專利名稱：一種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電子不停車收費系統(tǒng)，特別涉及ー種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)。(ニ)
背景技術(shù)：
在電子不停車收費系統(tǒng)(ETC)中，車輛通過車載單元(OBU)與天線(RSU)進行微波通信，完成電子不停車收費交易，車道布局、設(shè)備配置和交易流程等已在高速公路聯(lián)網(wǎng)不停車收費標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定。其中RSU與OBU之間通信區(qū)域的調(diào)整是ETC車道系統(tǒng)調(diào)試的難點，通過調(diào)整RSU的發(fā)射功率和傾斜角度可以調(diào)整通信區(qū)域的長短，但單純依靠調(diào)整通信區(qū)域存在以下問題
(I)通信區(qū)域過長時，會存在多輛車同時處于天線通信區(qū)域的情況，當(dāng)前面的車輛因無電子標(biāo)簽等原因產(chǎn)生交易異常，而后車正常交易吋，ETC系統(tǒng)區(qū)分不了是哪ー輛車完成的交易，就會出現(xiàn)所謂跟車干擾的問題，此時前車被放行而后車無法通過，從而引起用戶投訴或者高速公路通行費損失。(2)如果限定通信區(qū)域的長度，保證在電動欄桿前有車時，后車的前擋風(fēng)玻璃(0BU安裝位置)不會進入通信區(qū)域，那么通信區(qū)域可能就非常短，對某些車輛，這個區(qū)域不足以喚醒OBU完成交易抬起欄桿，車輛只能慢速通過，從而降低了 ETC車道的通行效率。(3)有效的通信區(qū)域受OBU安裝角度、車輛前擋風(fēng)玻璃對OBU的屏蔽、OBU的靈敏度和剩余電量等多種因素影響，單純依賴通訊區(qū)域長度的限定無法滿足所有車輛的快速通行需要。另外車型是車輛收費的重要依據(jù)，而目前ETC系統(tǒng)判別車輛的車型只依賴OBU內(nèi)存儲的車型，因為ETC系統(tǒng)正常運行時無人干預(yù)，如果存在大車使用小車的OBU偷逃通行費的情況，很難被發(fā)現(xiàn)，從而會給高速公路運營方帶來較大損失?，F(xiàn)有的ETC系統(tǒng)依賴埋設(shè)的電磁感應(yīng)線圈判斷車輛的平均通過速度，而在車輛被攔截時，如果車輛未壓到超過2個以上的電磁感應(yīng)線圈，就無法計算車速，更無法計算車輛在有效通信區(qū)域的車速，在遇到用戶因為被攔截而投訴時，無法知道確切的原因。使用電磁感應(yīng)線圈也難以跟蹤倒車或轉(zhuǎn)向其它車道的車輛，從而無法統(tǒng)計ETC車道的車輛交易成功率。因為存在個體差異，有的OBU過于靈敏，從而在距離欄桿很遠時就能完成交易，很容易因為單個車輛產(chǎn)生跟車干擾，但在現(xiàn)有的ETC系統(tǒng)中無法知曉車輛交易時的準(zhǔn)確位置，從而難以對系統(tǒng)進行調(diào)?！，F(xiàn)在已存在在車道埋設(shè)多個電磁感應(yīng)線圈，將車道分割成多個通信區(qū)域的ETC系統(tǒng)，但在某些路段不具備埋設(shè)電磁感應(yīng)線圈的條件，在其它路段埋設(shè)線圈需要破壞路面，埋設(shè)后無法調(diào)整位置，在路面施工時需要重新切割，維護工作量大，而且難以準(zhǔn)確確定每ー輛車的具體位置和行駛方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可避免因跟車干擾導(dǎo)致誤放行未扣費車輛、保證車輛通行速度、可識別車輛車型和有效通訊時車輛準(zhǔn)確位置、防止車輛更換OBU偷逃通行費、可統(tǒng)計車輛在車道瞬時速度和車輛擁堵程度、提高ETC車道車輛交易成功率、安裝維護方便的使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的
