专利名称：道路收费系统的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1或2的前序部分所述的利用控制系统来进行道路收费的控制方法。
在WO99/66455中描述了一种用于地点固定的自动收费控制系统。安装在汽车里的装置会自行进行收费，而固定在路边的控制系统将监控车辆是否已按规定缴纳费用。此时，该控制系统将通过通信装置和汽车装置进行通信，由光学和声学传感器来判定经过的车辆的类型。控制系统具有获取经过车辆的车牌号码的光学装置。
本发明的任务在于，提供一种能够进一步改进上述控制系统的控制方法，即可在任意路段获取所有通过车辆的有效信息后对其进行收费控制。
该任务将通过权利要求1和权利要求2所述的技术特征来实现，从属权利要求涉及本发明的具有优点的改进和变型。
这种控制系统能够通过以下方法来获取质量良好的车辆信息即当车辆和信息获取装置之间的空间结构最优时，每一个信息获取装置才去获取要获取的汽车信息。例如当使用照相机来进行车辆牌照识别时，照相机斜着位于车辆前方。又如，如果使用红外通信，信息获取装置和车辆里的红外通信装置之间必须是可直视的。
控制系统是从时间上和空间上分别来获取车辆信息的。属于某车辆的信息和此车辆一一对应。通过控制系统获取的车辆信息将对应于某个参考时间点。例如，参考时间点可以是首次或末次信息获取时间点，首次和末次信息获取的中间时间点，或者车辆位于控制系统信息获取范围空间的中间位置的时间点。根据要求也可选择多个参考点，各测量值将按照参考点进行归类。这种归类允许定义哪些车辆信息属于哪辆汽车，以及对车辆何时以一定车速经过控制系统进行归类，其目的在于，对获取时间点和参考时间点进行比较。为此，相对于获取时间点的车辆信息将转化为相对于参考时间点的车辆信息。这简化了在后续过程中对车辆信息的分析，并且使空间上集中设置信息获取装置成为可能，以避免空间上过于庞大的布置。
本控制方法的特征在于，控制系统可以设计为地点固定式的或可移动式的。原则上控制系统的三个部分获取同样的车辆信息，但此三部分以不同的方式被应用。
地点固定式控制系统允许在没有附加人员投入的情况下自动进行控制。地点固定式的控制系统作为固定控制的一部分进行预选时显示出很多优点，因为它无需附加费用而获取所有途经车辆的信息。在固定控制中，可移动的控制系统和地点固定式的控制系统同时投入使用。移动控制基于可移动的控制系统。灵活使用地点固定式的控制系统和可移动的控制系统产生了由自动控制、移动控制和固定控制所组成的控制概念。
这使得在任意高速公路路段对每一辆车辆进行收费控制成为可能，并且能够在不同的情况下灵活使用控制系统，例如，可以尽可能准确地识别出少付费者和不付费者，投入尽可能少的人员，车辆识别尽可能少出错，在提高罚金时尽可能减少费用，并且尽可能获得确凿证据。
信息获取装置的激活可以是自动或人工的。对于自动控制200.1，信息获取装置的触发是自动的，它允许控制系统无需人员投入而被起动。
获取的车辆信息包括关于车辆行驶的信息，特别是变道、加速、刹车过程，以及车速。这使得将控制系统内不同时刻获取的车辆信息相对于某个参考时间点进行分类成为可能。
识别车辆牌照具有很多优点，例如，在控制系统不能和车辆进行通信时，又例如，在车辆里没有相应装置时，控制系统通过获取的车辆牌照和数据库的内容比较，从而确定此等级车辆此时是否具有有效行驶权限。
以下借助于附图来进一步说明本发明的优选实施例。如图所示
图1.带外部接口的控制系统方框2.带内部接口的控制系统方框3.控制过程的第一部分流程4.控制过程的第二部分流程5.控制系统传感器的空间位置分布6.道路上控制系统对其测量范围的监视图7.控制系统的内部接口及数据流图8.高速公路路段自动控制和固定控制的分布图在以下的描述中要理解必须缴纳由于使用道路而收取的养路费。控制的目的在于，通过截获不付费和少付费者，通过补收应缴纳的养路费以及通过实施罚金，在保证平等对待所有有义务缴纳养路费者的情况下，来确保义务缴纳养路费的遵守程度。
图1中表示了带有控制中心20的控制系统10设置在收费系统30中。
控制系统10从运行中心50获取路段及价目数据，以便确定要进行收费控制的车辆要缴纳多少养路费。密码更新的目的在于，确保数据安全传输。缴费数据通过二元缴费系统的子系统，传递给控制系统10。在控制中所获信息将交给主管节点处理，然后通过控制系统10将数据转发给用于补缴费用的结算系统80。
控制系统由以下控制方式组成自动控制200.1，带自动预选的固定控制，移动控制及运行控制。
自动收费控制验证在无控制人员支持及无需让车辆(50.1.，50.2.)停下来的情况下，车辆是否在需缴费的道路网的固定地点按照规定缴费。以下“自动控制系统”指的是用于自动收费控制的控制系统10。300个自动控制系统中的150个为固定控制承担了初步筛选，由自动控制系统筛选出来的车辆将被控制站40的工作人员拦住，停下来接收检查。
对于移动控制，控制车辆穿行在车流中，将需要进行监控的车辆(50.1.，50.2.)从车流中带领到合适位置，从而监控停下来的车辆是否履行缴费的责任，并且在必要的情况下实施制裁。以下“移动控制系统”的指的是用于移动控制的可移动的控制系统。
运行控制系统不同于其它的收费控制方式，它不直接检查正在高速公路上行驶的车辆(50.1.，50.2.)，而是事后检查车辆(50.1.，50.2.)的行驶状况以及使用需要缴费路段的情况。
各种控制方式的结合及其指定的装备确保在任何高速公路路段任何车辆都得到监控。
