專利名稱：微功率射頻車輛行駛路徑跟蹤及智能收費(fèi)公路管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微功率無(wú)線通信，車輛定位跟蹤技術(shù)和不停車收費(fèi)管理。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的車輛定位跟蹤，一般采用的是GPS定位跟蹤方法；現(xiàn)有公路收費(fèi)的管理，一般采用的是在進(jìn)口處發(fā)放紀(jì)錄有進(jìn)口地址信息的IC卡或磁卡，再在出口處讀出卡中所記錄的進(jìn)口地點(diǎn)的信息，從而進(jìn)行計(jì)費(fèi)的方法；此外，在個(gè)別地方也采用了遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)自動(dòng)記費(fèi)的辦法。
GPS定位跟蹤方法及其存在的問(wèn)題被定位跟蹤的車輛，通過(guò)安裝在該車上的GPS接收終端，同時(shí)接收四顆(至少三顆)GPS衛(wèi)星發(fā)射的定位信號(hào)，計(jì)算出該車輛所處的經(jīng)緯度和高度坐標(biāo)(X，Y，Z)，再結(jié)合電子地圖，將這種X，Y，Z位置坐標(biāo)信息，轉(zhuǎn)換為我們所熟悉的地理位置信息，例如街道名稱，具體參考地點(diǎn)等，在對(duì)車輛定位跟蹤時(shí)，還需要將所算出位置信息，通過(guò)現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，傳給控制中心，才能真正到達(dá)定位跟蹤的目的。簡(jiǎn)單的講，就車輛定位跟蹤而言，GPS定位系統(tǒng)至少需要由GPS衛(wèi)星、GPS接收機(jī)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信終端(GMS或CDMA收發(fā)模塊)及控制中心。GPS定位跟蹤系統(tǒng)的缺點(diǎn)，除了建設(shè)成本及運(yùn)營(yíng)成本高以外(包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi))，它的使用在城市中還受到極大的限制。因?yàn)槭褂肎PS設(shè)備的重要前提之一，是接收機(jī)與衛(wèi)星之間有直射路徑，而GPS信號(hào)在建筑物密集的城區(qū)及建筑物內(nèi)部存在信號(hào)接收盲區(qū)。另外GPS定位還要受到多徑效應(yīng)和許多其他因素的影響，包括初始定位信號(hào)捕獲時(shí)間較長(zhǎng)等(通常為0.5～15min)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，在高樓林立的城市，安裝GPS接收機(jī)的公交車輛，能夠正常接收GPS定位信號(hào)的概率大約為70％左右。在一些特殊場(chǎng)合，如鋼筋混凝土建筑物內(nèi)、地下室或礦井中，甚至完全收不到GPS信號(hào)。
IC卡和磁卡收費(fèi)方法及其存在的問(wèn)題IC卡和磁卡收費(fèi)系統(tǒng)我們大家都很熟悉，它們都是通過(guò)卡與讀卡器的近距離接觸(一般在幾厘米之內(nèi))，來(lái)達(dá)到交換信息的目的。
它們的問(wèn)題在于1.由于它們只能分辨車輛的進(jìn)口和出口位置，而不能記錄車輛在收費(fèi)公路上實(shí)際行駛的路線和里程，因而，在許多地方，將會(huì)出現(xiàn)收費(fèi)里程大大小于實(shí)際里程的逃費(fèi)現(xiàn)象，特別是在許多收費(fèi)公路形成網(wǎng)絡(luò)的地方。
2.由于國(guó)內(nèi)許多公路采用誰(shuí)投資誰(shuí)受益的方式，因而一條收費(fèi)公路往往出現(xiàn)多個(gè)收費(fèi)站的情況，不僅增加了人員管理，收費(fèi)站建設(shè)的費(fèi)用，而且大大降低了收費(fèi)公路的通行速度，影響了收費(fèi)公路的使用效率，同時(shí)也給通行的車輛帶來(lái)許多不便。
3.不能實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)。
遠(yuǎn)距離RFID自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題RFID系統(tǒng)的工作方法，是通過(guò)RFID讀寫(xiě)器，對(duì)讀寫(xiě)器天線所發(fā)射的，經(jīng)RFID卡反射或耦合回來(lái)的射頻信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，來(lái)進(jìn)行通信的。對(duì)RFID卡來(lái)講，它完全是一種被動(dòng)的通信方式，這種方式需要一個(gè)體積大，安裝麻煩，價(jià)格昂貴的讀寫(xiě)器系統(tǒng)。當(dāng)用于車輛跟蹤時(shí)，系統(tǒng)的問(wèn)題是1.國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)，一般采用進(jìn)口設(shè)備，至少主要部件是進(jìn)口的，不但系統(tǒng)價(jià)格高，閱讀系統(tǒng)龐大而且安裝麻煩；另外，這些系統(tǒng)所使用的900兆頻率，不僅存在合法性問(wèn)題，而且，有時(shí)還會(huì)與現(xiàn)有的手機(jī)信號(hào)發(fā)生干擾。
