本发明涉及高速路交通技术领域，尤其涉及一种高效的客车ETC车道系统。
背景技术：
ETC全称为电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection)，是目前世界上最先进的路桥收费方式。其通过安装在车辆挡风玻璃上的车载单元(OBU，On Board Unit，又称车载电子标签)与收费站ETC车道上路测单元(RSU，Road Side Unit)的微波天线之间进行微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。采用ETC可有效减少因停车收费造成的延误及拥挤，可大大提高高速公路收费效率以及车辆运行效率，能够极大地缓解收费站区的拥堵现象。随着ETC用户量的持续增长，缓解拥堵的效果会越来越显著，从而大大节约用户的出行时间。
2015年高速公路ETC实现全国联网，全国29省实现ETC互联互通，便利了ETC车主用户。全国ETC联网以来，全国ETC联网运营工作在基础设施、用户总量、联网交易、用户服务、社会效益取得了巨大成绩，有效推动运输行业“降本增效”。截至2018年2月底，全网ETC用户总量达到6291万。
尽管ETC车道有效缓解了高速的拥堵，尤其是经过收费站的车辆的拥堵。但是，目前在ETC全国联网后高速公路车道建设仍存在诸多的不足之处，例如，目前客车ETC车道均采用地感线圈车检器，而地感线圈车检器需破路，可靠性不高；而且车道布局参差不齐，影响通行速度，并影响ETC车道交易成功率和通行效率。在经过收费站处时，目前由于ETC车道布局的限制，车辆需要非常缓慢地通过收费站才能保证扣费成功率，不利于拥堵的缓解。
如何进一步提升高速公路管理和服务水平，规范全网客车ETC专用车道建设，提升ETC专用车道的车辆通行速度和交易成功率从而提高ETC用户满意度，是一个有待解决的问题。
技术实现要素：
鉴于此，本发明实施例提供了一种高效的客车ETC车道系统，以通过优化的ETC车道布局来消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
本发明的一方面提供的客车ETC车道系统包括ETC车道以及ETC车道两侧的安全岛，所述系统还包括：路侧单元(RSU)、第一光电车检器、显示屏、车牌识别摄像机、收费亭、自动起落栏杆、地感线圈、IC卡读卡器以及与RSU、第一光电车检器、显示屏、车牌识别摄像机、自动起落栏杆、地感线圈和IC卡读卡器连接的车道控制机，所述车道控制机位于收费亭中。所述IC卡读卡器优选地位于收费亭的更靠近车道的一侧。
其中，RSU的天线置于ETC车道上方，第一光电车检器置于ETC车道两侧且位于RSU天线的下方，显示屏和车牌识别摄像机均置于所述第一光电车检器后方且位于ETC左侧的收费亭的前方，所述自动起落栏杆置于所述收费亭的后方，所述地感线圈置于所述自动起落栏杆后方。
优选地，RSU天线工作在单天线常开模式。
优选地，所述系统还包括：沿ETC车道与第一光电车检器间隔开预定距离的第二光电车检器；所述第一光电车检器和所述第二光电车检器为光栅。
优选地，所述第一光电车检器和所述第二光电车检器均具有温度传感器和加热单元，用于在温度低于预定值时利用加热单元进行加热。
优选地，所述第一光电车检器和所述第二光电车检器中的每一组位于ETC车道两侧，一侧为发射器，另一侧为接收器，所述发射器和所述接收器具有指示工作状态及加热状态的指示灯。
优选地，所述系统还包括：置于ETC车道左侧且位于收费亭和自动起落栏杆之间的通行信号灯。
优选地，所述系统还包括：置于ETC车道左侧且位于收费亭和自动起落栏杆之间的声光报警器。
优选地，所述安全岛的长度为25-35米。
优选地，所述RSU天线与所述自动起落栏杆之间的距离不小于15米。
优选地，所述RSU天线与车牌识别摄像机之间的距离为6-10米；所述RSU天线与显示屏之间的距离为6-10米。
