專利名稱：一種基于精確位置匹配的多車道自由流電子收費(fèi)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transport System,簡稱ITS)領(lǐng)域,涉及多車道自由流電子收費(fèi)方法，特別涉及一種基于精確位置匹配的多車道自由流電子收費(fèi)方法。
背景技術(shù)：
目前，我國很多省市都建設(shè)了高速公路電子不停車收費(fèi)(Electronic Toll Collection，簡稱ETC)系統(tǒng)?，F(xiàn)有的高速公路電子收費(fèi)系統(tǒng)采用單車道模式，安裝車載電子標(biāo)簽的車輛需要進(jìn)入指定的車道，以低速(目前高速公路ETC車道限速為20km/h)通過ETC車道；對(duì)于進(jìn)入ETC車道的非法車輛，車道欄桿自動(dòng)攔截，由人工干預(yù)處理。ETC系統(tǒng)是由ETC天線和車載電子標(biāo)簽通過無線通信的方式實(shí)現(xiàn)收費(fèi)交易的，通信協(xié)議采用專用短程通信(Dedicated Short Range Communication,簡稱DSRC)協(xié)議。其處理過程為ETC天線(Road Side Unit,簡稱RSU)周期性發(fā)射下行的BST(Beacon ServiceTable，信標(biāo)服務(wù)表)信號(hào)，安裝有車載電子標(biāo)簽(或車載單元，On-Board Unit，簡稱0BU)的車輛駛?cè)隕TC收費(fèi)區(qū)域時(shí)，收到BST信號(hào)，返回VST (Vehicle Service Table，車輛服務(wù)表)信號(hào)。VST信號(hào)中包含有車載電子標(biāo)簽的MAC (Media Access Control，媒體訪問控制)地址、序列號(hào)和其他信息，其中車載電子標(biāo)簽的MAC地址是其與天線通信的主要識(shí)別碼。天線收到上行DSRC信號(hào)數(shù)據(jù)幀后，以其MAC地址區(qū)分不同的車載電子標(biāo)簽；天線發(fā)給不同車載電子標(biāo)簽的下行信號(hào)數(shù)據(jù)幀，均以目標(biāo)車載電子標(biāo)簽的MAC地址為下行幀的專有鏈路標(biāo)識(shí)。車載電子標(biāo)簽只接收專有鏈路標(biāo)識(shí)與自己的MAC地址相同的下行數(shù)據(jù)幀。天線收到VST信號(hào)之后，首先與車載電子標(biāo)簽進(jìn)行安全認(rèn)證，認(rèn)證通過后為合法車輛，進(jìn)行ETC收費(fèi)交易。ETC交易通信結(jié)束后，天線發(fā)射結(jié)束指令，然后繼續(xù)發(fā)射周期性的下行BST信號(hào)，等待后續(xù)車輛的駛?cè)搿，F(xiàn)有的ETC天線有收發(fā)一體的結(jié)構(gòu)，也有發(fā)射天線和接收天線分體的結(jié)構(gòu)，但發(fā)射天線和接收天線都不具備車輛定位功能。雖然單車道模式的電子收費(fèi)系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)的人工收費(fèi)有很大的技術(shù)進(jìn)步，提高了車道通行能力，減少了交費(fèi)服務(wù)時(shí)間，起到了節(jié)能減排的效果，但是仍然存在土建費(fèi)用較高、通車速度相對(duì)較低、非法車輛需現(xiàn)場人工處理等不便。為了適應(yīng)高速公路和城市道路無障礙通行和收費(fèi)，一種被稱為多車道自由流電子收費(fèi)技術(shù)的設(shè)想被提出。多車道自由流電子收費(fèi)是指在收費(fèi)站點(diǎn)沒有車道隔離設(shè)施，收費(fèi)設(shè)施架設(shè)在車道上方的龍門架上，和過站車輛上安裝的車載電子標(biāo)簽通過無線通信的方式完成收費(fèi)交易，車輛可按照正常車速(0-160km/h)、以任意方式(包括按車道、跨車道和變車道)通過收費(fèi)站點(diǎn)。多車道自由流電子收費(fèi)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)難題是，由于有未安裝或者非法安裝車載電子標(biāo)簽的車輛，除了對(duì)正常安裝電子標(biāo)簽的車輛進(jìn)行自動(dòng)收費(fèi)外，還要求對(duì)非法車輛能夠進(jìn)行現(xiàn)場自動(dòng)辨別取證。目前，這仍是多車道自由流電子收費(fèi)應(yīng)用中需要進(jìn)一步研究、完善的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明的目是提出一種基于精確位置匹配的多車道自由流電子收費(fèi)方法，通過對(duì)車輛檢測(cè)和車載電子標(biāo)簽定位結(jié)果的精確匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常車和非法車輛的自動(dòng)判別。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于精確位置匹配的多車道自由流電子收費(fèi)方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟I :獲取車載電子標(biāo)簽位置、車輛位置以及車輛圖像，進(jìn)行電子不停車收費(fèi)交易:車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)通過讀寫天線向收費(fèi)區(qū)域發(fā)射周期性的下行信號(hào)，與收費(fèi)區(qū)域內(nèi)的車載電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，定位天線接收車載電子標(biāo)簽返回的上行信號(hào)，如果進(jìn)入通信區(qū)域的車輛上沒有安裝車載電子標(biāo)簽，則讀寫天線無法與車載電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，定位天線也無法檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽返回的上行信號(hào)，車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)無該車輛經(jīng)過收費(fèi)站信息，如果進(jìn)入通信區(qū)域的車輛上安裝有車載電子標(biāo)簽，則車載電子標(biāo)簽被下行信號(hào)喚醒，返回上行信號(hào)，車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)收到上行信號(hào)后，對(duì)車載電子標(biāo)簽的合法性進(jìn)行驗(yàn)證若車載電子標(biāo)簽為合法車載電子標(biāo)簽，則讀寫天線繼續(xù)與