2.由于RFID的通信方式是被動(dòng)式的，通信距離的提高非常困難，因而，往往只能采用增大天線發(fā)射功率和增益的辦法，這就要求車載RFID卡的安裝位置，與固定的讀寫(xiě)器天線的安裝位置有很好的匹配，這就使得遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)的使用存在很大局限。例如，要求車行通道很窄，車行速度很低，大型車輛的通過(guò)也存在一定的問(wèn)題，因而，不適應(yīng)收費(fèi)公路，特別是高速公路的普遍需要。
3.由于RFID系統(tǒng)的通信方式是被動(dòng)式的，因而，RFID系統(tǒng)的讀寫(xiě)器，必須要接收到經(jīng)車載FID卡反射回來(lái)的天線信號(hào)，才算完成一個(gè)RFID卡身份讀取過(guò)程。因而，當(dāng)有多個(gè)車道時(shí)，不僅需要安裝多個(gè)遠(yuǎn)程RFID讀寫(xiě)系統(tǒng)，而且很難避免鄰道干擾和誤讀等現(xiàn)象。
4.由于RFID本身主要是一種身份編號(hào)，它儲(chǔ)存的信息資料非常有限，而且信息的存取也比較麻煩。因而很難實(shí)現(xiàn)更多的功能擴(kuò)展。
綜上所述，現(xiàn)有GPS定位跟蹤方法的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，不能在復(fù)雜的城市環(huán)境條件下，滿足車輛定位跟蹤的實(shí)際需要；而現(xiàn)有收費(fèi)公路管理系統(tǒng)，還不能有效解決車輛逃費(fèi)，和不停車分段計(jì)費(fèi)的管理問(wèn)題?；诒竟尽案咚俟飞漕l車輛速度監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)”，(專利申請(qǐng)?zhí)?00510021465.6)以及“微功率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)及其定位方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?00510021087.1)同一主題思路的基礎(chǔ)，即通過(guò)安裝在公路沿線的微功率無(wú)線信號(hào)收發(fā)機(jī)，與路過(guò)的車載微功率無(wú)線車牌之間的無(wú)線信號(hào)交流，記錄車輛所經(jīng)過(guò)的每一個(gè)信號(hào)機(jī)的位置和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛實(shí)際行駛路線的跟蹤；這不僅使車輛的收費(fèi)可以根據(jù)車輛實(shí)際行駛里程來(lái)進(jìn)行，基本杜絕收費(fèi)公路車輛的逃費(fèi)現(xiàn)象，而且還能實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)分段計(jì)費(fèi)。(參見(jiàn)圖1)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)現(xiàn)有的GPS車輛定位跟蹤方法，以及收費(fèi)公路管理系統(tǒng)存在的諸多問(wèn)題，發(fā)明了一種成本低，可靠性高的微功率射頻車輛行駛路徑跟蹤系統(tǒng)(包括車載無(wú)線車牌，和設(shè)置在公路沿線固定位置的無(wú)線信號(hào)發(fā)射機(jī))，自動(dòng)記錄車輛所經(jīng)過(guò)的每一個(gè)信號(hào)發(fā)射機(jī)位置及時(shí)刻的系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛實(shí)際行駛路徑的跟蹤。
將這種微功率射頻車輛行駛路徑跟蹤系統(tǒng)，用于井下移動(dòng)人員定位時(shí)，只需將系統(tǒng)中的車輛將改為井下移動(dòng)人員；車輛行駛的道路改為井下的坑道；信號(hào)機(jī)的安裝位置將改為坑道沿線的固定位置；此時(shí)，信號(hào)機(jī)與無(wú)線車牌之間的通信，將被限制在一定的距離范圍內(nèi)；同時(shí)，被跟蹤的井下人員的位置信息，身份信息和時(shí)間信息，將通過(guò)與信號(hào)機(jī)相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地傳給管理中心計(jì)算機(jī)；從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下移動(dòng)人員的實(shí)時(shí)定位跟蹤。
將這種微功率射頻車輛行駛路徑跟蹤系統(tǒng)，用于收費(fèi)公路管理時(shí)，只需在收費(fèi)公路的適當(dāng)位置，包括各分岔路段上以及公路分段收費(fèi)交界處，設(shè)置無(wú)線信號(hào)發(fā)射機(jī)，利用車載無(wú)線車牌記錄其所經(jīng)過(guò)的每一個(gè)發(fā)射機(jī)的位置編號(hào)，以及經(jīng)過(guò)的時(shí)刻，在出口處利用無(wú)線車牌讀寫(xiě)器，將這些信息讀入計(jì)算機(jī)，再根據(jù)車輛實(shí)際行駛路線進(jìn)行收費(fèi)，這就不僅杜絕了車輛逃費(fèi)的現(xiàn)象，而且可實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)分段結(jié)算收費(fèi)。本發(fā)明不僅系統(tǒng)簡(jiǎn)單，工作可靠，投入低，而且運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，維護(hù)管理也十分方便。