一种基于北斗高精度定位的高速通行管理设备的制作方法

本发明涉及高速公路收费的技术领域，具体涉及一种基于北斗高精度定位的高速通行管理设备。

背景技术：

目前，我国高速公路主要使用人工半自动收费(manualtollcollectionsystem,mtc)和电子不停车收费(electronictollcollection,etc)混合应用模式，其中etc技术的应用有效提升了高速公路通行效率。etc带来的车辆行驶路径不明的问题，也为高速公路收费领域带来了一定负面影响。

利用卫星定位等技术判断车辆实际行驶轨迹计算通行费用，进而实现高速公路自由流收费，是一种高效、便捷的收费方式。当前，德国、奥地利、俄罗斯等国家正使用了该种收费模式，并取得了良好的应用效果。我国自主的北斗卫星导航系统建设日益完善，自主建设的北斗地基增强系统，可实现实时的厘米级/车道级高精度定位服务，为利用卫星定位技术实现高速公路自由流收费提供了良好契机。

技术实现要素：

为了进一步提高高速公路收费路径识别的准确性，提高通行效率和用户满意度，本发明提出了一种基于北斗高精度定位的高速通行管理设备。

为了实现上述目的本发明的技术方案如下：

一种基于北斗高精度定位的高速通行管理设备，包括北斗高精度车载智能终端、北斗高精度增强服务系统、北斗高精度地图服务系统、收费云数据中心，其中，

所述北斗高精度车载智能终端，用于实现北斗/gnss原始观测数据采集和高精度差分信息接收，北斗实时高精度定位解算，车道判断与位置上传，支持4g/lte-v通讯及终端显示输入；

所述北斗高精度增强服务系统，用于通过对北斗地基增强网的数据进行处理，向用户提供高精度差分改正信息；

所述北斗高精度地图服务系统，用于高精度地图的制作、控制点测量、地图坐标纠正、高精度/传统地图显示、车辆历史轨迹与实时位置显示，向收费云数据中心输入车辆位置、车辆类型和车辆所有人信息并输出地图图形信息，向北斗高精度车载智能终端输入车辆位置信息并输出车辆所处车道编号；

所述收费云数据中心，用于自由流用户的管理、信息检核及各类数据管理，通过接收高精度车载智能终端发送路径、车辆注册等信息完成车辆计费与清分结算，并且监控系统软硬件、北斗高精度增强服务系统基准站运行状态。

其中，北斗高精度车载智能终端由高精度rtk天线、4g/lte-v天线、北斗高精度rtk/惯导板卡、4g/lte-v一体化模块以及串口、蓝牙5部分构成；其中高精度rtk天线与北斗高精度rtk/惯导板卡相连接，4g/lte-v天线与4g/lte-v一体化模块相连接且支撑北斗高精度智能终端的通讯工作，北斗高精度rtk/惯导板卡与4g/lte-v一体化模块之间可以进行数据交互，串口与蓝牙用于终端显示的输入媒介。

其中，所述北斗高精度地图服务系统由高精度地图数据库建库和高精度地图服务两个子系统构成，高精度地图服务子系统包括高精度地图终端app和地图服务平台，高精度地图数据库建库子系统由高精度地图制作子系统、高精度控制点测量、高精度地图坐标纠正工具构成。

其中，所述收费云数据中心用于建设针对基于北斗高精度的智慧收费的数据处理中心，采用集中式数据处理模式。

其中，收费云数据中心由用户管理模块、数据接收模块、数据处理模块以及态势展示模块组成。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明采用北斗高精度技术，结合高精度地图、第三方支付平台等新一代信息技术和手段，对传统高速公路mtc收费系统进行重构，取消了人工成本，解决了高速公路收费行驶路径的问题，实现了实时的清分解算，缩短了停车延误时间，提高通行效率和用户满意度。

附图说明

图1是本发明实施例系统运行原理示意图；

图2是本发明实施例系统中北斗高精度车载智能终端组成图；

图3是本发明实施例系统中北斗高精度增强服务系统组成图；

图4是本发明实施例系统中北斗高精度地图服务系统组成图；

图5是本发明实施例系统中收费云数据中心系统组成图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，基于北斗高精度定位的高速通行管理设备，包括北斗高精度车载智能终端、北斗高精度增强服务系统、北斗高精度地图服务系统、收费云数据中心。

所述北斗高精度车载智能终端，北斗高精度车载智能终端由高精度rtk天线、4g/lte-v天线、北斗高精度rtk/惯导板卡、4g/lte-v一体化模块以及串口、蓝牙5部分构成。

