CN203250336U

CN203250336U - 一种具有免电子标签定位功能的多车道自由流路侧设备

Info

Publication number: CN203250336U
Application number: CN 201220676396
Authority: CN
Inventors: 陈燮奇; 王荣; 李伟; 张一赟; 张健; 郭文博
Original assignee: SHANGHAI DONGHAI COMPUTER CO Ltd
Current assignee: Shanghai Changjiang Intelligent Data Technology Co ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2022-12-10

Abstract

一种应用于车辆自动登记、自动识别和自由流不停车收费系统的具有免电子标签定位功能的多车道自由流路侧设备。该路侧设备包括主控模块、通信模块、微波阵列天线模块、电源模块，该设备在现有的电子收费路侧设备的基础上通过对相关硬件及应用软件的改进与创新，从而有效解决多车道自由流电子收费中各种常见问题，提高多车道自由流交易的成功率，同时工程实施简单易行、设备费用也大幅降低。

Description

一种具有免电子标签定位功能的多车道自由流路侧设备

技术领域：

本实用新型属于智能交通技术领域，特别涉及一种应用于车辆自动登记、自动识别和自由流不停车收费系统的电子收费路侧设备，该设备符合国家标准GB/T20851-2007《电子收费专用短程通信》，具有全双工通信模式，采用阵列天线设计，无需电子标签定位模块。

背景技术：

近几年随着国民经济和交通运输业务的快速增长，特别是都市圈交通拥堵和环境污染问题日益严重，ITS系统包括ETC技术的应用受到越来越多的国家和地区的相关部门的关注。ETC(Electronic Toll Collection：电子不停车收费系统)是智能交通系统(ITS)的重要组成部分，是国际上正在努力开发并推广普及的一种用于公路、大桥、隧道等的电子自动收费系统。它通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通信，在不需要停车及收费人员采取任何操作的情况下自动实现收费处理全过程。

目前中国ETC系统的国家标准GB/T20851-2007《电子收费专用短程通信》主要应用于高速公路的封闭式单车道有栏杆模式的电子收费，其特点是采用双片式电子标签(OBU+双界面CPU卡的组合式)，采用CPU卡电子钱包现场消费模式，虽然功能较多，但是交易时间较长，车速通常需要控制在30km/h以下，从系统的交易速度、数据通信速率、微波通信距离等方面在实际应用中很大程度地限制了ETC系统在智能交通应用领域的拓展。

在电子收费领域，多车道自由流电子收费无疑代表了当今国际上最先进的道路收费技术水平，代表了道路收费技术的未来发展方向。多车道自由流(Multi-Lane Free Flow，MLFF)即多车道配置，自由流运作。多车道是指在公路路幅区域内允许正常行驶中的车辆超车和换道，这要求ETC系统有能力对同时间大量通过的车辆进行交易；自由流运作是指由于全自动交易方式的使用而产生的不停车自由流，车辆经过天线区域无须减速，通行速度可达到120km/h以上。因此，多车道自由流电子收费中关键技术点在于解决车辆自由变道行驶、小车跟随大车行驶、骑道行驶、多车并排行驶、堵车停留等各种极端情况下交易遗漏和交易重复的问题。

目前国内对多车道自由流系统的解决方案基本在单车道有栏杆的电子收费技术上发展起来，一般采用在每个车道上方布设一个微波天线，一个段面上所有天线再加上控制器等组成路侧设备单元。这种方案需要对驶入微波通信区域的车辆中的电子标签进行定位，确认其在哪个车道，然后由该车道的天线负责与其进行交易。而车辆的电子标签定位是一种复杂技术，国内通常采用正交相控阵天线对电子标签的上行微波信号进行角度扫描，检测出电子标签相对于天线的横向偏移角度和纵向偏移角度，从而计算出电子标签的位置；或者采用在常规路侧天线基础上增设多个专用定位天线，根据定位天线收到的电子标签的上行微波信号强度，以收到信号最强的定位天线的位置作为该电子标签的相对位置。

上述采用正交相控阵天线技术或者采用专用定位天线技术的自由流路侧设备在实际实施中除了设备费用高、工程实施难度较大外，还未完全解决自由流车辆在微波通信区域中变道行驶、骑道行驶的问题。

实用新型内容：

为了克服以上存在的不足，本实用新型提供了一种具有免电子标签定位功能的多车道自由流路侧设备，该设备在现有的电子收费路侧设备的基础上通过对相关硬件及应用软件的改进与创新，从而有效解决多车道自由流电子收费中各种常见问题，提高多车道自由流交易的成功率，同时工程实施简单易行、设备费用也大幅降低。

根据上述实用新型意图，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种具有免电子标签定位功能的多车道自由流路侧设备，其特征在于，该路侧设备包括：

——主控模块：中央控制器，它是路侧设备的核心部分，由CPU、ROM、EEPROM、RAM等器件构成；主控模块采用时分复用的方法，同时控制1～n个微波阵列天线，可以同时与微波阵列天线通信区域内多个电子标签进行微波通信，完成预定的交易处理流程，交易结果通过通讯模块发送给主控PC；

——通讯模块：与主控PC进行信息传输和交换，接受PC发送给路侧设备的指令，返回ETC交易的结果信息；

——微波阵列天线模块：每个微波阵列天线由微波发射模块和微波接收模块组成，具有5.8GHz微波发射和接收功能；工作中，接收模块始终接收电子标签返回的微波信号，并将收到的微波信号返回主控模块，同时发射模块根据主控模块的指令发射微波信号或者暂停发射；