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本發(fā)明系統(tǒng)包括無(wú)線車牌，固定位置無(wú)線信號(hào)發(fā)射機(jī)(以后簡(jiǎn)稱信號(hào)機(jī))，計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的管理軟件組成。當(dāng)信號(hào)發(fā)射機(jī)和無(wú)線車牌所交換的身份信息，位置信息以及時(shí)間信息是由無(wú)線車牌帶給控制管理計(jì)算機(jī)時(shí)，系統(tǒng)還需要一個(gè)與控制管理計(jì)算機(jī)線連接的無(wú)線車牌讀寫(xiě)器；當(dāng)這些信息是由無(wú)線信號(hào)機(jī)，通過(guò)與之相連接的網(wǎng)絡(luò)傳給控制管理計(jì)算機(jī)時(shí)，控制管理計(jì)算機(jī)將與這個(gè)網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)。
無(wú)線車牌，信號(hào)機(jī)，以及無(wú)線車牌讀寫(xiě)器(以后簡(jiǎn)稱讀寫(xiě)器)，都是由高度集成的微功率單芯片無(wú)線收發(fā)機(jī)制成的，微型無(wú)線收發(fā)機(jī)，它們不但相互間可以進(jìn)行無(wú)線通信，而且可以根據(jù)不同需要，儲(chǔ)存不同量的信息，還可對(duì)數(shù)據(jù)的存取進(jìn)行授權(quán)加密。這里的微功率單芯片無(wú)線收發(fā)機(jī)，是指具有完整的接收和發(fā)射無(wú)線信號(hào)功能的單一集成芯片，它也可以只具有接收或發(fā)射的功能；每一個(gè)芯片一般都有一個(gè)唯一的廠家編號(hào)；它們具有體積小，成本低，功耗低，抗干擾力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠的特性。因而用它做成的無(wú)線車牌便于攜帶；做成的信號(hào)機(jī)，可以直接嵌入到收費(fèi)公路旁的柱狀安裝支架中，因而比較安全；做成的讀寫(xiě)器，只有香煙盒大小，可以很方便的與計(jì)算機(jī)相連，而且可在行駛的汽車上，直接對(duì)信號(hào)機(jī)的設(shè)置進(jìn)行遠(yuǎn)距離更改。由于功耗低，它們都可以使用電池驅(qū)動(dòng)。無(wú)線車牌和信號(hào)機(jī)都可以使用一次性電池或可充電電池。信號(hào)機(jī)還可配合太陽(yáng)能電池使用。另外，它們還可使用不需申請(qǐng)的，免費(fèi)ISM頻段(2.4G)，它們的發(fā)射功率，一般都可以滿足國(guó)家無(wú)委會(huì)對(duì)這個(gè)免費(fèi)頻段使用功率的限制；它們還可采用直序擴(kuò)頻的通信方式，使系統(tǒng)具有更好的抗干擾能力和工作的可靠性。
系統(tǒng)工作原理射頻車輛行駛路徑跟蹤及智能公路收費(fèi)管理系統(tǒng)，是利用微功率無(wú)線收發(fā)機(jī)之間，只能在有限范圍內(nèi)進(jìn)行相互通信的特征，將系統(tǒng)中的無(wú)線車牌與信號(hào)機(jī)之間的通信，調(diào)整到一個(gè)以信號(hào)機(jī)為中心，能夠覆蓋所有經(jīng)過(guò)其旁的車輛的有限范圍內(nèi)，(范圍大小根據(jù)具體應(yīng)用的需要而定，一般從幾十米到幾百米)，通過(guò)紀(jì)錄車載無(wú)線車牌，與信號(hào)機(jī)之間的交流的位置信息，身份信息，必要時(shí)包括時(shí)間信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛實(shí)際行駛路徑的跟蹤。這些車輛實(shí)際行駛路徑的信息，將通過(guò)隨車攜帶的無(wú)線車牌帶給出口處的計(jì)算機(jī)，或者直接通過(guò)與信號(hào)機(jī)相連的網(wǎng)絡(luò)，傳給計(jì)算機(jī)。
當(dāng)本發(fā)明用于井下移動(dòng)人員定位時(shí)，系統(tǒng)中信號(hào)機(jī)的安裝位置，以及信號(hào)機(jī)與無(wú)線車牌之間的通信范圍，將根據(jù)定位精度的需要進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)，井下人員的位置信息，身份信息和時(shí)間信息，也將通過(guò)與信號(hào)機(jī)相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)而不是無(wú)線車牌，實(shí)時(shí)地傳遞給管理中心計(jì)算機(jī)。
當(dāng)本發(fā)明用于智能收費(fèi)公路管理系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)可使用信號(hào)機(jī)廣播自身里程位置信號(hào)，無(wú)線車牌接收信號(hào)，并在出口處讀出信號(hào)的方式，來(lái)跟蹤車輛實(shí)際行駛線路，再利用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的信號(hào)機(jī)安裝位置的里程資料，以及公路分段收費(fèi)的有關(guān)資料，計(jì)算出車輛實(shí)際應(yīng)付費(fèi)總里程和總費(fèi)用，以及各分路段的費(fèi)用。這種方式還可避免一般遠(yuǎn)程RFID系統(tǒng)，以及其它無(wú)線系統(tǒng)可能出現(xiàn)的無(wú)線信號(hào)接收碰撞現(xiàn)象，以及接收機(jī)信號(hào)處理速度限制問(wèn)題，使得本系統(tǒng)對(duì)過(guò)往車輛的行駛速度，車流量，車道數(shù)量無(wú)任何限制。
