专利名称：基于phs的etc联网收费方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明属于ITS(Intelligent Transportation System，智能交通系统)中的ETC(ElectronicToll Collection，电子收费或不停车收费)领域。
背景技术：
ETC系统属ITS领域中的一个重要组成部分，从理论上讲，是缓解人工收费站“瓶颈”的有效手段，是道路、桥梁等基础设施建设资金电子化回收的重要渠道，同时具有减人增效、杜绝票款流失、节约能耗、减少污染等优点。
然而面临近年来路网逐步形成，联网收费日趋迫切的形势，ETC所采用DSRC(DedicatedShort Range Communication，专用短程通信)存在技术尚不成熟、投资成本大、扩展性弱、安全性差等问题，延缓了这一进程。
中国专利99807405就是一项涉及用于车辆的检验收费装置‘按规定运行的路边检验装置，收费装置安装在从检验装置穿经过并具有确认号码牌的汽车中，其中收费装置完成卫星支持下的电子收费结算，并且具有以下的装置a)一个通信装置，b)一个分类装置，c)一个触发装置，d)一个评判装置，以及e)一个摄像装置。专利申请03108785汽车身份的自动识别系统，另还有利用接触式和非接触式卡收费方法。上述方法难以构成智能和路桥系统的方法和装置。
目前收费技术主流是基于DSRC的ETC收费系统，DSRC结构原理是基于DSRC的ETC系统一般由三部分组成1)车载单元(On-Board Unit，简称OBU)起电子标签作用，一般内置IC卡，用于记录该车属性信息，如车牌号、车型、颜色等。2)路旁单元(Road-Side Unit，简称RSU)通过天线与OBU进行短距离通信，覆盖区域一般为3-30米。3)DSRC协议可分为物理层、数据链路层、应用层等多层结构。其中应用层制定用户功能程序，其服务原语及数据内容由使用者按应用需求决定，一般应包括广播核心元素、初始化核心元素，及传送核心元素等。
基于DSRC的ETC系统结构基于DSRC的ETC系统网络结构可分为三层连接若干路段和收费中心的主干网、各路段连接所辖收费站的接入网，以及位于收费站各车道所设置的路旁单元组成的局域网。
系统通过车辆检测器检测到有车辆驶入时，即激活路旁单元发射微波，以直视方式与该车道的车载单元交互信息，从中获取车牌号、车型、所经路由等车辆和路由属性，并经局域网、接入网和主干网将数据送至收费中心，再经公网传送至后台银行，完成结算、扣费等处理。
PHS系统与DSRC相对照，PHS(Personal Handy phone System，“小灵通”)，这一利用固定网已有的网络资源提供微蜂窝区域的低速移动通信，以其高质量、低价格、投资少等优势急速发展，目前拥有用户已超过7000万。
PHS技术构成是如中国专利99121583.4分级移动通信网的漫游方法和设备此通信系统包括一套适用于与公众交换电话网(PSTN)耦合的接口设备和无线电收发信机。接口设备的配置可为许多地区提供服务。无线电收发信机与该套接口设备中的接口设备耦合，它们用于与移动用户通信。每一用户都有一个归属区。与该套接口设备耦合的电路通过一条包括为移动用户归属区服务的一个接口设备的通路传送PSTN与位于归属区以外的移动用户之间的呼叫。
PHS是无线市话，是采用时分双工(TDD)/时分多址(TDMA)技术的系统，属于第2代移动通信中的微微区蜂窝数字无绳移动通信技术。其布网所需的基站数甚多，从移动通信的技术上来看不如宏区、微区蜂窝移动通信技术体制的GSM和CDMA好。但是以PHS为基础的无线市话是一项适用技术，其特点是基础设施简单，造价低；可充分利用固网的交换、传输等空闲网络资源和号码资源，从而盘活存量资产，降低建网成本，加快建网速度，提升固网价值。由于其终端小巧，用电省，辐射低，具有本地的移动性(在基站辐射的范围内)，因而无线市话不仅是一项当前适用技术，而且是一项可持续发展技术。无线市话经过近几年的不断改进，其性能已有很大提高基站功率可加大，扩大覆盖范围；采用基站捆绑和组控技术，增加了信道数；采用智能阵列天线分集收发，实现了自适应；采用帧同步技术，降低了信道间干扰；组网方式由基于V5接口发展为基于7号信令，明显改进了网络性能和组网灵活性；除了可以提供基于语音服务的基本业务和补充业务以外，还可以提供短消息、高速数据上网、定位、盲区呼、一号双机、一机双号、区域限制、虚拟专网、虚拟HLR、无线CENTREX、智能网和“灵通时空”信息综合服务等新业务。终端统一了鉴权方式，式样和功能推陈出新，和蜂窝手机一样有彩屏、和弦音等时尚特色，且价格低廉。
PHS结构原理PHS系统由局端设备、基站控制器、基站、手机、网管设备、漫游话务控制器及增值业务组成。局端设备一端连接公网，另一端通过信令与基站控制器相连，基站控制器通过2B+D窄带话路控制若干基站(最多不超过20个)，基站通过RCR STD-28标准空中接口与手机通信，完成无线信号传输、信令处理、鉴权加密等功能。其中，漫游话务控制器提供不同局端设备之间链路的接续，控制其间漫游切换；增值业务服务设备提供如短消息、呼叫转移、语音通信、图像传输等增值业务。
PHS系统分为物理层、数据链路层和网络层等多层结构。其中网络层包括无线传输管理(RT)、移动性管理(MM)和呼叫控制(CC)三部分RT实现与无线资源有关的管理功能，包括无线链路建立、切换及拆线等功能；MM实现与手机移动相关的功能，包括位置注册和鉴权等功能；CC实现与电路呼叫连接控制有关的功能，包括呼叫建立、保持和释放等功能。
PHS关键技术1)时分双工多址接入技术TDMA-TDD
