專利名稱：一種基于時間測量的obu定位方法、設備及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于智能交通技術(shù)，特別是關(guān)于電子不停車收費(ETC，Electronic Toll Collection)技術(shù)，具體的講是一種基于時間測量的OBU定位方法、設備及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
不停車收費ETC系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域中一個特殊的應用，采用專用短程無線通信(DSRC dedicated Short-Range Communication)技術(shù)實現(xiàn)整個收費過程，以使車輛在整個收費過程中保持行駛狀態(tài)而不用停車。目前這一技術(shù)在高速公路收費中已經(jīng)得到廣泛應用。如圖1所示，現(xiàn)有的高速公路ETC系統(tǒng)的主要包括下列設備1)車道計算機400 負責對車道狀態(tài)進行控制，并完成信息處理。2) ETC 路側(cè)單元(RSU，Road Side Unit)由 RSU 天線 200 和 RSU 控制器 300 組成， 內(nèi)含PSAM消費安全訪問模塊，對車載單元進行安全認證并完成信息采集并將信息傳送給車道計算機400。RSU天線一般安裝在4、5米高，每個RSU覆蓋一個車道。3)ETC車載單元100 (0BU，On Board Unit)車載單元OBU安裝在用戶車輛上，裝載用戶身份信息和ESAM嵌入式安全模塊，在交易時進行安全認證，對用戶IC卡進行讀寫并將信息發(fā)送至路側(cè)單元。OBU道路上的可通信區(qū)域一般為6-8米。ETC路側(cè)單元RSU是車道計算機400與車載0BU100之間的傳輸中介，當應收費的車輛通過收費車道時，路側(cè)單元中的RSU天線發(fā)射一束微波廣播信號，OBU與RSU之間經(jīng)過相互認證后，OBU與RSU之間進行數(shù)據(jù)交換。OBU內(nèi)被寫入相應信息，RSU也得到了相應的數(shù)據(jù)，之后上傳到車道計算機。隨著ETC系統(tǒng)應用范圍的不斷擴大，在實際的應用中，RSU天線除了覆蓋本車道外，還會超出本車道對相鄰車道進行覆蓋，如此便會造成誤扣費。誤扣費現(xiàn)象嚴重影響了 ETC系統(tǒng)的正常運行，造成各種不必要的糾紛。因此，如何解決相鄰車道之間的干擾已成為公路收費運營部門的困擾。對ETC系統(tǒng)中裝有OBU的車輛進行精確定位即可解決相鄰車道間的干擾，然而在目前的ETC收費系統(tǒng)中，對裝有OBU車輛的定位主要依靠布設在ETC收費車道上的地感線圈等附加裝置來實現(xiàn)，如此便存在由于定位原理的局限導致對OBU的定位精度低的缺陷，因而不能滿足精確定位的需求，不能解決相鄰車道干擾的問題。此外，現(xiàn)有的定位方法也無法應用于城市自由流ETC系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供了一種基于時間測量的OBU定位方法、設備及系統(tǒng)，通過根據(jù)不同RSU接收到OBU發(fā)送信號的時間差確定出OBU與不同RSU之間的距離差，進而根據(jù)不同RSU的預設位置信息實現(xiàn)對裝有OBU車輛的精確定位，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)中相鄰車道干擾的問題，而且可實現(xiàn)對城市自由流ETC系統(tǒng)中裝有OBU車輛的精確定位。本發(fā)明的目的之一是，提供一種基于時間測量的車載設備OBU定位方法，所述的方法包括多個路側(cè)設備RSU分別采集車載設備OBU發(fā)送的微波信號；保存所述的RSU采集到所述微波信號的時間；根據(jù)所述的RSU采集到所述微波信號的時間以及各個RSU的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。為了實現(xiàn)OBU與RSU之間的認證，所述的方法還包括所述的RSU發(fā)送微波廣播信號至所述的OBU ；所述的RSU接收所述的OBU根據(jù)所述微波廣播信號返回的信號。為了實現(xiàn)多個RSU之間的相互通信，多個RSU通過專用通信總線聯(lián)接。