 02829800 A CN02829800 A CN 02829800A CN 1695171 A CN1695171 A CN 1695171A
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Abstract

一种收费道路收费系统，包括：其上安装了车载机器(11，130)的车辆(7)、人造卫星(1)和系统数据中心(20)。车载机器(11，130)从人造卫星(1)接收无线电信号，并且按照所接收的无线电信号来计算作为车辆位置的纬度、经度和高度。指示行驶车辆位置历史的纬度数据、经度数据和高度数据被存储在外部存储器件(46)中作为时间序列日志文件，并且被发送到系统数据中心(20)，其中，对于每个车辆，数据被累积在存储器件(63)中。在系统数据中心(20)中，按照收费道路路径位置数据来确定车辆(7)已经行驶的收费道路区间，所述收费道路路径位置数据包括从车辆(7)发送并在数据库中存储/累积的指示行驶车辆位置历史的纬度数据、经度数据和高度数据。按照对于每个路线区间指定的行驶费用数据来计算收费道路上行驶的每个人的行驶费用，并且通过经由由收费道路行驶人员预先设置的金融机构(25)的帐户的自动支付来收取所述费用。

Description

使用人造卫星的收费道路收费系统、收费机和收费方法
技术领域
本发明涉及一种使用人造卫星的收费道路收费系统、收费机和收费方法，具体涉及这样的使用人造卫星的收费道路收费系统、收费机和收费方法，即，允许收费道路上的道路收费不使用诸如收费亭或ETC系统的传统设施。
背景技术
传统上，通过下述方式来收取收费道路费用：通过在位于收费道路入口的收费亭预付；或在将从在入口安装的票据分离器获得的票据递送到位于收费道路出口的收费亭的人员以计算费用之后，通过现金或信用卡、预付卡等现场结算。
但是，这样的收费方法必需人员操作，并且在收费亭附近经常引起交通阻塞。因此，近来已经引入ETC(电子收费系统)，以便简化上述方法。在这种ETC系统中，通过在位于收费道路入口/出口的路边天线和在车辆上安装的车载机器之间的无线通信来发送和接收收费所需要的信息。通行费的实际支付是通过经由金融机构的自动支付而进行的，因此几乎不必在收费道路入口/出口停止车辆。
上述的传统收费方法或ETC系统必需人员操作和诸如收费亭和收费门之类的设施。初始成本和维护成本由通行费等承担，所述通行费等由收费道路行驶人员支付。因此，优选的是，收费系统尽可能简单。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种收费系统，它可以实质地简化用于收费道路收费的设施和人员操作，并且还实现了交通流畅，本发明的所述目的也提供一种道路收费方法，它可以实质地简化收费道路收费所需要的设施等。本发明的另一个目的是提供一种适用于这样的收费系统和收费方法的车载收费机。
在本发明中，根据使用人造卫星而获得的、用于限定车辆位置的纬度数据、经度数据和高度数据，以及时间数据来持续地记录/累积车辆的行驶位置历史。根据所述记录，确定是否车辆已经在收费道路中行驶。当车辆已经在收费道路中行驶时，通过经由金融机构的自动支付，按照所存储/累积的历史数据，来自动收取车辆已经行驶的收费道路区间的通行费。具体上，本发明的收费道路收费系统包括：驾驶执照卡，它能够存储驾驶员识别代码以及与驾驶执照相关的数据；读取器件，用于从驾驶执照卡读取存储数据；信息输出器件，用于输出从人造卫星获得的、用于限定车辆位置的纬度数据、经度数据和高度数据以及从时钟获得的时间数据；行驶车辆位置历史数据存储器件，用于根据从所述信息输出器件输出的纬度数据、经度数据、高度数据和时间数据，存储指示车辆的行驶位置历史的行驶车辆位置数据；道路数据存储器件，用于预先存储位置和高度以及关于道路通行费的数据；计算器件，用于指定车辆已经行驶过的收费道路区间，并且计算通行费；收费处理器件，用于根据由所述读取器件从驾驶执照读取的驾驶员识别代码，通过当在车辆上安装车载机器时经由由驾驶人员设置的金融机构的帐户而自动支付来收取由所述计算器件计算的收费道路行驶费用。
上述的收费道路收费系统包括多个车辆、一些人造卫星、以及系统数据中心等。
向每个车辆提供：读取器件，用于读取在驾驶执照中存储的数据；信息输出器件，用于输出车辆的纬度数据、经度数据和高度数据、以及时间数据；通信器件，用于与系统数据中心通信。所述车辆还包括发动机启动确定器件，用于当插入真实的驾驶执照卡时允许发动机启动。
驾驶执照卡是可以存储驾驶员识别代码以及与驾驶执照相关的数据的卡。当前，IC卡很理想使用。优选的是，IC卡也存储与驾驶员的驾驶特征相关的数据，并且向车辆提供车辆状态设置器件，用于按照下述数据将车辆设置到对于驾驶员最适合的状态，所述数据与由所述读取器件从驾驶执照IC卡向在车辆中的控制单元，即MPU，读取的驾驶员的驾驶特征相关。
要安装在车辆上的收费机被分类为具有车辆导航元件的组合类型和没有车辆导航元件的单个类型。在前一种类型的收费机中，可以将车辆导航元件用作用于输出根据从一些人造卫星接收的多个无线电信号计算的纬度数据、经度数据和高度数据的部件。
前一种收费机包括车辆位置信息输出器件，它用于输出根据从人造卫星接收的无线电信号计算的纬度数据、经度数据和高度数据，并且具有车辆导航元件，用于根据来自车辆位置信息输出器件的车辆位置信息等来确定车辆行驶路径。前一种收费机还包括：读取器件，用于从存储驾驶员识别代码以及与驾驶执照相关的数据的驾驶执照卡读取数据；发送器件，用于向系统数据中心发送从读取器件读取的驾驶员识别代码和从位置信息输出器件输出的车辆位置数据、以及相应的时间数据和车辆操作状态参数，所述车辆位置数据即纬度数据、经度数据和高度数据，所述车辆操作状态参数即车辆的相应操作部分的操作状态数据。
另一方面，后一种单个类型的收费机包括：读取器件，用于从能够预先存储驾驶员识别代码以及与驾驶执照相关的数据的驾驶执照卡读取驾驶员识别代码以及存储数据；信息输出器件，用于输出根据从人造卫星接收的无线电信号计算的车辆位置数据，即纬度数据、经度数据和高度数据，以及从时钟获得的时间数据；通信器件，用于向执行道路费用计算和收取处理的系统数据中心发送由读取器件读取的驾驶员识别代码以及来自信息输出器件的数据。
集中地收取从多个车辆发送的多个车辆数据的系统数据中心包括：行驶车辆位置历史数据存储器件，用于存储指示每个车辆的车辆行驶位置历史的行驶车辆位置数据；道路数据存储器件，用于存储全国所有道路的位置、高度和名称、以及关于收费道路的费用数据；计算器件，用于确定车辆已经行驶过的收费道路区间，并且计算行驶费用；通信器件，用于与车辆或金融机构通信；道路收费处理器件，用于收取费用等。在所述行驶车辆位置数据存储器件中，每个驾驶员识别代码建立车辆数据表，所述车辆数据表包括车辆通过点的纬度数据、经度数据和高度数据。这些数据与时间数据一起被存储/累积为时间系列数据。
向车辆提供车辆操作状态参数收取器件，用于收取指示车辆的每个操作部分的操作状态的数据。系统数据中心还包括：车辆操作状态存储器件，用于存储/累积对于识别每个车辆的每个车辆识别代码，由所述车辆操作状态参数收取器件收取的车辆操作状态；车辆诊断通知器件，用于根据在车辆操作状态存储器件中存储的存储内容，使用诊断程序，来确定车辆的操作状态是否适当，并且当确定需要任何维护时，通知由车辆识别代码指定的车辆的拥有者。
优选的是，上述系统数据中心还包括驾驶员驾驶技术诊断器件，它使得可以通过分析由车辆操作状态参数收取器件收取和存储/累积的车辆操作状态数据、与包括地形数据的全国所有道路数据库数据、以及时间数据来诊断驾驶员的驾驶技术。
还优选的是，系统数据中心还包括道路拥堵状态分析器件，它根据从多个车辆发送的示出每个车辆的位置的数据、和关于行驶方向和行驶速度的数据来实时地分析每个道路拥堵状态。通过向包括车辆导航元件的车辆发送道路拥堵状态数据，即从所述分析得出的数据，可以在车辆中当时找到去往目的地的最适合行驶路径。
