专利名称：基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法
技术领域：
本发明涉及一种收取车辆通过高速公路或桥梁费用的自动收费方法。
背景技术：
当前我国的高速公路多数采取封闭式收费系统，即出口时判断入口信息，凭入口信息与车型信息收取通行费，通常采用IC卡作为支付媒介进行电子收费的方式，在入口，收费系统将入口信息写入IC卡中，在出口，收费系统判断该IC卡记录的入口信息结合车型和本出口站的信息收取通行费，电子收费方式主要经历如下几个发展过程●人工半自动收费方式这种收费方式需要有专门的收费员操作收费车道系统并刷IC卡，并没有实现全自动收费，而是采用人工与计算机结合的人工半自动收费方式(简称MTC)。这种收费方式已经替代纯粹人工收费，成为收费技术的主流技术，在一定时期为经济效益的提升发挥了很大的作用。但是，随着我国经济的飞速发展，汽车越来越成为大众消费品，车辆越来越多，现有和规划中的高速公路越来越不能满足汽车发展的速度，人工半自动收费的弊端也逐渐显现出来1)MTC方式效率低下，造成收费站交通堵塞和环境污染问题，给政府和公路部门带来巨大的压力。由于人工收费流程复杂、效率低下，限制了车辆的通行速度，使收费站成为制约高速公路通行能力充分发挥的瓶颈。在主线收费站和一些车流量大的匝道站，经常出现交通拥挤甚至交通堵塞，与高速公路高速、快捷的形象极不相符。另一方面，堵塞停车带来的汽车尾气和噪声污染，也给社会带来不良的负面影响。
2)人工收费本身就存在现金的错收、漏收、误收(假币)等弊端，带来复杂的现金管理，增加了营运成本，降低了企业的经济效益。
●采用单片式车载单元的电子不停车收费方式为解决MTC存在的问题，国内外推出了全自动收费系统(即基于单片式车载单元的电子不停车收费系统，简称为单片式ETC)。电子不停车收费(ETC)是一种利用专用短程微波通讯(DSRC)技术，通过路侧单元(RSU)与车载单元(OBU)的信息交换，自动识别车辆，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费扣除的全自动收费方式。通过在收费车道安装ETC收费系统，拥有车载单元的车辆即可自动不停车的通过ETC收费车道，实现自动收费、不停车通过的目的。
车辆通过收费站ETC车道的速度可以达到30km/h，能够解决人工收费的以上种种弊端。但是单片式ETC本身也存在不足1)投资大，风险高。基于单片式车载单元建立的ETC系统必须自身构成一个完整的封闭式系统，即在路网内所有的入口和出口(即使是大多数交通量小、车道数量少的收费站)，都必须设置一条以上的ETC专用收费车道，车道资源消耗大，利用率差。这将造成ETC系统的建设一次性投资大，建设周期长，风险高。
2)支付方式单一。单片式车载单元只支持后台帐号扣款结算，不支持使用储值卡。由于该种结算方式存在透支的风险，一般只对信用度较高的用户推广使用，大大增加了车载单元推广的难度。
发明内容
本发明的目的是提出一种能充分应用ETC和MTC收费方式的使用条件，兼容MTC的人工处理灵活和ETC的快速通过优点的基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法。
本发明的技术方案如下在路桥的出入口设置有ETC收费车道或/和MTC收费车道，在ETC收费车道上设置有RSU路侧单元，该RSU路侧单元通过DSRC专用短程微波通讯技术与设置在通行车辆上的OBU车载单元进行信息交换，自动识别车辆，以电子支付方式自动完成车辆的通行费扣除，在MTC收费车道则具有IC卡刷卡收取车辆通行费的装置，其特征在于所说的OBU车载单元采用包括有感应式车载单元和IC卡的双片式感应车载单元，所述的IC卡通过IC卡插座插入到感应式车载单元内，感应式车载单元以非接触式或接触式读写IC卡，基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法如下当车辆从ETC收费车道入口进入时，RSU路侧单元读取OBU车载单元的信息，系统将入口信息写入IC卡中后，允许车辆通过；当车辆从MTC收费车道入口进入时，可将IC卡取出，交由道口系统人工刷卡，系统将入口信息写入IC卡中后，车辆通过；当车辆驶入ETC收费车道出口时，RSU路侧单元读取感应式车载单元信息，并根据录入IC卡内的入口信息，查询车辆到该站的费用，对IC卡进行扣费操作，并允许车辆通过；当车辆驶入MTC收费车道出口时，可将IC卡取出，交由道口系统人工刷卡，系统根据录入IC卡内的入口信息，查询车辆到该站的费用，对IC卡进行扣费操作，并允许车辆通过。
