定位精度高，认证通过 率高，误检概率低。
[0042] 服务器根据接收到的RSSI值计算手机客户端与路测单元之间的距离可以采用多 种方式，譬如可以利用信号在空间中的大尺度衰落来进行距离的拟合。从理论和实际测量 来说，如果是采用自由空间模型（free space model)，平均的接收信号功率RSSI值是随着 距离的增加，呈对数下降。自由空间模型可以用Friis free space equation来表示：
[0044] 其中Gt，4表示的是天线的增益，λ是信号的波长，γ是无线环境的衰落因子，接 收信号的功率P1Xd)是距离d的函数。进一步简化这个模型，将上式进行重写，得到新的公 式：
[0046] 其中d彡d。彡df，这里
是指的远场距离（由天线的线性尺寸和波长来决 定）。
[0047] 然后直接采用RSSI值代入上述公式即可得到手机客户端与路测单元之间的距 离。
[0048] 这种基于大尺度衰落Large-scale fading来进行距离测算的方式虽然可以计算 出手机客户端与路测单元之间的距离，但是由于信道的随机性以及该系统考虑的场景是移 动物体场景，所以不可避免的小尺度衰落Small-scale fading带来很大的抖动，会导致定 位不准，同时，传统的自由空间模型对于移动应用场景是不能完全匹配的，基于大尺度衰落 Large-scale fading来进行距离测算得到的距离值是不够准确的，所以定位不准确。
[0049] 本发明提供了一种定位准确的计算方法，即所述服务器根据接收到的RSSI值采 用如下计算方式计算手机客户端与路测单元之间的距离，具体的计算方式如下所述：
[0050] 对接收到第i个时刻的RSSI值￥;进行Gaussian滤波处理得到Ki，. i = 0, 1···η_1， 对接收到的第i个时刻的RSSI值Yi进行Gaussian滤波处理的具体过程如下：将Y ;带入如 下公式求得1,所述公式如下所示：
α是Gaussian随机数标准差的导数，N为常数；
[0053] 进一步的是，为了保证滤波效果，所述N优选为5 ;
[0054] 由于Gaussian滤波存在着一个非常严重的过度拟合的问题，因此利用另外一 种滤波来消除这个过度拟合的问题；即将元进行Savitzky-Golay滤波处理得到X，利用 Savitzky-Golay滤波可以消除上述过度拟合的问题，将进行Savitzky-Golay滤波处理 得到f的具体过程如下：将1带入如下公式求得f，所述公式如下所示：
Savitzky-Golay滤波可以很好的 消除噪声所产生的抖动；如图2所示，图2经过Gaussian滤波以及Savitzky-Golay滤波 以后的RSSI效果图，从图中可以看出RSSI值依然存在着很严重的抖动问题；为了解决抖 动严重的问题，采用如下步骤对RSSI值进行处理，具体如下：采用最大最小准则对^进 行判断得到第i个时刻的Y1，即设定门限概率值M，将$值带入RSSI值的概率密度函数
其中μ =-69. 977, σ = 2. 14625,得到f值出现的概率值仁， 当仁大于M时，，当匕小于M时，y y i 1;为了保证获得平滑连续的RSSI值，所述 门限概率值M优选为0. 15，如图3所示，图3为采用最大最小准则判断后的RSSI效果图，从 图中可以看出，RSSI值平滑连续，没有再出现严重的抖动问题；最后，将 71值带入如下公式 得到第i个时刻手机客户端与路测单元之间的距离，具体公式如下所示：
[0056] (Ii= a (^a1Cos (Yi* ω) +I^1Sin (Yi* ω) +a2cos (2*}^* ω) +b2sin (2*}^* ω)
[0057] 其中a。，a2, bp b2，ω为第i时刻的参数值，第i时刻的a。，a2, bp b2，ω参 数值采用如下计算方式得出：
[0058] 设定 a。，a!，a2, b!，b2，ω 的初始值为 a。= 6. 014, a != 7. 005, a 2= 1. 738, b != I. 551，b2= 0· 1173, ω = 〇· 02727 ;
[0059] 将第i_l时刻得到的B1, a2, bp b2, ω，yi p Cl1丨代入以下方程中，求解得到第i时 刻的a。，所述方程如下所述：
[0061] 将第i-Ι时刻得到的a。，a2, bp b2, ω，yi i，Cl1 i代入以下方程中，求解得到第i时 刻的％，所述方程如下所述：
[0063] 将第i_l时刻得到的a。，a2, b2，ω，yi ^山丨代入以下方程中，求解得到第i时 刻的h，所述方程如下所述：
[0065] 将第i_l时刻得到的a。，&1，bp b2, ω，yi i，山丨代入以下方程中，求解得到第i时 刻的a2，所述方程如下所述：
[0067] 将第i_l时刻得到的a。，&1，a2, bp ω，yi i，山丨代入以下方程中，求解得到第i时 刻的b2，所述方程如下所述：
[0069] 将第i-Ι时刻得到的a。，&1，a2, bp b2, yi p Cl1丨代入以下方程中，求解得到第i时 刻的ω，所述方程如下所述：
如图4所示，图4为根据本发明计算方法得到的手机客户端与路测单元之间的距离与采用 传统方法计算得到的手机客户端与路测单元之间的距离效果对比图，图中，下面的那根曲 线为根据本发明计算方法得到的手机客户端与路测单元之间的距离，上面的那根曲线为采 用传统方法计算得到的手机客户端与路测单元之间的距离，图中的直线为实际观测得到的 手机客户端与路测单元之间的真实距离，从图中可以看出，根据本发明计算方法得到的手 机客户端与路测单元之间的距离偏离真实距离的幅度较小，其定位效果好，而依据传统方 法计算得到的手机客户端与路测单元之间的距离偏离真实距离的幅度较大较远，定位效果 较差。