优选的是，车辆包括自动刮水器控制器件，用于控制刮水器操作，以便在车辆内提供的车载机器的天线和人造卫星或系统数据中心的天线之间具有良好的无线电信号发送和接收。自动刮水器控制器件通过挡风玻璃状态检测器件从图像检测挡风玻璃状态，并且确定刮水器的最佳操作，所述图像通过由成像器件对挡风玻璃状态成像而获得。
优选的是，系统数据中心包括降雨量分布监视器件，用于根据与从多个车辆发送的刮水器操作状态相对应的信息来监视降雨量分布。
在车辆中，可以使用在轮胎附近提供的两个摄影机，通过由成像器件对轮胎运行表面的状态成像，而三维地监视轮胎表面的凹凸。还优选的是，所述车辆包括轮胎劣化检测器件，它向所成像的图像数据应用图像模式识别，并且确定是否轮胎劣化。因此，可以通知车辆拥有者轮胎劣化以及确切的轮胎运转(rotation)时期或更换时期。
优选的是，车辆还包括：加速度检测器件，用于检测车辆的加速度；制动灯闪烁控制器件，用于当操作制动踏板时，以与车辆减速度对应的特定闪烁时间间隔使制动灯闪烁。所述制动灯闪烁控制器件也随提高减速度而缩短闪烁时间间隔。
收费道路收费方法包括步骤：从用于存储驾驶员识别代码和与驾驶执照相关的数据的驾驶执照卡读取存储数据等；输出根据从一些人造卫星接收的多个无线电信号计算的用于限定车辆位置的纬度数据、经度数据和高度数据，以及从时钟获得的时间数据；根据所输出的纬度数据、经度数据和高度数据与时间数据来存储车辆行驶位置历史数据，所述车辆行驶位置数据是与车辆已经通过的所有车辆位置对应的纬度、经度和高度；根据所存储的纬度数据、经度数据、高度数据与时间数据、以及关于所有道路的位置和高度的数据，来确定是否车辆已经行驶在收费道路中，而不论预先在系统数据中心中数字化的道路类型是收费道路或开放道路；按照被存储作为收费道路行驶区间编号数据的、车辆已经行驶过的收费道路区间，根据存储对于每个车辆类型所限定的收费道路行驶费用的收费道路费用数据库来计算费用；并且通过经由由驾驶人员预先设置的金融机构的帐户的自动支付来收取对于每个驾驶员识别代码计算的收费道路行驶区间的费用。
附图说明
图1示出了作为本发明的一个实施例的整个收费道路收费系统的构成；
图2示出了作为一个实施例的、被安装在与收费道路收费系统适配的车辆上的、具有车辆导航元件的组合类型的车载机器；
图3是示出作为一个实施例的、构成收费道路收费系统的车载机器的电气构造的方框图；
图4是示出作为一个实施例的、构成收费道路收费系统的系统数据中心的电气构造的方框图；
图5示出了在系统数据中心中提供的存储单元中存储的车辆数据表；
图6是车辆操作状态编号设置列表的一个示例，示出被设置到各个车辆操作部分的车辆操作状态编号设置；
图7是车辆操作状态编号设置列表的一个示例，示出在上述的车辆操作状态编号设置中设置的车辆操作状态编号的具体数值数据；
图8是要存储在图5所示的车辆数据表的车辆操作状态数据存储区域中的车辆操作状态数据的一个具体示例；
图9示出了在系统数据中心中提供的存储单元中预先建立和存储的全国所有道路数据库；
图10示出了要存储在系统数据中心中提供的存储单元中的收费道路行驶区间编号数据表；
图11是要存储在系统数据中心中提供的存储单元中的开放道路行驶车辆位置数据存储表；
图12示出了要存储在系统数据中心中提供的存储单元中的收费数据表；
图13是示出下行收费道路区间编号的一个示例，其中，在收费道路上的各个互通式立体交叉之间的每个区间与一个唯一的编号相关联；
图14是示出上行收费道路区间编号的一个示例，其中，在收费道路上的各个互通式立体交叉之间的每个区间与一个唯一的编号相关联；
图15是示出收费道路互通式立体交叉编号的一个示例的列表，其中，在收费道路上的每个互通式立体交叉与一个唯一的编号相关联；
图16是用于说明在车载机器上的处理的流程图；
图17是用于说明在系统数据中心，指定行驶收费道路区间编号或行驶开放道路路线名称的处理的流程图；
图18是用于说明在系统数据中心，伴随图17所示的行驶收费道路区间编号的确定而执行的费用计算和收费处理的流程图；
图19示出了没有车辆导航元件的单个类型的车载机器，其中，(a)示出了在车辆的仪表盘上安装的车载机器，(b)示出了车载机器的外观；
图20示出了在附接到车辆的轮胎劣化检测器件中的摄影机，用于检测轮胎劣化状态；
图21是用于说明自动控制刮水器操作的自动刮水器控制器件的图，其中，(a)示出了在附接到用于检测挡风玻璃状态的车辆的仪表盘的、挡风玻璃状态检测器件中的摄影机，(b)示出了在方向盘的底板提供的、自动刮水器控制器件中使用的拨盘式操作开关的例子；
图22是示出用于按照挡风玻璃状态来自动控制刮水器操作的自动刮水器控制器件的电气构造的方框图；
图23是用于说明按照挡风玻璃状态来自动控制刮水器操作的自动刮水器控制器件的流程图；
图24是用于说明自动控制刮水器操作的自动刮水器控制器件中的刮水器运动模式的一个例子；
图25示出了在车辆上的制动灯的位置；
图26是示出控制制动灯的闪烁的制动灯闪烁控制器件的电气构造的方框图；
图27是用于说明在制动灯闪烁控制器件中的处理的流程图；
图28是用于说明在制动灯闪烁控制器件中的制动灯的闪烁模式的一个例子。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的收费道路收费系统包括：其上安装了后述车载机器11和130的车辆、GPS卫星1、通信卫星30、系统数据中心20、金融机构22等。
如图2所示的车辆7具有在车辆的中心控制台面板12上安装的车载机器11。图2所示的车载机器11包括车辆导航元件，使用GPS(全球定位系统)来确定到目的地的车辆行驶路径。但是，收费道路收费系统本身不必然需要这样的车辆导航元件。关于没有车辆导航元件的车载机器130将在后文说明。首先说明具有车辆导航元件的车载机器11。
收费道路费用根据车辆类型而改变。当前，提供了标准大小的汽车、中型汽车、大型汽车、超大型汽车、轻型汽车(小汽车)和自行车等的费用。在收取收费道路费用时需要识别车辆类型。这可以通过当所述车载机器在购买新车辆时被安装在车辆上时在汽车交易商等处，或当与车辆分离地购买的车载机器被安装在车辆上时在汽车商店等处，在行驶人员登记姓名、地址和用于收费道路费用自动支付的金融机构的帐户的同时，由行驶人员报告车辆类型来实现。按照由登记的车辆类型指定的行驶费用来进行费用计算。
车载机器11主要地包括CPU 41、时钟42、ROM 43、RAM 45、外部存储单元46、显示部分47、操作部分49、卡功能处理部分51、车辆信息处理部分53、GPS信息处理部分55、通信功能部分57、车辆导航功能部分58和电源部分59，如图3所示。驾驶执照卡50待插入到卡功能处理部分51。
CPU 41控制各种计算处理和操作处理。时钟42用于提供时间数据。
ROM 43当制造车载机器时存储车辆ID代码，所述车辆ID代码随后当在车辆上安装车载机器时转换为车辆识别代码。ROM 43也存储CPU 41的控制程序。RAM 45存储要用于由CPU 41执行的各种处理的数据等。
外部存储单元46存储/累积车辆位置数据、和示出车辆的每个部分的操作状态的车辆操作状态参数、以及从时钟42获得的时间数据作为日志信息。
显示部分47显示收费功能信息、和车辆导航系统功能信息或通信功能信息等。它包括可以显示图形信息和文本信息的液晶显示部分和一些LED灯。
操作部分49用于收费功能和驾驶执照卡数据读取的操作、车辆导航系统功能的操作、或通信功能部分57的操作等。操作部分49是在车载机器体上提供的操作开关。
卡功能处理部分51从驾驶执照卡50向车载机器读取用于识别驾驶员的驾驶员识别代码以及与驾驶执照相关的数据。驾驶执照卡50是IC卡。而且，卡功能处理部分51更新在驾驶执照卡50的存储部分中存储的存储数据，诸如关于驾驶员的驾驶特征的数据和在MPU，即车辆的控制单元，中存储的车辆状态设置数据。