車載電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，完成收費(fèi)交易，若車載電子標(biāo)簽為非法車載電子標(biāo)簽，則讀寫天線不再與車載電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，收費(fèi)交易失敗，無論車載電子標(biāo)簽是否合法，定位天線都檢測(cè)車載電子標(biāo)簽返回的上行信號(hào)的強(qiáng)度，車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)根據(jù)該上行信號(hào)強(qiáng)度，定位出車載電子標(biāo)簽位置，然后，車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)將收費(fèi)交易結(jié)果、車載電子標(biāo)簽定位結(jié)果、車載電子標(biāo)簽定位時(shí)間輸出給車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在上述車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)工作的同時(shí)，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)是否有車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，當(dāng)有車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域后，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)立即檢測(cè)出車輛位置、自動(dòng)生成車輛編號(hào)，并向車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)輸出抓拍啟動(dòng)信號(hào)，抓拍啟動(dòng)信號(hào)包含車輛位置、檢測(cè)時(shí)間和車輛編號(hào)，接著，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)出車輛外形輪廓，并根據(jù)車輛外形輪廓自動(dòng)劃分車輛類型，然后，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)將車型信息以及與該車對(duì)應(yīng)的車輛編號(hào)輸出給車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將抓拍啟動(dòng)信號(hào)傳遞給圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)，圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)按照抓拍啟動(dòng)信號(hào)中的車輛位置信息觸發(fā)龍門架上相應(yīng)位置的攝像機(jī)進(jìn)行車輛圖像抓拍，并進(jìn)行車牌自動(dòng)識(shí)別，接著圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)將抓拍圖像、車牌識(shí)別結(jié)果以及與該車對(duì)應(yīng)的車輛編號(hào)輸出給車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)每次收到車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)提供的抓拍啟動(dòng)信號(hào)后，都在車輛信息數(shù)據(jù)庫中開辟一個(gè)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)輸出的車輛編號(hào)、車輛位置、檢測(cè)時(shí)間、車型信息以及圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)輸出的抓拍圖像、車牌識(shí)別結(jié)果、與之對(duì)應(yīng)的車輛編號(hào)，車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有車載電子標(biāo)簽信息數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)輸出的收費(fèi)交易結(jié)果、車載電子標(biāo)簽定位結(jié)果、車載電子標(biāo)簽定位時(shí)間，步驟2 :通過精確位置匹配，辨別出合法車和非法車，
由車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽位置和車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛位置進(jìn)行匹配若在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛位置和車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽位置在設(shè)定距離范圍內(nèi)，且車載電子標(biāo)簽為合法車載電子標(biāo)簽，則認(rèn)為該車輛為合法車輛，若在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛位置和車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽位置在設(shè)定距離范圍內(nèi)，但車載電子標(biāo)簽為非法車載電子標(biāo)簽，則認(rèn)為該車輛為非法安裝電子標(biāo)簽的車輛，若在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛位置和車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽位置不在設(shè)定距離范圍內(nèi)，或只有車輛位置而無車載電子標(biāo)簽位置，則認(rèn)為該車輛為未安裝車載電子標(biāo)簽的車輛，步驟3 :后臺(tái)數(shù)據(jù)處理，車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將定位匹配結(jié)果，電子不停車收費(fèi)交易結(jié)果、車輛圖像抓拍與車牌識(shí)別結(jié)果上傳給后臺(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行后續(xù)處理。所述相同時(shí)間范圍是指時(shí)間間隔在100毫秒之內(nèi)，所述相同區(qū)域范圍是指半徑距離在0. 5米之內(nèi)。