无论哪种控制方式，控制方法由以下基本功能组成获取有缴费义务的车辆使用需缴费路段的情况信息，直接在车载装置、中央系统的数据库里检查车辆付费情况，或者检查自动获取的证据、征收被发现违规情况下补缴费用，实施缴纳罚金，需要的时候强制执行补缴费用和罚金。
控制系统获取所有须缴费车辆(50.1.，50.2.)的信息，无论是何种收费控制方式，选择的是哪种收费系统，特别是监控那些没有缴费的情况。
收费控制可以通过以下方法得到保证，所有的控制系统10获取要受到监控车辆(50.1.，50.2.)的数据和其相关记录数据，也就是说，既从安装在自动收费系统60的车载装置又从记录系统70的数据库获取数据。
收费控制系统10的结构及技术装置如下表所示，在此只加以简要说明。
收费控制系统10的外部接口及其数据流如图1所示。
收费控制系统10在控制过程中通过读取车载装置从自动收费系统获得缴费数据。
收费控制系统10从收费记录系统获取收费记录数据。
收费控制系统10再结合行驶方法记录50中的路段和价目数据进行收费控制，并将未缴费者应补交的费用数据传递给结算系统80。结算系统80处理应补交的费用数据，类似于处理通过二元收费系统获得的数据。
图2详细地展示了控制中心20和控制系统10之间的内部控制数据流。控制方式有自动控制200.1，固定控制和移动控制。
在控制中心20中进行的是和自动控制200.1有关的后期处理、补缴费用以及通过控制站40处理违规行为。
此外，安装在控制桥上的自动控制系统200.1用于查明情况信息。对所有途经车辆(50.1.，50.2.)的控制是按照以下步骤进行的车辆检测，步骤301，车辆分类，步骤311，获取及查明车辆牌照，步骤309，和车载装置的DSRC通信(DSRC短距离通信)，步骤317，决策方法以及在必要的情况下保存证据，步骤318至331。
收费控制站设置有控制系统10，此控制系统获取及监测控制横切面的所有车道及紧急停车线的情况。在此也会获取到控制横切面之前的变道信息，以便即使在严重的交通状况(堵车)情况下也能将所有获取的数据映射出正确的车辆图。
图3和图4展示了自动控制的流程。借助于特殊的传感器可以准确识别应该缴纳费用的车辆(50.1.，50.2.)并且跟踪其行驶路径，步骤301。此方法和车辆是否需要缴费，费用是否已缴纳以及使用的是何种付费方式无关。传感器能够很显然地识别那些不要缴费的车辆，如轿车、摩托车，并且避免给这些车辆拍照。
一旦某辆汽车被识别为可能需要缴费的车辆，等到它驶向离检测桥架大约10-12米的地方，它将被拍下一张数码的全局照片，步骤305和306。为了覆盖车道的整个宽度，需要给汽车多拍一些数码特征照片，步骤304。这几步用于汽车身份识别，并且以后也可用作证据。从照片中查明车辆的牌照号码、生产地，以及评价车辆特征，步骤309。在此将运用OCR方法(OCR光符识别＝自动纯文本识别)来读取车辆牌照。控制系统10尽可能从车辆车牌上的字母数字组合查明车辆的产地。如果这些还不足以查明车辆的产地，另外就要看单个的字符以及字符的字体来区分车辆的产地。正确识别车辆的产地对于正确无误地做出判断并不是必须的。
与此同时，DSRC通信验证车辆是否装备有车载装置以及车载装置会反馈什么信息，步骤317。如果DSRC通信中车载装置没有应答或者报告有干扰，就假定它进入收费记录系统，步骤319的分支“否”。然后查明的车辆牌照会和一个所谓的“优良目录”进行比较，这个目录里包含所有的收费记录，这些记录是为当前时间点和当前收费控制路段作比较用的。这个“优良目录”位于控制中心20的数据库。进入这个数据库要通过固定的、有线的数据通信连接。
当车辆经过收费控制桥，车辆将借助于某项测量来进行分类，步骤311，只要基于这项测量的参数是合理的。
基于前面步骤，对定义的收费等级、车辆牌照或者正确完成缴费存在怀疑时，在任何情况下系统都会独立地获取证据并保证证据的安全，步骤329。
自动控制系统10可以通过一个可选的活动接口为后面的固定控制提供一切信息，这些信息对于拦截车辆(50.1.，50.2.)停下来进行检查是必需的。
为了确定收费等级和收费额，将对经过控制点的任意车辆进行自动验证并且尽可能确定，所经车辆是否需要缴费，步骤311，314，315。
为了对车辆进行分类，要对经过收费控制区域的车辆测取不同的数据，步骤304，305，306。根据车辆的物理轴数、驾驶室的宽度、高度，整车高度、宽度来对车辆所属重量级进行分类。
为了能够更精确地将车辆(50.1.，50.2.)在7.5t和18t这个允许的总重量范围内归类，用光电方式获取车辆生产厂家的标志。车辆分类可以借助于生产厂家样车的特定数据来实现，步骤310。
此外，在步骤311对车辆进行分类时，步骤306给出的车辆的垂直剖面图也要在此步骤进行分析，其目的在于，区分重型车和公共汽车、有拖车和无拖车。从获取的剖面图可以清晰地识别拖车连接器。
即使某辆车的物理条件满足收费要求，但并非说明它一定要缴费。控制中心20的名单中有所有不需要缴费车辆的牌照号码，步骤319，在获取车辆牌照后在线借助于此名单确定车辆是否需要缴费。此名单还包括另一类车辆的牌照号码，这一类车辆已经经人工处理申报为不需要缴费的车辆。若存在连接联邦车辆管理局的接口，则通过调用名单数据可以询问所有德国车辆(50.1.，50.2.)的缴费情况。
在确定车辆的收费等级后，可以借助于控制系统10给出的计算参数和公式计算出行使路段的收费额，并且和车辆的实际缴费额进行比较。