ー種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)，包括車道主控制器、車牌識別單元、天線、電動欄桿、費額顯示器、落桿線圈和車道攝像機，天線向斜下方投射形成天線通信覆蓋區(qū)域，天線通信覆蓋區(qū)域兩邊設(shè)置有車輛隔離裝置，車道主控制器分別與車牌識別單元、天線、電動欄桿、費額顯示器、落桿線圈和車道攝像機相連接，其特征是所述車道主控制器連接有激光雷達。所述天線和激光雷達安裝在龍門架上，費額顯示器安裝于電動欄桿前面，落桿線圈安裝于電動欄桿后面，車道攝像機安裝于電動欄桿后方，車牌識別單元焦距對準(zhǔn)天線通信覆蓋區(qū)域遠端所在位置。所述激光雷達的掃描結(jié)果用于判別天線通信覆蓋區(qū)域至電動欄桿之間的車輛數(shù)量、車輛位置、車輛行駛速度和行駛方向。所述激光雷達掃描的車輛特征配合車牌識別結(jié)果與車載單元車輛信息幀內(nèi)的車輛特征對比，在天線通信覆蓋區(qū)域至電動欄桿之間有多輛車時，判別收到的車載單元車輛中貞信息是否為第一輛車。所述激光雷達掃描的車輛特征進行車型判別，并與車載單元車輛信息幀內(nèi)的車長、車高等車輛特征數(shù)據(jù)進行對比，判別車輛安裝的車載單元內(nèi)記錄的車輛信息是否真實。所述使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)記錄交易過程中的車輛位置、瞬時速度、車道擁堵程度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)車道的調(diào)優(yōu)。所述天線和激光雷達位于車道中心線上方5. 5米處，龍門架與電動欄桿的距離為4米，天線和激光雷達與天線通信覆蓋區(qū)域遠端的距離為14米，天線與天線通信覆蓋區(qū)域近端的距離為2米，車牌識別單元與天線通信覆蓋區(qū)域遠端的距離為5米，天線通信覆蓋區(qū)域近端與電動欄桿的距離為6米。本發(fā)明的有益效果是
(I)保證車輛通行速度和交易成功率。激光雷達可以識別天線通信覆蓋區(qū)域到電動欄桿之間的車輛數(shù)，在無法判斷OBU車輛信息幀是否屬于首輛車時可以報警不予處理，因而可以通過増大天線功率和調(diào)整天線傾角的方式加長天線通信覆蓋區(qū)域，車輛快速通行吋，因而交易時間可以得到保證。在天線通信覆蓋區(qū)域長12米，車速在40千米/小時時，可用交易時間在I秒以上，遠大于車輛交易所需時間，因而可在車輛快速通行時保證交易成功率。(2)降低因跟車干擾需要倒車的幾率。激光雷達可以跟蹤天線通信覆蓋區(qū)域到電動欄桿之間所有車輛的位置坐標(biāo)，識別車長、車高、車型、車速等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)由此將車牌識別結(jié)果匹配到每ー輛車，在2輛同樣尺寸的車等待ETC交易吋，假設(shè)車牌整體識別率為96%，則只有0. 16%的幾率因系統(tǒng)無法區(qū)分哪ー個OBU為首輛車的0BU，因跟車干擾需要倒車。因保證了車輛通過ETC車道的速度，車速較快吋，車距拉大，加上標(biāo)志標(biāo)牌引導(dǎo)，多輛車同時等待ETC交易的幾率降低，因跟車干擾需要倒車的幾率更低。
(3)識別車輛車長、車高、車型，杜絕更換OBU逃費。激光雷達可以識別車輛的車長、車高、車型，通過與OBU內(nèi)記錄信息比較，可以及時發(fā)現(xiàn)OBU發(fā)行時可能出現(xiàn)的大車小標(biāo)、車主在不觸發(fā)OBU防拆機制的前提下將小車OBU轉(zhuǎn)移到大車上而偷逃通行費的行為。在發(fā)現(xiàn)車型不符時可以現(xiàn)場攔截，或者通過ETC車道采集的數(shù)據(jù)進行事后稽核。(4)統(tǒng)計車輛在車道的瞬時速度、車輛交易成功率。激光雷達可以計算出車輛在不同坐標(biāo)位置的瞬時速度，如果車速遠大于ETC車道限速，雖然天線通信覆蓋區(qū)域已經(jīng)加長，也有可能因OBU靈敏度差異而造成交易不成功，系統(tǒng)在交易失敗時記錄車輛的通行速度，由此可分析交易失敗的原因。同時激光雷達可以區(qū)分車輛行進方向，可統(tǒng)計倒車后交易成功的車輛、倒車離開ETC車道的車輛、轉(zhuǎn)向人工車道離開ETC車道的車輛。