另外，本發(fā)明通過(guò)使用直序擴(kuò)頻的通信方式，大大提高了通信系統(tǒng)抗干擾能力，保證了系統(tǒng)工作的可靠性。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的有益效果是以一種低成本的，簡(jiǎn)易而行之有效的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛(包括其他移動(dòng)目標(biāo))實(shí)際行駛(或行走)路徑的跟蹤，從而解決了許多過(guò)去難以解決的實(shí)際問(wèn)題。
例如通過(guò)跟蹤車輛的實(shí)際行駛路線，從根本上解決了當(dāng)前收費(fèi)公路嚴(yán)重存在的逃費(fèi)問(wèn)題，以及許多地區(qū)因集資修路，所造成的過(guò)路費(fèi)分段收取，收費(fèi)站數(shù)量增加，從而降低了公路通行能力的問(wèn)題；本發(fā)明還可同時(shí)向公路管理部門(mén)提供整個(gè)收費(fèi)公路不同時(shí)段，不同路段車流量的信息資料；本發(fā)明對(duì)解決城市中公車私用問(wèn)題，以及對(duì)特殊車輛的跟蹤，都提供了一種有效而經(jīng)濟(jì)的解決辦法；另外對(duì)礦山井下移動(dòng)人員的定位跟蹤問(wèn)題，也提供了一種有效地解決方案。
本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而自動(dòng)化程度高，技術(shù)成熟可靠，投資少，利用現(xiàn)有的收費(fèi)管理系統(tǒng)就可以進(jìn)行運(yùn)行。由于本發(fā)明可以使用2.4G的免費(fèi)頻率，而且發(fā)射功率，也都能滿足國(guó)家對(duì)2.4G免費(fèi)頻段的有關(guān)規(guī)定，因而不存在頻率使用的合法性問(wèn)題和費(fèi)用問(wèn)題。
比起現(xiàn)有的收費(fèi)系統(tǒng)來(lái)，本發(fā)明的優(yōu)越性和巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的投入低首先，本發(fā)明系統(tǒng)的投入非常低，系統(tǒng)中每個(gè)信號(hào)機(jī)的成本約為600元人民幣，加上太陽(yáng)能電池，以及安裝和其它費(fèi)用總計(jì)應(yīng)在1500元左右。即使在整個(gè)收費(fèi)公路上，每隔2公里安裝一個(gè)信號(hào)機(jī)，一條200公里長(zhǎng)的收費(fèi)公路，信號(hào)機(jī)包括安裝的總投入不到20萬(wàn)元；每個(gè)讀寫(xiě)器的成本約在300元左右，整個(gè)路段上讀寫(xiě)器的投入約為3萬(wàn)元，計(jì)算機(jī)使用現(xiàn)有進(jìn)出口處的即可；無(wú)線車牌的造價(jià)每個(gè)約為60元人民幣。因而，每公里路段的平均投入約為一萬(wàn)元。
回報(bào)高以河南省為例，在整個(gè)河南省約4000公里的收費(fèi)公路上建立起這個(gè)系統(tǒng)，建設(shè)費(fèi)用只有4000萬(wàn)元左右，而整個(gè)河南省收費(fèi)公路系統(tǒng)，每年的收入約為80-90億人民幣，如果按5％的逃費(fèi)率計(jì)算，河南省每年因車輛逃費(fèi)所帶來(lái)的損失估計(jì)就將近5個(gè)億，使用本發(fā)明系統(tǒng)后，可以基本杜絕現(xiàn)有車輛逃費(fèi)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
提高了收費(fèi)公路的通行能力由于減少了收費(fèi)站，車輛不需減速停車，使道路更加暢通，因而，不僅節(jié)省了時(shí)間和燃料，而且，提高了收費(fèi)公路的通行能力。
降低了收費(fèi)公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本由于減少了收費(fèi)站數(shù)目，因而也就減少了管理人員和設(shè)施，這就降低了公路的運(yùn)營(yíng)管理成本。
適當(dāng)增加無(wú)線車牌的內(nèi)存和保密讀寫(xiě)的措施后，本發(fā)明還可用于建設(shè)城市綠色不停車收費(fèi)通道，為提高城市收費(fèi)管理系統(tǒng)的效率，和減緩城市交通壓力發(fā)揮作用。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)和運(yùn)營(yíng)的成本都非常低本發(fā)明系統(tǒng)是全自動(dòng)化的，它的運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有任何其它系統(tǒng)。它可以完全利用現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)的管理人員，不需要增加格外的人手進(jìn)行操作和維護(hù)。