如果基于车辆的外部特征不能明显判断车辆是否需要缴费，且控制中心20也没有相应的缴费分类纪录，就假定车辆违规，步骤313或329，这时将收集车辆有关证据数据，并将这些数据交给控制中心20进行进一步人工处理。
为了保证安全区分需要缴费和不需要缴费的车辆，在出现疑问的情况下，唯一解决问题的方法是将车辆提交进行人工处理。自动控制系统10会借助于车辆的技术装备和生产厂家，来保持尽可能低的需要人工处理的车辆数目。
为了做出缴费判断，控制系统10会自行做出预判断，车辆驾驶员是按时缴费者还是未缴费者。部分车辆驾驶员被误认为未缴费者。为了做出正确判断，需要进一步进行DSRC通信，查明车辆自身的缴费记录数据以及控制中心20的缴费数据。
车辆是否加入自动收费系统，可以通过控制系统10做实验来确定系统和车载装置之间进行的DSRC通信，步骤317。
若车载装置做出正确应答，显示功能正常，步骤318的分支“是”，该装置会反馈与缴费相关的数据给控制系统，如车辆牌照，缴费等级及缴费额，步骤320。若该数据和自动分类及车辆牌照的数据一致，步骤322，该车辆就被认为已缴费(步骤322的分支“是”。当车辆没有未缴费嫌疑、且车载装置及缴费卡不在锁定名单上时，车辆的所有图片数据将被删除(步骤323)。如果车载装置在进行DSRC通信时没有任何应答或显示有干扰，就可以假定车辆进入收费记录系统(步骤318的分支“否”)。通过光电方式获取的车辆牌照将和控制中心20的优良名单进行比较，此名单包含所有受监控路段及受监控时间点的有效的缴费记录(步骤319，步骤321做出判断)。
这样就能识别已缴费车辆，这些车辆将不再受到监视。使用记录系统的已缴费车辆的数据将存储在控制系统10，以便以后能够多次使用这些数据。直至其使用权的有效期过期为止。这样也可以排除对来自不同产地的具有同样车牌的车辆做出错误判断。因为在这种情况下，只能通过进一步的人工处理来做出判断，哪一辆车确实没有缴费。
少缴费和未缴费车辆的数据将作为证据收集、以加密的方式存储起来，并被传递给控制中心20。
如果通过控制系统10不能做出判断，例如，由于没有车载装置而不能自动读取车辆牌照，同样为做出判断所需的数据将被传递给控制中心20。
如果对于没有车载装置的车辆是否需要缴费难以做出判断，同样所有作为证据收集起来的数据也被传递给控制中心20。还有一种情况下，系统不能对某类应缴费车辆进行监控，因为它完全或部分符合某类车辆的结构模型，此类车辆的总重量位于缴费范围的上限和下限以外。原则上自动控制系统200.1可以监控这种情况。
下表列出了要进行区分的各种情况
如果获取的车辆信息不能解释作为自动缴费系统成员的车辆是否正确地缴纳了相关费用，就需要获取并存储以下数据情况组或控制状态，受到监控的时间地点，车辆牌照的数码照片，数码全局图，查明的牌照，相关置信度等级，产地，以及不能读取车辆牌照的事实，车辆缴费等级及相关置信度的信息，车载装置的以下数据全部的DSRC通信的缴费数据，其中包括最新的缴费额，车载装置的ID、运行状态及收费卡，车载装置确立的价目等级(带有尽可能多的价目等级)，必要时对车载装置进行操作的记录数据。
对于缴费记录系统的成员，在相应的情况下要获取并存储以下信息情况组或控制状态，受到监控的时间地点，车辆牌照的数码照片，数码全局图，查明的牌照，相关置信度等级，以及不能读取车辆牌照的事实，车辆属于哪种收费等级及置信度等级的信息，来自缴费记录方法的使用权限的数据，当车牌可读和可识别时。
识别率描述的是应缴费车辆所占的份额，这些车辆是通过OCR或者通过人工处理正确识别车辆牌照的。利用目前开发的技术，在通常环境条件下，仅自动识别的识别率超过80％。如果加上进一步后期处理，平均值可望达到90％。在低能见度(低于100米)的恶劣天气情况下，或者在道路有积雪的情况下，要根据与能见度有关的低识别率来算。
利用OCR软件不能识别阿拉伯或西里尔文字。所以这时车辆必须将带有文字符号的图片保存下来，并交送给控制中心20进行进一步的人工处理。
字符的OCR识别涉及一个置信度的问题。置信度是识别的质量尺度。如果置信度没有超出某个定义范围，字符就可以送去进一步人工处理。为了对车辆进行分类，两个激光距离传感器100.3从车辆的两侧对其进行扫描测量。对于单个点的测量，此传感器的分辨率为+/-150mm。由于此测量误差主要是由光脉冲脉冲时间的分布的统计误差引起的，它可以通过取多个测量值的平均值的方法将分辨率降到+/-50mm。
通过激光距离传感器100.3还可以进行轴计数。对于一定的车速，其空间分辨率将受单个测量点之间的距离和扫描频率的限制。因此车辆车轮范围内垂直方向的分辨率约为120mm。车速为80km/h时，水平方向的分辨率为290mm。
对于每一个分类结果要计算一个置信度，该置信度作为车辆分类可靠性的标准。当置信度低于某个定义的值时，该分类视为没有成功。不能正确给出车辆的缴费等级。
最终确定经过自动监测的需缴费的车辆是已缴费、少缴费或未缴费车辆后，控制中心进一步处理所有可能的违规行为。
为了弄清楚车辆是否缴费，控制系统10获取的所有证据数据要由控制中心20来分类并保存。在将数据传递给控制中心40开具罚单前，应对数据进行校验。
如果不能或者不能完全清晰地阅读所有证据上的牌照号码，首先就要人工地补全证据上的牌照号码。在进一步人工验证前，首先要进一步对数据进行自动验证。这包括验证车辆是否不需要缴费，或者自愿作为缴费限制以下的车辆申报过，询问联邦车辆管理局德国车辆允许的总重量，试图对DSRC缴费数据进行分类，在没有车载装置的情况下再次验证，车辆受到监控时是否出示了记录数据，以及验证证据数据上牌照是否和证据图片一致。为此自动控制系统10把DSRC缴费数据传递给控制中心。如果能出示有效的DSRC缴费数据或者记录数据，或者能够证实车辆不需要缴费，数据库里的相关项将打上已缴费或不需要缴费的标志。然后证据图片及牌照信息被删除。