PHS中，将时间分割为周期性TDMA帧，帧长5ms每帧由8个时隙构成，每个时隙625us。TDMA帧通过前4时隙基站至手机的下行链路和后4时隙手机至基站的上行链路，构成4对收发信道。其中第一对时分双工信道用作公共控制信道，后三对作为通信信道，即1C3T信道安排。
这样，在一个频率信道内，在满足定时和同步的条件下，基站可以同时和3部手机相互通信而不混扰。为了增加容量，提高信道利用率，可合并2个频率信道，由一个公共控制信道控制7个通信信道，即常见的1C7T的信道安排。
2)π/4相移的QPSK技术PHS系统的调制采用滚降系数0.5的π/4-QPSK，其相位跳变值为nπ/4(n＝±1，±3)，即最大跳变值为135°，比QPSK的最大跳变±180°小很多，因而这种调制技术在数字移动通信系统中最为常用。π/4-QPSK的相位点共有8个，即4个相位稳定点和4个相位过渡点。跃迁时，总是从一个相位稳定点出发，经相位过渡点，最后落在邻近的相位稳定点上。
3)鉴权、加密技术为提高安全性，PHS对用户除进行鉴权外，还对用户信息作加密处理。其过程为，在每次呼叫时，均设定加密密钥，将此密钥转换成密码后转发给基站和手机存储，然后用加密码对16位PN序列初始值进行设置，其输出序列再和发信码流作异或处理。
4)位置登记技术PHS系统通过归属位置寄存器(HLR)实现移动终端位置登记和管理功能，当手机开机时向HLR登记其位置；当手机跨寻呼区移动时，也要作越区位置登记，通知网络侧更新位置记录。这里的位置指某规则区域内所有基站所组成的一个寻呼区，由寻呼区编号标识。位置信息及其他相关信息都通过网络存于HLR、呼叫详细记录收集系统(CDR)及计费中心系统(BC)中。
当前，DSRC系统存在建设投资成本大、技术要求高、安全性差等不足，实现车辆的路由识别困难，导致各路段部门之间烦琐的拆帐工作。相反，PHS系统投资少、技术成熟，具有完善的鉴权加密方式和完整的收费系统，此外具有丰富增值业务拓展功能。
发明内容
本发明目的是将PHS技术移植入联网收费系统，在完成无线通信基本业务的同时，还能利用PHS的微蜂窝及位置登记等手段来满足ETC所要求的车辆路由识别等要求，以弥补DSRC系统的不足。本发明的PHS移植，不仅仅在于无线数据收发基本功能的体现，而是如何发挥PHS的优势，满足进出车道的车辆识别、分歧路由的记录、拆帐金融的处理、数据的安全可靠等联网收费所要求的必备功能，并最大限度地利用PHS的多类增值业务，诸如路况信息通知和查询、无线急救电话等等，同时又维护了PHS的基本体系结构，延续已有成熟的网络通信协议，避免重构系统的大量工作，且与DSRC系统和传统人工停车收费系统相兼容。本发明目的还在于提供一种联网能力，以及智能管理功能强、成本相对低的路桥收费方法和系统。
基于PHS的机动车路桥联网收费方法设有基于PHS的收费专用网，其构成，包括位于广场、分歧路口等处的PHS收费基站、位于车道的车道计算机，以及联网收费服务器等；利用PHS基站与收费车载PHS终端之间的无线数据交互，其中所绑定的PHS终端与车辆相关信息对应，从而对进出收费口的车辆进行车辆识别和路由识别，并与联网收费服务器交互数据；联网收费服务器记录包括车辆属性、出入口地址、所经路由，以及相应时间等数据，并将这些数据经网络送至联网的收费服务器；在收费站出口处，PHS基站与车载单元交互信息，将所得数据传送至联网收费服务器，并控制栏杆，进行费率计算、银行拆帐等处理。PHS收费专用网，一般包括PHS收费广场基站、PHS分歧路由基站、PHS出口车道基站和联网收费服务器的平台；联网收费服务器记录数据，经专用接入网、主干网及公网送至收费中心，以及后台银行。在收费出口时，PHS出口车道基站与车载单元交互信息，若交互成功，则将所得数据传送至联网收费服务器，进行费率计算、银行扣费等处理，并控制栏杆放行。
在各出口车道均设置车辆检测器和PHS出口车道基站；当车辆检测器检测到车辆驶入时，PHS出口车道基站与车载PHS终端数据交互，收费放行；若在相应时间内没有获得相关信息，或获得数据不符，包括车型不符、余款不够等，栏杆则不予放行，并进行相应处理及人工干预。
车载终端的收费数据结构；其内容含车载终端的发行属性、车辆属性、路由属性、增值业务属性，以及收费属性；其中发行属性内含发行单位、发行日期等信息，车辆属性内含车载终端唯一ID标识，以及与车辆相关联的车牌、车型、车主等信息，路由属性内含入站/时间，途经站/时间，出站/时间等信息，增值业务属性内含短消息、通话、交通诱导等增值业务的信息，收费属性内含该车费率、结算金额、剩余金额、结/拆帐等金融信息。
设有路由识别，在通过确定车辆在高速公路域内的出入口地址，及途经的各交叉口位置，识别出车辆行驶路线，通过此行车路由，实现各路段管理部门之间的拆帐处理；行车路由的获取通过位于行车路线上的各PHS基站与车载终端无线数据交互，以及通过网络与联网服务器交互获取；车辆进入高速公路的第一个PHS基站，即在联网服务器和车载终端上生成上述数据提出收费数据的五个属性，在途经各基站时，不断对其中的路由属性、增值业务属性，以及收费属性的相关内容进行刷新，路段联网服务器始终把握数据交互的内容、过程，及数据库的管理，在跨越所辖路段时，相关路段联网服务器通过网络进行实时数据交互。当车辆驶出高速公路时，位于出口车道计算机则根据联网服务器和该车载终端属性内容，特别是路由信息，进行收费结算和放行，并进而由各路段联网服务器进行拆帐处理。
装置包括基于PHS联网收费系统的系统结构、层次架构、和联网收费服务器的平台、路由识别与记录，车辆放行处理等。
