TW201317942A - 用於高速公路多車道自由流的電子收費方法以及系統 - Google Patents

Abstract

一種用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，包括：一中央控制器；一電子收費車載單元，設置於一車輛中；以及一路側單元，設置於高速公路之一收費區內，連接至該中央控制器，包括：一控制通道天線，用以接收該電子收費車載單元之一預約請求訊息；複數服務通道天線，用以和該中央控制器所指定之一服務通道之電子收費車載單元收送訊息。

Description

用於高速公路多車道自由流的電子收費方法以及系統

本發明係有關於一種用於高速公路的電子收費方法以及系統，且特別是有關於用於高速公路多車道自由流(Multi-lane free-flow)的電子收費方法以及系統。

智慧型運輸系統(Intelligent Transportation System,ITS)是運用電子、資訊、通訊與控制等科技，以最少資源發揮最大效用的運輸系統。高速公路電子收費(Electronic Toll Collection,ETC)是智慧型運輸系統重要的一環節，電子收費的建置無需額外的占地面積及人員，具有節省能源消耗、減少廢氣排放和對城市環境的汙染、降低車輛零件損耗、減少收費人力、降低收費管理成本等好處。

高速公路電子收費系統主要透過通訊交易來完成扣款收費，車輛必須搭載電子收費車載單元(On Board Unit,OBU)以及無線通訊裝置，當車輛行經電子收費閘門上的路側單元(Road-Side Unit,RSU)所定義好的收費區域時，電子收費車載單元便會自動與路側單元以無線通訊的方式使用特定的通道(Channel)通報後端的扣款模組，扣款模組將根據電子收費車載單元的識別碼與使用者事先登錄的車型種類、扣款帳戶等資料，進行扣除通行費用的程序。

依收費模式的不同，高速公路電子收費系統可分為單車道自由流動(Single-lane Free Flow,SLFF)與多車道自由流動(Multi-lane Free Flow,MLFF)兩種架構。此兩種架構都屬於自由流動模式(Free Flow)，可讓車輛自由通過收費口不需設置柵欄迫使車輛停下來。不同點在於，多車道自由流電子收費不受閘道的限制，允許車輛任意切換車道，因此車輛可用較高的速度通過收費站，尤其是在車流密度較高的地區更為明顯，為目前各國發展電子收費系統的趨勢。然而相對於單車道自由流電子收費環境，多車道自由流電子收費系統必須在更短的時間內完成更多電子收費車載單元與路側單元之間的收費交易，因此對於系統的承載量與延遲的需求也更為嚴格，必須有穩定通訊品質才能維持高流量且可靠的收費交易。

可作為電子通訊的媒介有很多，主要以專用短距通訊技術(Dedicated Short Range Communication,DSRC)為主，如紅外線(Infrared)、無線射頻辨識(RFID)等。台灣目前的國道電子收費系統即是使用紅外為基礎的專用短距通訊技術，但是紅外線容易受天候影響，以及光的直向性的限制，僅適合用在單車道自由流動環境，對於紓解車流量的效果有限。此外，紅外線的技術是壟斷的，每年還必需支付給國外一筆龐大的權利金。美國的聯邦通訊委員會(FCC)為了因應車用網路環境對於高速、低延遲、且穩定的傳輸需求，特別在5.8GHz頻帶下分配75MHz的頻寬，作為車用環境無線存取(Wireless Access in Vehicular Environments,WAVE)之使用，並由美國電氣與電子工程師協會(IEEE)為車用環境無線存取情境定義了一組通訊標準，車用環境無線存取/專用短距通訊技術(WAVE/DSRC)是採用專屬於車用系統的網路頻帶，由於頻段獨立，傳輸速率也較有保障，能夠做到在短距離之內可靠更迅速的資料傳輸，因此更適合處理多車道自由流這種高車流密度的網路環境。

然而，目前應用於電子收費系統的專用短距通訊技術多半只使用單一通道(Single Channel)進行交易，系統負載量較低，無法因應高車流的多車道自由流電子收費環境，也將面臨嚴重的干擾問題(Interference)，而產生較高的通訊延遲時間(Delay)。此外，現有技術主要是採用競爭(Contention)方式，讓每輛車的電子收費車載單元分別去向路側單元競爭通道的使用權。這種方式雖然易於實作，卻無法保證每輛車都能順利的取得通道來完成交易，在高車流密度下將嚴重影響交易的穩定性。