通過車牌識別結(jié)果與客服系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可以進一歩分析交易失敗的原因，如車輛未安裝OBU、OBU超時未更換、超速、因未知原因未檢測到0BU、未插卡、余額不足等。(5)統(tǒng)計ETC車道的車輛擁堵程度。激光雷達可以掃描覆蓋范圍約30m區(qū)域的車輛數(shù)和車長數(shù)，從而可以評估車輛擁堵程度，為ETC車道的布設(shè)提供決策依據(jù)。(6)可以識別有效通訊時車輛的準(zhǔn)確位置，從而對系統(tǒng)進行優(yōu)化和調(diào)校，同時可發(fā)現(xiàn)靈敏度過高容易在其它車道產(chǎn)生跟車干擾的0BU，及時反饋給客服系統(tǒng)。( 7 )不需要切割多個地感線圈，甚至可以做到完全不切割地感線圈。激光雷達可以準(zhǔn)確定位各個車輛的坐標(biāo)位置，優(yōu)于地感線圈，不需増加其它設(shè)施即可檢測出車輛從相鄰車道插到ETC車道，或者車輛從ETC車道轉(zhuǎn)到相鄰車道。而地感線圈的切割會破壞路面，在路面維護時需要重新切割，特別是在收費廣場設(shè)置在立交橋上的站點，由于路面下鋼筋布設(shè)密集，地感線圈易于受到干擾。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步的說明。附圖1為本發(fā)明的平面布置示意 附圖2 附圖4為本發(fā)明的工作原理 圖中，I車道主控制器，2天線通信覆蓋區(qū)域，3車牌識別單元，4天線，5電動欄桿，6費額顯示器，7落桿線圏，8車道攝像機，9激光雷達，10龍門架，11車輛隔離裝置。
具體實施方式
附圖為本發(fā)明的ー種具體實施例。實施例1 :
該實施例包括車道主控制器1、車牌識別單元3、天線4、電動欄桿5、費額顯示器6、落桿線圈7和車道攝像機8，天線4向斜下方投射形成天線通信覆蓋區(qū)域2，天線通信覆蓋區(qū)域2兩邊設(shè)置有車輛隔離裝置11，車道主控制器I分別與車牌識別單元3、天線4、電動欄桿5、費額顯示器6、落桿線圈7和車道攝像機8相連接，車道主控制器I連接有激光雷達9。天線4和激光雷達9安裝在龍門架10上，費額顯示器6安裝于電動欄桿5前面，落桿線圈7安裝于電動欄桿5后面，車道攝像機8安裝于電動欄桿5后方，車牌識別單元3焦距對準(zhǔn)天線通信覆蓋區(qū)域2遠端所在位置。激光雷達9的掃描結(jié)果用于判別天線通信覆蓋區(qū)域2至電動欄桿5之間的車輛數(shù)量、車輛位置、車輛行駛速度和行駛方向。激光雷達9掃描的車輛特征配合車牌識別結(jié)果與車載單元車輛信息幀內(nèi)的車輛特征對比，在天線通信覆蓋區(qū)域2至電動欄桿5之間有多輛車時，判別收到的車載單元車輛幀信息是否為第一輛車。激光雷達9掃描的車輛特征進行車型判別，并與車載單元車輛信息幀內(nèi)的車長、車高等車輛特征數(shù)據(jù)進行對比，判別車輛安裝的車載單元內(nèi)記錄的車輛信息是否真實。使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)記錄交易過程中的車輛位置、瞬時速度、車道擁堵程度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)車道的調(diào)優(yōu)。采用本發(fā)明的ー種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)，天線4和激光雷達9安裝在龍門架10上，位于車道中心線上方約5. 5米，龍門架10與電動欄桿5的距離約4米，其位置設(shè)置主要考慮天線4的設(shè)備性能，保證天線通信覆蓋區(qū)域2處于合適位置，其次考慮激光雷達9的掃描覆蓋范圍，在圖1中，天線4和激光雷達9與天線通信覆蓋區(qū)域2遠端的距離約為14米，天線4與天線通信覆蓋區(qū)域2近端的距離約為2米，如果選擇的設(shè)備性能較差，也可將天線4和激光雷達9安裝在不同的龍門架10上；天線4在車道上的天線通信覆蓋區(qū)域2長度約長12米，車牌識別單元3與天線通信覆蓋區(qū)域2遠端的距離約為5米，車牌識別單元3采用視頻觸發(fā)的方式進行車輛牌照識別，焦距對準(zhǔn)天線通信覆蓋區(qū)域2遠端附近的位置，視車速不同，在車輛進入天線通信覆蓋區(qū)域2后I 3. 