專利名稱：高速公路射頻車輛速度監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛速度測(cè)量，身份識(shí)別和監(jiān)測(cè)管理。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有車輛的速度測(cè)量的主要方法有雷達(dá)測(cè)速、激光測(cè)速、地感線圈測(cè)速；身份識(shí)別一般采用肉眼識(shí)別和視頻攝像結(jié)合圖象處理的方法；對(duì)超速車輛的管理，則采用現(xiàn)場(chǎng)攔截處罰和記錄備案的管理方法。另外，也有地方在高速公路出口處，以車輛進(jìn)出高速公路的時(shí)間差來(lái)計(jì)算車輛平均速度，從而決定是否超速的管理方法。
雷達(dá)和激光測(cè)速方法通過(guò)安置在固定位置或車上的雷達(dá)系統(tǒng)，直接利用多普勒效應(yīng)對(duì)車輛進(jìn)行速度量測(cè)，測(cè)出超速后，一般立即對(duì)超速車輛進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攔截加以處罰。該方法的優(yōu)點(diǎn)是靈活機(jī)動(dòng)，可在任何地方對(duì)任何移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行速度量測(cè)；激光測(cè)速與雷達(dá)測(cè)速基本相同。新型的雷達(dá)和激光測(cè)速系統(tǒng)往往將速度監(jiān)測(cè)和圖像抓拍集成在一起，使其使用更方便，它們的缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格高，需要大量人工介入，運(yùn)營(yíng)成本高。
地感線圈測(cè)速輔以攝像視頻識(shí)別的方法就是根據(jù)同一車輛通過(guò)安置在車道上的，兩個(gè)相距一定距離的地感線圈的時(shí)間差來(lái)計(jì)算該車輛的平均速度，測(cè)得車輛超速后，啟動(dòng)數(shù)碼攝像機(jī)進(jìn)行抓拍，再將抓拍結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像識(shí)別，以確定超速車輛身份，并傳往監(jiān)控中心，或?qū)⒆ヅ慕Y(jié)果直接傳往前方攔截點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別攔截。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，從而可以不需人工進(jìn)行操作；缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高，安裝管理麻煩，特別是地感線圈的位置與后臺(tái)控制計(jì)算機(jī)相隔一定距離時(shí)，還涉及遠(yuǎn)距離圖像傳輸，因而維護(hù)工作量大。另外，在夜間拍攝時(shí)需要補(bǔ)光，從而需要一定的電源保證，因而監(jiān)控靈活性差，只能在一些有條件的監(jiān)控點(diǎn)使用，不可能實(shí)現(xiàn)全線的有效監(jiān)控。
以車輛進(jìn)出高速公路時(shí)間差來(lái)計(jì)算車輛平均速度的監(jiān)控方法該方法以車輛到達(dá)高速公路出口時(shí)的時(shí)間，減去進(jìn)入高速公路時(shí)的時(shí)間，來(lái)除進(jìn)出口間的距離，從而得到該車在該段高速公路上行駛的“平均速度”。該方法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，而且不需其它投入；缺點(diǎn)則是所計(jì)算的“平均速度”本身，不但不能真實(shí)反映車輛在高速公路不同路段上的實(shí)際行駛速度，而且，還因?yàn)橛?jì)算速度所使用的時(shí)間中，包括車輛中途休息和其它非行駛時(shí)間，因而這種方法，只可能對(duì)極少數(shù)車輛起到監(jiān)管作用。另外，由于高速公路不同路段情況不同，基于安全考慮所設(shè)定的限制速度也不同。該方法卻無(wú)法體現(xiàn)出這種差別。
綜上所述，現(xiàn)有高速公路車輛速度監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，運(yùn)營(yíng)成本高，安裝使用和維護(hù)都比較麻煩；要么過(guò)于簡(jiǎn)單，而不能起到真正的監(jiān)控作用。它們都不能對(duì)高速公路行駛的車輛實(shí)現(xiàn)真正的，有效的全程監(jiān)控，因而不能滿足高速公路管理的普遍需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)現(xiàn)有高速公路車輛速度監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提出一種新的與車輛身份識(shí)別合二為一的車輛速度測(cè)量技術(shù)，和利用這種技術(shù)構(gòu)建的一種簡(jiǎn)單有效的，自動(dòng)化高速公路車輛速度監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本發(fā)明系統(tǒng)主要包括兩部分射頻車輛速度測(cè)量和監(jiān)測(cè)管理兩部分。系統(tǒng)主要由無(wú)線車輛身份牌，無(wú)線固定位置信號(hào)收發(fā)機(jī)，無(wú)線讀寫器以及設(shè)在高速公路進(jìn)出口處的計(jì)算機(jī)組成。