有鑑於此，一種更進一步用於高速公路多車道自由流的電子收費方法以及系統是有待開發的。

本發明提供一種用於高速公路多車道自由流的電子收費方法以及系統。

本發明提供實施例之一種用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，包括：一中央控制器；一電子收費車載單元，設置於一車輛中；以及一路側單元，設置於高速公路之一收費區內，連接至該中央控制器，包括：一控制通道天線，用以接收該電子收費車載單元之一預約請求訊息；複數服務通道天線，用以對中央控制器所指定之一服務通道天線之電子收費車載單元收送訊息。

本發明提供實施例之一種用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，用於設置於一車輛中之電子收費車載單元及一電子收費系統，其中該車輛藉由該電子收費車載單元執行以下操作：接收該電子收費系統之一控制通道天線所廣播之一預約指示訊息；傳送一預約請求訊息至該控制通道天線，以請求該電子收費系統之一中央控制器分配一預約服務通道天線；接收由該控制通道天線所傳送由該中央控制器的一通道分配模組分配該預約服務通道天線的一預約回應訊息；以及回傳一預約確認訊息至該控制通道天線。

本發明提供實施例之一種用於高速公路多車道自由流的電子收費車載單元，該電子收費車載單元設置於一車輛中，該車輛透過該電子收費車載單元執行以下操作：接收一控制通道天線所廣播之一預約指示訊息；傳送一預約請求訊息至該控制通道天線；接收由該控制通道天線所傳送一中央控制器的通道分配模組所分配一預約服務通道天線的一預約回應訊息；以及回傳一預約確認訊息至該控制通道天線。

本發明提供實施例之一種用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，用於設置於高速公路的一收費區之路側單元，其中該路側單元連接至一中央控制器，包括一控制通道天線及複數服務通道天線，其中該路側單元執行以下操作：藉由一控制通道天線接收設置於一車輛中的電子收費車載單元之一預約請求訊息；藉由複數服務通道天線傳送該中央控制器所指定之一服務通道天線之訊息至該電子收費車載單元。

本發明提供實施例之一種用於高速公路多車道自由流的路側單元，該路側單元設置於高速公路的一收費區內，連接至一中央控制器，包括：一控制通道天線，用以接收設置於一車輛中的電子收費車載單元之一預約請求訊息；複數服務通道天線，用以傳送該中央控制器所指定之一服務通道天線之訊息至該電子收費車載單元。

為使本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明提供一種用於高速公路多車道自由流的電子收費方法以及系統。第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之用於高速公路多車道自由流電子收費系統的示意圖。如第1圖所示，在高速公路的收費區內設置一座具有多重天線(Multi-radio)的路側單元12，負責主要的收費交易。路側單元12的每根天線固定在一個獨立的通道上，包含一控制通道(Control Channel,CCH)天線120，以及複數服務通道(Service Channel,SCH)天線121、122、123、及124。控制通道天線120的通訊範圍涵蓋預約區(Reservation Zone)及收費區(Transaction Zone)內的所有車道。複數服務通道天線121～124的通訊範圍涵蓋收費區內的所有車道。在另一實施例中，可在收費區內裝設執法線18與影像執法裝置16，當車輛通過執法線18時，會對車牌做取像的動作，以進行後續的執法匹配作業。

路側單元12以有線網路或電子迴路的方式連結到一個後端的中央控制器(Central Controller)14，該中央控制器14包含一個通道分配模組(Channel Allocator)141以及一個輪詢排程模組(Polling Scheduler)142，分別負責服務通道的分配、與各服務通道內輪詢順序的安排。值得注意的是，雖然此處所述路側單元12係以有線網路或電子迴路的方式連結至中央控制器14，但中央控制器14可被整合至路側單元12中，以簡化此系統。

每輛車輛裝置一部具有單一天線的電子收費車載單元(OBU)10。電子收費車載單元10的天線可動態在控制通道天線120與複數服務通道天線121～124之間作通道切換，當沒有與路側單元12通訊時，則停留在控制通道聽取訊息。在此實施例中，控制通道為電子收費車載單元10與路側單元12溝通的預設通道。

考慮一輛具有電子收費車載單元10的車輛行駛在高速公路上，路側單元12藉由控制通道協助在預約區的車輛進入收費區前預約一個可用的服務通道。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之一輛具有電子收費車載單元的車輛預約一服務通道天線的詳細流程圖。如第2圖所示，該路側單元藉由控制通道週期地廣播一預約指示訊息至電子收費車載單元。此預約指示訊息包含收費站代碼sid。當車輛進入預約區並且收到預約指示訊息時，電子收費車載單元會隨機等待一段倒數(backoff)時間，並送出一個預約請求訊息至控制通道向路側單元請求預約一個服務通道，此預約請求訊息包含車輛代碼vid以及預約指示訊息中所取得的收費站代碼sid。路側單元收到該預約請求訊息後，比對訊息內的收費站代碼sid是否與本身的收費站代碼sid相同，如果不同則直接丟棄此訊息，如果相同則將此預約請求訊息轉交給中央控制器，中央控制器利用通道分配模組選取一個適合的服務通道，並透過一個預約回應訊息回覆給路側單元。路側單元會再將此訊息轉交給電子收費車載單元，並等待電子收費車載單元回覆一個預約確認訊息。路側單元將此預約確認訊息轉交給中央控制器的通道分配模組及輪詢排程模組進行後續的通道分配與輪詢排程，而車輛收到此預約回應訊息後即可切換到指定的服務通道完成預約。