系统结构本发明基于PHS的机动车路桥联网收费系统，位于收费广场、分歧路口、出口车道的三类基站，以及位于各车道的车道机和位于各收费站及各路段中心的联网收费服务器；基于PHS收费系统的网络结构可分为主干网、接入网和局域网三层。其中，局域网由该站联网收费服务器、位于该站各车道的车道机、PHS基站等组成，实施车辆的出入、车辆识别和路由识别等数据交互，及收费放行等功能；接入网是路段中心服务器与该路段内各站服务器的数据联网交互的平台，并通过各收费站的局域网对所辖各计算机进行管理；主干网是各路段中心联网服务器的通信平台，车辆的行驶记录、路段间的收费拆帐等均由该平台提供通道。车辆检测器采用载重检测器或线圈检测器，或位置传感器时进行收费数据的交换。激活PHS出口车道基站以窄束蜂窝方式直视该车道，尝试与车载单元交互信息。车辆出口和放行处理装置为，在各出口车道均设置车辆检测器，可以是载荷传感器，在各车道设置红外线探头、栏杆、线圈(埋于栏杆下地面)及车道机，在该收费站设置一个PHS基站和一个服务器，服务器和该站内所有车道机构成一局域网。
联网收费服务器记录包括车辆属性、出入口地址以及途经的各基站位置等数据，并将这些数据经接入网、主干网及公网送至收费中心和后台银行，进行费率计算、银行扣费等处理。
层次架构对基于PHS收费系统的层次架构，考虑采用在原有DSRC和PHS层次之上添加表示层的方案。该方案通过表示层将DSRC和PHS的网络层映射至应用层，实现语义翻译，使得表示层与应用层之间的数据结构唯一，从而达到屏蔽以下三层的目的。这样，应用层不必区别数据来自DSRC还是PHS，只需从表示层的相应接口获取数据，即可提供通信业务、收费业务和增值业务。但由于DSRC原来就应用于收费系统，而PHS目前是作为固定电话网的补充和延伸，因此这里的映射方式对DSRC和PHS是有所区别的对于DSRC的数据采用直接映射方式；对于PHS中与收费功能相关数据采用直接映射方式，而对于诸如语音交互、图像传输、短消息等PHS数据，需经过语义翻译，方能映射至应用层。
高速公路域的路由识别路由识别指通过确定车辆在高速公路域内的出入口地址，及途经的交叉口位置，识别出车辆行驶路线。通过此行车路线，实现各路段管理部门之间的拆帐处理。基于PHS的收费系统面对高速公路存在主线(出、入口)、匝道(出、入口)和分歧交叉口三种道路路由情况，采用如下的蜂窝覆盖设计方案在主线收费站和匝道入口均设置PHS收费广场基站，在分歧交叉口设置PHS分歧路由基站，在主线收费站和匝道的各出口车道均设置PHS出口车道基站。其中PHS收费广场基站和PHS分歧路由基站采用微蜂窝技术，PHS出口车道基站采用窄束蜂窝技术。当车辆驶入微蜂窝时，基站获取域标识、车辆属性、入站和途经站等信息送至联网收费服务器，同时将该基站的位置信息下传至车载单元。出口车道的窄束蜂窝与微蜂窝在功能上基本相同，但在记录车辆属性及路由等信息后，需复位相关字段，如入站、途经站和域标识等。由此，车辆途经的所有基站位置都会在联网收费服务器上有所记录，从而可确定车辆路由，完成路由识别，并最终实现各路段管理部门间的拆帐处理。
车辆放行处理基于PHS的收费系统为防止非法车辆闯关，在各出口车道均设置车辆检测器和PHS出口车道基站。当车辆检测器检测到有车辆驶入PHS收费出口车道时，立即激活PHS出口车道基站以窄束蜂窝方式直视该车道，尝试与车载单元交互信息。若交互成功，则将所得数据传送至联网收费服务器，并控制栏杆放行；若在相应时间内没有获得相关信息，即交互失败，或获得数据不符，则判定为非法车辆闯关，立即触发报警装置，栏杆不予放行，并进行相应处理及人工干预。本发明也可以使用红外方式。
本发明的特点是与DSRC比较性能如下DSRC与PHS均为中短距离无线通信技术，它们的主要性能参数比较，如表1所示表1 DSRC和PHS主要性能参数比较
由表1可见，PHS的QPSK调制方式远比DSRC的ASK先进，其频带利用率和可靠性远高于DSRC；允许的终端移动速度更高，同时，PHS除完成DSRC的OBU与RSU之间的无线数据收发基本功能外，还支持语音通信、图像传输、短消息等多种增值业务。PHS技术理应覆盖并优于DSRC。
基于PHS的联网收费系统大量借用PHS先进技术和多种功能模块，具有如下特点● PHS系统设备已成批生产，特别是PHS终端，需求量大，相应价格低廉，可减少系统投资；●通过表示层的语义翻译功能，充分利用已有PHS相关技术及功能模块，缩短系统建设周期，减少工作量，同时兼容原有DSRC收费系统；●PHS具有完善的鉴权、加密技术，系统成熟、安全性高；●PHS拥有完整的网络管理系统、用户管理系统和计费系统，便于PHS-ETC网管系统的建立、用户数据的管理及与银行实现后台结算；●可将PHS的短消息、语音传输、图像传输等多种手段，进一步扩展至高速公路，实现路况信息通知和查询、无线急救电话等多种增值业务。
尤其是本发明的路桥联网的收费方法和装置，也可以扩展到对机动车的其它税、费的管理平台，也用于城市出租汽车的进出城的数据管理，在这种情况下，应该继续保留PHS的市话延伸的语音的模块和交换功能，而在上述高速公路的路网收费时，语音的模块和与市话接入的交换功能模块就可能省略。当然也不排除路网中同时保留PHS的语音功能，沿线所有基站和收费广场均通过线路连接起来，各种信息汇入联网收费服务器的平台。
图1为本发明PHS系统网络结构2为本发明基于PHS收费系统的网络结构图3为本发明基于PHS收费系统的层次架构图4为本发明方法各收费站微蜂窝覆盖设计及出口车道的设计示意图，图5为本发明单车道PHS出口车道基站直视6为本发明PHS出口车道的实施方式4中，微蜂窝1、4、6、7和2，3分别为设置于主线收费站A、C、F、E和匝道入口处的PHS收费广场基站所覆盖的微蜂窝；微蜂窝5为设置于分歧交叉口的PHS分歧路由基站所覆盖的微蜂窝；在主线收费站和匝道的各出口车道均设置PHS出口车道基站。假设车辆行驶路线如图中箭头所示，途经两个微蜂窝和一个窄束蜂窝，位置记录为1-5-D，唯一标识车辆路由。
具体实施例方式