优选地，所述系统还包括：置于地感线圈后方的车道抓拍摄影机。
优选地，所述显示屏包括：显示费额信息的费额显示屏和显示费额信息之外的特定提示信息的信息显示屏。
本发明中，车道栏杆后置，将车道栏杆置于车道后方，加长车辆在ETC车道识别区域与车道栏杆距离，增加车辆识别和自动扣费到车道抬杆放行时间，提升车辆通过ETC车道的速度，有效提升车辆通行效率。
本发明实施例通过对ETC车道布局以及结构进行优化和规范，大大提高了ETC专用车道的通行效率，并减少了交易失败率。
进一步地，通过利用两个光电车检器，本发明实施例的客车ETC车道还能够快速识别出车型，判断行车方向，实现高效、快速、可靠的车辆检测。
本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明实施例中客车ETC车道系统的结构示意图。
图2示出了本发明实施例中客车ETC车道系统的网络结构示意图。
附图标号说明：
10：RSU天线 11：天线基础门架 12：天线控制器
20：第一光电车检器 30：第二光电车检器 40：显示屏
41：显示屏基础架 42：费额显示屏 43：信息显示屏
50：车牌识别摄像机 51：摄像机基础架 60：车道控制机
70：信号灯 71：信号灯基础架 72：声光报警器
80：自动起落栏杆 90：地感线圈 100：抓拍摄像机
110：手动栏杆 101：抓拍摄像机基础架 121：雾灯基础架
130：收费亭 140：读卡器 150：安全岛
160：车辆控制模块 200：服务器
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
在此，还需要说明的是，本发明实施例中，所谓的“前部”和“前方”以及“后部”和“后方”是从面向来车的角度形成的相对位置关系，即来车先到达的位置相对于后到达的位置为“前部”或“前方”，来车后到达的位置相对于先到达的位置为“后部”或“后方”。
图1为本发明实施例中收费站处的ETC车道系统的结构示意图，图2示出了本发明实施例中客车ETC车道系统的网络结构示意图。如图1和图2所示，该客车ETC车道系统包括ETC车道以及ETC车道两侧的安全岛，该系统还包括：RSU、第一光电车检器20、显示屏40、车牌识别摄像机50、收费亭130、自动起落栏杆80、地感线圈90、IC卡读卡器140以及与RSU、第一光电车检器20、显示屏40、车牌识别摄像机50、自动起落栏杆80、地感线圈90和IC卡读卡器连接的车道控制机60，其中，车道控制机60可位于收费亭130中，其数据可以上传至收费站服务器200，IC卡读卡器可位于收费亭的更靠近车道的一侧，以便在交易失败时方便用户手动刷卡。RSU可包括RSU天线10和天线控制器12等，用于与OBU进行通信。第一光电车检器20优选为光栅，例如为红外光栅车检器(但并不限于此)。本系统的这些组成部分除了地感线圈90是安装在ETC车道的路面之外，大部分可安装在固定于车道两侧的安全岛上的基础架上，并且，除了这些组成部分之外，安全岛岛头出还可设有雾灯121，RSU天线前方通信区域(如图1中虚线表示的区域)中部具有手动栏杆110，自动起落栏杆80前方还可设有通行信号灯70，自动起落栏杆80后方还可设有车道抓拍摄影机100等。