有關上述通道分配輪詢排程的部分，中央控制器的通道分配模組會根據車輛的車速vel、以及傳輸距離R，依下列式子推算出該車輛行經收費區的時間S：

並根據各服務通道天線下輪詢清單(polling list)的長度，算出每一個服務通道天線(SCH#i)的輪詢週期C _i ，例如第一服務通道天線(SCH#1)與第二服務通道天線(SCH#2)的輪詢清單分別有8輛與15輛車被排入，而每輛車的輪詢時間是p(例如200毫秒)，則輪詢週期C ₁與C ₂分別是1.2秒與3秒，車輛將會被分配滿足C _i <S且C _i 最小的那個服務通道天線(SCH#i)，第一個條件是為了確保該車輛進入收費區後至少與路側單元交易一次，第二個條件則是為了平衡通道的負載，使負載較輕的服務通道天線優先被使用。如果所有的服務通道天線均無法滿足第一個條件，中央控制器的通道分配模組會將符合第二個條件的服務通道天線指定給該車輛，並通知輪詢排程模組(Polling scheduler)進行服務通道天線的排程變更。

有關上述輪詢排程部分，正常情況下輪詢排程模組會以先到先預約(First Come First Serve)的方式，將收到的預約確認請求排到所指定服務通道天線(SCH#i)的最後一個順位。如果同時收到排程變更，則會在不影響其它車輛符合第一個條件的情況下，將該預約確認請求安插到輪詢等待時間小於S+T的順位，T為車輛預估進入收費區的剩餘時間。如果排程變更會使至少一台車輛違反第一個條件，則代表此電子收費系統超出負載。完成排程後，輪詢排程模組會向路側單元更新該車輛所指定服務通道天線的輪詢清單。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之一輛在預約區向路側單元完成一服務通道天線預約並進入收費區進行扣款交易的詳細流程圖。如第3圖所示，此服務通道天線一開始的輪詢清單為{vid ₁,vid ₂}，若一車輛代碼為vid ₃的車輛完成此服務通道的預約時，中央控制器會傳送一輪詢增加訊息至路側單元，將車輛代碼vid ₃加入此服務通道天線的輪詢清單中，此輪詢清單則更新為{vid ₁,vid ₂,vid ₃}。各服通道天線會依據其輪詢清單的順序向車載單元送出一個輪詢通知訊息(Polling)，並等待一段正常狀況下所需的交易時間。此輪詢通知訊息至少包含被輪詢車輛的車輛代碼vid ₁及收費站本身的收費站代碼sid。當該電子收費車載單元收到此輪詢通知訊息並比對無誤後，即可送出一交易資料，路側單元再將此交易資料轉送給中央控制器進行扣款的程序。完成扣款後，中央控制器會透過路側單元回覆一交易確認訊息給收費交易車載單元。當收費交易車載單元在收到交易確認訊息後即完成收費(扣款)的程序，因此可切換回預設的控制通道以聽取下一個預約指示訊息。若車輛未在一段正常的時間內傳送交易資料，如第3圖車輛代碼為vid ₂的車輛，中央控制器會傳送一輪詢移除訊息給路側單元，將此車輛代碼vid ₂從輪詢清單中移除。而路側單元藉由此服務通道天線送出交易確認訊息後，(vid ₁終止)即可對輪詢清單中下一個車輛(vid ₃)的電子收費車載單元進行輪詢。

