专利名称：一种路测装置及不停车收费系统的制作方法
技术领域：
本实用新型关于高速公路的电子收费技术领域，特别是关于电子收费系统中的路测技术，具体的讲是一种路测装置及不停车收费系统。
背景技术：
电子收费(ETC Electronic Toll Collection)系统又称为不停车收费系统。ETC 系统是采用专用短程无线通信(DSRC dedicated Short-Range Communication)技术来完成整个收费过程的，以使车辆在整个收费过程中保持行驶状态而不用停车。现有技术中的ETC系统包括设备支架，路侧设备(RSU)和车载设备(0BU)。如图 1所示，设备支架10上可安装多个路侧设备(20a，20b, 20c)，车载设备30安装在行驶的车辆上。路侧设备(20a，20b，20c)在各自对应的车道上形成识别区(如a区，b区，c区)。 当安装有OBU的车辆驶入某识别区时，则该识别区对应的RSU与车载OBU之间采用DSRC技术进行通信。在图1中，车载设备30(0BU)存有车辆的标识码和其他有关车辆属性的数据，当车辆进入路侧设备20a(RSU)的识别区a区时，车载设备30能将这些数据传送给路侧设备 20a，路侧设备20a可通过本地或远端的数据处理装置(PDU)起到车辆身份认证和收费的作用。路侧设备20a也可将有关的各种数据发送给OBU进行扣除通行费的处理。然而，在现有的ETC系统中存在着一些弊端，例如(一)如果车辆不是沿车道中央行驶并通过a区的中心部分，而是沿两条车道的分隔线行驶并通过a区与b区的交叉部分，那么路侧设备20a和路侧设备20b都有可能与车载设备30进行通信，从而造成重复收费问题。(二)如果车辆不是沿车道中央行驶并通过a区的中心部分，而是沿两条车道的分隔线行驶并通过a区与b区的交叉部分，那么路侧设备20a和路侧设备20b与车载设备30 的通信有可能因相互干扰而失败，从而造成漏收费的问题。(三)车辆在路侧设备20a所对应的车道行驶时，有可能被路侧设备20b收费，而真正负责该车道收费的路侧设备20a却收费失败，此时收费系统中记录的收费信息是路侧设备20a所对应的车道无车通过，但却收取了费用，这便无法证明收费的合理性。
实用新型内容本实用新型实施例提供了一种路测装置及不停车收费系统，以解决电子不停车收费系统中的相邻车道的重复收费问题、漏收费的问题和无法证明收费合理性的问题。本实用新型的目的之一是，提供一种路测装置，该路测装置包括与被测道路上各条车道一一对应设置的多个微波交易模块；与被测道路上各条车道对应设置的多个微波定位模块；多个微波交易模块之间通过数据总线相连接，微波定位模块通过现场总线与微波交易模块相连接；每个微波交易模块包括微波射频天线、微控制器、串行接口、网络接口、 和现场总线接口 ；微波射频天线，用于微波信号的发射与接收，完成与车载设备的数据交互；串行接口和网络接口，用于使微控制器与外部主机进行数据交互；现场总线接口，用于对所有微波交易模块进行硬件同步，接收微波定位模块的定位信息；微控制器，用于根据定位信息判断对应车载设备在通信区域中的位置，控制与所述车载设备的数据交互；每个微波定位模块包括微波接收天线、微控制器、和现场总线接口 ；微波接收天线，用于接收车载设备发出的射频信号，并将接收到的射频信号强度转换成数字信号传递给所述的微控制器；微控制器，用于根据信号强度定位车载设备的定位信息；现场总线接口，用于发送定位信息。本实用新型的目的之一是，提供一种不停车收费系统，该系统包括车载微波设备、多个路测装置和一个后台服务器；路测装置包括与被测道路上各条车道一一对应设置的多个微波交易模块；与被测道路上各条车道对应设置的多个微波定位模块；多个微波交易模块之间通过数据总线相连接，微波定位模块通过现场总线与微波交易模块相连接， 微波交易模块通过网络与后台服务器相连接；每个微波交易模块包括微波射频天线、微控制器、串行接口、网络接口、和现场总线接口 ；微波射频天线，用于微波信号的发射与接收，完成与车载设备的数据交互；串行接口和网络接口，用于使微控制器与外部主机进行数据交互；现场总线接口，用于对所有微波交易模块进行硬件同步，接收微波定位模块的定位信息；微控制器，用于根据定位信息判断对应车载设备在通信区域中的位置，控制与车载设备的数据交互；每个微波定位模块包括微波接收天线、微控制器、和现场总线接口 ；微波接收天线，用于接收车载设备发出的射频信号，并将接收到的射频信号强度转换成数字信号传递给所述的微控制器；微控制器，用于根据信号强度定位车载设备的定位信息；现场总线接口，用于发送定位信息。