為實(shí)施上述方法而采用的設(shè)備包括車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)、車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)、車輛圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)、車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，車路通信系統(tǒng)與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)由讀寫天線、定位天線和天線控制器，天線控制器內(nèi)部配置有控制單元、數(shù)據(jù)處理單元和功率檢測(cè)單元，控制單元用于解析讀寫天線和定位天線收到的上行信號(hào)，對(duì)于讀寫天線收到的上行信號(hào)，控制單元按照專用短程通信(DSRC)協(xié)議進(jìn)行處理，并返回下行信號(hào)，完成上、下行數(shù)據(jù)鏈路連接和數(shù)據(jù)交換，對(duì)于定位天線收到的上行信號(hào)，控制單元將其送給功率檢測(cè)單元進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)，并將信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)時(shí)間、定位天線編號(hào)輸送給數(shù)據(jù)處理單元，由數(shù)據(jù)處理單元將不同定位天線在同一檢測(cè)周期中對(duì)同一車載電子標(biāo)簽(識(shí)別碼相同的)進(jìn)行位置計(jì)算，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)由車輛檢測(cè)器構(gòu)成，車輛檢測(cè)由激光發(fā)射接收器、檢測(cè)控制器組成，激光發(fā)射接收器向地面連續(xù)不停的發(fā)射激光脈沖波，形成激光幕墻，并將地面或車輛反射回來激光脈沖波送入檢測(cè)控制器中的光電轉(zhuǎn)換單元，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，沒有車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域時(shí)，激光發(fā)射接收器接收的激光脈沖波全部是由地面反射回來的，當(dāng)有車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，穿過激光波束幕墻時(shí)，車輛前端進(jìn)入、后端離開的這一段時(shí)間內(nèi)，地面反射和車輛反射的激光脈沖波的能量不同，檢測(cè)控制器通過分析激光脈沖波的能量變化，計(jì)算出車輛的長度、高度、寬度坐標(biāo)，得到車輛外形輪廓，并根據(jù)車輛外形輪廓自動(dòng)劃分車輛類型，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)經(jīng)過收費(fèi)站點(diǎn)的車輛進(jìn)行檢測(cè)，并自動(dòng)對(duì)車輛進(jìn)行車型分類，
圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)由高清攝像機(jī)和抓拍控制器構(gòu)成，抓拍控制器配置有圖像處理單元和光學(xué)字符識(shí)別單元，可以完成對(duì)通行的車輛、包括車牌照進(jìn)行圖像抓拍，并自動(dòng)識(shí)別出車牌號(hào)碼， 車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由車道控制器以及車載電子標(biāo)簽信息數(shù)據(jù)庫、車輛信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，車道控制器配置有時(shí)間校準(zhǔn)服務(wù)器，車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集、處理上述相關(guān)子系統(tǒng)的輸入信息，該系統(tǒng)該負(fù)責(zé)對(duì)以上各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)本方法所需要硬件系統(tǒng)包括車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)、車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)、圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)、車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)等。上述各系統(tǒng)安裝在收費(fèi)站點(diǎn)道路上方的龍門架上，不占用車輛在道路上的行駛空間；該收費(fèi)站點(diǎn)可對(duì)自由行駛狀態(tài)下通過該站點(diǎn)的并且安裝有經(jīng)合法注冊(cè)的車載電子標(biāo)簽的車輛準(zhǔn)確地實(shí)施道路通行費(fèi)的收??；通過對(duì)車輛檢測(cè)和車載電子標(biāo)簽定位結(jié)果的精確匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)非法車輛的自動(dòng)判別，進(jìn)而對(duì)通過該站點(diǎn)的非法車輛進(jìn)行車輛及車牌照?qǐng)D像抓拍，同時(shí)自動(dòng)提取車牌號(hào)信息；該收費(fèi)站點(diǎn)可通過網(wǎng)絡(luò)連接到后臺(tái)計(jì)算機(jī)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，上述數(shù)據(jù)可傳輸?shù)胶笈_(tái)系統(tǒng)，從而完成整個(gè)道路收費(fèi)過程。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于采用多個(gè)定位天線接收車載電子標(biāo)簽返回的上行信號(hào)，根據(jù)上行信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算出車載電子標(biāo)簽的位置坐標(biāo)，采用車輛檢測(cè)器檢測(cè)車輛通行信息，無論車輛是否安裝有車載電子標(biāo)簽，只要車輛經(jīng)過收費(fèi)站點(diǎn)，車輛的通行信息，即車輛經(jīng)過收費(fèi)站點(diǎn)的到達(dá)、離開、車型及位置等信息都會(huì)被車輛檢測(cè)器檢測(cè)到。由車輛檢測(cè)器檢測(cè)到的車輛信息觸發(fā)圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)抓拍車輛及車牌照?qǐng)D片。