CN203838762U - 基于可见光通信的道口收费装置以及收费系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于可见光通信的道口收费装置。该装置包括：可见光通讯装置，用于实现车辆与收费站的数据通讯；控制器，用于控制车道栏杆和信号灯；图像抓拍装置，用于抓拍车辆图片；计算机；可见光通讯装置、控制器和图像抓拍装置与计算机连接。本实用新型还公开了采用基于可见光通信的道口收费装置的收费系统，包括若干个基于可见光通信的道口收费装置，所述的若干个基于可见光通信的道口收费装置的计算机与收费站交换器连接，该交换器连接有收费站服务器、高速公路系统的数据库。不需要预埋地感线圈，结合可见光通信技术，充分利用当前车辆的前车灯，避免了车辆误判，减少通讯盲区。

Description

基于可见光通信的道口收费装置以及收费系统

技术领域

本实用新型涉及可见光通信技术领域，尤其是涉及基于可见光通信的智能高速公路收费系统。

背景技术

高速公路凭借其高速、安全、高效等优点，成为我国主要城市和货流运输的重要交通枢纽。然而，随着我国公路网络的行成和交通量的增加，传统公路收费技术(人工半自动收费系统Manual Toll Collection System，简称MTC系统)的缺陷及不足日益突出，特别是国家重大节假日，高速公路上的拥挤现象比较严重，如何保证高速公路的路上疏导功能，提高高速公路的管理和服务水平，加快收费站的快速通过和智能化，已成为我国政府和高速公路运营公司所面临的首要问题。

当前，在国内的部分高速公路收费站，安装有不停车收费系统（又称电子收费系统Electronic Toll Collection System，简称ETC系统）来进行车辆的自动识别和有关收费数据的交换，通过计算机网络进行收费数据的处理，实现不停车自动收费的全电子收费系统，其部分解决了高速公路所面临的问题，但目前的ETC系统存在以下问题：需要在地下埋地感线圈来进行提示；ETC系统会存在跟车干扰的情况，有多辆车同时处于天线通信区时，容易判断错误，由于天线的方向特性，在栏杆附近可能存在一定的通信盲区；ETC大部分工作频段为915Mhz ，2.4GHz，5.8GHz或者其他频段，具有一定的辐射性；由于车载电子标签的性能差异以及车辆行驶行为的复杂性（比如误入ETC车道），ETC车道内需要倒车的情况严重，容易引起车道堵塞。

当前，LED广泛应用于指示灯、背光指示、交通领域、路灯照明、景观照明等，其需求和产量都大幅提升，随着其成本降低以及显示效果的提升，进入普通家庭的脚步越来越近，且国家和地方政策最近对LED行业大力扶植，其市场前景十分广阔。可见光通信技术是无线通信领域中具有革命性意义的新兴技术。特别是在辐射条件要求比较高的环境下的应用，充分证明了可见光通信技术具有广泛的应用前景。

近年来，特别是在欧洲，强制实施机动车日行灯。而在中国市场上，也越来越多的出现出厂就带有LED灯的中高端车，有些车主甚至自己买来组装。目前日行灯绝大部门采用LED，有红、黄等颜色，不仅可以提升美观，其最大作用在于增强车辆的被辨识性，而从保证驾车的安全性。根据国外统计，行车时开启日行灯，可以降低12.4%的车辆意外，同时也可降低26.4%的车祸死亡几率。LED灯的安装一般会有两个位置：一是车前方雾灯周围；二是车前方大灯里面。以上情况为可见光通信应用于交通通信中提供了充分的便利条件。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供基于可见光通信的道口收费装置，同时还提供了一种基于可见光通信的道口收费装置的收费系统，不需要预埋地感线圈，结合可见光通信技术，充分利用当前车辆的前车灯，避免了车辆误判，减少通讯盲区。

为了实现上述的实用新型目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于可见光通信的道口收费装置，包括：