车辆信息处理部分53用于收集车辆7的每个操作部分的操作状态。要收集的信息包括：数值信息，诸如行驶速度、加速度、行驶距离、发动机转数、瞬时行驶油耗、发动机启动/停止次数、室外和室内空气温度、和在车辆中的人数；从传感器读取的油量、制动液、动力转向液、冷却水、传动液、洗涤液、电池液、灯泡熄灭、保险丝烧断等的状态；车门、窗户、发动机盖、行李箱、输油口等的开/闭；门锁开(ON)/关(OFF)、刮水器ON/OFF以及操作模式、相应的灯ON/OFF、脚踏板操作程度、齿轮位置、方向盘旋转位置、转弯信号ON/OFF、安全带ON/OFF、方向盘倾角、座位位置等的操作状态；或轮胎的图像数据等。
GPS信息处理部分55从GPS卫星1接收多个无线电信号。GPS信息处理部分55根据所接收的无线电信号数据计算和输出限定车辆位置的纬度数据、经度数据和高度数据。而且，GPS信息处理部分55按照从GPS卫星1接收的无线电信号校正时钟42的时间。
通信功能部分57用于与车辆外部通信。具体上，在本发明中，通信功能部分57向系统数据中心20发送车辆行驶位置历史数据以及时间数据。在通信基础结构被改善使得可以以固定比率收取使用IP电话等的通信的费用的情况下，当发动机运行时在通信功能部分57和系统数据中心20之间的连续连接在经济上变得可能。然后，向系统数据中心20持续地传送车辆位置数据和车辆的各个部分的操作状态参数变为现实。经由地面基站的天线31来建立与车辆7上的车载机器11的通信。在此，所述天线包括在城区中的一些建筑物等的房顶上安装的那些天线。但是，考虑到在远离城区的点的通信变得必要的情况，最好经由诸如通信卫星30的空中基站来建立通信。
车辆导航功能部分58从GPS信息处理部分55获得输出数据以使显示部分47显示车辆的当前位置，并且车辆导航功能部分58确定到目的地的行驶路径。
电源部分59用于上行述的车载机器11的每个部件提供电源。它使用车辆的电池作为电源。于是，当在车载机器中设置真实驾驶执照并且将发动机钥匙从OFF位置向ON位置切换时，给车载机器加电。
现在说明系统数据中心20。系统数据中心20如图4所示主要地包括主控制部分61、存储单元63、通信处理部分65和收费处理部分67。
主控制部分61控制系统数据中心20的操作。主控制部分61包括CPU、ROM和RAM。
存储单元63包括数据表70、80、90、100、110和用于存储诸如设置数据701、703、120、122、130等的数据的存储媒体，如后述的图5-15所示。
通信处理部分65一方面直接地或经由通信卫星30等与具有车载机器11或后述的车载机器130的车辆7通信，另一方面，向金融机构22发送每个驾驶员ID代码或每个驾驶员的收费处理数据。
收费处理部分67分析行驶车辆位置历史数据以指定车辆已经行驶过的收费道路行驶区间并计算费用，并且使用金融机构22来执行收费处理。
接着，说明在图5-15中所示的数据表。
图5所示的车辆数据表70是在系统数据中心20的存储单元63中的对于每个车辆建立的数据表。它用于存储车辆行驶位置历史数据和车辆操作状态数据以及时间数据。车辆数据表70包括：车辆ID存储区域71，用于存储指定各个车辆的车辆ID代码；驾驶员ID存储区域72，用于存储识别每个驾驶员的驾驶员ID代码；时间数据存储区域73，用于存储时间数据(年、日、时、分、秒)；车辆通过点纬度数据存储区域75、车辆通过点经度数据存储区域77、车辆通过点高度数据存储区域78，用于分别存储车辆行驶位置历史数据，即车辆的通过点的纬度数据、经度数据和高度数据；车辆操作状态数据存储区域79，用于存储车辆的每个操作部分的操作状态参数。一个记录包括从车辆ID代码71到车辆操作状态数据79的一套数据。对于每个车辆或车辆ID代码建立一个车辆数据表70。
在图6所示的车辆操作状态编号设置列表701中，在上面的图5中所示的车辆数据表70的车辆操作状态数据存储区域79中存储的车辆操作状态参数与对应于在车辆中的多个操作部分的操作部分编号和对应于相应的操作部分的可能操作状态的操作状态编号相关联。相应的操作部分的可能状态与操作状态编号相关联。
作为一个示例，将车辆的操作部分的和设置为200，并且将相应的操作部分的可能操作状态的和设置为32。在本实施例中，十进制数字形式的数值表达在200个操作部分中从第1到第30编号的操作部分的可能操作状态，二进制数字形式的5比特表达从第31到第200编号的操作部分的操作状态。可以通过从0到31的总共32个状态来表示相应的操作部分的操作状态。可以按照需要来改变操作部分的和与操作状态的和。
在这个示例中，操作部分第1号的数据是表示车辆速度的以十进制数字形式的数值，操作部分第32号的数据被表达为表示刮水器操作状态的二进制数字形式的数值。在后一种情况下，总共32个状态，即“暂停0”、“运动模式1”、“运动模式2”、“运动模式3”、...、“运动模式31”分别被预先设置和表达为“00000”、“00001”、“00010”、“00011”、...、“11111”。各个车辆操作部分的操作状态以预定的时间间隔采样和数字化。于是，收集了时刻改变的相应车辆部分的状态。
图7所示的车辆操作状态设置数据列表703是示出特定车辆操作状态设置数据的列表。这是一个列表的示例，其中，操作部分编号与操作状态编号相关联，以便以数值来表达车辆操作状态。
图8是在图5所示的车辆数据表70的车辆操作状态数据存储区域79中存储的车辆操作状态参数705的一个特定示例。以逗号划界的文本数据被用作数据格式。
图9所示的全国所有道路数据库80是当确定车辆行驶在哪个道路中时根据车辆行驶的纬度、经度和高度而被引用的数据库。它存储国家的所有机动车道路的道路特性和位置信息，而不论道路类型是收费道路或开放道路。具体上，在全国道路地图上的道路中的地点的数据，即纬度、经度、高度、道路属性、收费道路区间编号或开放道路路线名称、和地址被收集作为地点名称。全国所有道路数据库80通过存储这些数据而建立。
全国所有道路数据库80包括：纬度数据存储区域81，用于存储纬度；经度数据存储区域82，用于存储经度；高度数据存储区域83，用于存储高度；道路属性存储区域84，用于存储道路属性数值符号841数据，该道路属性数值符号841数据指示诸如城市间高速公路、收税高速公路(turnpike)等的收费道路的类型或诸如地方道路等的开放道路类型，所述道路属性数值符号841数据被表达为预定的数值符号；收费道路区间编号数据存储区域85，用于存储收费道路区间编号851，所述收费道路区间编号851指示收费道路的某个区间；开放道路路线名称数据存储区域86，用于存储开放道路路线名称861；地点名称数据存储区域87，用于存储作为指定地点的数据的地点地址。
在此，当收集纬度数据和经度数据时，即当建立全国所有道路数据库80时，也收集在高度数据存储区域83中存储的高度数据。但是，在当前的收费道路收费系统开始其操作后，高度数据被包括在从多个车辆7向系统数据中心发送的数据中，并且被存储在车辆数据表70中，在车辆数据表70中还存储了车辆通过点高度数据和车辆通过点经度数据。因此，当所述系统在操作中时，可以通过数据校正来更新全国所有道路数据库80的数据，所述数据校正是通过在从所述多个车辆7接收的道路的每个地点的高度数据和在预先建立的全国所有道路数据库80的高度数据存储区域83中存储的高度数据之间的比较而产生的。当系统在操作时也可以校正纬度数据和经度数据，以便在收费系统中建立精确的全国所有道路数据库80。
所述高度数据的优势在于：它使得可以当收费道路和开放道路平行延伸但前者在后者上方延伸时，确定车辆行驶在收费道路或开放道路的哪个中，因为多数收费道路具有高架结构。
原理上，不应当在二维而应是在包括高度的三维中感知车辆位置。优选的是，在三维中感知所有的车辆位置，诸如在山上、在海岸、在山坡的中间位置、在互通式立体交叉路的螺旋坡路中的中间位置。
为了获得高度数据，车载机器的GPS信息处理部分55需要捕获比用于获得纬度数据和经度数据所需要的卫星更多数量的GPS卫星1。因此，优选的是，GPS信息处理部分55具有高无线电信号捕获效率以及高计算效率，用于从所接收的无线电信号数据获得纬度、经度和高度数据。