如图所示基于PHS的收费系统面对高速公路存在主线(出、入口)、匝道(出、入口)和分歧交叉口三种道路路由情况，采用如下的蜂窝覆盖设计方案在主线收费站和匝道入口均设置PHS收费广场基站，在分歧交叉口设置PHS分歧路由基站，在主线收费站和匝道的各出口车道均设置PHS出口车道基站。其中PHS收费广场基站和PHS分歧路由基站采用微蜂窝技术，PHS出口车道基站采用窄束蜂窝技术。当车辆驶入微蜂窝时，基站获取车辆属性、入站和途经站等信息送至联网收费服务器，同时将该基站的位置信息下传至车载单元。出口车道的窄束蜂窝与微蜂窝在功能上基本相同，但在记录车辆属性及路由等信息后，需复位相关字段，如入站、途经站和域标识等。由此，车辆途经的所有基站位置都会在联网收费服务器中有所记录，从而可确定车辆路由，完成路由识别，并最终实现各路段管理部门间的拆帐处理。
1.出入高速公路域的确认方式考虑两种确认方式提示音方式和短消息方式对进出收费路桥时的车载终端的提示方式利用PHS路况信息通知和查询、短消息，在需要确认时，可采用短消息确认方式，可分为入域短消息和出域短消息；当车辆驶入高速公路域，途经第一个微蜂窝时，将收到入域短消息，信息内容包括提示您已经进入高速公路域，车型及余额等；当车辆驶出高速公路域，在出口车道基站复位车载单元内相关字段的同时发送出域短消息给车载单元，信息内容包括提示您已经驶出高速公路域，此次结算金额及余额。
对车载终端进出收费路桥的确认是采用提示音的确认方式，将多种提示音存储于终端的存储器中。当车辆驶入高速公路域，途经第一个基站时，基站读取车载单元内相关字段，若判断为刚驶入高速公路的车载单元，则立即激活终端发出类似提示语音“您正在进入高速公路”，同时将该基站的位置信息写入相应字段，同时置位域标识；当终端驶出高速公路域时，出口车道基站也读取车载单元内相关字段，完成结算扣费后，则激活终端发出类似提示语音“您正在驶出高速公路”，随后复位车载单元内的相关字段内容；并根据应用提示音功能，进行车辆诱导。
当然，也可以考虑将上述两种确认方式相结合。
2.车辆放行和诱导出口车道基站除了由车辆检测器激活外，同时还周期性搜索车载单元，设置数据口于车载单元终端。在各收费站拉出数据线，当无线通信设备失灵时，用户可将数据线接至车载单元的数据口，完成数据交互，实现收费放行。
车辆出口放行的方法是当有车辆驶入某收费站时，一旦切割该车道的车辆检测器线圈，车辆检测器立即通知该车道的车道机，由车道机激活该车道的红外线探头向车载单元发出红外线或以窄束蜂窝方式直视该车道，与车载单元交互信息，同时要求车载单元与本站的PHS基站交互信息，PHS基站获取该车载单元相关信息后发送至该站服务器，该站服务器分析所得信息后，经局域网发送该车属性等相关信息至相应车道的车道机。
运用提示音功能，进行车辆诱导，防止车辆开过匝道出口。设计方法如下在离每个匝道出口约300米位置设置一PHS微蜂窝，一旦发现有车载单元进入时，激活终端发出车辆诱导类似提示语音“前方到达XX出口站”。
3.在高速公路的某些位置，设置PHS话音基站，作为高速公路定点紧急电话用。
4.出口车道基站除了由车辆检测器激活外，同时还周期性搜索车载单元，1次/秒，防止车辆检测器失灵。
5.设置数据口于车载单元终端。在各收费站拉出数据线，当无线通信设备失灵时，用户可将数据线接至车载单元的数据口，完成数据交互，实现收费放行。
6.数据结构，下表是实施例基于PHS的联网收费系统所建的数据库包括车辆属性表、路由属性表、增值业务属性以及费率属性表等，各表数据结构如下表所示(发行信息亦含于内)
各字段含义如下ID标识唯一标识该车载单元，与发行单位、发行日期、车主或车辆信息相关联。
车牌号指车牌号码。
车型指车辆型号。
车色指车辆颜色。
超限值指车总重超过该车最大总重的重量。
域标识用于表明车辆是否处于高速公路域内。可采用多种方式标识，例如，采用0，1分别表示车辆处于和已驶出高速公路域。
入站/时间指车载单元驶入高速公路后途经的第一个PHS微蜂窝的位置信息，同时记录当时时间。
途经站/时间指车载单元途经的所有基站的位置信息，同时记录经过各基站时的时间，通过该字段可确定车辆路由。
出站/时间指车载单元驶出高速公路时途经的基站位置信息，同时记录当时时间。
增值业务属性主要指短消息、话音、路况信息通知、网页浏览等。
银行账号指与车载单元相对应的后台银行扣费账号。
费率指针对不同车型相应的费率，单位为元/km。
原有金额指该账号内原有金额。
结算金额指根据费率、超限值及出入口位置计算得的结算金额。
剩余金额指此次扣费结算后剩余的金额。
7.路由识别过程当车辆途经第一个PHS基站(即进入高速公路域)，基站读取车载单元的入站、途经站和域标识三个字段，发送至联网收费服务器。若入站和途经站均为初始值且域标识表明该车处于高速公路域外时，基站则激活终端发出入域提示音或发送入域短消息，同时将该基站位置信息(位置信息为各基站的寻呼区标识，可以依次编号，与位置一一对应)写入入站和途经站字段，赋值域标识以表明车辆已经驶入高速公路域；车辆途经的各基站，同样读取上述三字段，并发送至联网收费服务器，随后将本基站位置信息写入途经站字段(续写)；当车辆驶出高速公路域时，PHS出口车道基站同样读取上述三字段，并将该基站位置信息写入途经站和出站字段。基站在读取各字段后加上该出口车道基站位置信息，一同发送至联网收费服务器以进行费率结算，若入站和途经站字段均为合法数据且出域标识表明该车处于高速公路域内时，基站则激活终端发出出域提示音或出域短消息，随后复位入站、途经站和域标识等字段。
8、另一种出口车道设计方案，可以是主要车辆放行方案如图6所示在各车道设置红外线探头、车辆检测器、栏杆、线圈(埋于栏杆下地面)及车道机，在该收费站设置一个PHS基站和一个服务器，服务器和该站内所有车道机构成一局域网。