可见光通讯装置，用于实现车辆与收费站的数据通讯；

控制器，用于控制车道栏杆和信号灯；

图像抓拍装置，用于抓拍车辆图片；

计算机，用于控制控制器操作车道栏杆、计算费用、控制可见光通讯装置接收和发送信息；

可见光通讯装置、控制器和图像抓拍装置与计算机连接。

所述的计算机内设置有自动收费处理模块，当车辆经过车道入口时，记录车辆发过来的信息，并将入口信息发送给车辆，当车辆经过车道出口时，系统根据车辆发送过来的入口信息，计算出收费额度，并将出口信息发送给车辆，系统记录下收费信息；

设备控制模块，依据可见光通讯装置收到的信息判断车辆的状况和行为控制车道自动栏杆的升起降落；

图像抓拍识别模块，对通过车辆进行图像抓拍，并将抓拍图像与处理信息关联后保持。

所述的计算机内设置有异常车辆处理模块，当异常车辆不具有可见光通信功能，未成功进行入口信息写入或者出口收费处理的车辆，会使自动栏杆保持关闭状态以拦截车辆，提醒工作人员进行处理。

所述的计算机内设置有数据库管理和同步模块，提供数据库管理功能，并具有数据同步功能，车辆和交易信息及时与收费站系统进行同步。

所述的自动收费处理模块，当车辆经过车道入口时，记录车辆发过来的信息，并将入口信息发送给车辆；当车辆经过车道出口时，系统根据车辆发送过来的入口信息，包括通过区域号、路段号、站点号、车道号、入口时间、入口状态标识、车型和车牌号码，计算出收费额度，并将出口信息，包括通过网络号、站点号、车道号、时间、出口状态标识、车型和车牌号码发送给车辆，记录下收费信息，包括入口和出口信息，交通卡的信息以及时间等。

所述的设备控制模块，根据车辆的状况和行为控制车道相应的设备，包括自动栏杆的升起降落、通信信号灯的切换、声光报警器的开启和关闭以及费额和车辆信息的显示。

所述的图像抓拍识别模块，同时对抓拍图像具有车牌识别功能，处理异常情况或者与接收到的车牌信息进行对比。

所述的计算机内设置有人工半自动收费系统，所述的人工半自动收费系统与基于可见光通信的道口收费装置连接，实现相互切换。

所述的可见光通讯装置包括分别设置在车辆上和道口处的可见光通信模块，车辆上的可见光通信模块与前车灯连接，车辆控制台连接有光通信模块和IC卡读入设备，设置在道口的可见光通信模块与计算机连接，该可见光通信模块设置有用于发射光信号的灯，所述的计算机连接有控制器，所述的控制器与车道栏杆连接，所述的控制器还连接有图像抓拍装置，所述的控制器还连接有声光报警装置。

一种基于可见光通信的道口收费装置的收费系统，包括若干个基于可见光通信的道口收费装置，所述的若干个基于可见光通信的道口收费装置的计算机与收费站交换器连接，该交换器连接有收费站服务器、高速公路系统的数据库。

基于可见光通信的道口收费装置的收费系统的车道为VLTC车道（可见光收费系统Visible Light Toll Collection System，简称为VLTC系统），本实用新型要求通过VLTC车道的车辆具有可见光通信模块，以控制车前灯与收费站进行无线通信，并且可以读取高速公路系统的IC卡，与收费站进行相应的数据交互。

此外，本实用新型提出的基于可见光通信的道口收费装置的收费系统也可以兼容MTC系统(人工半自动收费系统Manual Toll Collection System，简称MTC系统)，当VLTC通信出现问题时，VLTC车道可以直接变为MTC车道，为每个车道的基于可见光通信的道口收费装置提供支持，轻松实现两种收费方式的一键切换，在可见光通信出现故障、MTC车道拥堵以致阻塞VLTC车道或者客户有其他需求的时候，可以实现VLTC与MTC收费间的实时切换，保证系统的安全稳定运行，最大限度地提高车道的利用率。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