本实用新型的有益效果在于，当某一时刻车载微波设备向多个路测装置的交易模块发送交互信息时，其微波信号会被断面上所有微波定位模块同时接收，每个微波定位模块都能够自动监测出接收到的微波信号的强度。由于微波信号在空气中传播会发生衰减， 从而每个微波定位模块因为与车载微波设备距离不同监测到的微波信号强度也不同，基于这些信号强度信息，可以获得这一时刻车载微波设备在被测路面中的位置信息，把每次信息交互的车载微波设备位置信息记录下来，就可以恢复出车载微波设备在各个微波交易区内运动轨迹。收集车载微波设备微波信号强度信息，得到一个车载微波设备信号强度序列， 通过判断信号强弱得出此时车载微波设备在被测道路上的通信区域中的位置，选择距离车载微波设备最近(即，信号最强)的交易模块与该车载电子标签进行信息交易，继续进行交易，以此类推，直到整个交易过程结束。在交易模块与车载微波设备的整个交易过程中， 一直是由一个信号质量最好，通信最可靠的微波交易模块与车载微波设备进行信息交易， 避免了重复收费的问题和漏收费问题，提高了交易的成功率。同时，由于只有距离车载微波设备最近的微波交易模块来收取费用，避免了因相邻车道交易模块的错收费而造成的无法证明收费合理性的问题。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1、为现有技术的电子收费系统及车道示意图；图2、为本实用新型微波交易模块的结构框图；图3、为本实用新型微波定位模块的结构框图；图4、为本实用新型二车道电子收费系统及车道示意图；图5、为本实用新型微波交易模块的电路模块框图；图6、为本实用新型微波定位模块的电路模块框图；图7、为本实用新型微波交易模块的工作流程图；图8、为本实用新型微波定位模块的工作流程图；图9、为本实用新型三车道电子收费系统及车道示意图；图10、为本实用新型系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例1本实施例的路测装置包括与被测道路上各条车道一一对应设置的多个微波交易模块100 ；与被测道路上各条车道对应设置的多个微波定位模块200 ；多个微波交易模块 100之间通过数据总线相连接，微波定位模块200通过现场总线与微波交易模块100相连接。如图2所示，每个微波交易模块100包括信息交互单元101，用于同步与被测道路上行驶的一车载微波设备进行信息交互；位置信息生成单元102，用于根据生成的各个微波检测信号强度数据确定出所述车载微波设备在被测道路中的位置；距离信息生成单元103，用于根据所述车载微波设备在被测道路中的位置确定出车载微波设备与每个微波交易模块的距离；信息交互选择单元104，用于根据车载微波设备与每个微波交易模块的距离，从多个微波交易模块中确定出一个微波交易模块继续与车载微波设备之间的信息交互，其余的微波交易模块与车载微波设备之间的信息交互停止。如图3所示，每个微波定位模块200包括微波信号获取单元201，用于同步截获所述车载微波设备向所述微波交易模块发射的微波信号；信号强度生成单元202，用于计算生成获取的微波信号强度数据，并将微波信号强度数据通过现场总线传送给所述的微波定位模块。如图4所示，为本实施例装置在二车道不停车收费系统中的应用实例。二车道的路侧装置可由二个微波交易模块(100a，100b)和五个微波定位模块QOOa，200b，200c， 200d，200e)组成。二个微波交易模块(100a，100b)通过数据总线相连接。二个微波交易模块(100a，100b)分别通过现场总线与五个微波定位模块QOOa，200b，200c，200d，200e) 相连接。微波交易模块(100a，100b)的微波天线生成的微波交易区为图4中相交的两个大椭圆线所包围的区域，微波定位模块O00a，200b，200c，200d，200e)在车道上形成的五个窄椭圆形区域组成了交通断面车辆定位区域，微波定位模块O00a，200b, 200c, 200d, 200e) 同时接收行使在车道中的一电子标签发射的微波信号，并在定位区域内完成电子标签微波发射强度检测。微波定位模块O00a，200b，200c，200d，200e)将各自计算生成的微波信号强度检测信息通过现场总线实时传送到微波交易模块(100a，100b)。