潛在的更多的功能通過(guò)增加信號(hào)機(jī)的數(shù)量，例如每隔2公里左右安裝一個(gè)，還可以與收費(fèi)公路車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，一套系統(tǒng)，兩種功能，不需要增加額外的人手，就既可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)收費(fèi)公路的智能收費(fèi)管理，又可以在整個(gè)收費(fèi)公路每個(gè)路段上，對(duì)車輛行駛速度，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)有效而可靠的全程監(jiān)測(cè)，這是其它方法不可能做到的。參見(jiàn)成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司專利技術(shù)“收費(fèi)公路射頻車輛速度監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)”，專利申請(qǐng)?zhí)?00510021465.6)。
此外，當(dāng)我們的信號(hào)機(jī)利用Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，組成一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，并將信號(hào)機(jī)與溫度，風(fēng)力，大霧濃度等傳感器相連的時(shí)候，整個(gè)路段上的溫度，風(fēng)力與大霧等安全相關(guān)的信息，將及時(shí)傳往收費(fèi)公路管理中心，中心將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，以適當(dāng)?shù)姆绞教嵝疡{駛?cè)藛T。
如果在車輛領(lǐng)取無(wú)線車牌時(shí)，對(duì)進(jìn)入收費(fèi)公路的車輛進(jìn)行拍照，在出口處將所記錄的數(shù)據(jù)存檔，這些數(shù)據(jù)將成為非常有價(jià)值的資料，例如，這些資料可用于對(duì)公路交通事故的分析，可用于物流公司對(duì)車輛的跟蹤，可用于對(duì)整個(gè)收費(fèi)公路上，不同時(shí)段，不同路段車流量信息的分析等等。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的組成和工作方式示意圖；圖2是射頻信號(hào)傳輸原理示意圖；
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
為便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，先將與本發(fā)明有關(guān)概念簡(jiǎn)單介紹如下無(wú)線信號(hào)的傳輸在開(kāi)闊空間條件下，一個(gè)具有固定位置的無(wú)線發(fā)射機(jī)A發(fā)射一定功率的射頻信號(hào)，其射頻信號(hào)的強(qiáng)度，與到A點(diǎn)距離的平方成反比。我們可以用公式Tr＝KQ/R2來(lái)表示。這里Tr代表距離無(wú)線發(fā)射機(jī)A為r遠(yuǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度，Q代表無(wú)線發(fā)射機(jī)天線端的信號(hào)強(qiáng)度，而K則可以簡(jiǎn)單考慮為衰減系數(shù)，主要取決于發(fā)射和接收天線的高度，天線增益，信號(hào)頻率，傳輸途徑環(huán)境條件等因素。在一般要求不是很高，環(huán)境條件不是非常復(fù)雜的小范圍內(nèi)，我們可以將它當(dāng)作為一個(gè)常數(shù)。(參見(jiàn)圖2)無(wú)線發(fā)射機(jī)的信號(hào)覆蓋半徑一個(gè)與無(wú)線發(fā)射機(jī)A相隔一定距離的接收機(jī)B能否收到無(wú)線發(fā)射機(jī)A的信號(hào)，取決于無(wú)線發(fā)射機(jī)A在接收機(jī)B處的信號(hào)強(qiáng)度，是否大于接收機(jī)B的接收靈敏度。當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度大于接收機(jī)B的靈敏度時(shí)，接收機(jī)B便可以接收到A的信號(hào)。我們將距離A某個(gè)位置處的信號(hào)強(qiáng)度，剛好等于接收機(jī)B的接收靈敏度時(shí)的距離，稱作為A相對(duì)于接收機(jī)B的覆蓋半徑R。R隨A的發(fā)射功率的增大，或B的靈敏度的提高而增加。接收機(jī)B只有處于以A為圓心，R為半徑的圓范圍內(nèi)，才可以收到無(wú)線發(fā)射機(jī)A的信號(hào)。
接收機(jī)的定位半徑同樣的道理，在以上條件不變的情況下，當(dāng)我們將接收機(jī)B的位置固定，讓無(wú)線發(fā)射機(jī)A移動(dòng)，則A只有處于以B為圓心，以A的信號(hào)覆蓋半徑為半徑的一個(gè)園圈范圍內(nèi)，B才可能收到A的信號(hào)，這個(gè)R此時(shí)又稱為接收機(jī)B相對(duì)于無(wú)線發(fā)射機(jī)A的定位半徑。
在本發(fā)明系統(tǒng)中的信號(hào)機(jī)和無(wú)線車牌，既可以是這里的無(wú)線發(fā)射機(jī)，也可以是接收機(jī)。在其它條件保持不變的情況下，我們可以通過(guò)調(diào)整信號(hào)機(jī)的發(fā)射功率和無(wú)線車牌的接收靈敏度，來(lái)改變信號(hào)機(jī)信號(hào)覆蓋半徑；同樣，我們可以通過(guò)調(diào)整信號(hào)機(jī)本身的接收靈敏度和無(wú)線車牌的發(fā)射功率，來(lái)改變信號(hào)機(jī)，相對(duì)于無(wú)線車牌的定位半徑。