所述北斗高精度增强服务系统，通过对北斗地基增强网的数据进行处理，向用户提供高精度差分改正信息，实现高精度定位，保障自由流收费系统的可靠运行。

所述北斗高精度地图服务系统，由高精度地图数据库建库和高精度地图服务(包括高精度地图终端app和地图服务平台)两个子系统构成，高精度地图数据库建库子系统由高精度地图制作子系统、高精度控制点测量、高精度地图坐标纠正工具构成。

所述收费云数据中心，建设针对基于北斗高精度的智慧收费的数据处理中心，采用集中式数据处理模式。

如图2所示，北斗高精度车载智能终端由高精度rtk天线、4g/lte-v天线、北斗高精度rtk/惯导板卡、4g/lte-v一体化模块以及串口、蓝牙5部分构成。高精度rtk天线和4g/lte-v天线分别实现北斗/gnss原始观测数据采集和高精度差分信息接收，高精度rtk/惯导板卡实现北斗实时高精度定位解算，4g/lte-v一体化模块支撑北斗高精度车载智能终端的通讯工作，串口和蓝牙用于信息交互，作为北斗高精度车载智能终端显示的输入媒介。

如图3所示，北斗高精度增强服务系统由北斗地基增强站网、数据接入模块、信号分析模块、数据处理模块以及差分数据播发模块组成。

北斗地基增强站网基准站网的建设应严格按照国家和行业的相关标准进行建设，确保基准站网的可靠性和稳定性。至少具备1hz的数据采集频率，全天候24小时×365天连续实时采集北斗等导航数据，并将数据实时回传到数据中心，具备可靠连续的供电能力，提供具备基本防尘、防水和防雷能力的观测室条件。

数据接入模块，实时接收基准站发送的原始观测数据，并将原始观测数据进行协议解析，将解析后的数据发送给信号分析模块、高精度数据处理模块。数据接入，能够实时接入覆盖示范区域内基准站网发送的原始观测数据，能够对数据格式进行校验和解析，支持解析的数据格式有rtcm3.x。支持的数据传输协议包括tcp/ip、ntrip、ftp。文件存储格式支持rinex2.x、rinex3.x。

信号分析模块，对卫星信号及基准站的数据进行分析，通过数据分析剔除不健康卫星、残差过大的原始观测数据等，进一步保证差分增强服务的可靠性和稳定性。卫星健康状态，根据分析结果将不健康的卫星剔除，不参与解算。卫星信号信噪比，实时监控卫星信号信噪比状态，对于信噪比过低的卫星进行剔除。伪距残差，分析各个基准站卫星的伪距残差，对于不合格的数据进行剔除。数据有效率，基准数据有效率应>99％,对于有效率不符合要求的基准站应能及时告警。周跳探测及修复，对原始观测数据进行周跳的探测及修复，得到一组组干净的原始观测数据。

高精度数据处理模块，根据用户请求信息(位置信息)实时解算用户所需的差分改正数，并将解算完成的差分改正数据发送给播发模块，由播发模块编码后发送给用户。同时生成rtd、rtk差分数据，差分数据生成时间小于1秒。区域rtd、rtk格网改正数生成，基准站网数据处理模块根据格网点坐标生成每个格网的rtd、rtk改正数，发送给差分数据播发模块。

高精度差分数据播发模块，根据用户的请求信息将基准站网数据处理模块生成的差分数据实时播发给用户，用户得到差分数据后进行高精度定位。请求信息解析，能够实时解析北斗高精度车载智能终端用户的差分请求信息，并将解析结果反馈给数据处理模块，进行相应的差分数据解算。若数据处理模块是以格网形式生成的rtk、rtd差分改正数，则需找到相应的格网点改正数发送给北斗高精度车载智能终端用户。差分数据编码，差分数据编码格式支持rtcm2.x和rtcm3.x。通讯协议，支持ntrip1.0、ntrip2.0、tcp/ip等。通讯方式，兼容支持4g通讯及lte-v(v2x)。高精度差分数据主要包括相位差分(rtk)改正数、伪距差分(rtd)改正数以及完好性数据。

如图4所示，北斗高精度地图服务系统由高精度地图数据库建库和高精度地图服务(包括高精度地图终端app和地图服务平台)两个子系统构成。

高精度地图数据库建库子系统由高精度地图制作子系统、高精度控制点测量、高精度地图坐标纠正工具构成。高精度地图制作子系统，制作的内容包括收费站区域、收费岛区域、车道区域、车道中心线、收费栏杆等要素，数字化精度需要控制在2cm；测量高精度控制点，通过控制点进行坐标纠正转换。控制点需要选取路牙的角点或者收费岛的角点；高精度地图坐标纠正工具，基于同名坐标点对，采用最小2乘法进行系数的确定，使得到的系数最佳。残差要求控制在10cm。