交易模块100a通过判别微波定位模块O00a，200b, 200c, 200d, 200e)发来的微波信号强度，确定该电子标签在通信区域中的位置，并确定出电子标签与交易模块100a的微波天线的距离，交易模块100b 通过判别微波定位模块O00a，200b，200c，200d，200e)发来的微波信号强度，确定该电子标签在通信区域中的位置，并确定出电子标签与交易模块100b的微波天线的距离，从而选择与电子标签距离最近的微波交易模块与电子标签继续交互数据，而距离较远的微波交易模块放弃与该电子标签进行交易。在微波交易模块与电子标签的整个交易过程中，一直是信号质量最好，通信最可靠的交易模块与电子标签进行信息交易，这样就保证了交易成功率，避免了重复收费。在图4中，微波交易区是相互交叉覆盖的。只要能够合理的调度微波交易模块 (100a, 100b)，任意时刻总能为车载电子标签找到一个通信可靠的微波交易区。由于定位区域在整个交通断面几乎与微波交易区域重合，微波交易模块(100a，100b)可动态获知车载电子标签的运动轨迹，确保车载电子标签的交易是在信号最好的微波交易区域中完成，彻底解决了由于通信区域边缘的信号不稳定造成的交易失败问题。如图5所示，路测装置的微波交易模块可由微波射频天线、微控制器、串行接口、 网络接口、现场总线接口、SD卡模块、PSAM模块、HDLC编解码等功能模块组成。微波射频天线用于控制微波信号的发射与接收，完成RSU交易模块与OBU的空中数据交互。HDLC编解码单元通过硬件编解码器实现，相对于软件编解码更好地降低了空中收发数据的误码率，保证数据的实时编解码，提高了编解码数据的容错能力，有效的缩短了交易时间，提高了交易成功率。FlashRom模块负责存储RSU交易模块的相关工作参数，确保交易模块每次上电后工作状态正常。SD卡模块采用大容量SD卡实现RSU交易模块对交易记录的海量存储，先进的存储管理机制保证数据可靠快速的存取，支持MMC、SD、SDHC等多种类型卡片，最大支持到32GB 的SD卡。PSAM模块系统安全模块，负责与OBU设备中ESAM模块进行身份认证，与用户卡进行消费安全认证。串行接口和网络接口负责微控制器与主机的数据交互，RSU交易模块可以通过串行接口或网络接口将交易数据上传到主机系统，同时也实时接收主机下发的各种操作指令。现场总线接口负责RSU交易模块同步机制，即对同一交通断面的所有RSU交易模块进行硬件同步，接收同样基于现场总线技术的RSU定位天线模块的OBU定位信息，RSU 交易模块根据此定位信息快速判断该OBU在通信区域中的位置，然后主动要求或放弃与该 OBU进行交易，因此保障了同一时刻只有一台RSU对外发射射频信号，彻底解决了 RSU交易模块天线覆盖范围与交叉干扰的矛盾。[0040]如图6所示，路测装置的微波定位模块由微波接收天线、微控制器、现场总线接口、HDLC编解码等功能模块组成。微波接收天线用于接收OBU发出的射频信号，并通过AD采样模块将接收到的信号强度转换成数字信号传递给为控制器，控制器根据信号强度来定位OBU所在位置。HDLC编解码单元通过硬件编解码器实现，相对于软件编解码更好地降低了空中收发数据的误码率，保证数据的实时编解码，提高了编解码数据的容错能力。FlashRom模块负责存储RSU定位天线模块的相关工作参数，确保RSU定位天线模块每次上电后工作状态正常。现场总线接口负责RSU交易模块同步机制，即对同一交通断面的所有RSU交易模块进行硬件同步，RSU定位天线模块通过现场总线将OBU定位信息共享给同样基于现场总线技术的RSU交易模块，交易模块根据此定位信息快速判断该OBU在通信区域中的位置，然后主动要求或放弃与该OBU进行交易，因此保障了同一时刻只有一台RSU交易模块对外发射射频信号，解决了 RSU交易模块天线覆盖范围与交叉干扰的矛盾。如图7所示，为微波交易模块的工作流程，微波交易模块上电初始化，发送广播消息检测OBU的射频信息，如果检测到射频信号，则判断OBU是否位于本微波交易区内，如果是则向OBU发送下行数据，并接收OBU发来的上行数据，从而完成数据交易。如图8所示，为微波定位模块的工作流程，微波交易模块上电初始化，检测微波信号，如果检测到微波信号，则计算该微波信号的强度，并将该微波信号的强度传送给微波交易模块。实施例2如图10所示，为本实施例的不停车收费系统，在该系统中，每个路侧单元(RSU)由一个微波交易模块和若干微波定位模块组成，微波交易模块与微波定位模块通过现场总线连接，在交易过程中共享同步和定位信息。每车道安装一个路侧单元，相邻车道的路侧单元通过现场总线共享信息。所有RSU通过局域网与后台服务系统相连。