如图9的示例中所示，每个道路类型具有取决于道路类型的初始编号：在收费道路情况下为“1”，在开放道路情况下为“2”。所述编号然后被加上一个序号，以便可以在道路属性数值符号841中表示收费道路和开放道路的各种道路类型。
现在，说明收费道路区间编号851，它以唯一编号表示每个收费道路。如图13所示，收费道路的每个路线被提供作为路线编号的4位数。路线的每个区间被提供了作为路线内的区间编号的序号。路线编号和路线内的区间编号使用连字符“-”彼此连接。如此产生的9位数“XXXX-XXXX”以唯一数表示在全日本的每个收费道路中在一个互通式立体交叉和下一个互通式立体交叉之间的特定区间。
例如，所有收费道路分别被提供4位路线编号“XXXX”来作为路线名称，诸如Tomei“0001”、Meishin“0002”、Chuo“0003”等。然后，在路线中的一个互通式立体交叉和下一个互通式立体交叉之间的一个区间被提供在路线“XXXX”内的区间编号。在此，以“0”开始的区间编号表示“下行的路线编号”，以“1”开始的区间编号表示“上行的路线编号”。图13示出了在Tomei高速公路中的下行收费道路部分编号列表120。图14示出了在Tomei高速公路中的上行收费道路部分编号列表122。
具体上，例如，在Tomei中“Oimatsuda和Gotenda”之间的下行区间被表示为“0001-0007”，在Meishin中的“Komaki和Komakihigashi”之间的下行区间被表示为“0002-0001”。另一方面，在“Gotenba和Oimatsuda”之间的上行区间被表示为“0001-1025”。关于穿过交叉的两个路线内的区间，到下一个互通式立体交叉的数据被相互地保存为在相应路线内的收费道路区间编号，以便可以从两个路线引用该区间。
另一方面，关于开放道路，诸如路线XX的“路线编号”或诸如XX道路的“道路名称”被数字化为开放道路路线名称数据，以便表示开放道路路线名称861。
图10所示的收费道路行驶区间编号数据存储表90是通过在车辆全部行驶位置历史数据内的车辆在收费道路上的行驶数据而产生的数据存储表。使用收费道路区间编号数据来示出收费道路的一个通过路径，即从收费道路的入口互通式立体交叉到出口互通式立体交叉的区间通过历史。收费道路行驶区间编号数据存储表90包括：车辆ID存储区域，用于存储车辆ID代码；驾驶员ID存储区域92，用于存储驾驶员的ID代码；时间数据存储区域93，用于存储时间数据(年、月、日、时、分、秒)；道路属性存储区域94，用于存储道路属性，即城市间高速公路、收税高速公路、城区高速公路、开放道路等的道路属性数值符号841；收费道路区间编号数据存储区域95，用于存储上行或下行收费道路区间编号；地点名称数据存储区域97，用于将地址数据存储为表示车辆通过位置的地点名称；车辆操作状态数据存储区域98，用于存储车辆操作状态参数。对于每个车辆ID代码91，从收费道路入口区间开始，后随按行驶顺序的多个区间而到达出口区间的被表达为
“XXXX-XXXX”的收费道路区间编号数据被存储在收费道路区间编号存储区域95中。
图11所示的开放道路行驶车辆位置数据存储表100是数据存储表，用于存储除了收费道路之外的，即车辆7已经行驶的开放道路中的行驶车辆位置数据。开放道路行驶车辆位置数据存储表100包括：车辆ID存储区域101，用于存储车辆ID代码；驾驶员ID存储区域102，用于存储驾驶员ID代码；时间数据存储区域103，用于存储时间数据(年、月、日、时、分、秒)；道路属性存储区域105，用于存储道路属性，即国道、地方道路、本地道路等的道路属性数值符号；开放道路路线名称存储区域107，用于将在国道情况下的诸如路线XX的路线编号或诸如XX道路的道路名称存储为开放道路路线编号861；地点名称数据存储区域108，用于将地址数据存储为表示车辆通过位置的地点名称；车辆操作状态数据存储区域109，用于存储车辆操作状态参数。
图12所示的收费数据表110用于存储当车辆7已经行驶在收费道路中时的收费数据。它包括：车辆ID存储区域111，用于存储车辆ID代码；驾驶员ID存储区域112，用于存储驾驶员的ID代码；收费道路入口时间数据存储区域113，用于存储当车辆进入收费道路时的时间数据(年、月、日、时、分、秒)；收费道路出口时间数据存储区域114，用于存储当车辆从收费道路离开时的时间数据(年、月、日、时、分、秒)；入口互通式立体交叉编号数据存储区域115，用于存储入口互通式立体交叉编号，即在第一收费道路行驶区间的入口处的互通式立体交叉；出口互通式立体交叉编号数据存储区域117，用于存储出口互通式立体交叉编号，即在最后一个收费道路行驶区间的出口的互通式立体交叉；费用数据存储区域119，用于存储从入口到出口的、通过费用计算而获得的行驶费用数据。当车辆从收费道路入口行驶到出口时，对于每个车辆ID代码，存储这些数据。可能存在这样的情况，其中，两个或更多的驾驶员轮流在收费道路上驾驶，这可以导致多个驾驶员ID代码。在这种情况下，费用收取使用包括驾驶员ID代码的驾驶执照来对在入口互通式立体交叉设置的金融机构的帐户进行。
图13所示的收费道路区间编号下行表120是收费道路区间编号下行列表，其中，以4位数表达每个收费道路路线的路线编号，并且向所述路线的每个区间提供一个序号。这是下行Tomei高速公路的一个示例。
图14所示的收费道路区间编号上行表122是收费道路区间编号上行列表，其中，以4位数表达每个收费道路路线的路线编号，并且向所述路线的每个区间提供一个序号。这是上行Tomei高速公路的一个示例。
在此，说明收费道路互通式立体交叉编号，它可以以唯一数字表示在收费道路上的所有互通式立体交叉。
作为一个示例的图15所示的收费道路互通式立体交叉编号表130是示出Tomei高速公路的互通式立体交叉编号的列表。以4位数来表达每个收费道路路线名称的路线编号。使用所述路径编号、后随连字符“-”、其后再组合与区间编号区分的互通式立体交叉“IC”的字母“C”和序号来表达互通式立体交叉编号，从而读为“XXXX-CXXX”。以这种方式，可以分别使用唯一数量来表达在收费道路上的所有互通式立体交叉。例如，在Tomei中的“Gotenba互通式立体交叉”被表达为“0001-C008”，在Meishin中的“Komaki互通式立体交叉”被表达为“0002-C001”。
图16是用于说明图3所示的车载机器11的操作的流程图。现在，参见图16，说明车辆7的车载机器11的操作。
当插入点火钥匙并将其从OFF位置向ON位置转动时，车载机器11被加电并开始其操作。首先，在步骤S110确定是否驾驶执照卡50被插入到卡功能处理部分51中。当设置驾驶执照卡50时，处理进行到步骤S120，并且从驾驶执照卡50读取驾驶员ID代码和诸如与驾驶执照相关的数据的卡存储数据。处理进行到步骤S130，确定是否所插入和读取的卡是真实的驾驶执照卡。如果卡不是真实的驾驶执照卡，则处理跳到步骤S190，并且在显示部分47上显示错误消息，然后结束。
当在步骤S130中确定卡是真实的驾驶执照卡时，处理进行到步骤S140，并且启动发动机，因为已经得到允许。
在下一个步骤S150中，确定是否启动了发动机。当启动发动机时，在步骤S155，在外部存储单元46中存储作为车辆数据的、以预定采样间隔收集的车辆位置数据和各车辆操作部分的操作状态数据以及时间数据作为曰志文件。这些数据在步骤S160被加上车辆ID代码和驾驶员ID代码，并且经由通信功能部分57被发送到系统数据中心20。车辆ID代码被预先存储在车载机器的ROM 43中并按照要求被读取。从在车载机器中设置的、能够存储数据的驾驶执照卡50读取驾驶员ID代码。
收集数据以在外部存储单元46中存储车辆位置数据和车辆操作状态参数的时间间隔可以被设置为0.05、0.1、0.3、0.5、1秒中的任何一个。优选的是，这样的采样间隔是用于获得车辆的各个操作部分的操作状态的必要和最大的时间间隔。利用这个思想，也可以对每个车辆操作部分设置适当的采样间隔，以获得操作状态。因此，系统数据中心20配备可以处理从多个车辆7发送的数据量的规模。