5米可以完成車輛牌照識別；天線通信覆蓋區(qū)域2近端與電動欄桿5的距離約為6米，預(yù)留距離主要考慮電動欄桿5抬起和駕駛員反應(yīng)需要一定的時間，此距離可以允許在天線通信覆蓋區(qū)域2正常交易的車輛不需要減速即可快速通過ETC車道，同時對于交易未成功誤開到電動欄桿5前的車輛，從此距離倒出再轉(zhuǎn)向旁邊的車道不會耗費較長時間；費額顯示器6安裝在電動欄桿5前，正常交易時給駕駛員顯示入口站、消費金額、卡內(nèi)余額等信息，在因車輛未安裝電子標(biāo)簽、卡內(nèi)余額不足、未插卡等原因交易失敗時，費額顯示器6上將顯示交易失敗原因和給的駕駛員建議，同時費額顯示器6上黃閃報警會啟動，提示駕駛員查看；天線通信覆蓋區(qū)域2兩邊設(shè)有車輛隔離裝置11，引導(dǎo)車輛在進入ETC車道后保持直行，無法正常交易的車輛可以方便地轉(zhuǎn)入相鄰MTC車道，但相鄰MTC車道的車輛除非倒車才可轉(zhuǎn)入ETC車道；落桿線圈7安裝在電動欄桿5后，用于在車輛通過后快速落桿，防止后續(xù)車輛跟車闖關(guān)；車道攝像機8位于電動欄桿5后方，可以看清電動欄桿5的起落狀態(tài)和電動欄桿5到天線通信覆蓋區(qū)域2之間的車輛，主要用于監(jiān)控車道內(nèi)的欄桿抬起和車輛通行情況。上述使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)的工作原理如圖2 圖4所示，具體為
(I)如圖2所示，激光雷達9連續(xù)掃描E到F之間的區(qū)域，在無車狀態(tài)，天線4處于未激活狀態(tài)。(2)如圖3所示，當(dāng)車輛駛?cè)隕TC車道后，激光雷達9在E到F之間的區(qū)域掃描到車輛，系統(tǒng)激活天線4，天線4在捜索到車輛上裝載的OBU后，與OBU進行通信。(3)車牌識別單元3持續(xù)檢測鏡頭所對區(qū)域內(nèi)的車牌，激光雷達9跟蹤進入掃描區(qū)域內(nèi)的車輛，識別車長、車高、車型、車速，根據(jù)車頭到達車牌識別單元3聚焦位置的時間和車牌識別結(jié)果送達時間將將車牌識別結(jié)果匹配到跟蹤的車輛上。(4)如果激光雷達9掃描區(qū)域內(nèi)只有I輛未完成交易車輛，系統(tǒng)按照ETC交易流程完成交易，將車輛放行，在車輛正向離開落桿線圈7后落桿，天線4回到初始狀態(tài)。系統(tǒng)也可配置為在車牌識別單元3識別車牌與OBU內(nèi)記錄不符，或者車長、車高、車型與OBU內(nèi)記錄不符時進行攔截。(5)如果激光雷達9掃描區(qū)域內(nèi)有2輛或更多未完成交易車輛，如圖4所示，系統(tǒng)將識別到的車牌、車長、車高、車型與天線4收到的OBU車輛信息幀內(nèi)的車牌、車長、車高、車型數(shù)據(jù)相比對，優(yōu)先匹配車牌，如果OBU車輛信息幀的數(shù)據(jù)與首輛車相匹配，則只處理與此OBU的ID號相同的幀信息，等待此OBU交易成功或者跟蹤到車輛轉(zhuǎn)出ETC車道后再處理其它OBU的幀信息。在無OBU車輛信息幀與首輛車相匹配吋，如果剩余的所有車輛都找到匹配的0BU，則視為首輛車的OBU是剩余的未被匹配的0BU。(6)如果首輛車駛過天線通信覆蓋區(qū)域2近端，天線4還未搜索到0BU，則報警并提示“無電子標(biāo)簽，請轉(zhuǎn)人工車道”。(7)如果如果激光雷達9掃描天線通信覆蓋區(qū)域內(nèi)有2輛或更多未完成交易車輛，在無法按照第(5)條的方法判斷哪個OBU屬于首輛車時，系統(tǒng)報警并提示“跟車干擾，請倒車或轉(zhuǎn)人工車道”。實施例2
在此實施例中，圖1中的電動欄桿5、費額顯示器6、落桿線圈7、車道攝像機8相對“實施例I”向來車方向移動，天線通信覆蓋區(qū)域2近端與電動欄桿5基本平齊，天線通信覆蓋區(qū)域2近端與電動欄桿5之間距離接近0或者為負數(shù)，其它與“實施例1”相同。實施例3