当有车辆驶入某收费站某车道时，一旦切割该车道的车辆检测器线圈，车辆检测器立即通知该车道的车道机，由车道机激活该车道的红外线探头向车载单元发出红外线，所发信息主要包括该车收费站站号及相应车道号，写入车载单元内，同时要求车载单元与本站的PHS基站交互信息，PHS基站获取该车载单元相关信息后发送至该站服务器，该站服务器分析所得信息后，判断车道，经局域网发送该车属性等相关信息至相应车道的车道机。收费站内相关人员根据车辆属性判断驶来车辆是否为合法车辆。若为合法车辆，打开栏杆。当车辆经过栏杆，切割完线圈后，栏杆自动放下。
本发明基于PHS的机动车路桥联网收费系统，位于收费广场、分歧路口、出口车道的三类基站，以及位于各车道的车道机和位于各收费站及各路段中心的联网收费服务器；基于PHS收费系统的网络结构可分为主干网、接入网和局域网三层。其中，局域网由该站联网收费服务器、位于该站各车道的车道机、PHS基站等组成，实施车辆的出入、车辆识别和路由识别等数据交互，及收费放行等功能；接入网是路段中心服务器与该路段内各站服务器的数据联网交互的平台，并通过各收费站的局域网对所辖各计算机进行管理；主干网是各路段中心联网服务器的通信平台，车辆的行驶记录、路段间的收费拆帐等均由该平台提供通道。
车道机组成车道机包括硬件和软件两部分。硬件主要包括普通工业PC机、专用小键盘；软件主要包括收费软件。车道机与车辆检测器、栏杆机以及本站服务器连接。收费站内的服务器和该站所有车道机构成一局域网。
车辆检测器的构成，目前可供选择的车辆检测手段很多，微波、视频、红外检测都有应用，但是，感应线圈因其可靠、廉价，因而仍是车辆检测的主要选择。
感应线圈检测器坚固耐用，是全球公认的、可全天候精确监控车辆通过与存在状态的可靠的方法。
感应线圈检测器由两部分构成，即检测电路部分和感应线圈传感器。感应线圈传感器是决定车辆存在或不存在的主要部件，它由一定长度的绝缘铜线构成来用作感应器，可放于路面或置于共用线槽中，放置的技术要求与形状各种各样。
如TD624ES四通道车辆检测器(应用于IR100智能道路事件检测系统方案)
是一个全新的快速、准确、可靠的4通道感应线圈车辆检测器。
TD634ES四通道车辆检测器(欧标卡)(应用于IR100智能道路事件检测系统方案)基于微处理器的四通道车辆检测器，是专门为交通检测设计，其增强的工作参数使其对于交通检测应用尤为理想。产品易装易用，存在时间与灵敏度可通过前面板的DIP开关对各通道分别设置。
TD634ES后部的串行接口可与主机相连，实现串行通讯，格式为二进制，PCB板上8个DIP开关可用来选择卡的串行通讯地址、设置各种运行模式。
V8100系列多车道车辆检测器(泛安科技开发有限公司)设备构成车辆检测器由机箱、微处理单元、检测单元、供电单元、馈线和检测线圈等几部分构成。除馈线和线圈外其余设备均装置机箱内，线圈设于路面上，通过馈线与检测单元相连。检测单元对线圈送来的信息进行处理，并传输到微处理单元，由微处理单元按要求进行整理和存储，并通过通讯单元和通讯网络转送到监控中心。供电单元则为全部设备提供所需的各种电源。
526B双通道盒式车辆检测器526B型双通道盒式车辆检测器是一种为车辆出入口控制而设计的双通道盒式车辆检测器，每个通道可设置为存在式或脉冲式输出方式。526B既可检测车辆方向，也可检测超长车辆。通常采用两个临近线圈下进行行车方向检测。对于超长车辆的检测，线圈之间的安装距离应等于所检测的最短车辆的车长。526B型双通道盒式车辆检测器由PEEK公司制造，现已广泛应用于高速公路和停车场。
还包括由PEEK公司制造625X单通道盒式车辆检测器NorTech车辆检测器南非NORTECH系列产品采用SMD技术并内置单处理器芯片，其功能甚至超过有些较大型号，广泛应用于停车场及各类门的控制触发读卡机与发卡机；栏栅机/大门/电动门关闭检测；生成车辆计数脉冲；车辆出入管理控制、工业控制等环境。外形虽小，但性能优越，运行可靠。
PD130/PD139盒式/卡式单通道车辆检测器该系列产品采用SMD技术并内置单处理器芯片，其功能甚至超过有些较大型号，广泛应用于停车场及各类门的控制触发读卡机与发卡机；栏栅机/大门/电动门关闭检测；生成车辆计数脉冲；车辆出入管理控制、工业控制等环境。外形虽小，但性能优越，运行可靠。
PHS的系统装置的实施例，如选用中兴通讯公司的PHS系统硬件加上联网收费服务器及相应软件，与DSRC的应用管理软件。如用ZXPCS10.0个人无线通信系统由互连互通模块(IGW)、位置操作归属寄存器(HLR/AUC)、操作维护中心(OMC)、集成基站控制器(ICSC)、基站控制器(CSC)、基站(CS)和无线终端(PS)组成。IGW通过No.7 MAP与移动用户管理中心的HLR/AUC相连，通过No.7信令与PSTN相连，通过内部接口连接ANU，容量可达60万线。
CS是用户与CSC之间的通信传输中继站，具有协议转换功能，升级软件远程自动加载功能，及管理、监控、维护消息的上报功能；支持组控方式工作，多个基站可以捆绑在一起共享一个信令信道，从而大大提高话务处理能力；具有动态信道分配能力，有完善的鉴权和保密机制，防止非法用户进入和窃听；支持大小基站混合组网。小基站可以是出口车道基站。CS采用U接口(2B+D)接入CSC，基站CS与手机终端之间采用基于RCR STD-28标准的空中接口进行通信。载波频段1900～1915MHz，每载波信道数4，载波间隔300kHz，调制方式π/4 DQPSK，语音编码32kbit/s ADPCM，比特传输率384kbit/s。
中兴公司大基站用于收费广场，其中常见的分别是ZXPCS-CS28、ZXPCS-CS17、ZXPCS-CS4、ZXCSL-CSL等，这几种基站各有特色，ZXPCS-CS28和ZXPCS-CS4是智能型大基站，带有智能天线，并能够利用SDMA技术进一步扩展业务信道。ZXPCS-CSL是1C7T且具有200mW的发射功率，适中的覆盖范围，特别适合大话务量地区使用。