本發(fā)明系統(tǒng)的工作方法需要說(shuō)明的是，由于本發(fā)明的應(yīng)用范圍非常寬廣，每種應(yīng)用的具體實(shí)施方案都會(huì)有所不同，包括無(wú)線車牌與信號(hào)機(jī)之間不同的信息交流方式。這里我們通過(guò)它在收費(fèi)公路管理應(yīng)用中的一種實(shí)施方案，即信號(hào)機(jī)發(fā)射位置信號(hào)，無(wú)線車牌接收并記錄信號(hào)的方案，來(lái)對(duì)系統(tǒng)的工作方法加以說(shuō)明1.在整個(gè)收費(fèi)公路各分段收費(fèi)路段的分界點(diǎn)處，公路分岔點(diǎn)的各分支路上，以及其它為了避免車輛逃費(fèi)的關(guān)鍵控制位置安裝信號(hào)機(jī)，信號(hào)機(jī)安裝位置和高度，以能使信號(hào)機(jī)與所有公路上經(jīng)過(guò)的車載無(wú)線車牌實(shí)現(xiàn)通信為原則。信號(hào)機(jī)相對(duì)無(wú)線車牌的信號(hào)覆蓋范圍一般應(yīng)在50-200米范圍。
2.將讀寫(xiě)器安裝在收費(fèi)公路進(jìn)出口處的計(jì)算機(jī)上，并安裝相應(yīng)的管理軟件。計(jì)算機(jī)與收費(fèi)公路管理中心的數(shù)據(jù)庫(kù)相連。
3.在收費(fèi)公路進(jìn)口處準(zhǔn)備一定數(shù)量的無(wú)線車牌，每個(gè)無(wú)線車牌都有一個(gè)唯一的編號(hào)，而且還可以根據(jù)不同需要，儲(chǔ)存不同量的信息，并對(duì)數(shù)據(jù)的存取進(jìn)行授權(quán)加密。信號(hào)一經(jīng)寫(xiě)入，便不能擦去，只有當(dāng)車輛來(lái)到出口處，將所存信息傳入公路管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)后，公路管理中心才會(huì)授權(quán)給出口處的讀寫(xiě)器，清除無(wú)線車牌中所存的信息，供新的車輛使用。無(wú)線車牌的電池電量低于一定水平時(shí)，將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，以促使管理人員更換電池并對(duì)電池進(jìn)行充電。
4.當(dāng)車輛來(lái)到收費(fèi)公路入口處時(shí)，將領(lǐng)取一個(gè)無(wú)線車牌，(為了備案需要，還可通過(guò)拍照和計(jì)算機(jī)視頻識(shí)別的方法，將車牌號(hào)輸入無(wú)線車牌)并將其置于車上適當(dāng)?shù)奈恢?。無(wú)線車牌使用一次性紐扣電池，或可充電紐扣電池驅(qū)動(dòng)；通過(guò)電源節(jié)能管理，或外部喚醒的方式，無(wú)線車牌電池的使用壽命可達(dá)幾年。
5.車輛實(shí)際行駛路徑的信息，通過(guò)公路沿途信號(hào)機(jī)不斷發(fā)射信號(hào)，路過(guò)的車載無(wú)線車牌接收并記錄這些信號(hào)而產(chǎn)生；無(wú)線車牌隨車將這些信號(hào)所代表的位置信息和時(shí)間信息帶到公路出口，并由出口處的讀寫(xiě)器讀入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將計(jì)算出該車應(yīng)付的總的過(guò)路費(fèi)，同時(shí)再將這些信息存入公路管理中心的數(shù)據(jù)庫(kù)，管理中心收到數(shù)據(jù)并將其存檔后，將會(huì)給出口處計(jì)算機(jī)反饋一個(gè)清除無(wú)線車牌所存儲(chǔ)的信息的授權(quán)指令，管理中心也將利用這些信息，對(duì)總費(fèi)用進(jìn)行分配。另外，由于無(wú)線車牌與信號(hào)機(jī)之間所交流的信號(hào)，還可以包括某個(gè)信號(hào)機(jī)是否需要更換電池的信號(hào)等，因而，管理中心還將知道是否有哪一個(gè)信號(hào)機(jī)需要更換電池，所有信號(hào)機(jī)是否工作正常，是否存在人為干擾無(wú)線車牌接收信號(hào)機(jī)信號(hào)的情況等。
6.為了盡量延長(zhǎng)無(wú)線車牌和信號(hào)機(jī)電池的使用壽命和成本，制造無(wú)線車牌的單芯片收發(fā)機(jī)以及控制單片機(jī)，最好具有低功耗的特征，同時(shí)，收發(fā)機(jī)芯片，也應(yīng)具有盡可能好的接收靈敏度；信號(hào)機(jī)的發(fā)射功率，應(yīng)調(diào)整到保證每輛車所攜帶的無(wú)線車牌，在信號(hào)機(jī)信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，都能收到信號(hào)機(jī)信號(hào)的同時(shí)，功耗應(yīng)盡可能的小。信號(hào)機(jī)與無(wú)線車牌之間的通信方式與時(shí)間設(shè)置，應(yīng)根據(jù)具體條件進(jìn)行全面考慮。
7.為了避免頻率申請(qǐng)可能帶來(lái)的麻煩，和使用付費(fèi)頻率所帶來(lái)的額外開(kāi)支，以及環(huán)境對(duì)無(wú)線通信的各種干擾，同時(shí)也為了增加系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性，建議使用2.4GISM頻段和直序擴(kuò)頻的通信方式。