在此實施例中，圖1中的電動欄桿5、費額顯示器6、落桿線圈7、車道攝像機8相對“實施例I”向車輛行進方向移動，電動欄桿5與人工收費車道或自動發(fā)卡車道布設(shè)的電動欄桿位置類似，天線通信覆蓋區(qū)域2近端與電動欄桿5之間距離増大。在此實施例中，首輛車可在自動發(fā)卡機取卡，或者由收費員處理，在完成取卡、收費或者由人工引導(dǎo)離開車道的操作后，系統(tǒng)可以對后續(xù)車輛進行處理。
權(quán)利要求
1.一種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)，包括車道主控制器(I)、車牌識別單元(3)、天線(4)、電動欄桿(5)、費額顯示器(6)、落桿線圈(7)和車道攝像機(8)，天線(4)向斜下方投射形成天線通信覆蓋區(qū)域(2)，天線通信覆蓋區(qū)域(2)兩邊設(shè)置有車輛隔離裝置(11)，車道主控制器(I)分別與車牌識別單元(3)、天線(4)、電動欄桿(5)、費額顯示器(6 )、落桿線圈(7 )和車道攝像機(8 )相連接，其特征是所述車道主控制器(I)連接有激光雷達(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)，其特征是所述天線(4)和激光雷達(9)安裝在龍門架(10)上，費額顯示器(6)安裝于電動欄桿(5)前面，落桿線圈(7)安裝于電動欄桿(5)后面，車道攝像機(8)安裝于電動欄桿(5)后方，車牌識別單元(3)焦距對準(zhǔn)天線通信覆蓋區(qū)域(2)遠端所在位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)，其特征是所述激光雷達(9)的掃描結(jié)果用于判別天線通信覆蓋區(qū)域(2)至電動欄桿(5)之間的車輛數(shù)量、車輛位置、車輛行駛速度和行駛方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)，其特征是所述激光雷達(9)掃描的車輛特征配合車牌識別結(jié)果與車載單元車輛信息幀內(nèi)的車輛特征對比，在天線通信覆蓋區(qū)域(2)至電動欄桿(5)之間有多輛車時，判別收到的車載單元車輛幀信息是否為第一輛車。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)，其特征是所述激光雷達(9)掃描的車輛特征進行車型判別，并與車載單元車輛信息幀內(nèi)的車長、車高等車輛特征數(shù)據(jù)進行對比，判別車輛安裝的車載單元內(nèi)記錄的車輛信息是否真實。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)，其特征是所述使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)記錄交易過程中的車輛位置、瞬時速度、車道擁堵程度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)車道的調(diào)優(yōu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用激光雷達的長通信區(qū)電子不停車收費系統(tǒng)，包括車道主控制器、車牌識別單元、天線、電動欄桿、費額顯示器、落桿線圈和車道攝像機，天線向斜下方投射形成天線通信覆蓋區(qū)域，天線通信覆蓋區(qū)域兩邊設(shè)置有車輛隔離裝置，車道主控制器分別與車牌識別單元、天線、電動欄桿、費額顯示器、落桿線圈和車道攝像機相連接，其特征是所述車道主控制器連接有激光雷達。本發(fā)明的有益效果是保證了車輛通行速度和交易成功率，降低了因跟車干擾需要倒車的幾率，可識別車輛車型，杜絕更換OBU逃費，可統(tǒng)計車輛在車道的瞬時速度，可統(tǒng)計ETC車道的車輛擁堵程度，可以識別有效通訊時車輛的準(zhǔn)確位置，可做到完全不切割地感線圈。
文檔編號G07B15/06GK103021035SQ20121040014
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月20日
發(fā)明者崔龍波, 汪慶明, 張斌, 王祥凱 申請人:山東易構(gòu)軟件技術(shù)有限公司