在系统数据中心20中，从多个车辆发送车辆位置数据和车辆操作状态数据以及时间数据，并且对于一个车辆ID建立一个车辆数据表70以分别地存储/累积数据。因此，在系统数据中心20中，不断地改变的车辆位置数据和示出操作状态的车辆操作状态数据被作为时间序列数据存储/累积在对于每个车辆ID所建立的车辆数据表70中。
当上述的基础结构提升并且24小时连接变得实用时，利用数据来作为后述的实时道路拥堵状态数据所需要的数据传输的最大时间间隔变得等于从车辆向系统数据中心20的数据发送的时间间隔。直到那时，所需要的最大时间间隔被定义为向系统数据中心20的车辆数据发送的任何间隔。优选的是，将诸如轮胎图像数据的在文件大小方面大的数据的时间间隔设置得长。以类似的方式，可以将对系统数据中心20的数据发送间隔独立地设置为适合于相应的车辆操作部分。
返回操作流程，然后在步骤S170确定是否发动机被停止。如果发动机未停止，则处理返回到步骤S155，并且继续在步骤S160的车辆操作状态数据的收集/存储和所存储的车辆数据的发送的操作。如果在步骤S170确定发动机被停止，则处理进行到步骤S180，并且可以物理地移去卡。当移去卡时，操作结束。
图17和18是流程图，用于说明在系统数据中心20中的、包括从车辆发送的数据的车辆数据表70的数据处理方法。首先，参照图17来说明用于确定收费道路区间编号和地点名称、或开放道路路线名称和地点名称的处理。
在步骤S210，从车辆数据表70读取数据。对每个车载机器，即每个车辆ID，建立车辆数据表70。对每个记录连续地执行数据的读取。
在下一个步骤S220中，根据纬度数据、经度数据或高度数据来引用图9所示的全国所有道路数据库80，以将道路类型确定为道路属性。从道路类型来获知是否道路是收费道路或开放道路。如果是收费道路，则处理进行到步骤S230。根据所读取的数据来引用图9所示的全国所有道路数据库80，并且确定被表达为XXXX-XXXX的收费道路区间编号和地点名称。在步骤S240，在图10所示的收费道路行驶区间编号数据存储表90的车辆ID存储区域91、驾驶员ID存储区域92、时间数据存储区域93、道路属性存储区域94、收费道路区间编号数据存储区域95、地点名称数据存储区域97和车辆操作状态数据存储区域98中存储每个数据。
另一方面，当在步骤S220确定道路是开放道路时，处理进行到步骤S250。对于图9所示的全国所有道路数据库80搜索在步骤S210读取的数据，并且从道路属性指定诸如国道、地方道路等的道路类型。还指定作为开放道路路线名称的路线编号或道路名称和地点名称。在步骤S260中，在图11所示的收费道路行驶区间编号数据存储表90的车辆ID存储区域101、驾驶员ID存储区域102、时间数据存储区域103、道路属性存储区域105、开放道路路线名称数据存储区域107、地点名称数据存储区域108和车辆操作状态数据存储区域109中存储每个数据。
在下一个步骤S270中，确定是否读取一个车辆ID的、在车辆数据表70中的所有数据。如果不读取所有数据，则处理返回到步骤S210，并且重复上述操作。如果读取所有数据，则处理进行到步骤S280。数据分别被存储在收费道路行驶区间编号数据存储表90中而作为收费道路行驶车辆位置数据以及存储在开放道路行驶车辆位置数据存储表100中而作为开放道路行驶车辆位置数据，以便固定所有的行驶车辆位置，然后处理结束。
以这种方式，每个车辆的车辆行驶数据被作为相应车辆的行驶车辆位置历史数据而存储在图10所示的收费道路行驶区间编号数据存储表90和图11所示的开放道路行驶车辆位置数据存储表100中。
现在，参见图18，说明在系统数据中心20中进行的费用计算处理和收费处理。
首先在步骤S310，对于在一个车辆ID代码91中包括的每个驾驶员ID代码92，从图10所示的收费道路行驶区间编号数据存储表90读取收费道路区间编号数据。在已经读取了一个驾驶员ID代码92的所有数据后，在步骤S320确定是否已经读取了一个车辆ID的所有数据。如果仍然存留数据，则操作移动到下一个驾驶员ID代码92的数据，读取每个驾驶员ID代码92的数据，然后确定是否已经读取了一个车辆ID的所有数据。当没有再发现数据时，在步骤S330进行收费道路行驶车辆位置的分析。即，根据路线编号而考虑是否路线是上行或下行的，在图15所示的收费道路互通式立体交叉编号表130中搜索对应于入口侧区间的入口互通式立体交叉编号和对应于出口侧区间的出口互通式立体交叉编号来分别作为车辆已经行驶的收费道路的第一收费道路区间编号和最后收费道路区间编号。找到当车辆已经在收费道路中行驶时的作为入口互通式立体交叉的入口互通式立体交叉编号和作为出口互通式立体交叉的出口互通式立体交叉编号。
在下一个步骤S340中，根据对于每个车辆类型限定的收费道路行驶费用来计算从入口互通式立体交叉到出口互通式立体交叉的行驶费用。在下一个步骤S350中，对于在车辆ID中的每个驾驶员ID，在图12所示的收费数据表110的车辆ID存储区域111、驾驶员ID存储区域112、收费道路入口时间数据存储区域113、收费道路出口时间数据存储区域114、入口互通式立体交叉编号数据存储区域115和出口互通式立体交叉编号数据存储区域117中存储每个数据，并且将所计算的费用存储在图12所示的收费数据表110的费用数据存储区域119中。使用包括驾驶员ID的驾驶执照来从在入口互通式立体交叉设置的金融机构的帐户收取所述费用。
接着，在步骤S360中，向金融机构22发送收费所需要的数据。对于在入口互通式立体交叉的每个驾驶员ID，即对于在入口互通式立体交叉的车载机器中设置的驾驶执照的每个拥有者，执行费用计算，然后系统数据中心20经由通信处理部分65向金融机构发送在图12所示的收费数据表110中的数据。在金融机构22中，当安装车载机器时，通过经由对于由所述驾驶执照的拥有者支付而设置的帐户的自动支付来收费，并且将收据发送到由所述驾驶执照的拥有者指定的地址。
每特定时间段进行上述的从收费数据表110读取数据和费用计算处理。例如，如果在每个月的第20日读取上一个月的数据，则可以进行对于在上一个月期间的收费道路行驶费用的收费处理。在上述的示例中，对于驾驶执照的拥有者征收费用。但是，如果车辆是商用车辆，则可以对于作为车辆的拥有者的公司等征收费用。在这种情况下，可以在预先请求下不是对于每个驾驶员ID代码而是对于每个车辆ID执行收费处理。
利用上述处理，可以完全自动地进行在收费道路中的收费，并且可以改善对于收费道路行驶人员的客户服务。换句话说，不再需要诸如收费亭、收费门等的设施。另外，行驶人员仅仅在入口和出口得知他们正在通过收费道路，并且可以不经过任何手续而通过。可以实质地简化所述设施和人员操作，并且可以大部地缓解在收费道路的入口和出口和收费亭附近的交通拥堵。
图19(a)和19(b)示出独立于车辆导航元件而作用的单个类型车载机器的一个示例。图(a)示出了附接到车辆的仪表盘的车载机器，图(b)示出了车载机器的外观。在车载机器130的正面，提供了用于驾驶执照卡50的读卡器插槽139。在正面上部，提供了LED灯137，用于指示操作状态，诸如“通电”、“操作”、“操作故障”、“数据存储”、“数据发送”、“GPS无线电波接收”、“驾驶执照验证”等。而且，在车载机器顶部，安装了GPS天线135，在其侧面，安装了用于通信功能部分57的天线134。车载机器130从被插入到读卡器插槽139的驾驶执照卡50读取驾驶员ID代码和与驾驶执照相关的数据。车载机器130在相应的外部存储单元46中存储/累积根据经由GPS天线135从一些GPS卫星接收的多个无线电信号而计算的纬度数据、经度数据和高度数据、以及从时钟43获得的时间数据，并且经由通信功能部分57将其发送到系统数据中心20。当在工厂制造车载机器130的时候，车载机器的ID代码被存储在ROM 43中。因此，在ROM 43中存储的车载机器130的ID代码是在其上安装车载机器130的车辆7的车辆ID代码。