在其它情况下，证据图片将被人工用于确定车辆信息。
在进行人工检验的开始，要查明是否在某个控制点获取证据数据时出现整个系统的故障。
这进一步的人工检验基于获取信息数据时间点控制系统记录下来的技术性功能状态、以及获取证据数据时间点出现的功能干扰。
在了解了证据收集时刻系统状态后，信息收集方法如下人工验证车辆牌照以及在必要时进行修正。输入车辆的产地并对其进行修正。如果车辆不是作为不需要缴费的车辆申报的，将由熟练人员根据车辆全局图登记其缴费等级。
在对人工修改车辆牌照信息的情况下，如上所述，试图对不同时间、不同地点的DSRC缴费数据进行新的分类。如果没有找到相应的分类，必要时需要重新询问联邦车辆管理局。
如果进一步的人工处理也不能解决一些如对缴费等级或牌照的疑问，或者对“不需要缴费”或“已缴费”做出判断，这些数据将以匿名和统计的方式获取。证据可靠的数据将被删除。如果进一步处理的结果是车辆为“少缴费”或“未缴费”，此时的数据将保存下来并提供给控制中心40使用。
车辆情况信息结果将被进行统计处理。所有未缴费车辆的证据数据将在控制中心20归档。在按照法律规定的24个月的保存期限后，数据将被删除。
此外，在对自动收费系统成员进行相关路段的监控方法中，DSRC缴费数据同样由控制中心20传递给监控装置90。这是为了进一步验证，缴费信息是否已传递给中央系统。这样才能识别对车载装置操作的特殊情形。
对所有确定为未缴费者来说，记录系统将对监控路段费用自动进行补收，即无需人工操作，只要知道其车辆及存储在中央系统中的相应的缴费途径。必须输入的数据，如监控的时间地点，车辆牌照，产地及收费等级，基于监控是已知的。所涉及的未缴费者的地址将存储在控制中心20，等开具罚单的时候使用。如果某辆汽车在收费系统没有任何缴费记录，控制中心将获取车主的通信地址，其目的在于，通过连接到控制站40或联邦车辆管理局的接口补收费用。
所有其它情况将被按照不同的州以列表的形式收集起来，并周期性地(每周/每月)传递给控制站40。
基于控制站40给出的或者是系统已知的地址数据，补收费用的单子将被发送给车主，并且将监控其补缴费情况。如果基于车辆的外部牌照而错误地断定其缴费等级，车主可以拒绝补缴费。更正只能通过控制中心人工进行。控制站40的工作人员可以随时提取未付清债款的清单，以便可以有目的地直接在停留控制时索回债款。
补缴费用是在一定的时间内进行的，其目的在于，确保未缴费者不会因为他们的行为两次被追究责任。为此首先要查处同一情况是否出现两次。需要的等待时间是可调整的，它取决于利用固定和移动控制把未缴费者数据发送到控制中心20的延时。
对已确定为违规行为的处理是处于哪个阶段，可以借助于状态特征来跟踪，此状态特征对应某次特定的违规。状态特征为监控补缴费和缴费罚金提供必要的基础。在一定的时间范围内如果没有缴费，这个方法将交给控制中心40作进一步处理。由控制中心40来开补缴费单。
控制中心40装备有PC工作台，这些工作台具有用于数据传输的固定连接，即连接控制中心20的情况数据库。它将完成以下功能 当选择功能“开罚款单”时，车辆的最新情况将显示在屏幕上，在可能情况下还有关于车辆以前的所有情况会全部显示出来。
工作人员可以看到最新的证据图片，或者调用以前情况的详细资料。他可以选择或输入罚金的多少。罚金的多少和款项、尚未结束的补缴费额有关。通过控制站40的微机接口可以调用未缴费者的地址，并且开始自动打印并派送罚单。如果没有地址(例如，国外的车主)，也可以人工输入地址。
由于自动控制系统、车载装置、控制中心20之间有机密数据如付费证明要传输，所以通信采用加密方式.通过这种方法可以防止不法监听，或者修改信息及证据。
控制系统10的部件之间主要采用光纤连接。这样杜绝了第三者的监听。
所获取的证据将按照法律规定的期限最长保存24个月，直到弄清楚事实真相及违规行为。
除了实际监控和进一步处理，还有一系列的支持控制方法的步骤是必需的在控制系统10中为车载装置的缴费卡更新锁定名单，询问向控制中心20输入的优良名单、以及申请不需要缴费的车辆，对由控制系统10申报在优良名单中的车辆记录做上标识，通过安全中心的接口更新密钥，将控制系统10的通信记录传递给控制中心20以及再传递给监控系统、以验证缴费数据已进入中央系统，维护及更新控制系统10的价目表，管理分类数据库，特别是车辆数据的输入输出记录，接收并评价控制系统10的统计数据及将其传递给监控系统，从监控系统接收至多50个车辆牌照(带产地)，以便记录下所有对车辆的监控。最后一点是，把牌照传递给所有控制系统10，通过控制系统10记录下每一次行驶的监控结果，通过控制中心20将结果数据传递给监控系统。
自动控制(＝自动控制系统)安装在梁130，所谓的桥上。桥130用于监控，拥有栏杆。除了桥130还有用于安放网络接入装置和计算机的供电站。
有了这些特定的传感器，可以放弃建造双桥系统。这样能尽可能减少对环境的影响。自动控制系统的结构如下所述。为了达到所要求的特征，自动控制系统包含不同的光学传感器单元。每一条车道都有一个传感器单元用于探测和跟踪车辆的组合式激光距离传感器/照相机系统100.1，用于获得车辆三维图像以及用于测量特征(这些特征可以用来将超过12吨的货车区分开来)的扫描的激光距离传感器100.3，用于获取车牌的照相机/照明单元100.6，用于获取重型车全局图像的照相机/照明单元100.9。