该系统提出每车道一发(Tx)多收(Rx)、交通断面多发(Tx)多收(Rx)多车道自由流电子收费系统的完整解决方案，现以图9的三车道系统为例阐述该方案的先进性及特点ο如图9所示，为本实施例希同在三车道不停车收费系统中的应用实例。三车道的路侧装置可由三个微波交易模块(100a，100b，100c)和七个微波定位模块(200a，200b， 200c，200d，200e，200f，200g)组成。微波交易模块(100a，100b，100c)通过数据总线相连接。微波交易模块(100a，100b，100c)分别通过现场总线与微波定位模块(200a，200b， 200c，200d，200e，200f，200g)相连接。微波交易模块(100a，100b，100c)的微波天线生成的微波交易区为图9中相交的大椭圆线所包围的区域，微波定位模块QOOa，200b，200c， 200d, 200e, 200f，200g)在车道上形成的窄椭圆形区域组成了交通断面车辆定位区域，微波定位模块O00a，200b, 200c, 200d, 200e, 200f，200g)同时接收行使在车道中的一电子标签发射的微波信号，并在定位区域内完成电子标签微波发射强度检测。微波定位模块O00a， 200b, 200c, 200d，200e, 200f，200g)将各自计算生成的微波信号强度检测信息通过现场总线实时传送到微波交易模块(100a，100b, 100c)。交易模块100a通过判别微波定位模块 (200a, 200b, 200c, 200d, 200e, 200f，200g)发来的微波信号强度，确定该电子标签在通信区域中的位置，并确定出电子标签与交易模块IOOa的微波天线的距离，交易模块IOOb通过判别微波定位模块O00a，200b, 200c, 200d, 200e, 200f，200g)发来的微波信号强度，确定该电子标签在通信区域中的位置，并确定出电子标签与交易模块IOOb的微波天线的距离，交易模块IOOc通过判别微波定位模块QOOa，200b, 200c, 200d, 200e, 200f，200g)发来的微波信号强度，确定该电子标签在通信区域中的位置，并确定出电子标签与交易模块100c的微波天线的距离，从而选择与电子标签距离最近的微波交易模块与电子标签继续交互数据， 而距离较远的微波交易模块放弃与该电子标签进行交易。在图9中，由多个定位模块窄椭圆形区域组成了交通断面车辆定位区域，定位模块在定位区域内完成电子标签微波发射强度检测，并将强度检测信息通过现场总线实时传送到交通断面上的多个交易模块，交易模块通过高效的判别算法确定该电子标签在通信区域中的位置，主动要求或放弃与该OBU进行交易。交易模块的通信区域是相互交叉覆盖的。只要能够合理的调度所有的交易模块，任意时刻总能为OBU找到一个通信可靠的交易区域。由于定位区域在整个交通断面几乎与交易区域重合，RSU可动态获知OBU的运动轨迹，确保OBU的交易是在信号最好的RSU交易区域中完成，彻底解决了由于通信区域边缘的信号不稳定造成的交易失败问题，和重复收费问题。本系统的基本原理是当某一时刻OBU向RSU发送交互信息时，其微波信号会被断面上所有定位模块同时接收，每个定位模块都能够自动监测出接收到的微波信号的强度。 由于微波信号在空气中传播会发生衰减，从而每个定位模块因为与OBU距离不同监测到的微波信号强度也不同，基于这些强度信息，可以获得这一时刻OBU在道路中的位置信息，这些信息会通过现场总线实时传送到所有的交易模块中，交易模块把每次信息交互的OBU位置信息记录下来，就可以恢复出OBU在整个交易区域内运动轨迹。RSU收集定位模块实时监测到的OBU微波信号强度信息，得到一个OBU信号强度序列，通过判断得出此时OBU在通信区域中的位置，选择距离OBU最近的交易模块和该OBU进行信息交易，继续进行交易，以此类推，直到整个交易过程结束。在RSU与OBU的整个交易过程中，一直是信号质量最好，通信最可靠的交易模块与OBU进行信息交易，这样就保证了交易成功率。后台服务器接收路测装置发来的交易数据，并将接收的多个部分交易数据包组成一个全部交易数据包。在本实用新型实施例的装置和系统中，当某一时刻车载微波设备向多个路测装置的交易模块发送交互信息时，其微波信号会被断面上所有微波定位模块同时接收，每个微波定位模块都能够自动监测出接收到的微波信号的强度。