可以极大地提高高速公路收费工作的效率，无纸交易，统一收费，同时可以避免工作中的贪污、作弊和乱收费等现象；

本智能化系统可以大大方便驾乘人员，实现了通行费征收的不停车操作；

采用可见光通信技术，及大地减少了辐射污染；

由于可见光通信不产生电磁干扰，也无需对应频段的许可授权；

由于后面车辆发出的可见光通常都被前车所阻挡，因此可以极大的解决跟车干扰的问题，并且采取简单的阻挡错误，可以消除相邻车道的干扰；

可见光方向性强，通信距离远，可以在较远的地方就与收费站通信，及早避免倒车情况的发生，此外采用人工半自动收费系统与基于可见光通信的道口收费装置的收费系统的兼容模式，也可以极大解决车道内的倒车情况；

收费站可以通过基于可见光通信的道口收费装置的收费系统向驾乘人员发送当前高速公路的车况信息，以及相关注意事项，提前疏导交通；

节能减排，车辆在收费车道不停车，节约了燃油和时间的同时，也减少了二氧化碳的排放量；

本实用新型除了应用于高速公路自动收费以外，还可以应用于市区过桥、过隧道自动扣费，另外在停车场中也可以用于建立快速车道和无人值守车道，自动扣除停车费。

附图说明

图1为本实用新型基于可见光通信的道口收费装置的收费系统的结构框图。

图2为装有可见光通信模块的车上单元结构图。

具体实施方式

下面结合附图，通过最佳实施例，对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

如图1和图2所示，一种基于可见光通信的道口收费装置，包括可见光通讯装置，用于实现车辆与收费站的数据通讯；可见光通讯装置所述的可见光通讯装置包括分别设置在车辆上和道口处的可见光通信模块，车辆上的可见光通信模块22与前车灯连接23，车辆控制台21连接有可见光通信模块22、IC卡读入设备24和用于显示数据的显示屏25，设置在道口的可见光通信模块12与计算机11连接，该可见光通信模块12设置有用于发射光信号的灯，所述的计算机连接有控制器13，所述的控制器13与车道栏杆14连接，所述的控制器还连接有图像抓拍装置15，所述的控制器还连接有声光报警装置16，所述的声光报警装置16可以用于显示数据信息和信号灯。控制器，用于控制车道栏杆、信号灯和图像抓拍装置；图像抓拍装置用于抓拍车辆图片；可见光通讯装置、控制器和图像抓拍装置与计算机连接，计算机用于控制控制器操作车道栏杆、计算费用、控制可见光通讯装置接收和发送信息。

所述的计算机内设置有自动收费处理模块、设备控制模块、图像抓拍识别模块、异常车辆处理模块、数据库管理和同步模块和人工半自动收费系统。自动收费处理模块，当车辆经过车道入口时，记录车辆发过来的信息，并将入口信息发送给车辆；当车辆经过车道出口时，系统根据车辆发送过来的入口信息，包括通过区域号、路段号、站点号、车道号、入口时间、入口状态标识、车型和车牌号码，计算出收费额度，并将出口信息，包括通过网络号、站点号、车道号、时间、出口状态标识、车型和车牌号码发送给车辆，记录下收费信息，包括入口和出口信息，IC卡的信息以及时间等。

设备控制模块，依据可见光通讯装置收到的信息判断车辆的状况和行为控制车道自动栏杆的升起降落。图像抓拍识别模块，对通过车辆进行图像抓拍，并将抓拍图像与处理信息关联后保持，同时对抓拍图像具有车牌识别功能，处理异常情况或者与接收到的车牌信息进行对比。异常车辆处理模块，当异常车辆不具有可见光通信功能，未成功进行入口信息写入或者出口收费处理的车辆，会使自动栏杆保持关闭状态以拦截车辆，同时进行图像抓拍和声光报警，提醒工作人员进行处理。数据库管理和同步模块，提供数据库管理功能，并具有数据同步功能，车辆和交易信息及时与收费站系统进行同步。所述的计算机内设置的人工半自动收费系统与基于可见光通信的道口收费装置连接，实现相互切换。 

