融合北斗ETC有源射频识别的三合一车载单元的制作方法

本发明涉及车载单元技术领域，特别涉及一种融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元。

背景技术：

目前，随着人们生活水平的提高，车辆的数量成直线上升趋势。出现了占用了道路的一段作为路侧停车位，如何对路侧停车位的管理和收费成为首要解决的问题；

北斗定位系统即北斗导航系统是我国自主研发的，已经能为全球用户提供定位和导航服务。

etc系统作为实现车辆上下高速不停车收费，其原理为：etc系统通过安装于车辆上的车载装置和安装在收费站车道上的天线之间进行无线通信和信息交换。主要由车辆自动识别系统、中心管理系统和其他辅助设施等组成。其中，车辆自动识别系统有车载单元又称应答器或电子标签、路边单元(roadsideunit，rsu)、环路感应器等组成。obu中存有车辆的识别信息，一般安装于车辆前面的挡风玻璃上，rsu安装于收费站旁边，环路感应器安装于车道地面下。中心管理系统有大型的数据库，存储大量注册车辆和用户的信息。当车辆通过收费站口时，环路感应器感知车辆，rsu发出询问信号，obu做出响应，并进行双向通信和数据交换；中心管理系统【etc后台系统】获取车辆识别信息，如汽车id号、车型等信息和数据库中相应信息进行比较判断，根据不同情况来控制管理系统产生不同的动作，如计算机收费管理系统从该车的预付款项账户中扣除此次应交的过路费，或送出指令给其它辅助设施工作；

路侧停车系统，包括车载电子装置(包括有源识别标签)、路侧设备【路侧单元】、车辆检测器、后台管理器【路侧停车后台系统】。车载电子装置在路侧停车及进出停车场时实现车辆识别功能。路侧设备，用于与安装在车辆上的车载标签进行通信。车辆检测器，用于检测车辆及其到达时间。后台管理器，用于路侧停车电子无人值守管理及收费。由后台管理器计算消费金额，提供微信(短信)通知用户完成业务。

现有车辆内，etc系统的车载单元、路侧停车系统的车载电子装置及北斗定位系统都是相互独立的装置，将这三个装置都安装在同一辆车中，会占用较多车内空间。

技术实现要素：

本发明目的之一在于提供了一种融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元，整合北斗定位模块、etc模块和有源射频模块为一体，实现统一的电源管理，安装时只需安装一个位置即可，减少车内空间占用，并且其内部实现互校互对，提高各个模块的使用安全性。

本发明实施例提供的一种融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元，包括：

壳体，固定设置在车辆内；

北斗定位模块，设置在壳体内，用于获取车辆的定位信息；

etc模块，设置在壳体内，用于车辆高速不停车收费；

有源射频模块，设置在壳体内，用于静态交通管理、路侧停车管理；

电源管理模块，分别与北斗定位模块、etc模块和有源射频模块电连接；用于为北斗定位模块、etc模块和有源射频模块提供电能；

当车辆在高速上同行时，etc模块激活后与设置在高速收费站出口的etc系统的路边单元通信，实现高速不停车收费；

当车辆停在路侧停车位时，有源射频模块激活后与路侧停车系统中设置在路侧停车位旁的路侧单元通信，实现路侧停车收费；

和/或；

在etc模块激活时，将etc系统的路边单元的位置与北斗定位系统获取的位置传输至etc后台系统并对车辆的位置进行校对；在有源识别模块激活时，将路侧单元的位置与北斗定位获取的位置传输至路侧停车后台系统并对车辆的位置进行校对。

优选的，北斗定位模块包括：北斗通信模块，用于与北斗定位系统进行通信；

优选的，etc模块包括：电子标签；

etc通信模块，用于与路边单元进行通信；

优选的，有源射频模块包括：有源射频标签；

有源射频通信模块，用于与路侧单元进行通信；

优选的，路边单元包括：

etc系统通信模块，用于与etc系统的后台服务器进行通信。例如：etc系统通信模块包括以太网通信模块。

优选的，路侧单元包括：

路侧停车系统通信模块，用于与路侧停车系统的后台服务器进行通信。例如：路侧停车系统通信模块包括以太网通信模块。

优选的，融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元还包括：etc模块的第一处理器、北斗定位模块的第二处理器、有源射频模块的第三处理器；

