CN1707525A - 基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法包括如下步骤：(1)建立并保持车载单元与路侧基站单元的通信信道；(2)计算机系统通过路侧基站单元对车载单元的数据进行处理；(3)车载单元用其内设的无线通信模块建立并保持与感应式IC卡之间基于无线感应通信的通信信道；(4)计算机系统通过路侧基站单及车载单元对感应式IC卡的数据进行处理，完成收费操作；(5)断开各通信信道。如此，本发明向下兼容MTC系统而不用用户停车收费，不需建立用于实现传统ETC系统的自动收费专用车道，不需对软件及数据管理系统进行改造，既节省成本，也保证了车载单元及感应式IC卡的耐用性，易被接受，实现了完全意义上的路桥自动收费功能。

Description

基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法

【技术领域】

本发明涉及一种路桥收费方法，尤其是一种基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法。

【技术背景】

路桥电子自动收费(Electronic Toll Collection，简称ETC)是智能交通系统(Intelligent Transportation System，简称ITS)中的一个重要分支，是为了克服传统路桥人工收费系统(Manual Toll Collection，简称MTC)中用户需停车且需要相关人员配合参与的情况下才能完成收费的缺陷而提出的。它基于专用短程通信(Dedicated Short Range Communication，简称DSRC)技术而实现，感应式车载单元(On Board Unit，简称OBU)和路侧基站单元(RoadSide Unit，简称RSU)是此系统的关键设备。ETC收费方式中，系统采用车载单元作为收费介质，而在MTC收费方式中，则普遍利用感应式IC卡作为收费介质，以存储车辆的相关特征信息、通行信息以及付费信息等。

以往的传统ETC收费方式中，有基于单片式车载单元以及基于双片式车载单元两种主要的方式。

基于单片式车载单元实现自动收费应用是业界最早采用的方法，在该方法中，车载单元存储安装于用户车辆上，用于存储用户付款帐号、车辆参数等基本信息和过路信息；路侧基站单元则安装于收费站，通过射频无线链路与车载单元通信，读写车载单元信息并与收费站的计算机系统通信。用户驱车通过收费站时，收费站计算机系统根据路侧基站单元从车载单元读取的信息如帐号、车类型、入口信息等自动计算用户需缴付的费额，并启动车道系统动作，如费额显示、交通灯控制、栏杆开启等，该过程在几十～几百毫秒内完成，车辆无需停车即可通过收费站。收费站计算机将过车记录信息汇总至数据管理和资金清算系统，后者根据过车记录信息从用户帐户中扣除既定的款项。

很明显，这种收费方法具备如下缺点：

1.必须在封闭式路网的所有收费站的入口和出口方向各至少设计一条自动收费专用车道，导致系统规模庞大，一次性投资高，建设周期长，风险大，不利于在联网收费系统中进行试点和推广。

2.大多数入口收费站和出口收费站的交通量小，车道数少，单独劈出一条收费车道用于专用电子收费，既困难，又不经济。

3.在入/出口方向各设计一条收费车道的情况下，专用电子收费系统一旦出现故障，将危及整个系统的正常运行，系统可靠性和健壮将无法得到保障。

于是，随着技术的发展，有人提出了基于以接触方式读写IC卡的双片式车载单元而实现电子自动收费应用的方法(参见专利文件“一种路桥隧综合电子收费方法”，专利公开号：1340794)。

基于以接触方式读写IC卡的传统型双片式车载单元的电子自动收费方法，是作为基于单片式车载单元收费方式的一种变形，其方案是在感应式车载单元上设置接触式IC卡读写接口，可以读取IC卡的信息。用户另外还持一种兼有非接触式和接触式读写功能的双界面IC卡(以下简称双界面IC卡)，一方面可以单独在人工收费车道上以非接触方式使用该卡，这种情况仍然需要停车处理；另外一方面可以将该IC卡插入双片式车载单元中，以接触方式对IC卡进行读写，在自动收费专用车道上使用，这种方式无须停车，但强调了必须使用自动收费专用车道。

可见，此方法的整个收费过程基本同单片式传统型标签，不同的是该方式解决了ETC系统与已有的MTC系统协作使用的问题，从而在一定程度上节省了业主的投资，不需要在每个收费站配备自动收费专用车道。

这种以接触方式读写IC卡的双片式传统型车载单元的电子自动收费方法相对于单片式传统型车载单元的方案有诸多优点，只需要在车流量相对较大的收费站配备自动收费专用车道，并对原有的人工收费系统作出少量改造，在某种程度上节省了系统改造的成本。但是，在实践当中，业界发现该种方式仍然存在着诸多不足与缺陷：

1.该方法仅仅解决了基于单片式车载单元的ETC系统与已有的MTC系统协作使用的问题，当其使用以接触方式读写的IC卡时，就必须用到自动收费专用车道，意味着要实现自动收费，自动收费专用车道的建设是一种先决条件；而在MTC系统中使用非接触方式读写的IC卡时，就必须停车。无论是在使用接触方式读写的抑或是非接触方式读写的IC卡时，均无法同时从根本上解决一不用建设自动收费专用车道，二不用停车收费的问题。