所述车载机器被制为不可拆卸。用于确定是否允许启动发动机等的信号电缆经由电源电缆连接到电源部分59，并且通过车辆的电池供电。
像在具有车辆导航元件的车载机器11的情况下那样，当购买新车辆时候或当购买和在车辆上安装车载机器130时，进行车辆类型的登记。
现在，说明如何使用表示车辆操作状态的车辆操作状态参数。
与车辆导航元件组合并且内置在中心控制台面板12中的车载机器11包括车辆信息处理部分53，用于从车辆的相应操作部分收集车辆操作状态参数。表示车辆的这些操作状态的车辆操作状态数据被发送到系统数据中心20以被存储/累积为时间序列数据。因此，可以使用所存储/累积的数据向驾驶员和车辆的拥有者提供下列服务：
(1)以与硬件相关的方式
可以通过由诊断程序确定表示车辆的相应部分的操作状态的数据是否适当来检测车辆是否已经发生了任何异常。如果检测到异常，则向由车辆ID代码指定的车辆拥有者通知需要维护，由此可以提高车辆的安全水平。
(2)以与软件相关的方式
在系统数据中心20的存储单元63中，存储了从车辆的相应部分获得的车辆的位置数据、时间数据和车辆操作状态数据。
全国所有道路数据库80被设计为具有三维数据，它包括作为道路地理数据的高度数据。因此，可以通过跟踪数据而确定是否道路是上坡或下坡，或是否斜坡陡峭或缓和。
通过使用分析程序来分析上述的车辆操作状态数据和全国所有道路数据库80的数据以及时间数据，可以进行驾驶员的驾驶技术的诊断。通过按照每个驾驶员的驾驶技术来提供适当的建议，可以提高安全水平。
可以提供对于驾驶员的诊断，例如给驾驶员的备忘录，当发送收费道路行驶费用的收据时所述备忘录被发送到驾驶员。所述备忘录可以包括下列信息，例如：
1)当车辆超过速度限制而行驶时的地点和时间或指标级；
2)当车辆在禁止变道处变道时的地点、时间和次数、或指标级；
3)当车辆已经左转或右转时的速度、变道、转向信号的操作等的适合性；
4)关于高速驾驶、突然加速和突然启动的诊断，与在禁止高速驾驶等的情况下的关于油耗和环境污染的模拟；
5)在上坡中的齿轮选择和速度的适合性和在下坡时发动机制动和脚制动的适合性；
6)在停止线的停止的适合性或指标级；
7)在城区或郊区的弯路中的驾驶、加速、齿轮改变、制动、发动机制动等操作中的适合性诊断；
8)关于未带安全带的记录；
9)对于每个道路标志的观察水平的诊断；
10)综合驾驶技术评估；
11)金执照等的准确认定。
在进一步的发展中，可以使用心理分析来进行个性检察。因为所述诊断与收费道路收据一起被定期发送，因此驾驶员可以通过比较当前数据与先前接收的数据来检查在各种情况下的心理健康。驾驶员也可以注意心理健康。
而且，可以通过根据在系统数据中心20中的关于从多个车辆发送的每个车辆的位置、行驶方向和车辆速度的信息而综合分析来获得实时的拥堵状态。
分析结果被发送到每个车辆，并且在每个车辆中，综合分析所发送的实时道路拥堵状态数据和预先作为车辆导航元件而存储的道路位置数据，以获得在当时拥堵状态中到达目的地的最佳行驶路径。
可以根据从每个车辆发送的刮水器操作状态数据，即是否刮水器在操作和如果刮水器操作则根据后述的刮水器运动模式数据来监视是否在下雨和在哪个区域中下雨多大。下雨状态信息可以被发送到每个车辆，并且也被提供到天气预报公司等。
现在，说明与车辆的各种设备相关的新技术。这些技术可以被适配到车辆以用于上述收费系统。但是，也可以将所述技术适配到车辆以用于除了所述收费系统之外。
如图20所示，为了检测轮胎中的劣化状态，通过附接在轮胎151附近的两个摄影机152而获得的轮胎运行表面的图像被发送到系统数据中心20。在系统数据中心20中，使用三维图像模式识别来检测劣化状态。通过按照需要向车辆的拥有者通知损害、和运转时间或轮胎的更换时间，可以进行轮胎的适当维护。可以在车辆7的MPU中进行劣化状态的检测而不向系统数据中心20发送所述图像，并且可以直接经由车载机器11的显示部分47等向车辆的拥有者通知劣化。
通过进行检测轮胎劣化状态所需要的对轮胎运行表面的成像而获得的图像数据文件在数据大小方面大。因此，难于向系统数据中心20发送它们以及其他车辆操作参数。因此，优选的是，在重复发动机启动和停止预定次数后仅仅进行一次图像数据的发送。例如，在最佳模式中，如果在车辆7的MPU中由使用图像模式识别的轮胎诊断程序进行诊断，则可以在每次车辆停止时诊断轮胎运行表面的每个面。诊断的结果被设置为轮胎状态检测参数，它是车辆操作状态参数之一，并且仅仅当检测到某些异常时向系统数据中心20发送轮胎图像数据文件。
图21-23是说明与刮水器操作的自动控制相关的技术的附图。
一般，驾驶员按照挡风玻璃的状态来确定是否操作当下雨等时操作的刮水器。驾驶员使用在方向盘附近提供的杠杆式开关来操作刮水器。但是，当雨的强度频繁改变时，或对于不熟练的驾驶员，可能感觉操作麻烦。因此，本发明的自动刮水器控制单元包括：成像器件，用于成像挡风玻璃状态以获得图像数据；挡风玻璃状态检测器件，用于从由成像器件获得的图像数据检测挡风玻璃状态；自动刮水器控制器件，用于按照由挡风玻璃状态检测器件检测的挡风玻璃状态而自动控制刮水器操作。具体上，在朝向图21(a)所示的挡风玻璃的车辆的仪表盘上提供了摄影机125，并且将挡风玻璃124的状态成像。通过向所获得的图像数据应用模式识别来进行挡风玻璃状态的检测，并且按照所述状态来确定刮水器运动模式，诸如刮水器臂127的启动和停止或操作时的运动速度。可以在除了仪表盘的任何位置上设置摄影机，只要可以获得必要的图像数据。
关于操作方法，拔盘式开关129比具有旋转和滑动特性的传统杠杆式开关更优越，因为与转向信号杠杆式开关相比较，使用频率低。它也有益于防止在方向盘后面的误操作。
图21(b)示出了使得驾驶员可以操作自动刮水器控制单元的、在方向盘底部提供的旋转拔盘式开关的一个示例。可以旋转旋转拔盘式开关129以在“OFF”、“自动”、“低(间歇1)”、“间歇2”、“间歇3”、...、“高”等之间切换。在旋转拨盘式开关129的头部提供了洗涤液的洗涤液开关128。
图22示出了这样的自动刮水器控制单元的电气构造。自动刮水器控制单元110包括CPU 111、ROM 113、RAM 115、与成像处理部分119连接的摄影机125和与刮水器控制部分121连接的刮水器臂127。
参见图23来说明自动刮水器控制单元的操作。
在步骤S410，由摄影机125通过对挡风玻璃124成像来获得图像数据。要成像的挡风玻璃范围是确定刮水器操作是否必要和要选择哪个刮水器运动模式所需要的最小范围。在步骤S420，分析所获得的图像数据，并且检测挡风玻璃状态。
通过预先进行后述的实验而准备在各种环境状态下的挡风玻璃的状态的数据，以检测挡风玻璃状态。应当注意，也可以考虑除了雨、雪、沙等之外的环境状态，即车速、风速、风向、阳光照射、空气温度、湿度、在车辆内外之间的温度差等。
使用能够提供这样的环境状态的环境模拟器，在各种环境状态下的挡风玻璃状态被成像和转换为适合于模式识别的数据。然后，对于当实际下雨时成像和获得的图像数据进行模式识别，并且将所述数据与预先存储的图像数据相比较以检测挡风玻璃状态。
在下一个步骤S430中，确定是否需要启动刮水器臂127。当确定不必启动刮水器臂127时，处理返回步骤S410，并且等待检测。当在步骤S430中确定需要操作刮水器臂127时，在步骤S440从通过实验预先获得的刮水器运动模式选择最佳的刮水器运动模式，并且在步骤S450启动刮水器臂127。所述自动刮水器控制器件被适配来选择给出最佳视野的刮水器运动，即使刮水器控制被切换到人工控制。
现在，说明刮水器运动模式。如图24所示，按照刮水器臂的运动速度和运动间隔来与一些速度和时间组合而定义一些基本模式。通过使用环境模拟器的实验来预先发现通过在所有挡风玻璃状态下刮挡风玻璃而获得最佳视野的有益模式，并且将那些模式中的一些设置为基本模式。