第一处理器分别与etc模块和电源管理模块电连接，第一处理器用于激活etc模块；

第二处理器分别与北斗定位模块和电源管理模块电连接，第二处理器用于激活北斗定位模块；

第三处理器分别与有源射频模块和电源管理模块连接，第三处理器用于激活有源射频模块；

北斗定位系统将定位信息分别传输到etc系统的后台服务器和路侧停车系统的后台服务器。

优选的，etc模块还包括：

信息安全模块，用于存储交易信息和第一交易密匙；

电子标签与etc通信模块电连接；

第一处理器分别与etc通信模块、信息安全模块电连接；

第一处理器通过etc通信模块接收到路边单元的询问后，第一处理器通过etc通信模块接收到路边单元的交易请求，交易请求包括第二交易密匙；第一处理器将第二交易密匙与第一交易密匙进行验证，当验证通过时，通过etc通信模块向路边单元发送对于交易请求的应答；

在第一处理器通过etc通信模块接收到路边单元对应于应答的扣费信息后，基于扣费信息生成交易记录，并将交易记录存储在信息安全模块中；

其中，信息安全模块包括：esam模块。

优选的，融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元还包括：

第四处理器，分别与第一处理器、第二处理器和第三处理器连接；

语音采集模块，用于采集用户输入的第一语音；

语音识别模块，分别与语音采集模块和第四处理器连接；语音识别模块对第一语音进行识别，当识别到存在第一数字信号时，基于预先存储的数字信号与控制命令的关联表以及第一数字信号生成控制命令，并将控制命令发送到第四处理器；控制命令包括开启etc模块；