以上為正常的運作程序，實際運作會因為通訊或系統問題面臨例外狀況。例如，電子收費車載單元未收到路側單元的預約回應訊息、或是路側單元未收到電子收費車載單元的預約確認訊息情況，均視為電子收費車載單元未在進入收費區前完成服務通道天線的預約。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之一輛在預約區未預約完成的車輛進入收費區進行扣款交易的詳細流程圖。如第4圖所示，若該車輛在預約區未預約完成，則該車輛進入收費區後，電子收費車載單元則會持續與控制通道天線傳輸訊息，以競爭基礎的方式向路側單元進行交易。首先，電子交易車載單元傳送一交易請求訊息至控制通道天線向路側單元請求交易。此交易請求訊息包含車輛代碼vid、車輛位置vloc、車速vel，以及預約指示訊息中所取得的收費站代碼sid。路側單元收到該交易請求訊息後，比對訊息內的收費站代碼sid是否與本身的收費站代碼sid相同，如果不同則直接丟棄此訊息，如果相同則回傳一交易回應訊息。此交易回應訊息包含此車輛的車輛代碼vid及收費站本身的收費站代碼sid。當該電子收費車載單元收到此交易回應訊息並比對無誤後，即可送出一交易資料，路側單元再將此交易資料轉送給中央控制器進行扣款的程序。中央控制器扣款完成後再透過路側單元回覆一個交易確認訊息給收費交易車載單元。當收費交易車載單元在收到交易確認訊息後即完成收費的程序。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之一設置於一車輛中的電子收費車載單元的運作流程圖。在此實施例中，控制通道天線為電子收費車載單元與路側單元溝通的預設通道。首先開始，在步驟S501中，電子收費車載單元預設控制通道天線為與路側單元溝通的預設天線。在步驟S502中，電子收費車載單元接收路側單元透過控制通道天線所廣播之預約指示訊息。在步驟S503中，電子收費車載單元接收預約指示訊息後，傳送一預約請求訊息至該控制通道給路側單元，並記錄所傳送預約請求訊息的次數。接著，在步驟S504中，判斷是否接收到由該控制通道天線所傳送一中央控制器的通道分配模組所分配一預約服務通道天線的一預約回應訊息。

若接收到由該控制通道天線所傳送一中央控制器的通道分配模組所分配一預約服務通道天線的一預約回應訊息(步驟S504的「是」)，在步驟S505中，回傳一預約確認訊息至該控制通道天線給路側單元完成預約。接著在步驟S506中，由控制通道切換至預約服務通道。在進入收費區時，在步驟S507中，電子收費車載單元判斷是否在一定義時間內接收到該預約服務通道天線所傳送的輪詢通知訊息。若在一定義時間內接收到該預約服務通道天線所傳送的輪詢通知訊息(步驟S507的「是」)，在步驟S508中，傳送一交易資料至該預約服務通道天線。若在一預訂時間內沒有接收到該預約服務通道天線所傳送的輪詢通知訊息(步驟S507的「否」)，在步驟S510中，電子收費車載單元則由預約服務通道切換回預設的控制通道，繼續執行與下個收費站的預約。在步驟S508之後，在步驟S509中，電子收費車載單元判斷是否接收由該預約服務通道天線所傳送的一交易確認訊息？若接收到該交易確認訊息(步驟S509的「是」)，則確定扣款成功回到步驟S510。若未接收到該交易確認訊息(步驟S509的「否」)，則回到步驟S507，繼續判斷是否在一預訂時間內接收到該預約服務通道天線所傳送的輪詢通知訊息。

若未接收到由該控制通道天線所傳送一中央控制器的通道分配模組所分配一預約服務通道天線的一預約回應訊息(步驟S504的「否」)，在步驟S511中，發生此狀況時，電子收費車載單元會判斷重傳預約請求訊息的次數是否超過一事先定義的次數。若未超過超過一事先定義的次數(步驟S511的「否」)，則電子收費車載單元會依據目前的位置，重新計算競爭視窗CW值，並回到步驟S503中，重傳預約請求訊息。若已超過一事先定義的次數(步驟S511的「是」)，則在進入收費區時，在步驟S512中，電子收費車載單元會傳送之一交易請求訊息至該控制通道天線。接著在步驟S513中，判斷是否接收到該路側單元藉由該控制通道天線所傳送之一交易回應訊息。若接收到該交易回應訊息(步驟S513的「是」)，在步驟S514中，則傳送一交易資料至該預約服務通道天線。接下來在步驟S515中，再判斷是否接收由該預約服務通道天線所傳送的一交易確認訊息。若若電子收費車載單元已接收交易確認訊息(步驟S515的「是」)時，將回到步驟S502，重新接續此流程。其中，在步驟S513及步驟S515中，若電子收費車載單元未接收交易回應訊息(步驟S513的「否」)或交易確認訊息(步驟S515的「否」)時，電子收費車載單元於步驟S512及S515中會記錄傳送交易請求訊息的次數及交易資料的次數，並判斷上述次數是否超過一事先定義的次數(步驟S516及步驟S517)。若未超過一事先定義的次數(步驟S516及步驟S517中的「否」)，則繼續重傳。若已超過一事先定義的次數(步驟S516及步驟S517中的「是」)，在步驟S518中，則交易失敗並交由後端執法匹配系統進行後續執法作業。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之一設置於高速公路的一收費區之路側單元在預約區的運作流程圖。在此實施例中，控制通道天線為電子收費車載單元與路側單元溝通的預設通道。首先開始，在步驟S601中，路側單元預設控制通道天線為與電子收費車載單元在預約區溝通的預設天線。在步驟S602中，路側單元藉由控制通道天線廣播一預約指示訊息至該電子收費車載單元。並在步驟S603中，接收該電子收費車載單元回傳之一預約請求訊息。接收到預約請求訊息後，在步驟S604中，傳送該預約請求訊息至該中央控制器中的通道分配模組。在步驟S605中，接收由該通道分配模組所分配一預約服務通道天線的一預約回應訊息。在步驟S606中，藉由控制通道天線回傳該預約回應訊息至該電子收費車載單元，路側單元並紀錄所傳送該預約回應訊息的次數。在步驟S607中，路側單元藉由該控制通道天線判斷是否接收由電子收費車載單元所回傳的一預約確認訊息。若已接收到由電子收費車載單元所回傳的預約確認訊息(步驟S607的「是」)，在步驟S608中，則傳送該預約確認訊息至該中央控制器完成預約。若未接收到由電子收費車載單元所回傳的預約確認訊息，(步驟S607的「否」)，在步驟S609中，路側單元判斷所傳送該預約回應訊息的次數上述次數是否超過一事先定義的次數。若未超過一事先定義的次數(步驟S609中的「否」)，則繼續重傳。若已超過一事先定義的次數(步驟S609中的「是」)，步驟S610中，則通知中央控制器取消此預約請求。