8.另外，為了節(jié)約開(kāi)支，在收費(fèi)公路上下行車道相互靠近的地方，可將信號(hào)機(jī)布置在上下行車道的隔離帶中，并適當(dāng)調(diào)整信號(hào)機(jī)的發(fā)射功率，便可同時(shí)兼顧上下行車輛的信號(hào)接收。
9.如果任何一個(gè)無(wú)線車牌或信號(hào)機(jī)出現(xiàn)了問(wèn)題，只需簡(jiǎn)單地?fù)Q上一個(gè)新的模塊即可。因而，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)都十分簡(jiǎn)單方便。
10.在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置好后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的試運(yùn)行和調(diào)整，整個(gè)系統(tǒng)就可以投入使用了。
權(quán)利要求
1.微功率射頻車輛行駛路徑跟蹤系統(tǒng)，是由安置在公路沿線固定位置的信號(hào)機(jī)，隨車攜帶的無(wú)線車牌，必要時(shí)還包括無(wú)線車牌讀寫(xiě)器，以及計(jì)算機(jī)組成；計(jì)算機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存有信號(hào)機(jī)的位置信息；這里所述的計(jì)算機(jī)，主要是指安置在公路進(jìn)出口處，或公路管理中心的一般意義上的PC機(jī)；本發(fā)明系統(tǒng)利用信號(hào)機(jī)，與路過(guò)信號(hào)機(jī)的每一個(gè)車輛所載的無(wú)線車牌之間進(jìn)行無(wú)線信號(hào)交流，記錄下每一個(gè)車輛，所行經(jīng)每一個(gè)信號(hào)機(jī)的位置，必要時(shí)包括經(jīng)過(guò)的時(shí)刻的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛實(shí)際行駛路線的跟蹤。這里的車輛也可是其他移動(dòng)目標(biāo)，這里的信號(hào)機(jī)也可以安裝在其它標(biāo)志性的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛射頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于無(wú)線車牌可在以信號(hào)機(jī)為中心的一定范圍內(nèi)，與該信號(hào)機(jī)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)交流；這里所指的一定范圍，是指所有公路上經(jīng)過(guò)該信號(hào)機(jī)的車載無(wú)線車牌，或與信號(hào)機(jī)同一側(cè)方向上的，所有公路上經(jīng)過(guò)該信號(hào)機(jī)的車載無(wú)線車牌，都能夠?qū)崿F(xiàn)與該信號(hào)機(jī)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)交流的范圍；而且，在這個(gè)范圍內(nèi)的無(wú)線車牌只能與該信號(hào)機(jī)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)交流，而不能同時(shí)與其它位置的信號(hào)機(jī)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)交流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輛射頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于信號(hào)機(jī)與無(wú)線車牌之間的無(wú)線信號(hào)交流方式，可以是信號(hào)機(jī)發(fā)射自身的位置信號(hào)，無(wú)線車牌接收并記錄這些信號(hào)，并在出口處通過(guò)無(wú)線車牌讀寫(xiě)器，將這些信號(hào)讀入計(jì)算機(jī)的方式；也可以是無(wú)線車牌發(fā)射自身身份碼信號(hào)，無(wú)線車牌所經(jīng)過(guò)的信號(hào)機(jī)接收這些信號(hào)，并通過(guò)與信號(hào)機(jī)相連接的網(wǎng)絡(luò)，將這些信號(hào)傳往公路管理中心的計(jì)算機(jī)的方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的車輛射頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于本系統(tǒng)還可以使用一個(gè)與計(jì)算機(jī)相連的無(wú)線車牌讀寫(xiě)器，無(wú)線車牌讀寫(xiě)器可以對(duì)系統(tǒng)中的無(wú)線車牌和信號(hào)機(jī)進(jìn)行無(wú)線遠(yuǎn)距離讀寫(xiě)和設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4所述的車輛射頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中的無(wú)線車牌，信號(hào)機(jī)和無(wú)線車牌讀寫(xiě)器，都是由微功率單芯片無(wú)線收發(fā)機(jī)制成的，可以相互進(jìn)行無(wú)線通信的無(wú)線收發(fā)機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4或5所述的車輛射頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中的無(wú)線車牌，信號(hào)機(jī)和無(wú)線車牌讀寫(xiě)器之間的無(wú)線通信，使用的是2.4G