2.该方法要求在原有收费系统中增加新的用户卡类型，势必增加系统投资、系统改造的难度。人工收费系统普遍采用非接触式的逻辑加密卡作为存储介质，而双片式车载单元采用的双界面IC卡目前在市面上只有双界面CPU卡产品形式。因而必须在原有系统中增加对双界面CPU卡的读写，对其收费系统车道软件进行新的开发改造，以及对原有IC卡读写机具进行更新，改造需要较大的工作量和难度，而且业主往往不愿意接受在系统中采用两套IC卡，也不支持改造原有系统。

3.新采用的IC卡的数据存在难以与原有IC卡数据兼容的问题(如合法性认证方法等)，后台数据管理系统需要更改，同时对应的IC卡发行系统也需要改造以支持新的卡类型。涉及改造面较广，系统建设难度较大，与原有人工收费系统的数据信息融合难度也大。

4.由于车载单元采用接触读写方式与IC卡进行通信，IC卡提供裸露的金属触点，车载单元上的IC卡座提供与该触点接触的金属簧片，IC卡与车载单元之间的通信是通过两者接触连接而实现的。如此，IC卡的金属触点和车载单元上IC卡座的金属簧片容易受环境条件如静电、摩擦、氧化等因素影响而被损坏，其使用寿命和可靠性也因此大打折扣。

【发明内容】

本发明的目的就是要克服上述不足，提供一种不必建造自动收费专用车道也能实现不停车收费的基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法。

本发明的另一目的在于提供一种便于对现有路桥收费系统进行改造，保证系统兼容性，节约改造成本且使设备更为耐用的基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法，包括如下步骤：

(1)建立并保持车载单元与路侧基站单元的通信信道；

(2)计算机系统通过侧基站单元对车载单元的数据进行处理；

(3)建立并保持车载单元与感应式IC卡之间的通信信道；

(4)计算机系统通过路侧基站单元及车载单元对感应式IC卡的数据进行处理，完成收费操作；

(5)断开各通信信道；

其中，在步骤(3)中，车载单元用其内设的无线通信模块与感应式IC卡之间建立基于无线感应通信的通信信道。

与现有技术相比较，本发明的优点包括如下几方面：

1.不需如基于单片式车载单元的传统ETC系统一样独立劈出一个车道作为自动收费专用车道，用户驱车进入收费区时，通过自动建立的各个无线通信信道，实现完全自动收费过程，期间耗时极短，无需停车。

2.完全兼容现有MTC系统，包括对其非接触方式的感应式IC卡的支持以及对其计算机系统、路侧基站单元的设施的完全兼容，表现在无需更换IC卡，无需对计算机系统的软件及数据管理系统进行改造，大大节约改造成本，降低改造难度，提高投资回报率。

3.由于解决了与传统MTC系统的兼容问题，故可不考虑采用新的IC卡的情况，避免出现新旧IC卡不兼容的问题。

4.所采用的感应式IC卡基于无线通信感应以非接触方式与车载单元进行数据传输，故而避免了以接触方式读写的IC卡因其本身固有的裸露金属触点与车载单元的金属簧片的接触而导致的机械磨损、氧化等问题，保证了车载单元及感应式IC卡的使用寿命，使车载单元及感应式IC卡更为耐用。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

【附图说明】

图1为本发明对应的系统构成示意图；

图2为本发明的工作流程示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1，本发明基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法包括如下步骤：

(1)建立并保持车载单元3与路侧基站单元1的通信信道；

(2)计算机系统2通过路侧基站单元1对车载单元3的数据进行处理；

(3)车载单元3用其内设的无线通信模块31建立并保持其与感应式IC卡4之间基于无线感应通信的通信信道；

(4)计算机系统2通过路侧基站单元1及车载单元3对感应式IC卡4的数据进行处理，完成收费操作；

(5)断开各通信信道。

请再参阅图1，与本发明基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法对应的系统构成主要包括感应式IC卡4、车载单元3、路侧基站单元1和计算机系统2。感应式IC卡4与车载单元3之间通过电磁耦合的方式近距离(10cm以下)无线感应通信，车载单元3与路侧基站单元1之间通过专用短程通信(DSRC)技术长距离(可达10米以上)通信，路侧基站单元1与计算机系统2之间通过串行口或者以太网等有线连接的方式通信，从而建立了一个完整的信息通路，可实现感应式IC卡4、车载单元3、路侧基站单元1和计算机系统2间的自由信息交互。