上述車輛的通行信息、車載電子標(biāo)簽的位置信息、電子收費(fèi)交易信息，以及抓拍的圖片和車牌識(shí)別信息等，都提交給車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，通過對(duì)車載電子標(biāo)簽的位置和車輛位置進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常車輛和非法車輛的判別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)正常車輛進(jìn)行電子收費(fèi)，對(duì)非法車輛進(jìn)行違章執(zhí)法及通行費(fèi)追繳。本發(fā)明與傳統(tǒng)的電子收費(fèi)方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明中，收費(fèi)站點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)備安裝在道路上方的龍門架上，路面無限制車輛通行的設(shè)施，如欄桿、收費(fèi)島等。收費(fèi)稽查操作自動(dòng)進(jìn)行，無需人工值守。車輛在收費(fèi)站點(diǎn)處自由通行，與普通道路行駛沒有差異。因此其通行能力與一般道路相同，大大高于傳統(tǒng)收費(fèi)站點(diǎn)的通行能力，能夠解決單車道模式的電子收費(fèi)站點(diǎn)出現(xiàn)的擁擠排隊(duì)問題，還能節(jié)約土地資源，降低相關(guān)土建費(fèi)用。實(shí)現(xiàn)本方法的系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)、車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)、圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)、車道邏輯協(xié)調(diào)子系統(tǒng)和后臺(tái)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。本發(fā)明的核心為電子標(biāo)簽定位技術(shù)，由多個(gè)定位天線在不同位置接收車載電子標(biāo)簽返回的上行信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度等信息計(jì)算出車載電子標(biāo)簽所在的位置，并與車輛檢測(cè)器檢測(cè)到的車輛位置進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常車輛和非法車輛的判別。


圖I是本發(fā)明一實(shí)施例的示意圖。圖2是圖I的局部放大圖。圖3是圖I的俯視圖。圖4是攝像機(jī)的安裝位置示意圖。圖5是標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度擬合不意圖。
圖6是標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度擬合不意圖。圖7是硬件組成結(jié)構(gòu)圖。圖8是車輛位置的定位結(jié)果圖。圖9是車載電子標(biāo)簽的定位結(jié)果圖。圖10是車輛位置與車載電子標(biāo)簽的匹配圖。
具體實(shí)施例方式I、設(shè)備布局情況圖中標(biāo)號(hào)Vl汽車 V2汽車 V3汽車 V4汽車 V5汽車I路面 2龍門架 3龍門架4控制箱 5控制箱 6控制箱 7路側(cè)機(jī)柜Ml、M2、M3 讀寫天線A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12 定位天線LI、L2、L3激光發(fā)射接收器C1、C2、C3、C4、C5攝像機(jī)B左側(cè)邊緣本發(fā)明是一種基于精確位置匹配的多車道自由流電子收費(fèi)方法。本方法在車輛通行的道路空間內(nèi)不設(shè)置形成通行障礙的道路收費(fèi)設(shè)施，而是車輛可以在收費(fèi)站點(diǎn)處以自由流的狀態(tài)行駛，收費(fèi)站點(diǎn)只需要在路面I上方設(shè)置前、后龍門架2、3，在前、后龍門架2、3安裝實(shí)施本方法所需要使用的天線、激光發(fā)射接收器、高清攝像機(jī)。上述車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)的天線控制器可以安裝在控制箱4中，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)的檢測(cè)控制器可以安裝在控制箱5中圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)的抓拍控制器安裝在控制箱6中、控制箱4、5安裝在收費(fèi)站點(diǎn)的前龍門架2上，控制箱6安裝在收費(fèi)站點(diǎn)的后龍門架3上，車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的車道控制器可以安裝在路側(cè)機(jī)柜7中，龍門架2、3凈高大于5. 5米，以避免對(duì)路面通行的車輛造成障礙。前、后龍門架間隔8米，讀寫天線與車載電子標(biāo)簽的通信區(qū)域?yàn)?米，中心位置(或其前沿)與車輛檢測(cè)器一致。2、系統(tǒng)功能(I)車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)功能車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)由天線控制器、讀寫天線、定位天線構(gòu)成。定位天線和讀寫天線可以都裝在前排龍門架上，也可以都安裝在后排龍門架上，但其輻射區(qū)位置可以通過安裝角度(下傾角)以及發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整，使通信區(qū)域基本相同，下面以定位天線和讀寫天線都安裝在前排龍門架為例進(jìn)行說明。