本发明所述的IC卡为既可被感应式车载单元非接触式读写，又可被接触式读写的具有储值或记帐功能的IC卡，该IC卡可以为逻辑加密卡或CPU卡。
本发明应用了如下技术原理1)组合式收费技术本发明所实现的系统是基于IC卡作为收费介质的收费系统，具有兼容人工半自动收费(MTC)和电子不停车收费(ETC)的能力。
收费系统前端(车道级)可以根据需要设置MTC车道和ETC车道。
MTC采用现金和非现金两种付费方式，ETC采用非现金付费方式。
MTC的现金付费方式下，采用非接触IC卡作为通行券，收费员入口发卡、出口收卡，用户现金付费；MTC的非现金付费方式下，IC卡作为通行券，用户在入口刷卡通过、出口刷卡付费，免现金交易；在ETC方式下，采用两片式感应车载单元(由车载机和IC卡组成)不停车非现金付费通过。
IC卡由运营单位发行，作为用户卡由用户保存使用，可以根据运营需要作成记帐卡(含账号信息)或储值卡(电子钱包)方式。IC卡作为非现金支付手段，既可以与车载机配合在ETC中使用，又可以在MTC中使用，通过这种方式，兼容了MTC和ETC。
该技术可以解决单片式ETC的不足，又可以减低收费站堵塞情况，利于实施。
2)ETC技术ETC车道系统集成了车辆识别、车辆检测、自动计费、设备控制、后台通信、系统监控等功能。车辆识别采用已有的基于5.8GHZ的专用通信(DSRC)技术设备，该设备由路侧读写天线和感应式车载单元组成。可保证车辆快速通过。
3)IC卡技术本发明IC卡既可以是非接触式逻辑加密卡又可以是双界面CPU卡。逻辑加密卡和双界面CPU卡都可以用于作为MTC或ETC非现金付费方式下的通行券和支付卡。MTC车道通过时，用户在入口刷卡通过、出口刷卡付费，免现金交易；ETC车道通过时，通过两片式感应车载单元与系统交换信息，完成免人工的不停车收费。该技术是保证组合式收费得以实现的关键条件，支付方式是支付系统的核心。
4)感应式车载单元技术本发明中的双片式感应式车载单元包括感应式车载单元及IC卡，IC卡工作时通过IC卡插座插入到感应式车载单元内。感应式车载单元可以以非接触式方式读写又可以接触式读写IC卡。原理叙述如下a.感应式车载单元是一种电子标签，由智能卡接口、数据处理控制器、液晶显示、电池、天线、编解码器、DSRC协议处理器等组成。在车载单元上设置有具有IC卡插口，该插口包括有接触插口和非接触插口，在接触式车载单元上设置有非接触读写模块，如飞利浦公司提供的RC500非接触读写模块。
b.感应式车载单元与IC卡通过接触式智能卡接口或非接触式智能卡接口与IC卡进行数据通信。
c.感应式车载单元与路侧单元通过5.8GHZ的微波介质进行通信。
车载单元与路侧单元(RSU)之间通过基于5.8GHZ的交通专用短程通信(即DSRC)技术完成相互的信息交换，该DSRC技术符合国家推荐要求。感应式车载单元是该DSRC技术范围内的下层设备，同样符合国家推荐要求。感应式车载单元使用的IC符合中国人民银行的金融IC卡技术规范，符合金融领域的使用要求。
基于DSRC建设的ETC系统是组合式收费方式得以实现的前提条件，本发明使用到现有ETC的所有应用技术，包括车辆识别、车辆检测、自动计费、设备控制、后台通信、系统监控等技术，可在此基础上加入触发控制技术，解决了车辆旁道干扰的问题，参见车道布局图。