技术指标ZXPCS-CS28项目参数信道数量1C7T，发射功率500mW ISDN的U接口单元，线路标准ANSI T1.601。码型2B1Q，传输方式(TCH)2×4路最大比例合成2×4路自适应阵列天线接收，功率输出2×4根天线最大总输出为500mW(无合成增益)，帧同步方式采用空中同步方式。中兴公司ZXPCS-CSA(室内型)、ZXPCS-CSB(室外型)的普通型基站，可提供3个话路信道，支持远端供电。基站的发射功率为20mW。ZXPCS系统支持组网中采用大、小基站混合组网的方式，使得基站的布置更有效、更具经济效益。小基站技术指标信道数量1C3T，发射功率20mW；ZXPCS-CSB发射功率20mW，带宽小于288kHz，DSU单元采用回波抵销技术的ISDN的U接口单元，线路标准ANSI T1.601。
ZXPCS-CCM中心控制模块可省略话路分配功能，实现各ANU间消息通路的接续，控制无线用户在各ANU之间的漫游切换。采用中心模块结构，可以通过增加ANU模块，来平滑地提升系统容量。一个CCM可连接10～16个ANU模块，这样系统容量最大可达20万。
ZXPCS-MMC移动管理中心存储全部的用户信息，详细记录用户的归属、访问信息，完成移动用户的漫游登记确认、鉴权；提供V5接入模块间的话路转接，实现用户在V5接入模块间的自由漫游。
ZXPCS-ICSC系统集成基站控制器iCSCIGW与iCSC之间可采用内部接口相连，iCSC与CSC之间采用E1接口连接。系统通过iCSC连接多个基站控制器和若干基站，组成覆盖一定区域的网络。提供与互联网关的接口，与基站控制器的接口。对用户呼叫、漫游、切换、补充及数据业务提供无线接入部分的支持。提供无线接入部分网络管理接口。实现对无线接入部分设备(iCSC，CSC，CS)的操作维护功能。技术指标容量单个iCSC最多可带3000个无线信道。
ZXPCS-NMS网管系统(OMC)网管系统(OMC)根据对象的不同，被分为两个部分，一个是管理移动交换侧(IGW，HLR/AC)，称为OMC-S；一个是管理无线接入侧(iCSC，CSC，CS)，称为OMC-R。OMC的主要功能是对ZXPCS设备进行有效的配置管理，处理设备在运行中所遇到的各种问题，对设备进行性能分析、统计，调节系统性能等。同时，可以通过相应的协议转换纳入当地的网管中心NMC和九七工程，实现对ZXPCS网络的远程集中监控和本地维护。
OMC-S提供多种组网方案，保证最大限度地减少用户的传输成本。具体的组网方案包括X.25、DDN等方式。OMC-S系统是架构在计算机广域网技术和TCP/IP协议上的一个网络管理系统，它可以在广阔的地域范围和复杂的应用环境下对网元设备进行集中维护、集中监控，并完成性能管理、故障管理、配置管理、安全管理功能。从计算机网络的组成上讲它支持目前计算机广域网流行的各种组成方式。
OMC-R系统是基于计算机局域网，组成一个可以监控整个系统的管理网。中心局域网采用技术成熟的10/100 BASE-T的以太网，同时根据局方可以提供的远程接入方式进行灵活的组网，以便局方进行集中维护。本地维护，同时网管底层服务器连接上级服务器，在最上层汇集成一个网管服务器，在这个网管服务器上出操作维护终端，可以维护所有的iCSC。这种方式需要给网管组成一个TCP/IP的网络，组网方式如图所示网管单独组网网管底层服务器通过TCP/IP接口和iCSC直接连接，在网管服务器上直接出操作维护终端做本地维护。所有iCSC和IGW建立半固定连接，IGW把这些时隙汇集成一个或两个2M，这个2M和MCE设备连接，网管服务器和MCE之间通过TCP/IP连接。组网形式如图所示利用IGW组网通过前置机，ZXPCS网管系统可以接入本地管理中心。近端前置机直接挂在网管中心的局域网上，远端前置机可以通过PSTN、DDN、路由器等设备连接到网管中心。
网络优化软件网络优化软件能够分析网络的运行状况，并根据用户的实际需求，对预估的话务量进行调整。使用网络优化软件可以对系统进行快速有效的信道分配分析，实现网络资源的动态、智能分配。帮助运营商优化网络配置，提高资源利用率，降低运营成本，提高服务质量。
利用PHS的现有增值业务如短消息业务·定位业务·C-mode无线上网业务·丢话通知·预付费业务(Pre-pay)等可以立即移植到本发明，以完成相应功能。
选用UT斯达康公司的PHS系统亦可，如基站包括RP(10mW)和CS(500mW)。RP基站可以作为RP基站接收从RPC(基站控制器)传来的ADPCM信号及电源馈电，信号通过基站的射频调制波发射，与PS间构成无线链路，通过RPC、局端设备、中央交换局提供终端用户话音/数据通信。在无线方面基站提供RCR STD-28空中接口。RPC通过一对双绞线传入每个基站RP的专用接口(4B’+D’+K)。RP采用1C3T(1个控制信道，3个话务通道)的信道结构。为节约控制信道，以增加接入的用户数，基站可采用组控方式，最多可使8个RP实现组控。
10mW RP有室内型和室外型两种，室外型RP可比较灵活地安装在竖杆(如电线杆、路灯杆)、屋顶或侧墙上。
CS(500mW)基站由CSC(基站控制器)进行控制。通过双绞线与CSC连接。系统可使2个CS实现组控。与RP不同的是，CS通过标准U接口与CSC相连，采用的是1C7T(1个控制信道，7个话务通道)或1C3T的信道结构，极大提高基站的灵敏度。500mW CS的大发射功率，扩大了基站的覆盖范围，改善覆盖效果。
500mW室外型CS一般安装在屋顶。通过射频电缆将天线(8根)与CS连接。
CS(500mW)基站的同步机制系统中的CS基站采用空中同步的方式。每个主基站通过GPRS和其他的主基站保持同步。从基站通过接收来自主基站的空中同步信号来和主基站保持同步。