——电源模块：向路侧设备提供稳定的电源。

本实用新型的有益效果为：设备采用全双工通信模式、阵列天线设计，无需电子标签定位模块。阵列天线的设计可以按照实际工程中道路的实际情况进行合理配置数量和间距，全双工通信模式能够实现天线同时发送微波信号和接收微波信号，提高天线的处理效率，使通信无间隙，保证高速行驶中车辆的捕获率和交易成功率；而由主控模块控制的天线间隔轮询方式的发射，使路侧设备与电子标签之间的微波通信不再受限于一个天线负责发射和接收来完成全部的通信交易过程，而可以由多个天线接力发射和接收，这样多车道自由流电子收费中常见的车辆自由变道行驶、骑道行驶等各种极端情况中，电子标签始终可以收到天线下发的信息，而电子标签的上行信息也始终有天线可以接收到，从而解决了多车道自由流电子收费交易遗漏和交易重复的问题。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明。

图1是设备结构框图。

图2是实施例的设备配置图。

图3是实施例的应用流程图。

具体实施方式：

为使本发明实现的技术特征与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

图1所示，本实用新型所述的包括以下部分：主控模块、通讯模块、阵列微波天线模块、电源模块。

以4车道的高速公路为例，应用本实用新型设备实现多车道自由流电子收费交易的具体实施方案如下：

图2所示，多车道自由流路侧设备的配置：为保证天线微波通信区域能够覆盖全段面(包括紧急停车带)，每个天线模块的通信区域边缘应叠加，从而使微波覆盖是连续无缝，同时每个天线的发射功率必须符合国标要求的2W以内，因此，所需的天线模块数量为2n或2n+1，其中n为车道数。以4车道的高速公路为例，一个主控模块配置了8个天线模块。

图3所示，多车道自由流电子收费的应用流程如下：

(1)为保证天线下发的微波信号不因重叠而产生变异，路侧设备主控模块控制天线按轮询间隔(比如本次为奇数编号1-3-5-7的天线，下次为偶数编号2-4-6-8的天线；也可以1-4-7、2-5-8，3-6这样的序列)周期性地发射BST唤醒信号(周期一般为10～40ms)，同时所有天线始终处于接收状态，接收电子标签返回的信息；

(2)车辆1进入微波通信区域，电子标签1被唤醒并应答；电子标签1的应答信息被离它最近的几个天线接收到，路侧设备主控模块对收到的电子标签信息进行解析，摈弃重复信息后根据电子标签信息中的MACID建立交易队列，并将与该电子标签通信的后续GetSecure指令叠加在BST唤醒信号后，由此刻轮到的发射天线发射出去；

(3)此时若有车辆2也进入微波通信区域，电子标签2被唤醒，而天线下发的BST唤醒信号的后续GetSecure指令中指定了电子标签1的MACID，因此电子标签2仅应答唤醒，而不会响应对比电子标签1的GetSecure指令；电子标签2的应答信息被天线接收到，路侧设备的处理同上面第2步；

(4)与此同时，电子标签1收到天线下发的BST唤醒信号以及GetSecure指令，由于电子标签1已经唤醒，并且判别出GetSecure指令是指定给它的，因此电子标签1接受并执行GetSecure指令，并将执行结果发送给天线；电子标签1的GetSecure应答信息被天线接收到，路侧设备同样进行解析后，对电子标签进行认证，认证通过后将与该电子标签通信的后续交易指令叠加在BST唤醒信号后，由此刻轮到的发射天线发射出去；电子标签1接收天线下发的后续交易指令如上述流程一样，不再复述，最终天线收到电子标签1返回的最后一条交易返回信息后，路侧设备主控模块生产交易完成记录信息，发送给主控PC，同时将电子标签1的处理队列删除。

(5)电子标签2的通信处理流程同上。

(6)如同一时段内还有更多车辆进入微波通信区域，其处理流程与上述一样。

在上述路侧设备与电子标签的微波通信过程中，将所有天线模块作为一个整体，没有限制电子标签与其中某个天线产生固定连接，前后2次的微波通信交互不一定是由同一天线来完成，而是由该时刻离电子标签最近的几个天线一起参与微波信号的发射和接收，然后由主控模块进行统一队列处理，这样电子标签在不规则移动过程中可以始终与路侧设备保持通信。

以上是本实用新型的实施方式之一，对于本领域内的一般技术人员，不花费创造性的劳动，在上述实施例的基础上可以做多种变化，同样能够实现本发明的目的。但是，这种变化显然应该在本实用新型的权利要求书的保护范围内。

Claims

1.一种具有免电子标签定位功能的多车道自由流路侧设备，其特征在于，该路侧设备包括：

——主控模块：中央控制器，它是路侧设备的核心部分，由CPU、ROM、EEPROM、RAM等器件构成；主控模块采用时分复用的方法，同时控制1～n个微波阵列天线协同工作，可以同时与微波阵列天线通信区域内多个电子标签进行微波通信，完成预定的交易处理流程，交易结果通过通讯模块发送给主控PC；

——电源模块：向路侧设备提供稳定的电源。

2.根据权利要求1的路侧设备，其特征在于，该设备采用阵列天线设计，无需配置专门的电子标签定位模块，即可对天线通信区域内所有电子标签进行通信和完成指定流程的交易。