基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法，解决了以往单片式ETC系统存在的问题a.目前，采用单片式电子标签的ETC系统与IC卡收费系统完全独立，互不兼容不需要涉及IC卡技术，ETC系统必须构成一个完整的封闭式收费系统，因此存在以下缺点1、必须在封闭式路网的所有收费站的入口和出口方向各至少设计1条电子收费专用车道，导致系统规模庞大，一次性投资高，建设周期长，风险大，不利于在联网收费系统中进行试点和推广；2、大多数入口收费站和出口收费站的交通量小，车道数量少，单独辟出一条车道用于专用电子收费，既困难，又不经济；3、在出/入口方向各设计1条收费车道的情况下，专用电子收费系统一旦出现故障，将危及整个系统的正常运行，系统可靠性和健壮性将无法得到保障。采用组合式收费方法，将不再需要在封闭式路网中每一个收费站的出入口方向均建设专用ETC收费车道，而可以集中资金将电子收费系统用于解决中心城市公路网及区域经济圈内城市间公路网的交通瓶颈。另外，当电子收费系统出现故障或收费站没有专用电子收费车道时，还可以直接使用双界面IC卡在IC卡半自动收费系统上完成收费交易，因此系统可靠性大大提高，可扩展性、投资规模富有弹性，易于试点和推广。
b.基于双片式感应车载单元的组合式路桥自动收费方法，应用感应式车载单元技术，设计了兼容接触和非接触界面的车载单元，由于具有非接触界面部分，使用射频通信，物理上没有直接的接触，理论上卡片的寿命与插拔的次数无关。增加了IC卡读写的可靠性及延长了IC卡使用的寿命。
本发明具有如下特点1)ETC和MTC刷卡消费两种支付方式相结合；
2)安装了有效两片式感应车载单元的车辆，在收费站可任意选择ETC或MTC车道通行，包括从ETC车道进、出；从ETC车道进、从MTC车道出；从MTC车道进、从ETC车道出；从MTC车道进、出。
3)感应式车载单元兼容对IC卡的接触式及非接触式读写功能，在IC卡接触式部分损毁的情况下，不影响对IC卡的读写。
本发明具有如下优点1)从收费服务角度看，本发明真正实现了MTC收费与ETC收费的兼容，为路桥业主提供了安全、准确、快捷的非现金收费方式方法，无论高速公路采用何种IC卡作为通行券和支付卡都可以轻松地实施组合式收费。为车辆用户提供了最大限度的便利，用户只需申请一张IC卡，即可在区域内系统内实现MTC收费一卡通行；使用感应式车载单元，可以实现在高速公路的出入口任意选择最便利通行的MTC或ETC车道通过，而且还避免了携带现金缴费所带来的种种不便。
2)从投资角度看，本发明与传统的单片式车载单元和仅具有接触读写的双片式车载单元相比，本发明能大大节省投资。传统的单片式车载单元技术需要在所有开通ETC交易的收费站建设ETC车道，而仅具有接触读写的双片式车载单元的组合式收费系统与目前高速公路普遍使用的非接触IC卡不兼容，系统中需要两种通行介质。
3)从建设实施与运营管理的角度来说，本发明应用的系统的规模富有弹性，改造容易，易于试点和推广，运营风险大大降低。只要在原收费系统上增加ETC车道，并可以根据实际需要进行逐步扩展。
图1为ETC车道布局图。
具体实施例方式
以下为本发明用于高速公路收费系统的实施例。在该高速公路的出入口设置有ETC收费车道或/和MTC收费车道，可采用如图1所示的收费车道布局ETC收费车道建在最靠近路中央及MTC车道旁边，栏杆安装在ETC车道前端，当车辆无法通过ETC车道时可直接进入旁边的MTC车道，不需要车辆后退；车载单元部分差异主要是采用了感应式车载单元，IC卡与插入车载单元，通过非接触方式与车载单元进行数据通信。车辆用户只要安装了感应式车载单元及配备了IC卡，并在安装有ETC车道及MTC车道的公路上行驶，就可采用非现金交易方式自由选择通过ETC车道或MTC车道，大大方便了车辆用户在公路上的通行。本发明所涉及的车道包括MTC车道和ETC车道。每种车道又有入口和出口之分。
MTC车道采用普通的车道设施、布局，MTC入口车道按如下流程处理入口过车1)车辆驶入MTC车道，自动抓拍车道图片；2)输入车型，等待刷卡；3)刷通行卡或支付卡，系统在判断卡片有效性后将入口车型、入口站信息、入口时间等信息写入卡中；4)刷卡成功，确认抬杆，车辆放行。
MTC出口车道按如下流程进行收费1)车辆驶入MTC出口车道；
2)收费员输入车型，刷司机出示的通行卡或支付卡；3)系统读出卡中存储的入口信息，系统判断入口信息是否有效，判断是否黑名单卡，是否有效出口车辆；4)系统根据入口信息查询到该站的费用，并按次费用收费通行费。为通行卡的，收取现金；为支付卡的，记帐或直接从卡中扣除通行费。
5)刷卡成功，确认抬杆，车辆放行。