第7A及7B圖係顯示根據本發明一實施例所述之一車輛進入收費區時路側單元的運作流程圖。如第7A及7B圖所示，路側單元的運作分為兩部份。第7A圖中的A部份為路側單元藉由複數服務通道天線與電子收費車載單元通訊之運作流程。第7B圖中的B部份為路側單元藉由控制通道天線與電子收費車載單元通訊之運作流程。若車輛在預約區已完成預約，在進入收費區後，路側單元則與車輛及中央控制器執行B部份之運作流程。若車輛在預約區未完成預約，在進入收費區後，路側單元則與車輛及中央控制器執行A部份之運作流程。

在此實施例的A部份中，以下以第一服務通道天線來說明，然而，熟習此技藝人士亦可類推其他所述之服務通道天線與電子收費車載單元通訊之運作流程。首先，路側單元接收來自中央控制器的第一輪詢清單，在步驟S701中，預設第一輪詢清單中車輛代碼順序為第一的車輛為優先。在步驟S702中，路側單元藉由第一服務通道天線傳送一輪詢通知訊息至第一輪詢清單中的此優先車輛的電子收費車載單元，其中第一輪詢清單中的車輛以交易優先順序排列。在步驟S703中，判斷是否在一定義時間內接收到該電子收費車載單元所傳送之一交易資料。

若在一定義時間內接收到第一電子收費車載單元所傳送之交易資料(步驟S703中的「是」)，在步驟S704中，傳送交易資料至中央控制器。接著在步驟S705中，接收中央控制器所傳送之交易確認訊息。在步驟S706中，路側單元藉由第一服務通道天線傳送此交易確認訊息至第一電子收費車載單元。最後，在步驟S707中，路側單元在確認第一車輛已完成扣款後，從第一輪詢清單中移除此車輛的車輛代碼。在步驟S708中，第一服務通道天線將原先所預設之車輛，改設定為第一輪詢清單中較先前車輛順序為較後的車輛。在步驟S709中，判斷第一輪詢清單是否更新。若第一輪詢清單已更新(步驟S709中的「是」)，則回到步驟S701中，對第一輪詢清單中順序為第一的車輛做運作。若第一輪詢清單未更新(步驟S709中的「否」)，則回到步驟S702中，對較先前車輛順序較後之車輛進行運作。

若在一定義時間內未接收到第一電子收費車載單元所傳送之交易資料時，(步驟S703中的「否」)，則進入步驟S708中，第一服務通道天線將原先所預設之車輛，改設定為第一輪詢清單中較先前車輛順序為較後的車輛，並進行之後步驟。

在A部份中，在步驟S711中，第一服務通道天線隨時接收由中央控制器所傳送之一輪詢增加訊息。接著在步驟S712中，將輪詢增加訊息中的車輛代碼vid加入至第一服務通道天線的第一輪詢清單中。在步驟S713中，第一服務通道天線隨時接收由中央控制器所傳送之一輪詢移除訊息。接著在步驟S714中，將輪詢移除訊息中的車輛代碼vid從第一服務通道天線的第一輪詢清單中移除。