本發(fā)明的目的之一是，提供一種ETC系統(tǒng)的定位設備，所述的設備包括微波采集模塊，用于采集車載設備OBU發(fā)送的微波信號；保存模塊，用于保存采集到所述微波信號的時間；定位模塊，用于根據(jù)采集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。為了實現(xiàn)OBU與RSU之間的認證，所述的設備還包括微波廣播發(fā)送模塊，用于發(fā)送微波廣播信號至所述的OBU ；返回信號接收模塊，用于接收所述的OBU根據(jù)所述的微波廣播信號返回的信號。本發(fā)明的目的之一是，提供一種基于時間測量的車載設備OBU定位系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括車載設備OBU和多個ETC系統(tǒng)的路側(cè)設備RSU，其中，其中，所述的OBU用于發(fā)送微波信號；所述的RSU包括定位設備，所述的定位設備包括微波采集模塊，用于采集車載設備OBU發(fā)送的微波信號；保存模塊，用于保存采集到所述微波信號的時間；定位模塊，用于根據(jù)采集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置 fn息ο為了實現(xiàn)對OBU的準確定位，所述的多個RSU在一條直線上或者不在一條直線上。為了實現(xiàn)多個RSU之間的相互通信，多個RSU通過專用通信總線聯(lián)接。本發(fā)明的有益效果在于，通過根據(jù)不同的RSU接收到OBU發(fā)送信號的時間差確定出OBU與不同RSU之間的距離差，進而根據(jù)不同RSU的預設位置信息實現(xiàn)對裝有OBU車輛的精確定位，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)中相鄰車道之間的干擾問題，實現(xiàn)了 ETC系統(tǒng)的準確扣費， 減少了不必要的糾紛，而且可實現(xiàn)對城市自由流ETC系統(tǒng)中裝有OBU車輛的精確定位。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的ETC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基于時間測量的OBU定位方法的第一種實施方式的流程圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于時間測量的OBU定位方法的第二種實施方式的流程圖；圖4為圖2中的步驟S202、S203的具體流程圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的RSU定位的工作流程圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的一種基于時間測量的車載設備OBU定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖7為本發(fā)明實施例提供的一種ETC系統(tǒng)的定位設備的結(jié)構(gòu)框圖；圖8為本發(fā)明實施例提供的ETC系統(tǒng)路側(cè)設備的RSU天線的結(jié)構(gòu)框圖；圖9為本發(fā)明實施例提供的ETC系統(tǒng)路側(cè)設備的RSU控制器的結(jié)構(gòu)框圖；圖10為本發(fā)明實施例中的三個RSU的時序圖；圖11為本發(fā)明實施例中的三個RSU不在同一直線時的示意圖；圖12為本發(fā)明實施例中的三個RSU在同一直線時的示意圖；圖13為本發(fā)明實施例中的兩個RSU并列設置時的示意圖；圖14為雙ETC車道的OBU定位的連接示意圖；圖15為三ETC車道的OBU定位的連接示意圖；圖16為雙ETC車道的OBU定位的另一種連接示意圖；圖17為采用三臺RSU定位OBU時的現(xiàn)場布局示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基于時間測量的OBU定位方法的流程圖，由圖2 可知，該方法包括S201 多個路側(cè)設備RSU分別采集車載設備OBU發(fā)送的微波信號。在本發(fā)明中， RSU可以為2個、3個或者多個。圖10為三個RSU采集OBU發(fā)送的微波信號的時序圖，圖10 中的陰影部分為OBU發(fā)送的微波信號的持續(xù)時間，圖中的TO為計時基準，Tl為第一個RSU 采集到微波信號的時刻，T2為第二個RSU采集到微波信號的時刻，T3為第三個RSU采集到微波信號的時刻。RSU為2個或者多個時，采集OBU發(fā)送的微波信號的時序圖與圖10類似， 此處不再贅述。