如图1所示的一种基于可见光通信的道口收费装置的收费系统，包括若干个基于可见光通信的道口收费装置1，所述的若干个基于可见光通信的道口收费装置1的计算机11与收费站交换器3连接，该交换器连接有收费站服务器4、高速公路系统的数据库5。

一种基于可见光通信的道口收费装置的收费系统的结构框架如图1所示，该收费站由多个车道成，他们之间通过收费站交换机3连接。每个车道包含一个基于可见光通信的道口收费装置，基于可见光通信的道口收费装置通过收费站交换机3访问收费站服务器4，以及访问高速公路系统的数据库5，并且把收费站服务器4的数据与高速公路系统的数据库4进行同步。基于可见光通信的道口收费装置的车道计算机11通过收费站交换机3访问收费站服务器4，并进行数据备份。车道计算机11通过控制器13来控制自动栏杆13的升起和降落，通过控制器13控制显示声光报警装置16。声光报警装置可以显示车辆信息和收费额度，控制信号灯以及遇到异常情况时，进行声光报警。通过控制器来控制图像抓拍装置15的摄像机，以实现车辆的数字图像采集和车牌识别。基于可见光通信的道口收费装置通过可见光通讯装置与进入车道的车辆进行通信，并获取车辆的信息和计算收费额度等。

一种基于可见光通信的道口收费装置的收费系统的收费方法：

首先，当车辆进入高速公路时，驶入车道，车辆将自身信息发送到道口处的可见光通信模块，如果该车为非法车辆，未安装有可见光通信模块以及在规定距离未能成功发送车辆信息，则车道报警装置报警并保持车道关闭，并可转人工半自动收费系统模式；

否则，根据收到的信息，与收费站服务器里的信息对比，判断该车信息是否正确，以及卡内余额是否充足，如果该车信息有效则进行交易，如果无效则报警并保持车道关闭，并可转人工半自动收费系统模式；

同时，启动图像抓拍，并将拍照信息与车辆发送过来的信息进行对比，如果信息不符则报警，并可转人工半自动收费系统模式；如果信息相符，则显示相关信息，通信信号灯变绿，升起自动栏杆放行；

接着将入口信息发送给车辆，车辆并将入口信息记录下来；

当车辆通过后，控制自动栏杆回落，通信信号灯变红；

保存此次记录，并上传至收费站服务器，等待下一辆车进入；

当车辆离开高速公路时，驶入车道，车辆将自身信息发送到可见光通信模块，如果该车为非法车辆，未安装有可见光通信模块以及在规定距离未能成功发送车辆信息，则报警并保持车道关闭，并可转人工半自动收费系统模式；

否则，启动图像抓拍，并将拍照信息与车辆发送过来的信息以及收费站服务器的信息三者进行对比，如果信息不符则报警，并可转人工半自动收费系统模式；如果信息相符，查询系统中的费率表，计算出收费额度，如果卡内余额不足，则报警，并可转人工半自动收费系统模式；如果卡内余额充足，则显示相关信息，进行扣款操作，并将余额信息和出口信息发送给车辆，同时通信信号灯变绿，升起自动栏杆放行；

保存此次记录，并上传至收费站服务器，等待下一辆车进入。

如图2所示，车上单元包括与车前灯23连接的可见光通信模块22，所述的可见光通信模块与车辆控制台21连接，车辆控制台21与IC卡读入设备24、显示屏25连接，车辆控制台通过IC卡读入设备读取交通卡里面的信息，并控制显示屏显示相应的信息。交通卡一般包含两种信息，一种是使用者信息：包括车的ID值，车型信息以及预付款金额或者其账号；另外一种是收费信息：包括入口的信息、收费金额、时间和地点等。当车辆到达收费站时，车辆控制台通过可见光通信模块控制车前灯与收费站进行信息交互。