车载单元3具有DSRC和感应式IC卡复合通信功能，其内设一无线通信模块31，包括卡读写芯片和射频天线两部分，遵循ISO14443等协议，以无线通信的方式与感应式IC卡4交互信息。以非接触方式读写的感应式IC卡4从车载单元3的卡读写芯片及射频天线发来的射频信号中取得能量为自身供电。此外，车载单元3还具备高频的DSRC无线通信接口，以DSRC协议方式与路侧基站单元1交互信息。再者，车载单元3还可设置LCD显示、红绿灯指示、蜂鸣器、按键、有线数据下载接口等可选组件。车载单元3通过一定的方式固定于汽车挡风玻璃内、驾驶台表面或者驾驶室的内嵌卡座中，感应式IC卡4通过卡座或者其它的方式附着在车载单元3附近。

在ETC应用下，车载单元3主要存储车辆的关键信息如车牌号、车载重、车辆类型等；感应式IC卡3中存储用户帐号(或者电子钱包)、过路信息等。下面结合图1和图2详细说明本发明所对应的系统构成的工作流程：

(1)路侧基站单元1周期性广播信号以搜寻车载单元3；

(2)车载单元3用户驱车进入ETC车道中的DSRC通信区后，车载单元3被路侧基站单元1广播信号唤醒并上电；

(3)车载单元3收到路侧基站单元1广播信号后向路侧基站单元1应答；

(4)路侧基站单元1收到车载单元3应答后开启专用的DSRC通信信道给该车载单元3，后续通信都基于该专用通信信道；

(5)路侧基站单元1与车载单元3之间双向认证以确认彼此的合法性；

(6)路侧基站单元1发送读取车载单元3内存储区特定信息的指令到车载单元3；

(7)车载单元3收到指令后按要求将内容发送至路侧基站单元1；

(8)路侧基站单元1将收到的信息发送至计算机系统2，并接收计算机系统2发来的确认信息；

(9)路侧基站单元1向车载单元3发送读取感应式IC卡4内存储区特定信息的指令；

(10)车载单元3利用卡读写芯片及相关射频天线电路与感应式IC卡4建立通信信道，基于无线感应通信进行非接触方式的通信，完成信息读取过程；

(11)车载单元3将读取到的感应式IC卡4信息通过DSRC通信信道发送到路侧基站单元1，再由路侧基站单元1转发至计算机系统2；

(12)路侧基站单元1将感应式IC卡4信息发送至计算机系统2，计算机系统2校验车载单元3上的标签数据和感应式IC卡4数据的合法性和有效性，确认后向路侧基站单元1发送交易参数信息(如交易金额、需写入的过路信息等)；

(13)路侧基站单元1通过车载单元3完成与感应式IC卡4的交易认证过程(车载单元3充当信息转发器)；

(14)路侧基站单元1通过车载单元3完成与感应式IC卡4的交易过程(车载单元3充当信息转发器)，交易过程涉及消费或者写过路信息等操作，主要有如下几种情况：

a.如果是“入口”工作方式，则写入入口信息；

b.如果是“出口”工作方式，则查找费率表，并进行收费扣款；

c.如果是“标识站”工作方式，则写入本标识站信息；

d.如果式“合建站”工作方式，则查找费率表，进行收费扣款，并写入本站信息；

e.如果是“开放式”工作方式，则查找费率表，并进行收费扣款；

(15)完成交易过程后，路侧基站单元1向计算机系统2发送交易记录信息，并接收计算机系统2的确认，路侧基站单元1向车载单元3发送“结束会话”指令，车载单元3回复“睡眠”状态，车载单元3与感应式IC卡4以及车载单元3与路侧基站单元1之间的通信信道均被关闭，车辆无需停车，快速通过收费站点。

(16)回跳至(1)。

由此可见，本发明基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法向下完全兼容传统MTC收费系统而不用用户停车进行收费，不需建立用于实现基于单片式车载单元的传统ETC系统的自动收费专用车道，不需对现有的计算机系统的软件及数据管理系统进行改造，大大节省对现有收费系统的改造成本，此外，本发明的应用也保证了车载设备即车载单元及感应式IC卡的耐用性，易被用户接受，实现了完全意义上的路桥自动收费功能，促使路桥收费上了一个新的台阶。

Claims (3)

1、一种基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法，包括如下步骤：

(1)建立并保持车载单元与路侧基站单元的通信信道；

(2)计算机系统通过路侧基站单元对车载单元的数据进行处理；

(3)建立并保持车载单元与感应式IC卡之间的通信信道；

(4)计算机系统通过路侧基站单元及车载单元对感应式IC卡的数据进行处理，完成收费操作；

(5)断开各通信信道；

其特征在于：

在步骤(3)中，车载单元用一无线通信模块与感应式IC卡之间建立并保持基于无线感应通信的通信信道。

2、根据权利要求1所述的基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法，其特征在于：在步骤(3)中，具体还包括如下步骤：

(3.1)计算机系统驱动路侧基站单元向车载单元发送读取感应式IC卡内存储区特定信息的指令；

(3.2)车载单元利用其无线通信模块与感应式IC卡建立并保持实现无线感应通信的通信信道。

3、根据权利要求1或2所述的基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法，其特征在于：所述感应式IC卡及车载单元之间的无线感应通信是采用电磁耦合方式实现的。

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