天線控制器與安裝在前排龍門架2上的讀寫天線Ml、M2、M3和定位天線Al、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、All、A12連接。讀寫天線Ml、M2、M3的數(shù)量是與車道數(shù)量一一對(duì)應(yīng)。天線控制器可以由工控機(jī)構(gòu)成，也可以采用嵌入式技術(shù)，將天線控制器功能嵌入讀寫天線本身。該系統(tǒng)基于專用短程通信(DSRC)協(xié)議，可以進(jìn)行路、車之間的通信，通過讀寫天線M1、M2、M3與車載電子標(biāo)簽完成收費(fèi)交易的數(shù)據(jù)交換；同時(shí)，該系統(tǒng)還具備車載電子標(biāo)簽準(zhǔn)確定位功能。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，還有另外一種方式系統(tǒng)由發(fā)射天線和接收天線構(gòu)成，發(fā)射天線只做交易的發(fā)射工作，接收天線在做交易的接收工作之外，兼做上行信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)及OBU定位。發(fā)射天線的數(shù)量為三個(gè)，與車道數(shù)量相同，接收天線的數(shù)量是十二個(gè)，(2)車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)功能車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)由激光發(fā)射接收器和檢測(cè)控制器構(gòu)成。檢測(cè)控制器與激光發(fā)射接收器L1、L2、L3連接。檢測(cè)控制器可以由工控機(jī)構(gòu)成，也可以采用嵌入式技術(shù)，將天線控制器功能嵌入激光發(fā)射接收器本身。由于激光發(fā)射接收器LI、L2、L3覆蓋的范圍有一定的限度，為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)道路斷面車輛檢測(cè)，需要根據(jù)道路寬度布設(shè)多臺(tái)激光發(fā)射接收器，一般為一條車道布設(shè)一臺(tái)激光發(fā)射接收器。本實(shí)施例中，有三條車道，因此需要布設(shè)3臺(tái)激光發(fā)射接收器；3臺(tái)激光發(fā)射接收器L1、L2、L3 —直在連續(xù)工作，三臺(tái)激光發(fā)射接收器L1、L2、L3發(fā)射的激光波束形成一道幕墻，橫跨在三個(gè)車道上。如果有車輛通過檢測(cè)區(qū)域，車輛前端進(jìn)入、后端離開的這一段時(shí)間內(nèi)，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)出車輛的長度、高度、寬度坐標(biāo)，并根據(jù)車輛外形輪廓自動(dòng)劃分車輛類型。車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)負(fù)責(zé)收費(fèi)站點(diǎn)車道內(nèi)檢測(cè)車輛的存在(亦可檢測(cè)車輛的到來和離開)，并提供車輛實(shí)時(shí)的位置信息，對(duì)所檢測(cè)到的車輛進(jìn)行自動(dòng)車型分類。3)圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)功能圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)主要進(jìn)行圖像抓拍和車牌識(shí)別等操作。圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)由高清攝像機(jī)和抓拍控制器構(gòu)成，抓拍控制器可以由工控機(jī)構(gòu)成，也可以采用嵌入式技術(shù)，將抓拍控制器功能嵌入高清攝像機(jī)本身。抓拍控制器安裝有圖像處理軟件和字符識(shí)別軟件。由車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)給出的車輛位置信息進(jìn)行抓拍觸發(fā)，負(fù)責(zé)對(duì)非法通行的車輛進(jìn)行圖像抓拍并自動(dòng)識(shí)別車牌。抓拍設(shè)備采用高清攝像機(jī)，抓拍后的圖像經(jīng)過圖像處理及字符識(shí)別(OCR)技術(shù)，獲得車牌顏色和號(hào)碼等信息。圖像或者視頻抓拍時(shí)間由車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制，車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)收到車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛輸入信號(hào)即刻觸發(fā)圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)抓拍。圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)根據(jù)車輛位置觸發(fā)相應(yīng)位置的攝像機(jī)抓拍車輛圖像，并進(jìn)行自動(dòng)車牌識(shí)另IJ。抓拍時(shí)車輛位于前排龍門架正下方附近。圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)將抓拍的車輛圖像、車牌識(shí)別結(jié)果以及車輛編號(hào)上傳給車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。(4)車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)功能車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由車道控制器、車載電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫以及車輛信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，車道控制器由工控機(jī)構(gòu)成，車道控制器負(fù)責(zé)收集、處理上述相關(guān)系統(tǒng)的輸入信息，以完成現(xiàn)場的收費(fèi)交易過程，交易結(jié)果可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)計(jì)算機(jī)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。同時(shí)，車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)以上各子系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控和各種處理結(jié)果的信息存儲(chǔ)。3、關(guān)鍵技術(shù)原理(I)電子標(biāo)簽定位技術(shù)原理車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品，所采用的車輛檢測(cè)技術(shù)為公知技術(shù)。但是，車載電子標(biāo)簽的準(zhǔn)確定位尚無成熟技術(shù)，因此本發(fā)明的關(guān)鍵是解決車載電子標(biāo)簽定位問題。本發(fā)明中車載電子標(biāo)簽的定位原理如下 在收費(fèi)站點(diǎn)斷面以一定間隔等距離布設(shè)車載電子標(biāo)簽定位天線，用于接收車載電子標(biāo)簽返回的上行信號(hào)強(qiáng)度。