核心网系统包括(1)多协议网关支持SS7(TUP/ISUP)、Q.931、V5.X、SNSP等协议及协议间的相互转换；支持本地交换；支持基本呼叫处理；支持漫游及越区切换；与综合运行支持系统配合，完成系统控制及管理。
(2)事物处理服务器认证和授权·无线用户的漫游处理·计费CDR数据处理·路由选择。
(3)运行支持系统·实时业务受理·实时计费·业务计划和价格计划·客户服务与自助·分布式计算与应用·用户管理。
(4)网络管理系统·配置管理·故障管理·性能管理·控制与状态管理·系统管理(5)无线接入子系统·支持PHS手机及固定用户单元的无线接入·支持RCR STD-28空中接口·支持网络层Q.931协议·每个RPC/CSC可控制32/28个RP/CS·支持100％漫游与越区切换。
(6)有线接入子系统·支持传统POTS业务·支持V5.x协议·支持ADSL业务。
系统特点·基于全IP的软交换平台软交换系统是面向IP设计的新一代系统，iPAS采用软交换系统的软、硬件平台，可升级为全IP的多业务网络，即信令与承载都通过IP网络传输。
·功能强大的软交换服务器群可实现软交换实时逻辑及各种后台管理功能，为业务运营者提供了综合而有效的运行、维护及业务实施等手段。
·功能强大的IP信令网络不仅支持iPAS网关之间及网关与运行支持系统之间的互联与通信，还为系统向VoIP及3G无线IP通信的平滑过渡奠定了基础。
·支持大量先进的功能和业务客户机/服务器体系可支持大量先进的功能和业务，如CLASS特征、集中VPN业务、短消息、32K/64Kbps PIAFS数据业务、定位业务、C-mode业务及预付费/租赁手机等业务。
·针对运营商不同情况提供解决方案iPAS系统不仅可以利用传统基础设施，向用户提供低成本的数字无线业务，还可以在无需增加传统本地环路设备的同时，迅速、经济地实现运营商的扩容需求。而在没有基础设施的地区，iPAS系统则为运营商迅速有效地开展业务提供了全套的解决方案。
可提供的业务基本业务PHS无线语音业务·V5.x POTS语音业务；高级业务增值业务，·32Kbit/s、64Kbit/s PIAFS无线数据业务·短消息业务·定位业务·C-mode无线上网业务·丢话通知·预付费业务(Pre-pay)·语音邮箱·V5用户与PHS用户集中式交换(Centrex)。
使“小灵通”终端在网络覆盖区内自由通讯，并且可实现不同城市之间可靠的漫游，为电信运营商发展新业务、增加营运收入创造了良好条件。其功能丰富的增值业务，如短消息、e-mail、手机上网、高速无线数据接入等，都显示出无线市话系统的无穷魅力。
PAS/iPAS的无线接入设备RPC/CSC(基站控制器)接收从RT/Gateway传来的E1基群信号，通过双绞线连接、控制基站。RP/CS(基站)有10mW、40mW、500mW等多种不同发射功率的类型，它们具有不同的发射性能。其中500mW基站具有1C7T或1C3T的信道安排结构，8天线分集接受和最大比例合成技术(MRC-Max imum Ratio Combing)覆盖半径可达350-1500米。在网络规划时可采用基站的扇区型分布、组控及或大小基站混合组网的方式，提高覆盖无线网络的质量。
本发明的汽车或机动车所配置的终端可以是PS(手机终端)，用于接收基站发射的信号，在网络覆盖区内进行数据交换和自由通讯。一般采用具有支持增值的终端。其数据显示用上述格式，仍只有10毫瓦的极低发射功率，确保对人体无电磁辐射伤害。
PAS/iPAS无线市话系统特点·系统容量大、漫游率高--系统用户漫游率可达到100％。
·电信级高可靠性--系统运行支持服务器群及网关部件冗余备份、板级热插拔等，可靠性达(99.999％)·易扩充--采用分布式体系结构，可实现系统功能的灵活扩展和系统规模的线性扩充。
·用户密度无限制--具有微区配置和动态信道分配功能。
·抗多径干扰能力强--采用分集式天线，对室外多路径干扰具有较强抵抗能力。
·话音质量高--32Kbit/s ADPCM编码带来与有线接入相媲美的话音质量。
·安全性高--通过设置鉴权密码防止电话号码泄露。
·防止窃听--使用数字话音信道编码加密来防止窃听。
·绿色环保--手机功率小(仅10mW，不足其它移动手机的1/10)辐射低，对人体影响较少。
·具有强大的业务拓展能力。基于开放的业务运营系统平台，可灵活、方便的发展多种多样的后续业务。
权利要求
1.基于PHS的机动车路桥联网收费方法其特征是设有基于PHS的收费专用网，其构成，包括位于广场、分歧路口等处的PHS收费基站、位于车道的车道计算机，以及联网收费服务器等；利用PHS基站与收费车载PHS终端之间的无线数据交互，其中所绑定的PHS终端与车辆相关信息对应，从而对进出收费口的车辆进行车辆识别和路由识别，并与联网收费服务器交互数据；联网收费服务器记录包括车辆属性、出入口地址、所经路由，以及相应时间等数据，并将这些数据经网络送至联网的收费服务器；在收费站出口处，PHS基站与车载单元交互信息，将所得数据传送至联网收费服务器，并控制栏杆，进行费率计算、银行拆帐等处理。
2.如权利要求1所述的基于PHS的机动车路桥联网收费方法其特征是在各出口车道均设置车辆检测器和PHS出口车道基站；当车辆检测器检测到车辆驶入时，PHS出口车道基站与车载PHS终端数据交互，收费放行；若在相应时间内没有获得相关信息，或获得数据不符，包括车型不符、余款不够等，栏杆则不予放行，并进行相应处理及人工干预。