S202 保存所述的RSU采集到所述微波信號的時間。當RSU為3個時，即保存圖10 中的時刻T1、T2、T3。S203 根據(jù)所述的RSU采集到所述微波信號的時間以及各個RSU的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于時間測量的OBU定位方法的另一種實施方式的流程圖，由圖3可知，步驟S303、S304、S305與圖2中的步驟S201、S202、S203類似，此處不再贅述，除了上述步驟之外，該方法還包括S301 所述的RSU發(fā)送微波廣播信號至所述的OBU。RSU發(fā)送微波廣播信號是為了喚醒OBU。S302 所述的RSU接收所述的OBU根據(jù)所述微波廣播信號返回的信號。如此，實現(xiàn)了 RSU與OBU之間的安全認證，經(jīng)過認證之后，即執(zhí)行步驟S303、S304、S305。圖4為圖2中的步驟S202、S203的具體流程圖，由圖4可知，步驟S202具體包括S401 多個RSU分別保存各自采集到所述微波信號的時間。即第一個RSU保存對應的時刻Tl，第二個RSU保存對應的時刻T2，第三個RSU保存對應的時刻T3。
S402 每個RSU將保存的時間以及采集到的微波信號發(fā)送至其他RSU。由于多個 RSU之間通過專用通信總線聯(lián)接，因此每個RSU可將保存的對應時刻通過專用通信總線發(fā)送至其他RSU以進行匯總，以3個RSU為例第二個、第三個RSU可將保存的時刻T2、T3以及微波信號傳送至第一個RSU處，也可由第一個、第二個RSU將保存的時刻Tl、T2以及微波信號傳送至第三個RSU處，或者每個RSU都將各自保存的時刻以及微波信號傳送至其他 RSU,以便后續(xù)進行OBU定位。此外，RSU —般由RSU天線和RSU控制器組成，多個RSU天線也可將保存的時間以及采集到的微波信號發(fā)送至共同的RSU控制器上。步驟S203具體包括S403 根據(jù)所述的RSU保存的各個時間確定時間差。以3個RSU為例，即計算Tl、 T2和T3的時間差。S404 根據(jù)所述的時間差確定所述的OBU與各個RSU之間的距離差。以3個RSU 為例，第一個RSU與第二個、第三個RSU的時間差分別為T2-T1、T3-T1，根據(jù)微波在空氣中的傳輸速度則可計算出當前OBU與三個RSU之間的距離差。設微波在空氣中的傳輸速度為 c，則當前OBU與第一個、第二個RSU之間的距離差為c* (T2-T1)，同理可得當前OBU與第一個、第三個RSU之間的距離差為c* (T3-T1)，當前OBU與第二個、第三個RSU之間的距離差為 c*(T3-T2)。S405 采集多個RSU對應的預設位置信息。S406 根據(jù)所述的距離差以及所述的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。 下面結(jié)合具體的實施例，詳細介紹步驟406。實施例一在實施例一中，RSU設備為三個且不在同一直線上，圖11為實施例一的定位示意圖，以三維坐標為例，圖中A (Xa, Ya, Za), B (Xb, Yb，Zb)、C (Xe，Yc, Zc)三點代表三臺RSU在三維坐標里的位置，D (Xd, Yd, Zd)點表示當前OBU所在的位置。設D點到A點、B點、C點的距離分別為S1、S2、S3，通過上述步驟S404可以得到D點與A點、B點、C點之間的距離差值，記為Δ S21 = S2-S1 = c (T2-T1)Δ S32 = S3-S2 = c (T3-T2)(1)Δ S31 = S3-S1 = c (T3-T1)上述三個差值均可通過微波在空氣中的傳播速度c與微波到來時刻的差值相乘計算得到。又由于A、B、C三點的RSU對應的預設位置信息為已知值，因此根據(jù)下述公式(2) 即可確定D點的坐標值Xd、Yd、Zd,即能夠精確定位OBU的位置。
權(quán)利要求
1.一種基于時間測量的車載設備OBU定位方法，其特征是，所述的方法包括 多個路側(cè)設備RSU分別采集車載設備OBU發(fā)送的微波信號；保存所述的RSU采集到所述微波信號的時間；根據(jù)所述的RSU采集到所述微波信號的時間以及各個RSU的預設位置信息確定所述的 OBU的位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的方法還包括 所述的RSU發(fā)送微波廣播信號至所述的OBU ；所述的RSU接收所述的OBU根據(jù)所述微波廣播信號返回的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，保存所述的RSU采集到所述微波信號的時間包括多個RSU分別保存各自采集到所述微波信號的時間； 每個RSU將保存的時間以及采集到的微波信號發(fā)送至其他RSU。