從理論上分析，距離車載電子標(biāo)簽越近的定位天線，其接收到的車載電子標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度越強(qiáng)(這主要由定位天線的方向性圖、電子標(biāo)簽天線的方向性圖、定位天線與電子標(biāo)簽之間的相對(duì)位置和距離等因素決定)；反之，接收到的信號(hào)強(qiáng)度越弱，甚至接收不到信號(hào)。如果定位天線布設(shè)足夠密的話，各點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)值是以距離車載電子標(biāo)簽最近的定位天線為波峰，向兩側(cè)逐步遞減的變化曲線。而等距離布設(shè)一定數(shù)量的定位天線檢測(cè)車載電子標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度，相當(dāng)于在曲線上每隔一定距離選取的檢測(cè)值離散點(diǎn)，通過曲線擬合算法，可以計(jì)算出曲線峰值位置，即為車載電子標(biāo)簽位置。根據(jù)研究分析，定位天線檢測(cè)的車載電子標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度和定位天線的位置可以近似為二次曲線關(guān)系I = f(x2)。以最左側(cè)邊線B與定位天線安裝龍門架2的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以定位天線距離左側(cè)邊緣線的距離為X軸，以定位天線檢測(cè)的標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度為Y軸，建立坐標(biāo)系(如圖5、圖6所示)，假設(shè)y = aQX2+alX+a2。在實(shí)際定位過程中，每次檢測(cè)通常會(huì)有4-6個(gè)定位天線檢測(cè)到車載電子標(biāo)簽信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)最小二乘法可以擬合出曲線，給出二次曲線的參數(shù)％、&1、a2，進(jìn)而計(jì)算出曲線的峰值的橫坐標(biāo)，即為車載電子標(biāo)簽位置。定位天線布設(shè)間隔越小，定位的精度越高，但是系統(tǒng)的建設(shè)成本也越高；反之，定位天線布設(shè)間隔越大，定位精度越低，系統(tǒng)建設(shè)成本越低。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，定位天線布設(shè)間隔在I. 2米以下，定位精度就可以滿足系統(tǒng)要求，綜合考慮定位精度和經(jīng)濟(jì)性因素，定位天線的布設(shè)間隔在0. 5-1. 2米范圍。本實(shí)施例中，在標(biāo)準(zhǔn)的三車道收費(fèi)站點(diǎn)(車道寬度3. 75米，總斷面跨度11.25米)，定位天線布設(shè)間隔為I米，共布設(shè)12個(gè)定位天線。以最左側(cè)邊線B與定位天線安裝龍門架2的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，其中第一個(gè)定位天線Al安裝在坐標(biāo)原點(diǎn)處，第二至第十二個(gè)定位天線A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10依次安裝距坐標(biāo)原點(diǎn)在I米、2米、3米、4米、5米、6米、7米、8米、9米、10米、11米處；一次電子不停車收費(fèi)交易的時(shí)間通常在50毫秒內(nèi)，包括多次上行信號(hào)和下行信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸，定位天線在車載電子標(biāo)簽發(fā)送上行數(shù)據(jù)時(shí)，檢測(cè)上行信號(hào)的強(qiáng)度，從而獲得電子標(biāo)簽的位置信息。各定位天線檢測(cè)到同一 OBU上行信號(hào)強(qiáng)度的時(shí)刻嚴(yán)格一致。每次接收到OBU上行數(shù)據(jù)后，定位天線的控制單元都會(huì)記錄檢測(cè)結(jié)果，在OBU與天線的一次交易周期內(nèi)，通?？梢允盏酵卉囕d電子標(biāo)簽的多次上行數(shù)據(jù)，對(duì)于同一車載電子標(biāo)簽的上行信號(hào)，本發(fā)明僅使用第一次檢測(cè)到OBU的上行信號(hào)及其定位結(jié)果。由于定位天線有多個(gè)，橫跨在整個(gè)路面上，又在同一時(shí)刻對(duì)上行信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行采樣，所以，這些定位天線可能會(huì)收到不同車載電子標(biāo)簽的上行信號(hào)，遇到這種情況，定位天線的控制單元以上行信號(hào)中的MAC地址區(qū)分不同的車載電子標(biāo)簽；控制單元將上行信號(hào)強(qiáng)度、車載電子標(biāo)簽的MAC地址、檢測(cè)時(shí)間這3個(gè)參數(shù)輸送給數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對(duì)各個(gè)定位天線在同一檢測(cè)時(shí)刻中對(duì)同一車載電子標(biāo)簽的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，以車載電子標(biāo)簽0BU4為例進(jìn)行說明表格I是各個(gè)定位天線在同一檢測(cè)周期中對(duì)車載電子標(biāo)簽0BU4的檢測(cè)結(jié)果。表格I :
權(quán)利要求
1.一種基于精確位置匹配的多車道自由流電子收費(fèi)方法，其特征是該方法包括以下步驟 步驟I:獲取車載電子標(biāo)簽位置、車輛位置以及車輛圖像，進(jìn)行電子不停車收費(fèi)交易車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)通過讀寫天線向收費(fèi)區(qū)域發(fā)射周期性的下行信號(hào)，與收費(fèi)區(qū)域內(nèi)的車載電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，定位天線接收車載電子標(biāo)簽返回的上行信號(hào)， 如果進(jìn)入通信區(qū)域的車輛上沒有安裝車載電子標(biāo)簽，則讀寫天線無法與車載電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，定位天線也無法檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽返回的上行信號(hào)，車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)無該車輛經(jīng)過收費(fèi)站信息， 