其中，语音识别模块还用于生成数字信号与控制命令的关联表，包括如下操作：

语音识别模块将接收到用户输入的第二语音转换为第二数字信号，并将第二数字信号与用户输入的控制命令进行关联；

语音识别模块将第二数字信号和与第二数字信号关联的控制命令，作为数字信号与控制命令的关联表发送至标准语音库进行存储；

在接收第一语音后，语音识别模块将第一语音转换为第一数字信号；将第一数字信号与第二数字信号进行对比，当比对成功后，获取对应于第二数字信号的控制命令；

在语音识别终端通过语音采集终端采集第一语音时，同步获取第一语音的背景噪音比例；

当背景噪音比例小于预设阈值时，对第一语音进行去噪处理，并将经过去噪处理后的第一语音转换为第一数字信号；

当背景噪音比例大于或者等于预设阈值时，提醒用户重新录制第二语音；

当接收到用户录制的第二语音时，并获取第二语音的背景噪音比例直至录制的第二语音中的背景噪音比例小于预设阈值。

通过第四处理器接收到用户输入的语音更改控制命令时，语音采集模块采集用户输入的第三语音；语音识别模块将输入的第三语音转换为第三数字信号；

删除与控制命令当前关联的第二数字信号，将转换的第三数字信号与控制命令关联的关联表存储。

优选的，融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元还包括：

摄像模块，用于拍摄车辆驾驶室的图像，与第四处理器连接；

第四处理器通过摄像模块拍摄车辆驾驶室的图像，基于图像识别技术识别图像，当在图像中未识别到驾驶员时，第四处理器不开启etc模块、有源射频模块、北斗定位模块中任一；

其中，第四处理器基于图像识别技术识别图像，包括如下操作：

将图像分割成k个第一区块，将预先存储的驾驶室无人的图像分割成k个第二区块；第一区块和第二区块一一对应；

利用第一公式将第一区块或第二区块的颜色图像转换为对应的高斯图像；第一公式为：

其中，g1、g2、g3分别表示高斯图像的不同的颜色成分；t1、t2、t3分别表示颜色图像的不同的颜色成分；h表示第一算法的转换参数矩阵；

利用第二公式计算高斯颜色图像中的局部梯度谱；第二公式为：

qgc(i)＝(gc(i)*dx)²+(gc(i)*dy)²；

其中，c取1、2或3；qgc(i)表示第i个像素的幅度谱；gc(i)表示第i个像素的高斯图像的颜色成分值；dx、dy分别表示x方向和y方向的算子，*表示卷积；

利用第三公式计算局部强度谱；第三公式为：

将局部梯度谱和局部强度谱进行归一化处理，分别得到第i个像素的归一化的局部梯度谱q归gc(i)和第i个像素的归一化的局部强度谱q归s(i)；具体为：

其中，a为预设常数，ge、gv分别表示局部梯度谱的均值和标准方差；ee、ev分别表示局部强度谱的均值和标准方差；

将归一化的局部梯度谱q归gc(i)和归一化的局部强度谱q归s(i)进行非线性化，分别得到第i个像素的非线性归一化的局部梯度谱q非gc(i)和第i个像素的非线性归一化的局部强度谱q非s(i)；具体为：

根据第i个像素的非线性归一化的局部梯度谱q非gc(i)和第i个像素的非线性归一化的局部强度谱q非s(i)计算出第i个像素置信值z(i)；具体为：

z(i)＝nq非gc(i)+mq非s(i)；

其中，n和m分别为预设加权值；

取各个像素置信值的平均值为第一区块或第二区块的置信值；计算第一区块与对应的第二区块的置信值的差值；当差值小于等于预设差值时，记匹配值为1，当差值大于预设差值时，记匹配值为0；

计算第一身份信息与第二身份信息的匹配度，计算公式如下：

其中，d表示第一身份信息与第二身份信息的匹配度，dj表示第一身份信息或第二身份信息的第j个区域块的匹配值；

当匹配度大于预设匹配度时，确定驾驶室无人；当匹配度小于等于预设匹配度时，确定驾驶室有驾驶员。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元的示意图；

图2为本发明实施例中又一种融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元的示意图；

图3为本发明实施例中一种etc模块的示意图；

图4为本发明实施例中再一种融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元的示意图.

图中：

1、壳体；2、北斗定位模块；3、etc模块；4、有源射频模块；5、电源管理模块；7、路边单元；8、北斗定位系统；9、路侧单元；11、etc通信模块；13、摄像模块；15、第一处理器；16、第二处理器；17、第三处理器；18、第四处理器；19、语音采集模块；20、语音识别模块；32、信息安全模块；34、电子标签。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元，如图1所示，包括：

壳体1，固定设置在车辆内；

北斗定位模块2，设置在壳体1内，用于获取车辆的定位信息；

etc模块3，设置在壳体1内，用于车辆高速不停车收费；

有源射频模块4，设置在壳体1内，用于静态交通管理、路侧停车管理；

电源管理模块5，分别与北斗定位模块2、etc模块3和有源射频模块4电连接；用于为北斗定位模块2、etc模块3和有源射频模块4提供电能；

当车辆在高速上同行时，etc模块3激活后与设置在高速收费站出口的etc系统的路边单元7通信，实现高速不停车收费；

当车辆停在路侧停车位时，有源射频模块4激活后与路侧停车系统中设置在路侧停车位旁的路侧单元9通信，实现路侧停车收费；

和/或；

在etc模块3激活时，将etc系统的路边单元7的位置与北斗定位系统8所获取的位置传输至etc后台系统并对车辆的位置进行校对；在有源识别模块激活时，将路侧单元9的位置与北斗定位定位所获取的位置传输至路侧停车后台系统并对车辆的位置进行校对。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