由于微波信号在空气中传播会发生衰减，从而每个微波定位模块因为与车载微波设备距离不同监测到的微波信号强度也不同，基于这些信号强度信息，可以获得这一时刻车载微波设备在被测路面中的位置信息， 把每次信息交互的车载微波设备位置信息记录下来，就可以恢复出车载微波设备在各个微波交易区内运动轨迹。收集车载微波设备微波信号强度信息，得到一个车载微波设备信号强度序列，通过判断信号强弱得出此时车载微波设备在被测道路上的通信区域中的位置， 选择距离车载微波设备最近(即，信号最强)的交易模块与该车载电子标签进行信息交易， 继续进行交易，以此类推，直到整个交易过程结束。在交易模块与车载微波设备的整个交易过程中，一直是由一个信号质量最好，通信最可靠的微波交易模块与车载微波设备进行信息交易，避免了重复收费的问题和漏收费问题，提高了交易的成功率。同时，由于只有距离车载微波设备最近的微波交易模块来收取费用，避免了因相邻车道交易模块的错收费而造成的无法证明收费合理性的问题。 本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1.一种路测装置，其特征是，所述的路测装置包括与被测道路上各条车道一一对应设置的多个微波交易模块； 与被测道路上各条车道对应设置的多个微波定位模块；所述的多个微波交易模块之间通过数据总线相连接，所述的微波定位模块通过现场总线与所述的微波交易模块相连接；每个所述的微波交易模块包括微波射频天线、微控制器、串行接口、网络接口、和现场总线接口 ；所述的微波射频天线，用于微波信号的发射与接收，完成与车载设备的数据交互； 所述的串行接口和网络接口，用于使所述的微控制器与外部主机进行数据交互； 所述的现场总线接口，用于对所有微波交易模块进行硬件同步，接收所述微波定位模块的定位信息；所述的微控制器，用于根据所述的定位信息判断对应车载设备在通信区域中的位置， 并控制与所述车载设备的数据交互；每个所述的微波定位模块包括微波接收天线、微控制器、和现场总线接口 ； 所述的微波接收天线，用于接收车载设备发出的射频信号，并将接收到的射频信号强度转换成数字信号传递给所述的微控制器；所述的微控制器，用于根据信号强度定位所述车载设备的定位信息； 所述的现场总线接口，用于发送所述的定位信息。
2.—种不停车收费系统，所述的系统包括车载微波设备；其特征是，所述的系统还包括多个路测装置和一个后台服务器；所述的路测装置包括与被测道路上各条车道一一对应设置的多个微波交易模块； 与被测道路上各条车道对应设置的多个微波定位模块；所述的多个微波交易模块之间通过数据总线相连接，所述的微波定位模块通过现场总线与所述的微波交易模块相连接，所述的微波交易模块通过网络与所述的后台服务器相连接；每个所述的微波交易模块包括微波射频天线、微控制器、串行接口、网络接口、和现场总线接口 ；所述的微波射频天线，用于微波信号的发射与接收，完成与车载设备的数据交互；所述的串行接口和网络接口，用于使所述的微控制器与所述后台服务器进行数据交互； 所述的现场总线接口，用于对所有微波交易模块进行硬件同步，接收所述微波定位模块的定位信息；所述的微控制器，用于根据所述的定位信息判断对应车载设备在通信区域中的位置，控制与所述车载设备的数据交互；每个所述的微波定位模块包括微波接收天线、微控制器、和现场总线接口 ；所述的微波接收天线，用于接收车载设备发出的射频信号，并将接收到的射频信号强度转换成数字信号传递给所述的微控制器；所述的微控制器，用于根据信号强度定位所述车载设备的定位信息；所述的现场总线接口，用于发送所述的定位信息；所述的微波交易模块将获取的交易数据传送给所述的后台服务器。
专利摘要本实用新型提供了一种路测装置及不停车收费系统，该路测装置包括与被测道路上各条车道一一对应设置的多个微波交易模块；与被测道路上各条车道对应设置的多个微波定位模块；多个微波交易模块之间通过数据总线相连接，微波定位模块通过现场总线与微波交易模块相连接；每个微波交易模块包括微波射频天线、微控制器、串行接口、网络接口、和现场总线接口；微波射频天线，完成与车载设备的数据交互；串行接口和网络接口，与外部主机交互；现场总线接口，进行硬件同步和接收定位信息；微控制器，控制与车载设备的数据交互；每个微波定位模块包括微波接收天线、微控制器、和现场总线接口。以解决相邻车道的重复收费问题。
文档编号G07B15/00GK202120331SQ20102023670
公开日2012年1月18日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者武宏伟, 王春生, 田林岩, 邓永强 申请人:北京万集科技股份有限公司