本发明实施例中，RSU天线10置于ETC车道上方，例如安装于横跨ETC车道的拱形基础门架11的顶部中间位置。第一光电车检器20设于ETC车道两侧的安全岛上且位于RSU天线的下方，其中ECT车道一侧的光栅为红外光发射器(发射端)，另一侧的光栅为红外光接收器(接收端)，优选地，光幕高度≥1200mm，光轴间距≤25mm，但并不限于此。发射器和接收器中均设有加热单元，以能够进行自动解热除霜，此外发射器和接收器可具有指示工作状态即加热状态的指示灯，如LED指示灯。显示屏40和车牌识别摄像机50均置于第一光电车检器20后方且位于ETC车道左侧、收费亭130的前方。显示屏40和车牌识别摄像机50分别通过安全岛上的显示屏基础架41和摄像头基础架51安装在适当位置，以便于向车内人员进行信息显示和进行车牌拍摄和识别。车牌识别摄像机50为带有车牌识别模块的摄像头，如高清车牌识别一体机。自动起落栏杆80为后置式自动起落栏杆，其置于ETC车道后方，例如可置于收费亭130的后方，地感线圈90置于自动起落栏杆80的后方。在收费亭130和自动起落栏杆80之间的通行信号灯70安装在信号灯基础支架71上，以提示驾驶员向前行驶或停止。置于地感线圈后方的车道抓拍摄影机100，用于拍摄车辆视频信息等。
在传统的ETC车道布局中，ETC车道前侧的车检器通常为设置于图1中RSU通信区域中部的地感线圈，并且，RSU天线以常闭模式工作。在地感线圈检测到车辆时才触发RSU天线工作，这种情况下，由于是车辆到达地感线圈位置之后车载才触发RSU天线与车载OBU进行通信，导致实际能够通信的有效通信路段长度非常短，车辆必须保持非常缓慢的通信速度才可能顺利完成交易。并且，在RSU天线信号较弱的情况下，容易导致交易失败。
而在本发明实施例中，克服了传统的车检器布局导致的车速缓慢的限制，如图1所示，采用光电车检器代替地感线圈，光电车检器20置于RSU天线的下方，而非置于通信区域中间，并且，RSU天线以单天线常开模式工作，这样，ETC车辆一进入通信区域其OBU就可以与RSU进行通信，大大延长了能够通信的有效通信路段长度，从而即便保持较高的车速也能够顺利完成交易，并且大大降低了交易失败率。通信区域可控制在纵向(车辆通行方向)6米左右，横向宽度3.3米以内。
与传统地感线圈车检器相比，光电车检器的安装维护不需要切槽，不破坏路面，施工简单。当车辆驶过光电车检器，因光幕被车辆遮挡，光电车检器接收端可产生来车信号，并将信号传递至车道系统，实现ETC车道快速准确地车辆检测。并且，光电车检器具有车辆自动分离功能，可准确分离的两车最小间距不大于10cm。因此本发明以光电车检器替代地感线圈克服了原有的地感线圈检测灵敏度低，维护成本高，线圈老化需要破路维护等缺陷。光栅产品虽然采购成本相对较高，但维护方便，后期维护成本低。简言之，本发明的光电车检器的布局设计提高了ETC车道车辆检测准确性、灵敏度、可靠性，提升了车辆检测效率，从而提高了ETC车道的过车速度和通行效率。
进一步地，本发明的客车车道系统还包括沿ETC车道与第一光电车检器20间隔开预定距离的第二光电车检器30。例如，ETC车道安全岛入口侧的第一光电车检器20和第二光电车检器30可前后间隔0.5米进行部署，在此，0.5米仅为示例，也可以适当增大或减少，只要能实现本发明的技术目的。通过部署两套光电车检器20和30，本发明可进一步：(1)判断来车方向：根据车辆出经过光栅电车检器的先后顺序判定来车方向。如果先触发车检器1，后触发车检器2，该车驶入车道；如果先离开车检器2，后离开车检器1，该车在车道倒车。根据车辆的来车方向，实现车辆逻辑队列处理。(2)检测车道行车速度：当车辆驶入，两套光电车检器的距离为S，触发车检器20的时间为T1，触发车检器30的时间为T2，车辆行驶时间为(T2-T1)，综上车辆在ETC车道的通行速度便可以被计算出V＝S/(T2-T1)。(3)检测车型：通过车辆触发光电车检器20和驶离光电车检器20的时间与行车速度，可计算出车型大小；根据光电传感器检测信息还可识别车轮大小、车轴数；综上信息可判断车型。
此外，在传统的车道布局中，自动起落栏杆通常是前置式，即设置在车道入口侧(收费亭前方)。在本发明实施例中，将自动起落栏杆80设计为后置式栏杆，设置在车道后方(如收费亭后侧)，这样加长了车辆在ETC车道识别区域与车道栏杆的距离，增加车辆识别和自动扣费到车道抬杆放行时间，提升了车辆通过ETC车道的速度，并有效提升车辆通行效率。自动起落栏杆80以常闭模式工作，车辆交易成功可触发动起落栏杆80抬起，车辆进入地感线圈车检器(落杆车检器)90检测范围，可触发自动起落栏杆80落杆。