本发明的融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元是融合有北斗定位系统8中的北斗定位模块2、etc模块3【etc系统中的车载单元】、有源射频模块4【路侧停车系统的车载电子装置】三种模块的三合一车载单元。其中，北斗定位模块2，用于获取车辆的定位信息；etc模块3，用于车辆高速通行不停车收费；有源射频模块4，用于静态交通管理、路侧停车应用；三个功能模块整合实现统一电源管理、同体异构。三个功能模块平时在休眠状态，在各自领域应用时才激活对应功能模块，达到减少干扰和省电的目的。此外，北斗定位模块2和另两功能模块【etc模块3、有源射频模块4】可同时使用及互校互对；具体为：在etc模块3激活时，将etc系统的路边单元7的位置与北斗定位系统8所获取的车辆的位置传输至etc后台系统进行校对；在有源识别模块激活时，将路侧单元9的位置与北斗定位系统8所获取的车辆的位置传输至路侧停车后台系统进行校对。当本车载装置的其中两种功能启用时，另一功能处于休眠状态。路侧单元9通过读取上述有源射频模块4内存储的信息进行识别验证，路侧单元9可选择通过路侧停车后台系统的信息与北斗定位系统8传输至路侧停车后台系统的信息进行通信校对车辆所在位置；当验证或校对通过时，由路侧停车系统的后台管理器发送停车入位信息给用户；当停车结束离开，由路侧停车系统的后台管理器发送停车结束离开的信息给用户；后台管理器依据停车时间计算消费金额并将消费金额信息发送给用户，从而实现路侧停车自动收费功能。路侧单元9通过路侧停车后台系统的信息与北斗定位系统8传输至路侧停车后台系统的信息对车辆位置的校对，确保车辆是停在路侧停车位上，从而防止车辆未停在停车位上而路侧单元9与有源射频模块4通信造成误认为车辆停在停车位的情况的发生；提高路侧停车系统的准确性，有效保护用户的财产安全。同理，etc系统时同样采用路边单元7传输至etc后台系统信息与北斗定位系统8传输至etc后台系统的信息进行通信校对车辆所在位置，从而防止车辆未上下高速只是在高速出口路过而造成路边单元7与etc模块3通信造成误认为车辆上下高速的情况的发生；提高etc系统的准确性，有效保护用户的财产安全。

本发明融合了北斗定位模块2、etc模块3和有源射频模块4的三合一车载单元，整合北斗定位模块2、etc模块3和有源射频模块4为一体，实现统一的电源管理，安装时只需安装一个位置即可，减少车内空间占用，并且其内部实现互校互对，提高各个模块的使用安全性。

在一个实施例中，北斗定位模块2包括：

北斗通信模块，用于与北斗定位系统8进行通信。

北斗通信模块与北斗定位系统进行通信，从而获取定位信息。

在一个实施例中，etc模块3包括：电子标签34；

etc通信模块11，用于与路边单元7进行通信；

当应用在高速不停车收费时，etc通信模块11与路边单元7进行通信，实现了路边单元7读取电子标签34内存储的信息；该信息可以是用于识别车辆的id信息。例如etc通信模块11可以采用微波通信模块。

在一个实施例中，有源射频模块4包括有源射频标签；

有源射频通信模块，用于与路侧单元9进行通信。

当应用在路侧停车系统时，有源射频通信模块与路侧单元9进行通信实现了，路侧单元9读取电子标签内存储的信息；该信息可以是用于识别车辆的信息。

在一个实施例中，路边单元7包括：

etc系统通信模块，用于与etc后台系统进行通信。例如：etc系统通信模块包括以太网通信模块。

在一个实施例中，路侧单元9包括：

路侧停车系统通信模块，用于与路侧停车后台系统进行通信。例如：路侧停车系统通信模块包括以太网通信模块。

在一个实施例中，如图2所示，融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元还包括：etc模块的第一处理器15、北斗定位模块的第二处理器16、有源射频模块的第三处理器17；