除了光学传感器，系统还有通信和服务单元，这包括通信模块100.12(ISDN固定连接和ISDN可选连接)。ISDN可选连接用作备用和附加通道，当通过ISDN固定连接传递证据时，此备用通道用作固定控制时的在线查询。
DSRC模块100.13(DSRC-Bake)和车载装置进行通信。在此运用了红外线技术，因为只有此技术能同样运用在移动控制。
加密模块用于信息的编码和解码，以及产生证据的数字信号。在接下来有固定控制的情况下，对于固定控制，还有一种通信模块，它用于和固定控制进行数据交换。技术的选择和控制系统所处地点的条件有关，例如，与离导出位置200.2的距离有关。
为了保证整个系统的功能，接下来是对系统状态的周期性控制。如果有必要的话，会使用警报。
下表详细描述了各个系统元件的特征
桥上不同部件的位置如图5所示，它是某三车道高速公路中对两车道进行装备的例子。为了获得更好的概貌起见，在此没有考虑传感器盒、第三条车道及紧急停车道的相应部件，除了紧急停车道上的DSRC-Bake。
监控每一条车道的照相机100.6，100，15直接安装在车道中间。相关的照明位于一定的距离内。探测及监控单元100.1从相邻车道斜上方监控车流。因此中间车道的探测传感器100.1要安装在右车道的上方.右车道的激光距离传感器100.3(3维扫描)位于中间车道上方、桥梁侧。中间车道的激光距离传感器100.3(3维扫描)对称地安装在左右车道的上方。拍全局照片的照相机100.9的安装位置是在桥梁侧(为右车道的)以及中间车道的旁边车道的上方(为中间车道的)。
如图5所示，桥130上安装了几个传感器，而另几个安装在桥的垂直柱上更有利。每个传感器的测量范围150，160，170，180如图6所示。车辆监测系统的工作方式在下面进行详细描述。
图像处理系统100.2在初始化阶段会给出车道的照相机图片及所谓的平滑的背景图。行驶的车辆(50.1.，50.2.)在背景图作为干扰被识别，并基于车道和一定位置的透镜进行分类。此单元白天利用日照光作为照明，夜间利用行驶车辆的前灯。
激光距离传感器监视着各自设定的可视范围150，160，根据反馈的信号来确定可见范围和测量被发现车辆(50.1.，50.2.)的距离远近，并以此来获得车辆的速度。通过传感器的跟踪和它对几何空间上的分类，被探测的车辆(50.1.，50.2.)可以被归类为某一车道。
所有靠近的车辆(50.1.，50.2.)，无论它的收费等级、车速以及离控制桥的距离，作为结果都能被检测出来，并且它(50.1.，50.2.)的车速以及距离远近都能被估测出来。根据这些结果来确定各个传感器开始进行图像获取和图像分类的时间点。
原则上来说紧密跟随的车辆(50.1.，50.2.)会被检测成两辆分离开来的车辆。但当这两辆车辆非常紧密行驶并且离控制桥距离比较远的情况下，系统会在车辆比较近的时候用一更新过的测量周期来对原来重合在一块的物体进行分离。相反地如果一辆带拖车的重型车被错误地检测成两辆车辆，同样也会出现物体的重合。
车辆的前部一直被检测直到它离控制桥6米的地方。激光距离传感器同时也检测车侧，这样就能得到车辆在探测区域边缘和3D扫描器100.3测量区域之间的位置。这对堵车情况的处理是必不可少的。此外从DSRC模块100.13得到的跟踪车辆的信息也被集中到这里。
从每个车道上的单元100.1+100.3得到的数据在评估中心100.2里集中起来。所以变道以及在两车道间行驶的车辆也能被正确地被探测并监控。
在堵车情况下，3D扫描器通过检测单元100.2的触发切换到准备模式，在这种模式下扫描器等待物体到达一个固定的距离范围。如果物体在这个范围里出现，扫描器一直获取数据直到物体通过了控制桥。在这种方式下也同样考虑了在探测照相机100.1的探测区域末端和3D扫描器的测量区域之间的变道信息，这是通过将多于一对的扫描器切换到准备模式来实现的。探测区域150和160是由探测照相机100.1的探测区域和扫描器100.3的测量区域组成的。
车牌识别照相机的识别区域在图6中用170标示。
探测单元100.2是系统的中心。因为只有被探测出来的车辆才能被处理。各个部件单元的信息集中到一个中心控制计算机。此计算机同时也处理单次测量的失误和对多个传感器信息的组合。
各个部件里的子方法通过TCP/IP相互通信。通过将系统时间传给传感器系统，然后开始测量，来实现对测量数据获取的控制，即单个方法步骤的同步。所需数据是通过TCP/IP同时传输的。
在收费系统的控制中心20给人工的后处理工作的每个工作台提供了一台与中心数据库服务系统相连的PC机。对外部接口的操作和其他的功能是通过通信服务器、管理工作站和加密部件来实现的。为了保证可利用性，这些部件是冗余部署的。
在控制点40每个工作台配备了一台和收费系统的控制中心20的数据库服务系统相连的PC机，用来补缴费用和开具罚单。为此控制中心20和控制点40之间有足够带宽的持续在线连接。除了对外部接口进行操作的通信服务器和加密模块之外，还存在用于存储和车主有关的个人数据的数据库。
图7描述了控制系统10的数据流。需要注意的是，数据量一部分以字节/秒，一部分以字节/车为单位。
很明显的一点是，在获取装置100.1，100.3，100.6，100.9，100.12，100.13和控制功能100.2，100.4，100.5，100.7，100.8，100.10，100.11之间有着巨大的数据量减少。比如说车牌图像数据大小超过2.1M字节，但从中获取的车牌信息只有32个字节。