在基本模式中的运动速度和运动间隔不必然需要像以前那样以规则的时间间隔被设置。可以交替重复快速运动和慢速运动，或者可以重复一个快速运动后随两个慢速运动。或者可以随机地组合快速运动和慢速运动、长时间间隔和短时间间隔。从不干扰驾驶员的模式选择基本刮水器运动模式，只要通过刮水器臂127的操作获得了最佳视野。
在上述部件的运动速度和运动间隔之间存在不限数量的组合。如果运动模式不像驾驶员以前实际启动刮水器时的模式，则认为在驾驶期间刮水器操作几乎不干扰驾驶员。优选的是，对图24所示的运动模式中的脉冲时间提供较小百分比的容差的波动、和不规则地产生脉冲的随机性的组合。
为此，有益的是，当要选择速度和时间间隔时使用随机数表。首先，选择基本运动模式，在基本运动模式后，使上述的部件以具有脉冲时间波动和脉冲串随机性的运动来操作。或者，可以预先对于基本运动模式定义具有脉冲时间波动和脉冲串随机性的多个子基本模式，并且按照一个所选择的基本运动模式，可以重复多个子基本模式。在任何一种方式中，应当设置刮水器运动模式以便不会预测出在一个刮水器臂操作后可能发生哪个运动。
在下一个步骤S460中，确定是否将刮水器操作暂停特定时间。如果刮水器操作未暂停特定时间，则处理返回步骤S440，并且选择刮水器运动模式。在步骤S450中，刮水器臂127被启动。当刮水器运动模式0(暂停)的状态被保持特定时间时，即当刮水器运动被暂停特定时间并且确定不再需要启动刮水器时，刮水器运动模式被设置为0(暂停)以停止刮水器运动，并且处理结束。
如果必须按照驾驶员或车辆拥有者的喜好来设置刮水器运动模式，则优选的是，当人工操作刮水器时，通过提供速度学习元件来使刮水器控制单元学习所述喜好。然后，驾驶员可以选择最适合的刮水器运动模式，即使当刮水器自动操作时也如此。优选的是，如上所述获得的驾驶员特定的设置数据可以被存储在驾驶执照的存储部分中来作为驾驶员特征数据。然后，可以将其中设置驾驶执照卡50的车辆带入驾驶员的最佳状态。关于驾驶员的喜好的其他可能设置存储数据的示例是座位位置、方向盘位置等。
图25-28说明与制动灯的闪烁控制相关的新技术。
传统的制动灯当驾驶员操作制动踏板时亮。当进行所谓的泵浦制动操作时，在短时间间隔中操作制动踏板，制动距离被缩短，并且制动灯闪烁，这作为对于随后的车辆的停止的便利标志而为人所知。换句话说，如果制动踏板操作间隔在普通停止时长并且在紧急时短，则随后的车辆的驾驶员可以根据前面车辆的制动灯的闪烁和闪烁间隔来预测前面车辆的紧急情况减速度和自己可能面临的危险。或者，随后的车辆的驾驶员通过在前面车辆和更前面车辆之间的距离多远来预测紧急情况减速度。但是，如果紧急等级高，则驾驶员难于保持镇静。而且，在近些年来，多数车辆在车辆制动单元中被提供了ABS(防锁死制动系统)。因此，难于锁死轮胎，并且驾驶员因此需要保持压下制动踏板，导致在随后的车辆中的驾驶员有可能由于延迟感知到前面车辆的紧急停止而撞到前面车辆的后部中。
以下说明制动灯闪烁控制单元，它有益于尽可能地防止这样的危险。所述制动灯闪烁控制单元包括：加速度检测器件，用于检测车辆的减速度；闪烁控制器件，用于按与从加速度检测器件获得的车辆减速度对应的时间间隔闪烁制动灯。这个制动灯闪烁控制单元当提高减速度时缩短闪烁时间间隔，以便可以向随后的车辆通知车辆正在如何紧急地减速。
关于闪烁时间间隔，优选的是，所述灯的闪烁和人可以通过踏板操作而进行一样短，即不要太短以致于不自然。如图25所示，执行上述闪烁操作的制动灯可以是在车辆的中心位置的制动灯205或在车辆的两侧的尾灯201、203。上述技术可以被应用到所有的灯201、203、205。最有益的是应用到在车辆中心的制动灯205。
如图26所示，制动灯闪烁控制单元210包括CPU 211、ROM 213、RAM215、连接到加速度计算部分217的加速度存储部分220和连接到制动灯控制部分219的制动灯230。
现在，参照图27所示的流程图来说明制动灯控制单元210的操作。
首先，在步骤S510检测加速度，并且在步骤S520将其存储在加速度存储部分220中。所述加速度持续地被检测并存储在加速度存储部分220中，并且上述的车辆信息处理部分53在加速度存储部分220中存储这个加速度数据。在下一个步骤S530中，确定是否检测到制动踏板的操作。如果不操作制动踏板，则处理暂停，直到检测到制动踏板操作。如果检测到制动踏板的操作，则处理进行到步骤S540，并且选择与当时的减速度对应的、在图28的示例中所示的闪烁模式编号。在下一个步骤S550中，制动灯230以对应于所选择的闪烁模式编号的闪烁模式而闪烁。
在下一个步骤S560中，确定是否制动踏板为OFF。如果制动踏板不是OFF，则处理返回步骤S540，并且按照该减速度来重复上述步骤S540-S550。当车辆慢下来时选择对应于此时的减速度的闪烁模式。
图28示出了闪烁模式的一个示例。在闪烁模式中，以规则的时间间隔重复灯的开关，并且当闪烁模式编号增加时，缩短闪烁时间间隔。优选的是，预先定义具有如上的规则性的闪烁模式。
在步骤S560中，当检测到制动踏板为OFF时，制动灯230熄灭并且处理结束。
在上面，说明了本发明的一些实施例。但是，本发明不应当限于这些实施例，并且可以在各种状态下被实现。例如，用于定位车辆的人造卫星等不必然限于GPS卫星。可以使用具有检测限定车辆位置的纬度、经度和高度的功能的任何人造卫星等。
在上述实施例中的部件和在所附的本发明的权利要求中的部件之间的对应关系如下。
在实施例中的驾驶执照卡50对应于在权利要求中的驾驶执照卡。在实施例中的卡功能处理部分51对应于在权利要求中的读取器件。在实施例中的GPS信息处理部分55对应于在权利要求中的在信息输出器件中的用于输出纬度数据、经度数据和高度数据的部分。在实施例中的时钟42对应于在权利要求中的在信息输出器件中的用于输出时间数据的部分。在实施例中的外部存储单元46和存储单元63中的车辆数据表70的车辆ID代码存储区域71、驾驶员ID代码存储区域72、时间数据存储区域73、车辆通过点纬度数据存储区域75、车辆通过点经度数据存储区域77、车辆通过点高度数据存储区域78对应于在权利要求中的车辆行驶位置数据存储器件。在存储单元63中的全国所有道路数据库80对应于在权利要求中的道路数据存储器件。在实施例中的主控制部分61的步骤S210到S280和S310到S340对应于在权利要求中的费用计算器件的处理，所述费用计算器件指定车辆已经行驶的收费道路的行驶区间并且计算费用。在实施例中的主控制部分61的步骤S350和S360对应于在权利要求中的收费处理器件。
在实施例中的通信功能部分57对应于在权利要求中的车辆的通信器件，在实施例中的通信处理部分65对应于在权利要求中的系统数据中心20的通信器件。
在实施例中的车辆信息处理部分53对应于在权利要求中的车辆操作状态参数收集器件。在实施例中的存储单元63的车辆数据表70中的车辆操作状态数据存储区域79对应于在权利要求中的车辆操作状态存储器件。在实施例中的主控制部分61和存储单元63的车辆操作状态数据存储区域79和通信处理部分65对应于在权利要求中的车辆诊断通知器件和驾驶员的驾驶技术诊断器件。
在实施例中的步骤S140对应于在权利要求中的用于确定是否允许启动发动机的发动机启动确定器件。
在实施例中的驾驶执照卡50、卡功能处理部分51、CPU 41、ROM 43和RAM 45对应于在权利要求中的用于将车辆设置到驾驶员的最佳状态的车辆状态设置器件。
在实施例中的主控制部分61、通信功能部分57和通信处理部分65对应于在权利要求中的道路拥堵状态分析器件。
在实施例中的摄影机127对应于在权利要求中的用于检测挡风玻璃状态的检测器件。CPU 111、ROM 113、RAM 115和图像处理部分119的步骤S420对应于在权利要求中的挡风玻璃状态检测器件。在实施例中的步骤S440中的刮水器运动模式确定处理对应于在权利要求中的自动刮水器控制器件中的处理。在实施例中的主控制部分61对应于在权利要求中的雨分布监视器件。