第一处理器15分别与etc模块3和电源管理模块电连接，第一处理器15用于激活etc模块3；

第二处理器16分别与北斗定位模块2和电源管理模块电连接，第二处理器16用于激活北斗定位模块2；

第三处理器17分别与有源射频模块4和电源管理模块5连接，第三处理器17用于激活有源射频模块4；

用于校对的定位信息是由北斗定位系统8发送的，具体为北斗定位系统8将定位信息分别传输到etc系统的后台服务器和路侧停车系统的后台服务器。

在一个实施例中，如图3所示，etc模块3还包括：

信息安全模块32，用于存储交易信息和第一交易密匙；

电子标签34与etc通信模块11电连接；

第一处理器15分别与etc通信模块11、信息安全模块32电连接；

第一处理器15通过etc通信模块11接收到路边单元7的询问后，第一处理器15通过etc通信模块11接收到路边单元7的交易请求，交易请求包括第二交易密匙；第一处理器15将第二交易密匙与第一交易密匙进行验证，当验证通过时，通过etc通信模块11向路边单元7发送对于交易请求的应答；

在第一处理器15通过etc通信模块11接收到路边单元7对应于应答的扣费信息后，基于扣费信息生成交易记录，并将交易记录存储在信息安全模块32中；

其中，信息安全模块32包括：esam模块。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过etc通信模块11，路边单元7与电子标签34进行通信实现对车辆id信息进行验证完成后，第一处理器15通过etc通信模块11接收到路边单元7的询问，调取对应的交易信息，交易信息包括用户账户信息、收费金额等；基于交易信息，路边单元7向etc模块3发送交易请求；第一处理器15通过etc通信模块11接收到路边单元7的交易请求，交易请求包括第二交易密匙；第一处理器15将第二交易密匙与第一交易密匙进行验证，当验证通过时，通过etc通信模块11向路边单元7发送对于交易请求的应答；路边单元7收到应答后通过后台管理器【路侧停车系统的后台管理器】进行扣费并将扣费信息发送到etc模块3；第一处理器15在第一处理器15通过etc通信模块11接收到路边单元7对应于应答的扣费信息后，基于扣费信息生成交易记录，并将交易记录存储在信息安全模块32中。通过交易时的第一交易密匙和第二交易密匙的验证，保证交易的安全进行。

在一个实施例中，第一处理器15基于扣费信息生成交易记录，具体包括：

第一处理器15通过etc通信模块11与第二处理器16通信连接，获取定位信息；

获取发送扣费信息的路边单元7的id号；

将扣费信息、定位信息和路边单元7的id号对应作为交易记录。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过定位信息、路边单元7的id号及扣费信息进行对应存储，方便用户后续查看，当扣费信息异常的时候方便追溯。

在一个实施例中，如图4所示，融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元还包括：

第四处理器18，分别与第一处理器15、第二处理器16和第三处理器17连接；

语音采集模块19，用于采集用户输入的第一语音；

语音识别模块20，分别与语音采集模块19和第四处理器18连接；语音识别模块20对第一语音进行识别，当识别到存在第一数字信号时，基于预先存储的数字信号与控制命令的关联表以及第一数字信号生成控制命令，并将控制命令发送到第四处理器18；控制命令包括开启etc模块3；

其中，语音识别模块20还用于生成数字信号与控制命令的关联表，包括如下操作：

语音识别模块20将接收到用户输入的第二语音转换为第二数字信号，并将第二数字信号与用户输入的控制命令进行关联；

语音识别模块20将第二数字信号和与第二数字信号关联的控制命令，作为数字信号与控制命令的关联表发送至标准语音库进行存储；

在接收第一语音后，语音识别模块20将第一语音转换为第一数字信号；将第一数字信号与第二数字信号进行对比，当比对成功后，获取对应于第二数字信号的控制命令；

在语音识别终端通过语音采集终端采集第一语音时，同步获取第一语音的背景噪音比例；

当背景噪音比例小于预设阈值时，对第一语音进行去噪处理，并将经过去噪处理后的第一语音转换为第一数字信号；

当背景噪音比例大于或者等于预设阈值时，提醒用户重新录制第二语音；

当接收到用户录制的第二语音时，并获取第二语音的背景噪音比例直至录制的第二语音中的背景噪音比例小于预设阈值。

通过第四处理器接收到用户输入的语音更改控制命令时，语音采集模块19采集用户输入的第三语音；语音识别模块20将输入的第三语音转换为第三数字信号；

删除与控制命令当前关联的第二数字信号，将转换的第三数字信号与控制命令关联的关联表存储。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