各个计算单元之间的庞大的数据量只被从图像获取方法100.7，100.9，100.10传输到情况数据库。当预选程序没有发现明显无需缴费车辆的情况下，图像数据才被传输，这样可以降低需传输的数据量。通过在步骤“相关数据段的识别”，“剪切”和“压缩”中实现的有目的的，但并不是完全无损压缩，能将数据量进一步地进行压缩。所以对每个跟踪情况数据量能预计降至200K字节。
固定控制位于高速公路网上选择出来的停车位置，并建立在和自动控制系统相关的自动预选程序上。为了达到这个目的，控制中心40确定150个控制站并指定70个控制组。固定控制获取现场的情况数据(通过自动控制系统)并确定情况(通过控制站的工作人员)。补缴费用和开具罚单或者在现场完成，或者通过控制站集中完成。
通过自动的，地点固定式的控制系统和用于固定控制的可移动的系统之间的连接，自动控制系统所获取的关于需控制车辆(50.1.，50.2.)的信息被传输。情况组如下表划分
作为自动控制一部分的自动预选程序是用于防止将识别的无缴费义务的车辆引导出来。
为固定控制设定的并在导出工作站显示出来的的车辆数量会当场确定成上述情况组的任意组合。这样可以将车辆有目的的弹性的导出。通过对导出过滤器的相应设置，控制组可以影响或阻止对已缴费者进行导出显示。
车辆(50.1，50.2)所属情况组的信息将显示给导出站。最后总是由控制站40的授权工作人员根据自动控制系统的建议来决定车辆的导出。必须考虑控制地点200.3和控制人员的负荷。
车辆导出是由控制站的工作人员人工来完成的。当导出帮助装置不能自行启动时，其他的工作人员可以通过喊话，或通过麦克风-如果有的话-通知要被导出的重型车。
通过选择合适的通信连接可以确保自动控制系统信息可以最迟在10秒种后在导出装置上显示出来。通信连接和地点有关。
在路段(只要它长于2公里)的前三分之一里车载装置做出对此路段的缴费决定。因此只要在路段的接下来部分设置一控制桥，并且在足够距离的地方有和控制相适应的停车点，就能实现对该路段的控制。
图8描述了带预选的自动控制系统，导出点和控制位置200.3的空间布置。
自动的，地点固定式的控制系统和导出点之间的最小距离是由时间间隔的总和得出的。在车速达到120公里/小时情况下，这些时间间隔对情况获得的计算及图像传输是必需的。这时有200米作为控制站导出工作人员的预警路段。
最迟在车辆通过自动控制系统10秒后，将车辆引导至旁边进行停留控制所需控制数据会传输到停留控制系统。在这段时间里速度为120公里/小时的车辆已行驶了333米。自动控制系统和导出点之间的距离按常规至少有533米。自动控制系统和导出点200.2之间距离的上限是由控制数据的传输媒介所能覆盖的范围来决定的。对所需的每个通信连接的传输媒介是按照商业和技术标准来优化选择的。
除了以上条件，停留控制可以在高速公路路段开始后1200米和路段结尾处任意选择其位置。
基于自动控制系统和导出点200.2之间距离，如果需要比较短的处理和传输时间，这可以通过使用相应的电缆或宽带无线连接实现频率范围(最大1车/秒，最小1车/4秒)来保证。如果考虑到预警段，自动控制系统200.1和导出点200.2之间的最小距离大约是300米。
对于需要被控制的车辆(50.1，50.2)的导出，自动控制系统200.1将车牌，车辆图像以及导出建议的理由信息传输给固定控制点。
这些数据被控制中心40的工作人员在合适的装置上进行处理并简单明了地显示出来。通过这些描述，工作人员能够确定，某车辆是否需要被导出。
针对按实际调节过的导出过滤器所获得的车辆，自动控制系统将以下信息传输给停留控制点车辆的全局图像(黑白的，压缩格式)，车牌或车牌无法识别的信息，车辆的国籍或国籍无法识别的信息，情况组，从记录中心或车辆设置中得到的收费参数，可能情况下的少缴费类型(登记的缴费类型信息对照获得的缴费类型信息)，可能情况下的操作迹象(作为代码或在文本里)。在控制地点200.3进行核查时，得出最终有效的情况确定，是否将驾驶员或车主评价为已缴费者、少缴费者或未缴费者。
为此控制组使用专门的控制系统10。一方面此控制系统可以在控制中心20通过GSM接口调用固定车牌的当前记录数据，另一方面它可以通过DSRC或者电缆连接向车载装置查询数据，来检查是否装置运行有问题或是否出现错误。
通过这些接口，控制组获得特别是以下信息所有的日志(这些日志可以在各自的目录里访问到)。根据这些日志可以确定，哪些缴费数据，在什么时间被传输给中心，车载装置的配置数据，其中包括存储的车牌号，车载装置使用的软件状态，对软件是否被操作的检测结果。
控制组检查车辆文件，并以此来分析，是否车载装置未被损害。在不缴费的情况下，控制组可以确定，这是否是由于系统错误或由于使用者进入系统而产生的。
如果控制组发觉了违规行为，它能够在控制中心20通过GSM连接来访问对车辆违规行为的历史数据，并以此来确定合适的罚金。
如果提供情况信息，比如说如果是在少缴费或未缴费的情况下，相关数据将被存储，并在控制之后传输给控制中心20。
控制中心20对情况信息的结果进行统计分析并归档。这些数据在法定的保存期限24个月之后自动被删除。
与固定控制相关的数据涉及到自动控制系统传递给控制组的导出帮助装置的数据，和在情况信息流程之后的控制组传递给控制中心20的数据。
在导出帮助装置里下一辆车的信息显示一分钟之后，当前导出数据被删除。