基于本发明实施例的客车ETC车道系统，ETC车辆进入通信区域后，其车载OBU便可与RSU进行交易，并通过车道控制机60触发显示屏40进行交易结果的显示。在第一光电车检器20或第二光电车检器30检测到车辆后触发车牌识别摄像机50进行车牌图像拍摄和识别，并将结果传送至车道控制机60。本发明实施例中，显示屏40和车牌识别摄像机50的相对先后位置没有严格要求。优选地，显示屏40可包括2块显示屏：用于显示费额信息的费额显示屏42和用于显示费额信息之外的特定提示信息的信息显示屏43，费额显示屏42可置于收费亭前方，用于显示交易后卡内余额信息，还可以显示其他信息，如等待或行车注意信息，可通过变换显示颜色和显示方式提示车辆是否可以通行等，如可以通行时显示绿灯，禁止通信显示红灯，可以通行但提醒用户注意显示绿灯闪烁，禁止通行且提醒车道注意显示红灯闪烁等等；信息显示屏43可置于收费亭侧边，用于显示车辆因交易失败、识别的车牌与OBU记录的插排不一致等原因被拦截时被拦截原因等提示信息。
如图2所示，ETC车道左侧且收费亭130和自动起落栏杆80之间还可安装有声光报警器72，声光报警器连接车道控制机，以在ETC交易失败、有非法车辆进入或闯关等情形时，由车道控制机触发声光报警器进行报警。优选地，通行信号灯70和声光报警器72可安装在同一基础支架上，或者一体化地安装。
车道控制机可基于交易结果、车牌识别结果等控制通行信号灯70、声光报警器72和自动起落栏杆80的操作。如图2所示，光电车检器20和30、地感线圈车检器90、自动起落栏杆80、通行信号灯70以及声光报警器72可经由车辆控制模块160连接车道控制机60，进行车辆指示控制。如车辆交易成功后，车道控制机可控制通行信号灯70亮绿灯，且自动起落栏杆80抬起。待车辆进入地感线圈车检器(落杆车检器)90，可触发通信信号灯70转红灯，并触发自动起落栏杆80落杆，同时可触发车道抓拍摄影机100拍照上传车道控制机。交易失败或车牌识别不一致等时，车道控制机可控制通行信号灯70亮红灯，且自动起落栏杆80不抬起。本发明实施例中，落车车检器90之所以使用地感线圈而未使用光栅线圈，是因为收费亭后方相对来说有时会有工作人员走动，如果安装光栅线圈，人员走动可能引起光栅线圈的误检测而导致自动起落栏杆80非正常落杆，以地感线圈作为落杆车检器可以避免这种情况发生，消除了人员活动造成的干扰。
基于本发明实施例的客车ETC车道系统，不仅可以在车道车辆扣费过程中大大提高ETC车辆的识别速率和通行速率，提高扣费交易的速度，还可以缩短安全岛的长度。在现有技术中，安全岛通常40米以上，甚至50-70米，这大大增加了土木工程量，而本发明实施例中，安全岛可以控制在30米以下(30米同样适用)，优选地，本发明将安全岛长度控制在25-35米，优选为30米，降低了土木工程量和成本。这种情况下，RSU天线10与自动起落栏杆80之间的距离不小于15米，例如，在28≤安全岛长＜30米时，RSU天线10与自动起落栏杆80之间的距离可≥15米，在安全岛长≥30米时，RSU天线10与自动起落栏杆80之间的距离可≥17米；RSU天线与车牌识别摄像机之间的距离优选为6-10米，RSU天线与费额显示屏之间的距离优选为6-10米。
总之，本发明采用更加合理、优化和规范的ETC车道布局，能够处理通信区域和自动栏杆之间形成的各种队列逻辑，大大提高了ETC专用车道的通行效率，并减少了交易失败率。传统的ETC车道，车辆通行速度通常在20km/h以内，而采用本发明的车道布局的试点ETC车道，车辆速度可达40km/h。
本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。