在上述A部份中，第一服務通道天線同時進行步驟S701、步驟S711以及步驟S713的運作。然而，熟習此技藝人士亦可類推其他所述之服務通道天線與電子收費車載單元通訊之運作流程。

在此實施例的B部份中，在步驟S721中，控制通道天線接收來自一未預約成功的車輛之電子收費車載單元所傳送之一交易請求訊息。在步驟S722中，路側單元藉由控制通道天線傳送一交易回應訊息至該電子收費車載單元，並紀錄所傳送交易回應訊息的次數。在步驟S723中，路側單元判斷是否接收由電子收費車載單元所傳送之一交易資料。

若有接收到由電子收費車載單元所傳送之一交易資料(步驟S723中的「是」)，在步驟S724中，傳送該交易資料至中央控制器進行扣款。接著，在步驟S725中接收由中央控制器所傳送之一交易確認訊息。最後，在步驟S726中，傳送該交易確認訊息至該電子收費車載單元完成收費。

若未接收到由電子收費車載單元所傳送之一交易資料(步驟S723中的「否」)，在步驟S727中，路側單元判斷所傳送該交易回應訊息的次數上述次數是否超過一事先定義的次數。若未超過一事先定義的次數，(步驟S727中的「否」)，則繼續重傳。若已超過一事先定義的次數，(步驟S727中的「是」)，則交易失敗並交由後端執法匹配系統進行後續執法作業。

第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之中央控制器的運作流程圖。如第8圖所示，中央控制器的運作分為兩部份。A部份為中央控制器中通道分配模組分配車輛的服務通道、輪詢排程模組安排各服務通道內的車輛輪詢順序以及扣款的運作流程。B部份為中央控制器與未預約完成之車輛藉由路側單元進行扣款之運作流程。

在此實施例的A部份中，在步驟S801，中央控制器接收一車輛藉由路側單元所傳送之預約請求訊息。在步驟S802中，中央控制器通知通道分配模組選擇一服務通道天線。在步驟S803中，中央控制器回傳所選擇一服務通道天線之一預約回應訊息至路側單元。在步驟S804中，中央控制器判斷是否在一定義時間內接收一預約確認訊息。

若中央控制器在一定義時間內未接收一預約確認訊息(步驟S804中的「否」)，在步驟S805中，取消對此車輛的輪詢排程，預約失敗。

若中央控制器在一定義時間內接收一預約確認訊息(步驟S804中的「是」)，在步驟S806中，則中央控制器傳送一輪詢增加訊息至路側單元，用以增加此車輛代碼至該服務通道天線的輪詢表中。接著，在步驟S807中，判斷是否在一定義時間內接收此車輛藉由路側單元所傳送之一交易訊息。若中央控制器在一定義時間內未接收此交易訊息(步驟S807中的「否」)，在步驟S808中，傳送一輪詢移除訊息至路側單元以移除此車輛代碼。若中央控制器在一定義時間內接收到此交易訊息(步驟S807中的「是」)，在步驟S809中，中央控制器進行扣款並回傳一交易確認訊息至路側單元。

在此實施例的B部份中，在步驟S811中，中央控制器接收此車輛藉由路側單元所傳送之一交易訊息。在步驟S12中，中央控制器進行扣款並回傳一交易確認訊息至路側單元。

因此，透過本案之用於高速公路多車道自由流的電子收費方法以及系統，可同時結合競爭基礎(Contention-based)及輪詢基礎(Polling-based)傳輸，使配置一電子收費車載單元的車輛在進入收費區前，先以競爭的方式預約一個可用的通道天線，進入收費區後再切換為輪詢基礎的方式，等待該通道天線所傳送的輪詢通知訊息，唯有收到通知的車輛才會與路側單元進行交易，可大幅提升交易的穩定性。後端中央控制器收到通道天線所傳送之請求訊息時，會依據各通道目前的使用狀況，分配負載較輕的通道天線給電子收費車載單元，可進一步提升系統的負載能力及交易成功率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．電子收費車載單元

12．．．路側單元

120．．．控制通道天線

121~124．．．服務通道天線

14．．．中央控制器

16．．．影像執法裝置

18．．．執法線

141．．．通道分配模組

142．．．輪詢排程模組

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之用於高速公路多車道自由流電子收費系統的示意圖。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之一輛具有電子收費車載單元的車輛預約一服務通道的詳細流程圖。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之一輛在預約區已預約完成的車輛進入收費區進行扣款交易的詳細流程圖。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之一輛在預約區未預約完成的車輛進入收費區進行扣款交易的詳細流程圖。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之一設置於一車輛中的電子收費車載單元的運作流程圖。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之一設置於高速公路的一收費區之路側單元在預約區的運作流程圖。