高精度地图服务子系统由高精度电子车道围栏模块、传统地图显示模块、高精度地图显示模块、历史轨迹显示模块、车辆实时位置显示模块组成。高精度电子车道围栏模块，能够基于车辆的坐标判断车辆是否处于某个车道围栏内，如果处于某个车道围栏，返回车道编号；传统地图显示模块，能够显示传统导航电子图，显示道路、铁路绿地、水系、建筑物、建筑物区域等要素，能够支持多个比例尺的缩放；高精度地图显示模块，能够显示实验区域高精度地图，显示收费站区域、路牙、收费岛区域、车道区域、车道中心线、收费栏杆等要素，能够支持地图的缩放；历史轨迹显示模块，能够从轨迹服务器中读取车辆历史轨迹数据，并叠加显示在传统地图或者高精度地图；车辆实时位置显示模块，能够从服务器中获取车辆实时位置，并绘制车辆图标在传统地图或者高精度地图上。能够设置车辆位置刷新频率，按照设定频率刷新车辆的实时位置。

如图5所示，收费云数据中心由用户管理模块、数据接收模块、数据处理模块以及态势展示模块组成。

用户管理模块：完成自由流用户的管理，包括注册、注销、信用评估、欠费报警等；完成自由流用户注册信息的检核；数据管理功能，完成各类信息的存储、查询、统计分析、报表生成等。

数据接收功能模块：能够接收北斗高精度车载智能终端发送的定位时间、高精度位置、车速、方位角等信息；能够接收北斗高精度车载智能终端发送的车辆注册信息，包括北斗高精度车载智能终端id号、车牌号、发动机号、车架号、车辆所有人姓名、联系方式等；能够接收北斗高精度车载智能终端发送的高速公路出入口编号和车道编号信息。

数据处理功能模块：根据车辆的高精度位置信息和高速公路出入点坐标信息计算出车辆在高速公路上的出入地点和行驶里程；根据车辆行驶路径完成计费和清分结算。

数据发送模块：能够向收费云平台发送车辆位置、车牌号、车辆所有人姓名、联系方式、高速公路出入口编号、车道编号、计费结果等信息。

态势展示模块：完成车辆的定位时间、高精度位置、车速、北斗高精度车载智能终端id号、车辆牌照、车辆所有人、车型等信息在高精度地图上的标绘显示；实现车辆的轨迹回放、路径查询、清分计费金额查询显示等功能；完成系统软硬件运行状态、基准站运行状态的监控和显示。

本发明基于北斗高精度定位的高速通行管理系统设备运行如下：

步骤1：车主安装北斗高精度车载智能终端设备，事先将用户注册、车牌号码、付费方式等车辆基本信息和高速收费站信息存储在北斗高精度车载智能终端，从而建立车辆信息和北斗高精度车载智能终端的对应关系。

步骤2：车辆驾驶入高速公路入口，进入收费站500米范围内，通讯模块自动切换至低延迟的lte-v通信模式和位于收费站的lte-v基站实现通信，保持与北斗高精度增强服务系统的rtk差分数据的输入连接。

步骤3：北斗高精度车载智能终端根据内部存储的闸口信息识别出闸口之后(需要保证在杆前1s之前(最大30米)接收到数据)，通过lte-v以10hz向收费云数据中心发送通过请求数据包(包含车辆id信息(车牌)，闸口和收费站id，距离该闸口车辆速度)。

步骤4：收费云数据中心接收到该车辆通过请求信息，进行身份验证、完成计费，通知闸机抬杆(步骤3和4需在800ms内完成)。车辆行驶后，闸机自动落杆。

步骤5：车辆行驶在高速公路上时，北斗高精度车载智能终端全程利用4g信号接收北斗高精度增强服务系统解析的基准站差分数据实现分米级北斗rtk定位，并通过北斗高精度车载智能终端高精度地图向车主展示行驶信息，同时收费云数据中心通过基站传回的信息通过平台地图显示系统行驶高速公路上车辆行驶信息。

步骤6：车辆驾驶入高速公路出口，重复步骤3和4，并且通过收费云数据中心数据处理模块根据车辆行驶路径完成计费和清分结算。