ISM免費(fèi)頻段，和直序擴(kuò)頻的通信方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4，5或6所述的車輛射頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中的信號(hào)機(jī)，無(wú)線車牌讀寫(xiě)器和計(jì)算機(jī)，可以相互聯(lián)接成一個(gè)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，車輛實(shí)際行駛路線等相關(guān)信息，可以通過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛射頻跟蹤系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)被跟蹤的車輛改為井下人員，車輛行駛的道路改為井下坑道，信號(hào)機(jī)安裝的位置，改為井下坑道沿線的固定位置，信號(hào)機(jī)與無(wú)線車牌之間的通信，被限制在有限距離的范圍內(nèi)，被跟蹤的井下人員的位置信息，身份信息和時(shí)間信息，是通過(guò)與信號(hào)機(jī)相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地傳給管理中心計(jì)算機(jī)時(shí)，系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下人員的實(shí)時(shí)定位跟蹤。
9.智能收費(fèi)公路管理系統(tǒng)，是車輛射頻跟蹤系統(tǒng)在收費(fèi)公路管理中的具體應(yīng)用，其特征在于信號(hào)機(jī)所設(shè)置的位置，是以避免車輛逃費(fèi)，和實(shí)現(xiàn)不停車分段收費(fèi)的目的而定的，這些位置至少應(yīng)包括公路分岔口的各個(gè)支路上，集資分段收費(fèi)處的分界點(diǎn)；系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)中，儲(chǔ)存有安裝在收費(fèi)公路沿線的信號(hào)機(jī)位置的里程資料，以及公路分段收費(fèi)的有關(guān)資料，通過(guò)讀取無(wú)線車牌所記錄的車輛實(shí)際行駛線路的相關(guān)資料，計(jì)算機(jī)可以計(jì)算出車輛實(shí)際應(yīng)付費(fèi)總里程和總費(fèi)用，以及各分路段的費(fèi)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能收費(fèi)公路管理系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)使用了信號(hào)機(jī)廣播自身里程位置信號(hào)，無(wú)線車牌接收信號(hào)，并在出口處讀出信號(hào)，來(lái)跟蹤車輛實(shí)際行駛線路的方式；它可以避免一般遠(yuǎn)程RFID系統(tǒng)，以及其它系統(tǒng)可能出現(xiàn)的無(wú)線信號(hào)接收碰撞現(xiàn)象，以及接收機(jī)信號(hào)處理速度限制問(wèn)題，從而使得本系統(tǒng)對(duì)過(guò)往車輛的行駛速度，車流量，車道數(shù)量無(wú)任何限制。
全文摘要
本發(fā)明涉無(wú)線射頻跟蹤技術(shù)，井下人員定位跟蹤和分段收費(fèi)公路的管理。本發(fā)明利用具有固定位置的微功率無(wú)線信號(hào)機(jī)，與路過(guò)的無(wú)線車牌之間進(jìn)行無(wú)線信號(hào)交流，記錄無(wú)線車牌行經(jīng)每一個(gè)信號(hào)機(jī)的位置及時(shí)間的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛或其他移動(dòng)目標(biāo)，實(shí)際行駛或行經(jīng)路線的跟蹤，從而解決了井下定位和收費(fèi)公路按車輛實(shí)際行駛路程收費(fèi)的問(wèn)題。本發(fā)明的有益效果是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，維護(hù)管理都十分方便；它有效地解決了井下人員定位問(wèn)題，收費(fèi)公路車輛逃費(fèi)，以及因集資建路需要分段收費(fèi)，而造成收費(fèi)站過(guò)多的問(wèn)題，不僅節(jié)約了大量的人力物力，而且提高了公路的通行能力。另外，它不需要增加額外的人員，利用現(xiàn)有公路的收費(fèi)管理系統(tǒng)就可以進(jìn)行工作了。
文檔編號(hào)G07B15/06GK1881278SQ20061000912
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者廖應(yīng)成 申請(qǐng)人:成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司