第7A及7B圖係顯示根據本發明一實施例所述之一車輛進入收費區時路側單元的運作流程圖。

第8圖係顯示根據本發明一實施例所述之中央控制器的運作流程圖。

10．．．電子收費車載單元

12．．．路側單元

120．．．控制通道天線

121~124．．．服務通道天線

14．．．中央控制器

16．．．影像執法裝置

18．．．執法線

141．．．通道分配模組

142．．．輪詢排程模組

Claims (26)

1. 一種用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，包括：一中央控制器；一電子收費車載單元，設置於一車輛中；以及一路側單元，設置於高速公路之一收費區內，連接至該中央控制器，包括：一控制通道天線，用以接收該電子收費車載單元之一預約請求訊息；複數服務通道天線，用以傳送該中央控制器所指定之一服務通道天線之訊息至該電子收費車載單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，其中該中央控制器更包括：一通道分配模組，依據該預約請求訊息用以指定該服務通道天線給該車輛；以及一輪詢排程模組，當複數車輛被分配至同一服務通道天線時，排定該服務通道天線對該等車輛的輪詢清單。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，其中該控制通道天線涵蓋範圍包括一預約區及該收費區。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，其中該等服務通道天線涵蓋範圍為該收費區。
5. 如申請專利範圍第3項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，其中該路側單元藉由該控制通道天線執行以下操作：廣播一預約指示訊息至該電子收費車載單元；接收到該預約請求訊息後，傳送該預約請求訊息至該中央控制器中的通道分配模組；以及回傳由該通道分配模組所分配一預約服務通道天線的一預約回應訊息至該電子收費車載單元。
6. 如申請專利範圍第5項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，其中，該路側單元更藉由該控制通道天線接收由該電子收費車載單元回傳的一預約確認訊息；以及，傳送該預約確認訊息至該中央控制器的輪詢排程模組；其中，該輪詢排程模組接收該預約確認訊息而進行該預約服務通道天線之輪詢清單的排程變更。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，其中該路側單元藉由該預約服務通道天線執行以下操作：接收來自該中央控制器的輪詢清單；依據該輪詢清單傳送一輪詢通知訊息至該電子收費車載單元；接收該電子收費車載單元所傳送之一交易資料；以及傳送該交易資料至該中央控制器進行扣款；其中，該中央控制器從該預約服務通道天線之輪詢清單中移除該車輛。
8. 如申請專利範圍第6項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，若該控制通道天線沒有接收到該電子收費車載單元所傳送的該預約確認訊息時，該路側單元藉由該控制通道天線執行以下操作：接收由該電子收費車載單元所傳送之一交易請求訊息；傳送一交易回應訊息至該電子收費車載單元；接收由該電子收費車載單元所傳送之一交易資料；傳送該交易資料至該中央控制器進行扣款；以及回傳從該中央控制器所傳送之一交易確認訊息至該電子收費車載單元完成收費。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費系統，其中該中央控制器設置於該路側單元中。
10. 一種用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，用於設置於一車輛中之電子收費車載單元及一電子收費系統，其中該車輛藉由該電子收費車載單元執行以下操作：接收該電子收費系統之一控制通道天線所廣播之一預約指示訊息；傳送一預約請求訊息至該控制通道天線，以請求該電子收費系統之一中央控制器分配一預約服務通道天線；接收由該控制通道天線所傳送由該中央控制器的一通道分配模組分配該預約服務通道天線的一預約回應訊息；以及回傳一預約確認訊息至該控制通道天線。
11. 如申請專利範圍第10項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，更包括以下操作：接收該預約服務通道天線所傳送的一輪詢通知訊息；傳送一交易資料至該預約服務通道天線；以及接收由該預約服務通道天線所傳送的一交易確認訊息。
12. 如申請專利範圍第10項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，若該電子收費車載單元沒有接收到該預約回應訊息時，更包括以下操作：傳送之一交易請求訊息至該控制通道天線；接收該路側單元藉由該控制通道天線所傳送之一交易回應訊息；傳送一交易資料至該預約服務通道天線；以及接收由該預約服務通道天線所傳送的一交易確認訊息。