对识别为未缴费车辆的控制信息传递给中心。尤其是如下信息控制的时间和地点，控制组的识别，车辆的车牌和国籍，车主信息(从递交的车辆文件里获得)，允许的整体重量，轴数，车辆的排放等级，是否有拖车(是/否)，车辆的缴费等级，发觉的违规类型，是否已补缴费(是/否)，在可能情况下是否已确定补缴费的金额大小和是否已兑现(是/否)，在可能情况下罚金的多少，车载装置里证明违规的数据。这些说明是根据控制站40的工作人员输入的违规类型通过应用程序独立完成的。
按规定使用者在停车地点直接补缴费用，尤其是当事后很难兑现的情况下。为了避免无理由的双重补缴费用，一天之内补缴费用信息至少要给控制中心传输一次。
在例外的情况下，比如由于技术系统的错误不能处理补缴费用，这种情况要及时地传输给控制中心，来从组织上确保避免发生双重缴费。这可以通过对这种控制情况的书面文件记录来实现，同时在这种情况的控制结束之后，要义务地向控制中心20的工作人员电话报告。
工作组可以在现场直接开罚单并执行罚单。为了正确确定罚款金额的多少和在可能情况下的对旧的，还未兑现的罚单进行兑现，将通过GSM来对监控车辆的违规行为的历史数据进行访问。
给控制中心20传输的控制数据做上相应的标记，为了避免双重开具罚单。
在自动控制系统和导出帮助装置之间只传输透明的数据，比如全局图像和车牌，或者不可理解的信息，比如说情况描述的代码。由于控制人员通常可以看清传输路径，所以可以有意识地修改数据。此外在停留控制时这些修改马上能被察觉。因此不需要采取特殊方法保护数据。对控制中心20的控制系统的询问将采用加密方法，其目的在于，保证双方的可靠性以及数据的安全和可靠性。为了能够对所有控制形式运用同样方法，预定对控制组使用芯片卡。
如同自动控制方法，对于发觉的违规行为，获取的证据将按照保存期限至少保存24个月。
除了上述控制方法，还需要一系列附加的、辅助的方法。这些方法是自动控制系统所需方法的一部分为了保证通过控制系统10并经过控制中心的加密方法确定的车辆权利，而把自动控制站的工作模式调到“固定控制”，为控制系统10的车载装置的收费卡更新锁定车辆名单，将控制系统10所申报车辆的记录标记到控制中心的优良名单，将控制系统10的所有DSRC通信记录移交给控制中心20并进一步移交给监控系统，以验证收费数据进入中心系统，对控制中心10的价目数据的监控及更新。为了确保系统质量，尽可能地记录发现的车载装置的错误功能，而对此操作者显然不用承担责任。这些记录会发送给控制中心20。
在导出车辆处200.2控制系统10进行停留控制时，控制点40的工作人员使用能进行数据通信的可移动的电脑。此电脑装备有允许进入控制中心20的数据库的软件。此外，它还有用于检验车载装置和读取记录文件的技术端口。在微波范围内要清楚地体现DSRC端口可用电缆连接。
用于车辆控制的控制系统10拥有足够的自由存储区，以便利用控制人员授权的芯片卡读取器来存储一天所有的控制数据。
自动控制系统和帮助车辆导出装置之间的通信连接可以按照两者之间的距离及布局关系考虑以下方法通过现存电缆(凿井)带相应的功率驱动器的(串联)连接，通过未占用的可用的无线方法(如2.45GHz电波、DECT、WLAN)实现的带特殊定向天线的连接，为了克服功率及覆盖范围的限制，运用特殊定向无线装置，如同超越基本范围而和LAN的连接，在不利位置和距离通过GSM(如利用HSCSD或GPRS的服务)连接。
无论所选择的控制形式，在车辆导出点200.2安装都有开关柜。此开关柜为控制站40的工作人员提供一个无线连接，如蓝牙，因此并不提供机械切入点。和自动控制系统进行通信的安装部件可以通过现存电缆或小的光电装置而供电。
用于停留控制的可移动的控制系统和控制中心20之间的接口实质上相应于自动控制系统和控制中心的接口，只是第一个接口还可以访问违规行为的历史数据，并可以切换到自动控制系统的工作模式。
给出车辆以前的违规行为包括以下数据违规的时间和地点(路段)，违规类型，收费额，罚金额，注释收费和/或罚金是否及何时已缴纳。
由于受到监控的车辆并不多，且可以放弃对证据图片的获取、传输，所以使用GSM连接是可能没问题的。
移动控制依靠随控制车辆穿梭在车流中的控制组，而当经过重型车时对其进行控制，即进行情况信息获取。当车辆被怀疑未履行缴费责任时，它将被指定停于某处或高速公路出口处。
移动控制组在车流中巡逻并监控车辆。它装备有控制系统10，此系统使得通过DSRC接口和车载装置通信成为可能，和控制中心20进行通信来检验没有装备装置的车辆。
如同自动控制，自动收费系统成员的车载装置的数据会马上显示出来。由于移动控制系统可以通过DSRC和车载装置建立连接，所以数据可以在5秒内显示出来。
作为所获得数据的分析结果，要区分以下情况(类同于自动预选)
为了验证情况组1中车辆的缴费情况，需要进入控制中心20的优良名单。控制系统10可以输入车辆牌照和国籍。输入牌照号码后，就可以对控制中心20进行在线访问。
和控制中心20建立连接在输入牌照号码时已完成。因此可以保证进行检验，且应答时间保持在5秒内。例外情况只出现在没有GSM时，或使用者在开始行驶前直接采用记录系统，然后马上驶上高速公路并立刻接受检查时，因为缴费站的数据通过记录中心到达控制中心20需要几十秒的时间。在没有通信连接的情况下，相应的信息会显示在控制系统10。
控制系统通过自动的位置及行驶方向的确定，来支持收费控制。移动控制可以在任何路段完成，因为它和与地点相关的资源无关，且具备几条和车载装置及中心的通信路径。
车辆违规时，它将被控制组指定停于某处或一高速公路出口处，以便获取其相关信息。
对DSRC通信的评价会以注释数据显示在控制系统10，供控制站40的工作人员使用。借助于此评价工作人员可以做出决定，某辆车是否需要停下来。