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，根據(jù)所述的RSU采集到所述微波信號的時間以及各個RSU的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息包括根據(jù)所述的RSU保存的各個時間確定時間差； 根據(jù)所述的時間差確定所述的OBU與各個RSU之間的距離差； 采集多個RSU對應的預設位置信息；根據(jù)所述的距離差以及所述的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的方法，其特征是，多個RSU在一條直線上或者不在一條直線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，多個RSU通過專用通信總線聯(lián)接。
7.—種ETC系統(tǒng)的定位設備，其特征是，所述的設備包括 微波采集模塊，用于采集車載設備OBU發(fā)送的微波信號； 保存模塊，用于保存采集到所述微波信號的時間；定位模塊，用于根據(jù)采集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設備，其特征是，所述的設備還包括 微波廣播發(fā)送模塊，用于發(fā)送微波廣播信號至所述的OBU ；返回信號接收模塊，用于接收所述的OBU根據(jù)所述的微波廣播信號返回的信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設備，其特征是，所述的保存模塊包括 第一保存模塊，用于保存采集到所述微波信號的時間；總線接口，用于通過專用通信總線接收其他定位設備采集到的微波信號以及保存的時間；第二保存模塊，用于保存所述的總線接口接收到的微波信號以及時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設備，其特征是，所述的定位模塊包括 時間差確定模塊，用于根據(jù)保存的各個時間確定時間差；距離差確定模塊，用于根據(jù)所述的時間差確定所述的OBU與各個定位設備之間的距離差；預設位置采集模塊，用于采集多個定位設備對應的預設位置信息；位置確定模塊，用于根據(jù)所述的距離差以及所述的預設位置信息確定所述的OBU的位直fe息。
11.一種基于時間測量的車載設備OBU定位系統(tǒng)，其特征是，所述的系統(tǒng)包括車載設備OBU和多個ETC系統(tǒng)的路側(cè)設備RSU，其中，所述的OBU用于發(fā)送微波信號；所述的RSU包括根據(jù)權(quán)利要求7-10任意一項所述的定位設備，所述的定位設備包括 微波采集模塊，用于采集車載設備OBU發(fā)送的微波信號； 保存模塊，用于保存采集到所述微波信號的時間；定位模塊，用于根據(jù)采集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的多個RSU在一條直線上或者不在一條直線上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的多個RSU通過專用通信總線聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供了一種基于時間測量的OBU定位方法、設備及系統(tǒng)，所述的定位設備包括微波采集模塊，用于采集車載設備OBU發(fā)送的微波信號；保存模塊，用于保存采集到所述微波信號的時間；定位模塊，用于根據(jù)采集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。通過根據(jù)不同RSU接收到OBU發(fā)送信號的時間差確定出OBU與不同RSU之間的距離差，進而根據(jù)不同RSU的預設位置信息實現(xiàn)對裝有OBU車輛的精確定位，不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)中相鄰車道干擾的問題，而且可實現(xiàn)對城市自由流ETC系統(tǒng)中裝有OBU車輛的精確定位。
文檔編號G01S5/06GK102353935SQ201110150738
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者武宏偉, 王春生, 田林巖 申請人:北京萬集科技股份有限公司