13. 一種用於高速公路多車道自由流的電子收費車載單元，該電子收費車載單元設置於一車輛中，該車輛透過該電子收費車載單元執行以下操作：接收一控制通道天線所廣播之一預約指示訊息；傳送一預約請求訊息至該控制通道天線；接收由該控制通道天線所傳送一中央控制器的通道分配模組所分配一預約服務通道天線的一預約回應訊息；以及回傳一預約確認訊息至該控制通道天線。
14. 如申請專利範圍第13項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費車載單元，更包括以下操作：接收該預約服務通道天線所傳送的一輪詢通知訊息；傳送一交易資料至該預約服務通道天線；以及接收由該預約服務通道天線所傳送的一交易確認訊息。
15. 如申請專利範圍第13項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費車載單元，若該電子收費車載單元沒有接收到該預約回應訊息時，更包括以下操作：傳送之一交易請求訊息至該控制通道天線；接收該路側單元藉由該控制通道天線所傳送之一交易回應訊息；傳送一交易資料至該預約服務通道天線；以及接收由該預約服務通道天線所傳送的一交易確認訊息。
16. 一種用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，用於設置於高速公路的一收費區之路側單元，其中該路側單元連接至一中央控制器，包括一控制通道天線及複數服務通道天線，其中該路側單元執行以下操作：藉由一控制通道天線接收設置於一車輛中的電子收費車載單元之一預約請求訊息；藉由複數服務通道天線傳送該中央控制器所指定之一服務通道天線之訊息至該電子收費車載單元。
17. 如申請專利範圍第16項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，其中該路側單元藉由該控制通道天線執行以下操作：廣播一預約指示訊息至該電子收費車載單元；接收到該電子收費車載單元回傳之一預約請求訊息；傳送該預約請求訊息至該中央控制器中的通道分配模組；以及回傳由該通道分配模組所分配一預約服務通道天線的一預約回應訊息至該電子收費車載單元。
18. 如申請專利範圍第17項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，該路側單元更藉由該控制通道天線接收由該電子收費車載單元回傳的一預約確認訊息；以及，傳送該預約確認訊息至該中央控制器的輪詢排程模組。
19. 如申請專利範圍第18項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，其中該路側單元藉由該預約服務通道天線執行以下操作：接收來自該中央控制器的輪詢清單；依據該輪詢清單傳送一輪詢通知訊息至該電子收費車載單元；接收該電子收費車載單元所傳送之一交易資料；以及傳送該交易資料至該中央控制器進行扣款。
20. 如申請專利範圍第18項所述之用於高速公路多車道自由流的電子收費方法，若該控制通道天線沒有接收到該電子收費車載單元所傳送的該預約確認訊息時，該路側單元藉由該控制通道天線執行以下操作：接收由該電子收費車載單元所傳送之一交易請求訊息；傳送一交易回應訊息至該電子收費車載單元；接收由該電子收費車載單元所傳送之一交易資料；傳送該交易資料至該中央控制器進行扣款；以及回傳從該中央控制器所傳送之一交易確認訊息至該電子收費車載單元完成收費。
21. 一種用於高速公路多車道自由流的路側單元，該路側單元設置於高速公路的一收費區內，與一中央控制器進行資料傳輸，包括：一控制通道天線，用以接收設置於一車輛中的電子收費車載單元之一預約請求訊息；複數服務通道天線，用以傳送該中央控制器所指定之一服務通道天線之訊息至該電子收費車載單元。
22. 如申請專利範圍第21項所述之用於高速公路多車道自由流的路側單元，其中該路側單元藉由該控制通道天線執行以下操作：廣播一預約指示訊息至該電子收費車載單元；接收到該電子收費車載單元回傳之一預約請求訊息；傳送該預約請求訊息至該中央控制器中的通道分配模組；以及回傳由該通道分配模組所分配一預約服務通道天線的一預約回應訊息至該電子收費車載單元。
23. 如申請專利範圍第22項所述之用於高速公路多車道自由流的路側單元，該路側單元更藉由該控制通道天線接收由該電子收費車載單元回傳的一預約確認訊息；以及，傳送該預約確認訊息至該中央控制器的輪詢排程模組。
24. 如申請專利範圍第23項所述之用於高速公路多車道自由流的路側單元，其中該路側單元藉由該預約服務通道天線執行以下操作：接收來自該中央控制器的輪詢清單；依據該輪詢清單傳送一輪詢通知訊息至該電子收費車載單元；接收該電子收費車載單元所傳送之一交易資料；以及傳送該交易資料至該中央控制器進行扣款。
25. 如申請專利範圍第23項所述之用於高速公路多車道自由流的路側單元，若該控制通道天線沒有接收到該電子收費車載單元所傳送的該預約確認訊息時，該路側單元藉由該控制通道天線執行以下操作：接收由該電子收費車載單元所傳送之一交易請求訊息；傳送一交易回應訊息至該電子收費車載單元；接收由該電子收費車載單元所傳送之一交易資料；傳送該交易資料至該中央控制器進行扣款；以及回傳從該中央控制器所傳送之一交易確認訊息至該電子收費車載單元完成收費。
26. 如申請專利範圍第21項所述之用於高速公路多車道自由流的路側單元，更包括該中央控制器。