3.如权利要求1所述的基于PHS的机动车路桥联网收费方法其特征在车载终端的收费数据结构；其内容含车载终端的发行属性、车辆属性、路由属性、增值业务属性，以及收费属性；其中发行属性内含发行单位、发行日期等信息，车辆属性内含车载终端唯一ID标识，以及与车辆相关联的车牌、车型、车主等信息，路由属性内含入站/时间，途经站/时间，出站/时间等信息，增值业务属性内含短消息、通话、交通诱导等增值业务的信息，收费属性内含该车费率、结算金额、剩余金额、结/拆帐等金融信息。
4.如权利要求1所述的基于PHS的机动车路桥联网收费方法其特征是设有路由识别，在通过确定车辆在高速公路域内的出入口地址，及途经的各交叉口位置，识别出车辆行驶路线，通过此行车路由，实现各路段管理部门之间的拆帐处理；行车路由的获取通过位于行车路线上的各PHS基站与车载终端无线数据交互，以及通过网络与联网服务器交互获取；车辆进入高速公路的第一个PHS基站，即在联网服务器和车载终端上生成权利要求3所提出收费数据的五个属性，在途经各基站时，不断对其中的路由属性、增值业务属性，以及收费属性的相关内容进行刷新，路段联网服务器始终把握数据交互的内容、过程，及数据库的管理，在跨越所辖路段时，相关路段联网服务器通过网络进行实时数据交互。当车辆驶出高速公路时，位于出口车道计算机则根据联网服务器和该车载终端属性内容，特别是路由信息，进行收费结算和放行，并进而由各路段联网服务器进行拆帐处理。
5.如权利要求1所述的基于PHS的机动车路桥联网收费方法其特征是基于PHS的收费系统面对高速公路存在主线(出、入口)、匝道(出、入口)和分歧交叉口三种道路路由情况，采用如下的蜂窝覆盖设计方案在主线收费站和匝道入口均设置PHS收费广场基站，在分歧交叉口设置PHS分歧路由基站，在主线收费站和匝道的各出口车道均设置PHS出口车道基站。
6.如权利要求1所述的基于PHS的机动车路桥联网收费方法其特征是对进出收费路桥时的车载终端的提示方式利用PHS路况信息通知和查询、短消息，在需要确认时，可采用短消息确认方式，可分为入域短消息和出域短消息；当车辆驶入高速公路域，途经第一个微蜂窝时，将收到入域短消息，信息内容包括提示您已经进入高速公路域，车型及余额等；当车辆驶出高速公路域，在出口车道基站复位车载单元内相关字段的同时发送出域短消息给车载单元，信息内容包括提示您已经驶出高速公路域，此次结算金额及余额。
7.如权利要求1所述的基于PHS的机动车路桥联网收费方法其特征是对车载终端进出收费路桥的确认和诱导方式是采用提示音的确认方式，将多种提示音存储于终端的存储器中。当车辆驶入高速公路域，途经第一个基站时，基站读取车载单元内相关字段，若判断为刚驶入高速公路的车载单元，则立即激活终端发出类似提示语音“您正在进入高速公路”，同时将该基站的位置信息写入相应字段，同时置位域标识；当终端驶出高速公路域时，出口车道基站也读取车载单元内相关字段，完成结算扣费后，则激活终端发出类似提示语音“您正在驶出高速公路”，随后复位车载单元内的相关字段内容；并根据应用提示音功能，进行车辆诱导。
8.如权利要求1所述的基于PHS的机动车路桥联网收费方法其特征是出口车道基站除了由车辆检测器激活外，同时还周期性搜索车载单元，设置数据口于车载单元终端。在各收费站拉出数据线，当无线通信设备失灵时，用户可将数据线接至车载单元的数据口，完成数据交互，实现收费放行。
9.如权利要求1所述的基于PHS的机动车路桥联网收费方法其特征是车辆出口放行的方法是当有车辆驶入某收费站时，一旦切割该车道的车辆检测器线圈，车辆检测器立即通知该车道的车道机，由车道机激活该车道的红外线探头向车载单元发出红外线或以窄束蜂窝方式直视该车道，与车载单元交互信息，同时要求车载单元与本站的PHS基站交互信息，PHS基站获取该车载单元相关信息后发送至该站服务器，该站服务器分析所得信息后，经局域网发送该车属性等相关信息至相应车道的车道机。
10.基于PHS的机动车路桥联网收费系统，其特征是位于收费广场、分歧路口、出口车道的三类基站，以及位于各车道的车道机和位于各收费站及各路段中心的联网收费服务器；基于PHS收费系统的网络结构可分为主干网、接入网和局域网三层。其中，局域网由该站联网收费服务器、位于该站各车道的车道机、PHS基站等组成，实施车辆的出入、车辆识别和路由识别等数据交互，及收费放行等功能；接入网是路段中心服务器与该路段内各站服务器的数据联网交互的平台，并通过各收费站的局域网对所辖各计算机进行管理。主干网是各路段中心联网服务器的通信平台，车辆的行驶记录、路段间的收费拆帐等均由该平台提供通道。车辆检测器采用载重检测器或线圈检测器，或位置传感器时进行收费数据的交换。激活PHS出口车道基站以窄束蜂窝方式直视该车道，尝试与车载单元交互信息。车辆出口和放行处理装置为，在各出口车道均设置车辆检测器，可以是载荷传感器，在各车道设置红外线探头、栏杆、线圈(埋于栏杆下地面)及车道机，在该收费站设置一个PHS基站和一个服务器，服务器和该站内所有车道机构成一局域网。
全文摘要
基于PHS的机动车路桥联网收费方法设有基于PHS的收费专用网，其构成，包括位于广场、分歧路口等处的PHS收费基站、位于车道的车道计算机，以及联网收费服务器等；利用PHS基站与收费车载PHS终端之间的无线数据交互，其中所绑定的PHS终端与车辆相关信息对应，从而对进出收费口的车辆进行车辆识别和路由识别，并与联网收费服务器交互数据；联网收费服务器记录包括车辆属性、出入口地址、所经路由，以及相应时间等数据，并将这些数据经网络送至联网的收费服务器；在收费站出口处，PHS基站与车载单元交互信息，将所得数据传送至联网收费服务器，并控制栏杆，进行费率计算、银行拆帐等处理。
文档编号H04L29/08GK1598882SQ200410041980
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月15日 优先权日2004年9月15日
发明者陈启美, 李勃, 王海粟, 左雯, 鹿宝生 申请人:南京大学