ETC车道采用栏杆前置的设计，车道布局设计图见图1所示，凡ETC不能通过的车辆，系统均给出提示，通知车辆转MTC车道通行。
在ETC入口，系统按如下流程处理入口车辆1)车辆驶入ETC入口车道，压到触发线圈，打开路侧读写天线；2)系统通过RSU读取感应式车载单元的信息，判断感应式车载单元是否有效；无感应式车载单元的，系统报“无感应式车载单元”提示，通知车辆转MTC通行；3)感应式车载单元有效的，系统继续支付卡信息，判断是否为黑名单；4)系统将入口信息写入卡中；5)车辆压到抓拍线圈，系统抓拍车辆图像；6)写卡成功，栏杆抬起；7)车辆通过，栏杆降下，系统等待下一辆车。
在ETC出口，系统按如下流程处理通过车辆1)车辆驶入ETC出口车道，压到触发线圈，打开路侧读写天线；2)系统通过RSU读取感应式车载单元的信息，判断感应式车载单元是否有效；无感应式车载单元的，系统报“无感应式车载单元”提示，通知车辆转MTC通行；3)感应式车载单元有效的，系统继续读支付卡信息和入口信息，判断是否为黑名单，入口信息是否有效，出入口车型、车牌是否一致等；4)系统根据卡内入口信息查到本站的费率，若为储值卡，则发口款指令；若为记帐卡，则记录通行金额；5)储值卡扣款成功或记帐卡记帐成功后，系统往卡内写出口状态等信息；6)车辆压到抓拍线圈，系统抓拍车辆图像；7)写卡成功，栏杆抬起；8)车辆通过，栏杆降下，系统等待下一辆车。
权利要求
1.一种基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法，在路桥的出入口设置有ETC收费车道或/和MTC收费车道，在ETC收费车道上设置有RSU路侧单元，该RSU路侧单元通过DSRC专用短程微波通讯技术与设置在通行车辆上的OBU车载单元进行信息交换，自动识别车辆，以电子支付方式自动完成车辆的通行费扣除，在MTC收费车道则具有IC卡刷卡收取车辆通行费的装置，其特征在于所说的OBU车载单元采用包括有感应式车载单元和IC卡的双片式感应车载单元，所述的IC卡通过IC卡插座插入到感应式车载单元内，感应式车载单元以非接触式或接触式读写IC卡，基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法如下当车辆从ETC收费车道入口进入时，RSU路侧单元读取OBU车载单元的信息，系统将入口信息写入IC卡中后，允许车辆通过；当车辆从MTC收费车道入口进入时，可将IC卡取出，交由道口系统人工刷卡，系统将入口信息写入IC卡中后，车辆通过；当车辆驶入ETC收费车道出口时，RSU路侧单元读取感应式车载单元信息，并根据录入IC卡内的入口信息，查询车辆到该站的费用，对IC卡进行扣费操作，并允许车辆通过；当车辆驶入MTC收费车道出口时，可将IC卡取出，交由道口系统人工刷卡，系统根据录入IC卡内的入口信息，查询车辆到该站的费用，对IC卡进行扣费操作，并允许车辆通过。
2.根据权利要求1所述的基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法，其特征在于所述的IC卡为既可被感应式车载单元非接触式读写，又可被接触式读写的具有储值或记帐功能的IC卡。
3.根据权利要求1或2所述的基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法，其特征在于所述的IC卡为逻辑加密卡或CPU卡。
全文摘要
本发明提供一种基于感应式车载单元的组合式路桥自动收费方法，本发明采用包括有感应式车载单元和IC卡的双片式感应车载单元，感应式车载单元可以非接触式或接触式读写IC卡，在设置有ETC收费车道或/和MTC收费车道的路桥的出入口按以下方法收取车辆通行费车辆在MTC车道通过时，用户在入口刷卡通过、出口刷卡付费，免现金交易；在ETC车道通过时，通过两片式感应车载单元与系统交换信息，完成免人工的不停车收费，实现了MTC收费与ETC收费的兼容。
文档编号G07B15/06GK1924933SQ200510036949
公开日2007年3月7日 申请日期2005年9月2日 优先权日2005年9月2日
发明者陆亚兴, 沈斌, 戴连贵, 吴穗湘 申请人:广州新软计算机技术有限公司