[0071] 对于第i时刻的a。，ai，a2, bp b2, ω参数值还可以采用如下计算方式得出：
[0072] 设定 a。，a!，a2, b!，b2，ω 的初始值为 a。= 6. 014, a != 7. 005, a 2= 1. 738, b != I. 551，b2= 0· 1173, ω = 〇· 02727 ;将第i-1时刻得到的y i i与d i i分别代入以下六个方 程中，求解方程组得到第i时刻的a。，ai，a2, bp b2, ω，所述方程如下所述：
【主权项】
1. 高速公路不停车收费系统，包括位于收费站的道闸以及用于控制道闸的控制器，其 特征在于：还包括服务器、路测单元与手机客户端，所述控制器与服务器相连，所述路测单 元设置在收费站入口道路的两侧，所述路测单元包括WiFi模块与iBeacon接收模块，所述 手机客户端具有iBeacon发射模块、WiFi通信模块、车辆信息记录模块，所述服务器具有扣 费丰吴块； 所述路测单元的WiFi模块周期性的发送SSID，所述手机客户端的WiFi通信模块周期 性检测一次AP列表是否有指定SSID，若WiFi通信模块检测到AP列表含有指定的SSID，此 时WiFi通信模块发送指令给车辆信息记录模块，车辆信息记录模块接收到WiFi通信模块 发送的指令后将记录的车辆信息通过WiFi通信模块转发给服务器，服务器根据接收到的 车辆信息进行计费并通过扣费模块进行扣费； 所述手机客户端的iBeacon发射模块周期性的发送蓝牙信号，iBeacon接收模块实时 检测iBeacon发射模块发送的蓝牙信号的RSSI值并通过WiFi模块转发给服务器，服务器 根据接收到的RSSI值计算手机客户端与路测单元之间的距离，当手机客户端与路测单元 之间的距离达到预设值时，服务器发送指令给控制器控制闸道的开闭。2. 根据权利要求1所述的高速公路不停车收费系统，其特征在于：所述服务器根据接 收到的RSSI值采用如下计算方式计算手机客户端与路测单元之间的距离，具体的计算方 式如下所述： A、对接收到第i个时刻的RSSI值Yi进行Gaussian滤波处理得到.?\,i= 0, 1···η-1 ; 13、将云进行Savitzky-Golay滤波处理得到％ ; C、 采用最大最小准则对进行判断得到第i个时刻的yi，即设定门限概率值M，将2. 14625,得到g值出现的概率值匕，当仁大于Μ时，势=^，当仁小于Μ时，yi=yi1; D、 将丫^直带入如下公式得到第i个时刻手机客户端与路测单元之间的距离，具体公式 如下所示： d；= a ο+aiCos (y；* ω) +b1sin (y；* ω) +a2cos (2*7；* ω) +b2sin (2*7；* ω) 其中a。，apa2,bpb2,ω为第i时刻的参数值，第i时刻的a。，apa2,bpb2,ω参数值 采用如下计算方式得出： 设定a。，a"a2,bpb2,ω的初始值为a0= 6. 014,a丨=7. 005,a2= 1. 738,b丨=1. 551，b2= 0· 1173,ω= 〇· 02727 ; 将第i_l时刻得到的％，a2,tvb2,ω，yip山i代入以下方程中，求解得到第i时刻的a。，所述方程如下所述：将第i-Ι时刻得到的a。，a2,tvb2,ω，yiρ山i代入以下方程中，求解得到第i时刻的 %，所述方程如下所述：将第i_l时刻得到的a。，ai，a2,b2,ω，yii，山i代入以下方程中，求解得到第i时刻的 匕，所述方程如下所述：将第i-Ι时刻得到的a。，ai，tvb2,ω，yiρ山i代入以下方程中，求解得到第i时刻的a2，所述方程如下所述：将第i-Ι时刻得到的a。，叫，a2,bpω，yiρi代入以下方程中，求解得到第i时刻的b2，所述方程如下所述：将第i-Ι时刻得到的a。，ai，a2,tvb2,yiρ山i代入以下方程中，求解得到第i时刻的ω，所述方程如下所述：3. 如权利要求2所述的高速公路不停车收费系统，其特征在于：对接收到的第i个时 刻的RSSI值Yi进行Gaussian滤波处理的具体过程如下：将Y;带入如下公式求得Y;，所述 公式如下所示：4.根据权利要求3所述的高速公路不停车收费系统，其特征在于：所述N=5。5. 根据权利要求4所述的高速公路不停车收费系统，其特征在于：将]7,进行 Savitzky-Golay滤波处理得到的具体过程如下：将运带入如下公式求得，所述公式如 下所示：6. 根据权利要求5所述的高速公路不停车收费系统，其特征在于：所述门限概率值Μ 为0· 15〇
【专利摘要】本发明公开了一种成本较低且能够实现快速检测以及交互和认证的用于高速公路的不停车收费系统。该不停车收费系统，位于收费站的道闸以及用于控制道闸的控制器，还包括服务器、路测单元与手机客户端，路测单元包括WiFi模块与iBeacon发射模块，手机客户端具有iBeacon接收模块、WiFi通信模块、车辆信息记录模块，所述服务器具有扣费模块。该不停车收费系统无需用户增加任何附件硬件，降低了用户的使用成本，其次，整个系统能够实现快速检测以及交互和认证，且定位精度高，认证通过率高，误检概率低。适合在公路收费系统领域推广应用。
【IPC分类】H04W4/04, H04W64/00, G07B15/06
【公开号】CN105303627
【申请号】CN201510627226
【发明人】席正, 付磊
【申请人】成都思晗科技股份有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年9月28日