控制系统10显示以下通过DSRC接口获得的数据根据表6的情况组，车辆牌照，车辆国籍，付费数据(日期，时间，路段，已缴纳的费用，费用等级)，必要时人工操作的证据(作为代码或文本)。
对于没有相关装置的车辆，对优良名单进行比较，将显示以下数据存在有效记录(是/否)，记录号，有效期的开始和结束，费用参数(允许的总重量，轴数，排放等级)。
通过控制组进行信息收集如同固定控制时的情况。信息获取时的数据和固定控制时的数据一样，并传递给控制中心20。收费是通过控制组直接由使用者或以后通过控制中心来完成的。
通常控制组直接在现场开具罚单。在其它情况下，罚单由控制中心以后开出。
控制系统10和车载装置之间的信息是通过DSRC接口以加密方式传输的。此处所用方法和自控控制时所用方法相同。
对控制中心20的控制系统的访问将采用加密方法，其目的在于，保证双方的可靠性以及数据的安全和可靠性。为了能够对所有控制形式运用同样方法，预定对控制组使用芯片卡。
如同自动控制方法中对于发觉的违规行为，获取的证据将按照保存期限至少保存24个月。
为了更好的进行操作，DSRC发送装置(红外装置)被固定在控制车辆上，并可旋转。如果可能微波发送装置也安装在车辆上。
为了识别且显示刚驶过路段，控制系统10装备有可自行工作的路段识别模块，并和车辆中的GPS天线相连。询问车载装置的数据将通过DSRC红外发送及接受部分完成，此DSRC红外发送及接受部分通过电缆和实际的控制系统10相连。和控制中心20的通信是通过合适的通信接口(GSM/GPRS)来完成的。
和车载装置进行通信时，优先使用红外接口，而不是微波接口(5.8GHz)。根据5.8GHz的DSRC标准及生产厂家的说明，对于18dBm的最大允许发送功率，只能在控制系统10和车载装置之间的距离不超过2.6m时，保证其必须的比特容差率。与此对应的可以通过红外接口来覆盖更远的距离(达40米)，它安装有发送装置，此装置朝车载装置方向具有很强的发送功率。
人工车辆控制的装置具有足够的存储空间来存储一天所有的控制数据，以及拥有对控制站工作人员来说可靠的芯片卡读取器。
基于各高速公路路段记录的多样性，不需要将控制中心20的优良名单复制给控制系统10，而是要对其经常更新，这样做是具有很多优点的。
权利要求
1.利用控制系统(10)来进行道路收费的控制方法，所述控制系统具有多个用于获取车辆信息的获取装置和及时激活信息获取装置的激活装置，其特征在于，当车辆与分别获取车辆信息的获取装置的空间对应关系最优时，各个信息获取装置被激活，其中控制系统(10)将在空间上、时间上分别获取的车辆信息与此车辆和参考时刻点的信息一一对应。
2.利用控制系统(10)来进行道路收费的控制方法，所述控制系统具有多个用于获取车辆信息的获取装置和及时激活信息获取装置的激活装置，其特征在于，控制系统(10)是可移动的。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，可以通过触发装置自动和/或人工实现获取装置的激活。
4.如以上权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，获取装置包括通信装置、光学和/或声学获取装置，车辆信息包括运动信息、声音信息、牌照信息和/或轮廓信息，控制系统(10)包括将车辆对应于一定类别的分类装置。
5.如以上权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，地点固定式的控制系统(10)用于自动控制，可移动的控制系统(10)用于移动控制，地点固定式的控制系统和可移动的控制系统(10)的组合用于固定控制。
6.如以上权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，控制系统(10)可以将关于车辆及参考时间点的车辆信息通过通信装置向外传输。
7.如以上权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，将关于车辆及参考时间点的车辆信息与数据库的内容进行比较，以确定车辆是否已按规定缴费。
8.如以上权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，被怀疑为少缴费车辆信息将作为证据继续使用。
9.如以上权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，用于识别车辆是否正确缴费的车辆信息和作为证据使用的信息是相同的。
10.如以上权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，用于固定控制的关于车辆及参考时间点的车辆信息被传递给监控人员，其中被怀疑为少缴费的车辆会被从车流中引导出来。
全文摘要
本发明涉及利用控制系统(10)进行道路收费统计的控制方法，此控制系统由多个用于获取车辆信息的获取装置和及时激活信息获取装置的控制装置组成。根据本发明做出如下建议各个获取装置在车辆与车辆信息获取装置的空间关系最优时被触发，控制系统(10)将在空间上、时间上分别获取的车辆信息与此车辆和参考时刻点的信息一一对应。
文档编号G07B15/06GK1493061SQ01822960
公开日2004年4月28日 申请日期2001年12月8日 优先权日2001年1月31日
发明者沃纳·拜尔特, 沃纳 拜尔特 申请人:戴姆勒-克莱斯勒股份公司