用户在使用车载单元时，可以采用语音控制etc模块的开启。当不需要使用时不开启，有效避免了etc被盗刷。语音识别模块还用于生成数字信号与控制命令的关联表，实现了命令语音的私人定制。此外在定制时，对背景噪声进行确认，保证定制时的控制命令对应的语音的准确。

在一个实施例中，如图4所示，融合北斗etc有源射频识别的三合一车载单元还包括：

摄像模块13，用于拍摄车辆驾驶室的图像，与第四处理器18连接；

第四处理器通过摄像模块13拍摄车辆驾驶室的图像，基于图像识别技术识别图像，当在图像中未识别到驾驶员时，第四处理器18不开启etc模块3、有源射频模块4、北斗定位模块2中任一；

其中，第四处理器基于图像识别技术识别图像，包括如下操作：

将图像分割成k个第一区块，将预先存储的驾驶室无人的图像分割成k个第二区块；第一区块和第二区块一一对应；

利用第一公式将第一区块或第二区块的颜色图像转换为对应的高斯图像；第一公式为：

其中，g1、g2、g3分别表示高斯图像的不同的颜色成分；t1、t2、t3分别表示颜色图像的不同的颜色成分；h表示第一算法的转换参数矩阵；

利用第二公式计算高斯颜色图像中的局部梯度谱；第二公式为：

qgc(i)＝(gc(i)*dx)²+(gc(i)*dy)²；

其中，c取1、2或3；qgc(i)表示第i个像素的幅度谱；gc(i)表示第i个像素的高斯图像的颜色成分值；dx、dy分别表示x方向和y方向的算子，*表示卷积；

利用第三公式计算局部强度谱；第三公式为：

将局部梯度谱和局部强度谱进行归一化处理，分别得到第i个像素的归一化的局部梯度谱q归gc(i)和第i个像素的归一化的局部强度谱q归s(i)；具体为：

其中，a为预设常数，ge、gv分别表示局部梯度谱的均值和标准方差；ee、ev分别表示局部强度谱的均值和标准方差；

将归一化的局部梯度谱q归gc(i)和归一化的局部强度谱q归s(i)进行非线性化，分别得到第i个像素的非线性归一化的局部梯度谱q非gc(i)和第i个像素的非线性归一化的局部强度谱q非s(i)；具体为：

根据第i个像素的非线性归一化的局部梯度谱q非gc(i)和第i个像素的非线性归一化的局部强度谱q非s(i)计算出第i个像素置信值z(i)；具体为：

z(i)＝nq非gc(i)+mq非s(i)；

其中，n和m分别为预设加权值；

取各个像素置信值的平均值为第一区块或第二区块的置信值；计算第一区块与对应的第二区块的置信值的差值；当差值小于等于预设差值时，记匹配值为1，当差值大于预设差值时，记匹配值为0；

计算第一身份信息与第二身份信息的匹配度，计算公式如下：

其中，d表示第一身份信息与第二身份信息的匹配度，dj表示第一身份信息或第二身份信息的第j个区域块的匹配值；

当匹配度大于预设匹配度时，确定驾驶室无人；当匹配度小于等于预设匹配度时，确定驾驶室有驾驶员。

上述技术方案的工作原理及有益效果：

处理器通过摄像模块拍摄车辆驾驶室的图像，基于图像识别技术识别图像，当在图像中识别到驾驶员后，许可etc系统或路侧停车系统进行支付。即在驾驶室没有驾驶员时，不进行自动支付；有效避免了被盗刷。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。