在实施例中的摄影机152对应于在权利要求中的图像器件，所述图像器件用于将轮胎运行表面成像以获得三维图像。CPU 41、ROM 43、RAM 45和车辆信息处理部分53对应于用于检测轮胎的劣化状态的轮胎劣化检测器件。
在实施例中的加速度计算部分217、加速度存储部分220、CPU 211、ROM213和RAM215对应于在权利要求中的加速度检测器件，在实施例中的步骤S510对应于在权利要求中的加速度检测处理。
在实施例中的步骤S530-S570对应于在权利要求中的制动灯闪烁控制器件，该器件用于控制制动灯的闪烁。
工业实用性
收费道路收费的完全自动化变得可能，并且可以实现对于收费道路行驶人员的客户服务质量的改善。可以简化设施，因此可以实现设备成本和人员的减少，因为不再需要入口和出口门和收费亭等。而且，在收费道路入口和出口和收费亭附近不会出现交通拥堵。

Claims (17)

1.一种收费道路收费系统，包括：
驾驶执照卡，它能够预先存储驾驶员识别代码以及与驾驶执照相关的数据等；
读取器件，用于从驾驶执照卡读取存储数据；
信息输出器件，用于输出使用人造卫星获得的用于限定车辆位置的经度数据、纬度数据和高度数据、以及从时钟获得的时间数据；
车辆行驶位置历史数据存储器件，用于根据从所述信息输出器件输出的纬度数据、经度数据、高度数据和时间数据，存储对应于车辆的行驶车辆位置历史的车辆行驶位置数据；
道路数据存储器件，用于预先存储道路名称、位置和高度、以及计算收费道路行驶费用所需要的数据；
费用计算器件，用于根据车辆行驶位置历史数据存储器件的存储内容和道路数据存储器件的存储内容，来指定车辆已经行驶的收费道路行驶区间，并且计算行驶费用；以及
收费处理器件，用于根据由所述读取器件读取的驾驶员识别代码，通过经由由收费道路驾驶人员预先设置的金融机构的帐户而自动支付，来收取由所述计算器件计算的收费道路行驶费用。
2.按照权利要求1的收费道路收费系统，其中，所述收费道路收费系统包括多个车辆、一些人造卫星、以及系统数据中心，每个所述车辆包括读取器件、车辆操作状态存储器件、信息输出器件、以及用于通信的通信器件，所述系统数据中心包括车辆行驶位置历史数据存储器件、道路数据存储器件、费用计算器件、收费处理器件和用于通信的通信器件。
3.按照权利要求1的收费道路收费系统，其中，车辆还包括发动机启动确定器件，用于当插入真实驾驶执照卡时允许发动机启动。
4.按照权利要求1的收费道路收费系统，其中，驾驶执照卡是IC卡。
5.按照权利要求4的收费道路收费系统，其中，IC卡预先存储驾驶员识别代码以及与驾驶执照相关的数据，并且也存储与从车辆的MPU读取的驾驶员的驾驶特征相关的数据，所述车辆包括车辆状态设置器件，用于按照与由所述读取器件从IC卡向车辆的MPU读入的驾驶员的驾驶特征相关的数据，将车辆设置到对于驾驶员最适合的状态。
6.按照权利要求2的收费道路收费系统，其中，以数值来表达车辆的每个操作部分的车辆操作状态，并且其中，收费道路收费系统包括下述功能：向执行收费处理的系统数据中心发送作为车辆操作状态参数的表示与编号相关联的每个操作部分的可能状态的数据、以及时间数据。
7.按照权利要求2的收费道路收费系统，其中，车辆包括车辆操作状态参数收集器件，用于收集指示车辆的每个操作部分的操作状态的参数，
系统数据中心还包括：车辆操作状态存储器件，用于存储对于每个车辆由车辆操作状态参数收集器件收集的车辆操作状态；车辆诊断器件，用于根据在车辆操作状态参数存储器件中存储的存储内容来确定是否车辆操作状态适合；以及车辆诊断结果通知器件，用于当确定需要维护时通知由车辆识别代码指定的车辆的拥有者。
8.按照权利要求2的收费道路收费系统，其中，通过将遍及全国的所有收费道路路线中的一个互通式立体交叉到下一个互通式立体交叉的每个区间编号为唯一编号，将收费道路数据当作收费道路区间编号数据，并且通过在系统数据中心中的收费道路区间编号来识别车辆已经行驶的行驶车辆位置历史中的收费道路。
9.按照权利要求2的收费道路收费系统，其中，系统数据中心还包括：驾驶员的驾驶技术诊断器件，用于通过分析车辆操作状态参数、限定车辆位置数据的纬度数据、经度数据和高度数据、时间数据、车辆操作状态数据和全国所有道路数据库来诊断驾驶员的驾驶技术，其中所述全国所有道路数据库具有纬度数据、经度数据和高度数据、以及时间数据。
10.按照权利要求2的收费道路收费系统，其中，系统数据中心还包括道路拥堵状态分析器件，用于根据指示从多个车辆发送的车辆位置的信息和关于行驶方向和车辆速度的信息来分析道路拥堵状态，其中，分析结果信息被发送到每个车辆，以便通过分析作为被发送的实时信息的道路拥堵状态数据和作为车辆导航元件而被预先存储的道路位置数据，使得每个车辆能够搜索当时的道路状态下到达目的地的最佳行驶路径。
11.按照权利要求2的收费道路收费系统，其中，车辆还包括：成像器件，用于将挡风玻璃状态成像；挡风玻璃状态检测器件，用于从由成像器件获得的图像数据检测挡风玻璃状态；以及自动刮水器控制器件，其形式为拨盘式旋转开关，用于以根据由挡风玻璃状态检测器件检测的挡风玻璃状态而确定的刮水器运动模式、以及具有脉冲时间波动和脉冲串随机性的刮水器运动模式的脉冲时间宽度，来自动控制刮水器操作。
12.按照权利要求2的收费道路收费系统，其中，系统数据中心还包括降雨量分布监视器件，用于通过分析从多个车辆发送的刮水器操作状态数据来监视降雨量分布。
13.按照权利要求2的收费道路收费系统，其中，车辆还包括：成像器件，用于将轮胎运行表面等成像；以及轮胎劣化检测器件，用于从由成像器件获得的轮胎运行表面的三维图像来检测轮胎劣化状态。
14.按照权利要求2的收费道路收费系统，其中，车辆还包括：加速度检测器件，用于检测车辆的加速度；以及制动灯闪烁控制器件，用于以与由加速度检测器件检测的减速度相对应的时间间隔来使制动灯闪烁，并且控制闪烁，使得当增加减速度时缩短闪烁时间间隔。
15.一种在车辆的MPU中的收费机，所述收费机包括：位置信息输出器件，它用于输出根据从人造卫星接收的无线电信号计算的纬度数据、经度数据和高度数据；以及导航元件，用于确定车辆行驶路径，所述收费机包括：读取器件，用于从存储驾驶员识别代码以及与驾驶执照相关的数据的驾驶执照卡读取数据；通信器件，用于向系统数据中心发送由读取器件读取的驾驶员识别代码和从位置信息输出器件输出的车辆的纬度数据、经度数据和高度数据、以及时间数据；以及导航元件，用于通过分析基于来自位置信息输出器件的位置信息的信息、基于到达目的地的车辆行驶路径的车辆导航元件中的信息、由道路拥堵状态分析器件获得的道路拥堵状态信息而确定当时最适合的车辆行驶路径。
16.一种安装在车辆上的收费机，所述单元包括：驾驶执照卡，用于预先存储驾驶员识别代码和与驾驶执照相关的数据；读取器件，用于从驾驶执照卡读取存储数据；信息输出器件，用于输出从人造卫星获得的用于限定车辆位置的纬度数据、经度数据和高度数据、以及从时钟获得的时间数据；发送器件，用于向执行道路收费处理的系统数据中心发送作为时间序列累积/存储数据的、由读取器件读取的数据和来自信息输出器件的数据。
17.一种道路收费方法，包括步骤：
从预先存储驾驶员识别代码以及与驾驶执照相关的数据的驾驶执照卡读取存储数据；
输出使用人造卫星等获得的用于限定车辆位置的纬度数据、经度数据和高度数据、以及从时钟获得的时间数据；
根据所输出的纬度数据、经度数据、高度数据与时间数据来存储指示车辆行驶位置历史的车辆行驶位置历史数据；
根据所存储的纬度数据、经度数据、高度数据和时间数据以及全国所有道路数据库来确定是否车辆已经行驶在收费道路中，所述全国所有道路数据库被设计为具有三维数据，包括限定收费道路的位置的纬度数据、经度数据和高度数据；以及
根据关于确定的车辆已经行驶过的收费道路区间、和按照预先登记的车辆类型的收费道路行驶费用的数据来确定行驶费用，向金融机构发送收费数据以及由读取器件读取的驾驶员识别代码，并且通过经由金融机构的帐户而自动支付来收取收费道路行驶费用。
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