如果進(jìn)入通信區(qū)域的車輛上安裝有車載電子標(biāo)簽，則車載電子標(biāo)簽被下行信號(hào)喚醒，返回上行信號(hào)，車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)收到上行信號(hào)后，對(duì)車載電子標(biāo)簽的合法性進(jìn)行驗(yàn)證 若車載電子標(biāo)簽為合法車載電子標(biāo)簽，則讀寫天線繼續(xù)與車載電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，完成收費(fèi)交易， 若車載電子標(biāo)簽為非法車載電子標(biāo)簽，則讀寫天線不再與車載電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，收費(fèi)交易失敗， 無論車載電子標(biāo)簽是否合法，定位天線都檢測(cè)車載電子標(biāo)簽返回的上行信號(hào)的強(qiáng)度，車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)根據(jù)該上行信號(hào)強(qiáng)度，定位出車載電子標(biāo)簽位置，然后，車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)將收費(fèi)交易結(jié)果、車載電子標(biāo)簽定位結(jié)果、車載電子標(biāo)簽定位時(shí)間輸出給車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)， 在上述車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)工作的同時(shí)，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)是否有車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，當(dāng)有車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域后，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)立即檢測(cè)出車輛位置、自動(dòng)生成車輛編號(hào)，并向車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)輸出抓拍啟動(dòng)信號(hào)，抓拍啟動(dòng)信號(hào)包含車輛位置、檢測(cè)時(shí)間和車輛編號(hào)，接著，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)出車輛外形輪廓，并根據(jù)車輛外形輪廓自動(dòng)劃分車輛類型，然后，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)將車型信息以及與該車對(duì)應(yīng)的車輛編號(hào)輸出給車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)； 車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將抓拍啟動(dòng)信號(hào)傳遞給圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)，圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)按照抓拍啟動(dòng)信號(hào)中的車輛位置信息觸發(fā)龍門架上相應(yīng)位置的攝像機(jī)進(jìn)行車輛圖像抓拍，并進(jìn)行車牌自動(dòng)識(shí)別，接著圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)將抓拍圖像、車牌識(shí)別結(jié)果以及與該車對(duì)應(yīng)的車輛編號(hào)輸出給車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)； 車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)每次收到車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)提供的抓拍啟動(dòng)信號(hào)后，都在車輛信息數(shù)據(jù)庫中開辟一個(gè)存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)輸出的車輛編號(hào)、車輛位置、檢測(cè)時(shí)間、車型信息以及圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)輸出的抓拍圖像、車牌識(shí)別結(jié)果、與之對(duì)應(yīng)的車輛編號(hào)， 車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有車載電子標(biāo)簽信息數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)輸出的收費(fèi)交易結(jié)果、車載電子標(biāo)簽定位結(jié)果、車載電子標(biāo)簽定位時(shí)間；步驟2 :通過精確位置匹配，辨別出合法車和非法車， 由車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對(duì)車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽位置和車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛位置進(jìn)行匹配 若在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛位置和車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽位置在設(shè)定距離范圍內(nèi)，且車載電子標(biāo)簽為合法車載電子標(biāo)簽，則認(rèn)為該車輛為合法車輛， 若在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛位置和車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽位置在設(shè)定距離范圍內(nèi)，但車載電子標(biāo)簽為非法車載電子標(biāo)簽，則認(rèn)為該車輛為非法安裝電子標(biāo)簽的車輛， 若在設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車輛位置和車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)檢測(cè)到的車載電子標(biāo)簽位置不在設(shè)定距離范圍內(nèi)，或只有車輛位置而無車載電子標(biāo)簽位置，則認(rèn)為該車輛為未安裝車載電子標(biāo)簽的車輛， 步驟3:后臺(tái)數(shù)據(jù)處理， 車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將定位匹配結(jié)果，電子不停車收費(fèi)交易結(jié)果、車輛圖像抓拍與車牌識(shí)別結(jié)果上傳給后臺(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行后續(xù)處理。