Claims (10)

1.一种基于可见光通信的道口收费装置，其特征在于，包括：

可见光通讯装置，用于实现车辆与收费站的数据通讯；

控制器，用于控制车道栏杆和信号灯；

图像抓拍装置，用于抓拍车辆图片；

计算机，用于控制控制器操作车道栏杆、计算费用、控制可见光通讯装置接收和发送信息；

可见光通讯装置、控制器和图像抓拍装置与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的道口收费装置，其特征在于，所述的计算机内设置有自动收费处理模块，当车辆经过车道入口时，记录车辆发过来的信息，并将入口信息发送给车辆，当车辆经过车道出口时，系统根据车辆发送过来的入口信息，计算出收费额度，并将出口信息发送给车辆，系统记录下收费信息；

设备控制模块，依据可见光通讯装置收到的信息判断车辆的状况和行为控制车道自动栏杆的升起降落；

图像抓拍识别模块，对通过车辆进行图像抓拍，并将抓拍图像与处理信息关联后保持。

3.根据权利要求2所述的基于可见光通信的道口收费装置，其特征在于，所述的计算机内设置有异常车辆处理模块，当异常车辆不具有可见光通信功能，未成功进行入口信息写入或者出口收费处理的车辆，会使自动栏杆保持关闭状态以拦截车辆，提醒工作人员进行处理。

4.根据权利要求3所述的基于可见光通信的道口收费装置，其特征在于，所述的计算机内设置有数据库管理和同步模块，提供数据库管理功能，并具有数据同步功能，车辆和交易信息及时与收费站系统进行同步。

5.根据权利要求2所述的基于可见光通信的道口收费装置，其特征在于，所述的自动收费处理模块，当车辆经过车道入口时，记录车辆发过来的信息，并将入口信息发送给车辆；当车辆经过车道出口时，系统根据车辆发送过来的入口信息，包括通过区域号、路段号、站点号、车道号、入口时间、入口状态标识、车型和车牌号码，计算出收费额度，并将出口信息，包括通过网络号、站点号、车道号、时间、出口状态标识、车型和车牌号码发送给车辆，记录下收费信息，包括入口和出口信息，交通卡的信息以及时间。

6.根据权利要求2所述的基于可见光通信的道口收费装置，其特征在于，所述的设备控制模块，根据车辆的状况和行为控制车道相应的设备，包括自动栏杆的升起降落、通信信号灯的切换、声光报警器的开启和关闭以及费额和车辆信息的显示。

7.根据权利要求2所述的基于可见光通信的道口收费装置，其特征在于，所述的图像抓拍识别模块，同时对抓拍图像具有车牌识别功能，处理异常情况或者与接收到的车牌信息进行对比。

8.根据权利要求2所述的基于可见光通信的道口收费装置，其特征在于，所述的计算机内设置有人工半自动收费系统，所述的人工半自动收费系统与基于可见光通信的道口收费装置连接，实现相互切换。

9.根据权利要求1所述的基于可见光通信的道口收费装置，其特征在于，所述的可见光通讯装置包括分别设置在车辆上和道口处的可见光通信模块，车辆上的可见光通信模块与前车灯连接，车辆控制台连接有可见光通信模块和IC卡读入设备，设置在道口的可见光通信模块与计算机连接，该可见光通信模块设置有用于发射光信号的灯，所述的计算机连接有控制器，所述的控制器与车道栏杆连接，所述的控制器还连接有图像抓拍装置，所述的控制器还连接有声光报警装置。

10.一种基于可见光通信的道口收费装置的收费系统，其特征在于，包括若干个基于可见光通信的道口收费装置，所述的若干个基于可见光通信的道口收费装置的计算机与收费站交换器连接，该交换器连接有收费站服务器、高速公路系统的数据库。