2.如權(quán)利要求I所述的基于精確位置匹配的多車道自由流電子收費(fèi)方法，其特征是所述相同時(shí)間范圍是指時(shí)間間隔在100毫秒之內(nèi)，所述相同區(qū)域范圍是指半徑距離在0.5米之內(nèi)。
3.一種為實(shí)施權(quán)利要求I所述的方法而采用的設(shè)備，其特征是所述設(shè)備包括車路通信與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)、車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)、車輛圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)、車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)， 車路通信系統(tǒng)與電子標(biāo)簽定位子系統(tǒng)由讀寫天線、定位天線和天線控制器，天線控制器內(nèi)部配置有控制單元、數(shù)據(jù)處理單元和功率檢測(cè)單元，控制單元用于解析讀寫天線和定位天線收到的上行信號(hào)，對(duì)于讀寫天線收到的上行信號(hào)，控制單元按照專用短程通信協(xié)議進(jìn)行處理，并返回下行信號(hào)，完成上、下行數(shù)據(jù)鏈路連接和數(shù)據(jù)交換，對(duì)于定位天線收到的上行信號(hào)，控制單元將其送給功率檢測(cè)單元進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)，并將信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)時(shí)間、定位天線編號(hào)輸送給數(shù)據(jù)處理單元，由數(shù)據(jù)處理單元將不同定位天線在同一檢測(cè)周期中對(duì)同一車載電子標(biāo)簽進(jìn)行位置計(jì)算， 車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)由車輛檢測(cè)器構(gòu)成，車輛檢測(cè)由激光發(fā)射接收器、檢測(cè)控制器組成，激光發(fā)射接收器向地面連續(xù)不停的發(fā)射激光脈沖波，形成激光幕墻，并將地面或車輛反射回來激光脈沖波送入檢測(cè)控制器中的光電轉(zhuǎn)換單元，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，沒有車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域時(shí)，激光發(fā)射接收器接收的激光脈沖波全部是由地面反射回來的，當(dāng)有車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域，穿過激光波束幕墻時(shí)，車輛前端進(jìn)入、后端離開的這一段時(shí)間內(nèi)，地面反射和車輛反射的激光脈沖波的能量不同，檢測(cè)控制器通過分析激光脈沖波的能量變化，計(jì)算出車輛的長度、高度、寬度坐標(biāo)，得到車輛外形輪廓，并根據(jù)車輛外形輪廓自動(dòng)劃分車輛類型，車輛檢測(cè)與定位子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)經(jīng)過收費(fèi)站點(diǎn)的車輛進(jìn)行檢測(cè)，并自動(dòng)對(duì)車輛進(jìn)行車型分類， 圖像抓拍與車牌識(shí)別子系統(tǒng)由高清攝像機(jī)和抓拍控制器構(gòu)成，抓拍控制器配置有圖像處理單元和光學(xué)字符識(shí)別單元，可以完成對(duì)通行的車輛、包括車牌照進(jìn)行圖像抓拍，并自動(dòng)識(shí)別出車牌號(hào)碼， 車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由車道控制器以及車載電子標(biāo)簽信息數(shù)據(jù)庫、車輛信息數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，車道控制器配置有時(shí)間校準(zhǔn)服務(wù)器，車道邏輯協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集、處理上述相關(guān)子系統(tǒng)的輸入信息，該系統(tǒng)該負(fù)責(zé)對(duì)以上各子系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
全文摘要
一種基于精確位置匹配的多車道自由流電子收費(fèi)方法，其特征是該方法將電子標(biāo)簽定位與車輛位置檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)多車道自由流電子收費(fèi)，該方法包括以下步驟步驟1、獲取車載電子標(biāo)簽位置、車輛位置以及車輛圖像，進(jìn)行電子不停車收費(fèi)交易步驟2、通過精確匹配車載電子標(biāo)簽位置和車輛位置，辨別出合法車和非法車，步驟3、后臺(tái)數(shù)據(jù)處理，存儲(chǔ)非法車輛的圖像、車牌號(hào)碼連同違章過車記錄，作為追繳通行費(fèi)的依據(jù)。本方法通過對(duì)車輛檢測(cè)和車載電子標(biāo)簽定位結(jié)果的精確匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常車和非法車輛的判別，從而實(shí)現(xiàn)多車道自由流電子不停車收費(fèi)。
文檔編號(hào)G07B15/06GK102622783SQ20121008886
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者宋淼, 尤鑫, 岳雅峰, 張北海, 張明月, 李全發(fā), 范士明, 薛金銀, 高文寶 申請(qǐng)人:北京速通科技有限公司