無(wú)線車輛身份牌(以下簡(jiǎn)稱無(wú)線車牌)，無(wú)線固定位置信號(hào)收發(fā)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱信號(hào)機(jī))，以及無(wú)線讀寫器(以下簡(jiǎn)稱讀寫器)，都是由低成本的微功率單芯片無(wú)線收發(fā)機(jī)制成的，可以相互進(jìn)行無(wú)線通信的微型無(wú)線收發(fā)機(jī)。這里的微功率單芯片無(wú)線收發(fā)機(jī)，是指具有完整的接收和發(fā)射無(wú)線信號(hào)功能的單一集成芯片，它也可以只具有接收或發(fā)射的功能；每一個(gè)芯片一般都有一個(gè)唯一的廠家編號(hào)；它們的發(fā)射功率往往在1毫瓦左右；它們具有體積小，成本低，功耗低，抗干擾力強(qiáng)(建議使用直序擴(kuò)頻芯片)，工作穩(wěn)定可靠的特性。因而用它做成的無(wú)線車牌可以只有半個(gè)火柴盒大小，便于攜帶；做成的信號(hào)機(jī)，可以直接嵌入到高速公路旁的柱狀安裝支架中，因而比較安全；做成的讀寫器，類似U盤大小，可以直接插入計(jì)算機(jī)或筆記本電腦，十分方便，因而可在行駛的汽車上，直接對(duì)信號(hào)機(jī)的設(shè)置進(jìn)行遠(yuǎn)距離更改。由于功耗低，因而可以使用電池驅(qū)動(dòng)。無(wú)線車牌和信號(hào)機(jī)都可以使用一次性電池或可充電電池。信號(hào)機(jī)還可配合太陽(yáng)能電池使用。
系統(tǒng)工作原理射頻車輛測(cè)速技術(shù)是利用車載無(wú)線車牌，與具有不同固定位置的信號(hào)機(jī)之間，進(jìn)行射頻信號(hào)交流的時(shí)間差別，來(lái)確定車輛的行駛速度的。
無(wú)線車牌與一般車用無(wú)線防盜控制器大小相同。由被監(jiān)測(cè)的車輛攜帶。它將與公路邊設(shè)置的信號(hào)機(jī)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)交流，并可記錄接收到信號(hào)的時(shí)間。
信號(hào)機(jī)將每隔一定距離(例如2公里或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要確定)，安置在高速公路路邊或上下行車道隔離帶中，它將不停地按預(yù)先設(shè)置的時(shí)間間隔和功率發(fā)射它自身的位置信號(hào)，并在電池電壓低于額定值時(shí)，發(fā)出需要更換電池的信號(hào)，它也可接收來(lái)自無(wú)線車牌發(fā)來(lái)的信號(hào)。信號(hào)機(jī)的信號(hào)覆蓋半徑一般為50-100米左右；讀寫器與進(jìn)出口處的計(jì)算機(jī)相連，用于無(wú)接觸遠(yuǎn)距離讀寫無(wú)線車牌內(nèi)的信息，以及更改無(wú)線車牌和信號(hào)機(jī)的內(nèi)部設(shè)置。高速公路出口處的讀寫器，將讀出每一輛車所攜帶的無(wú)線車牌的所有記錄，包括該車經(jīng)過(guò)每個(gè)信號(hào)機(jī)位置的時(shí)間，以及可能的某個(gè)信號(hào)機(jī)需要更換電池的請(qǐng)求。并利用儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的，關(guān)于各個(gè)信號(hào)機(jī)之間的距離，以及不同車型在不同位置的速度限制的資料，計(jì)算出該車在高速公路每一路段的行駛速度，并與其對(duì)應(yīng)的速度限制相比較，從而確定該車是否在某段高速路上超速，超速多少，并將結(jié)果傳至車輛管理控制中心，或就在現(xiàn)場(chǎng)給以相應(yīng)的處罰。
需要說(shuō)明的是，無(wú)線車牌與信號(hào)機(jī)之間的的信息交流方式有多種1.無(wú)線車牌接收并儲(chǔ)存來(lái)自信號(hào)機(jī)的信息，并將這些信息帶到出口處有計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；(如圖1中1a所示)2.信號(hào)機(jī)接收來(lái)自無(wú)線車牌的信息，并將信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳往公路車輛管理中心，并由中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；(如圖1中1b所示)3.無(wú)線車牌和信號(hào)機(jī)可能既需要發(fā)射信號(hào)，也需要接收信號(hào)，例如如果需要及時(shí)提醒駕駛員超速時(shí)；具體方式的選擇，取決于各方面的考慮。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的有益效果是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而自動(dòng)化程度高，技術(shù)成熟可靠，投資少，運(yùn)營(yíng)成本低。既沒(méi)有復(fù)雜的設(shè)備安裝，操作，和維護(hù)的麻煩，也沒(méi)有與攝像，圖象分析處理和圖像的遠(yuǎn)距離傳輸相關(guān)的問(wèn)題。
同時(shí)，它還可以與高速公路收費(fèi)系統(tǒng)相結(jié)合，一套系統(tǒng)，兩種功能，不需要增加額外的人手，利用現(xiàn)有的高速公路管理系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)高速公路，每公里路段實(shí)現(xiàn)24小時(shí)有效而可靠的全程監(jiān)測(cè)管理，這是其它方法不可能作到的。
另外，如果在車輛領(lǐng)取無(wú)線車牌時(shí)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的拍照存檔，系統(tǒng)所采集到的信息將成為非常有價(jià)值的資料。
比起現(xiàn)有的其它監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)，本發(fā)明的優(yōu)越性和巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的投入低首先，本發(fā)明系統(tǒng)的投入非常低，系統(tǒng)每個(gè)信號(hào)機(jī)的成本約為200元人民幣，加上安裝和其它費(fèi)用總計(jì)應(yīng)在1000元左右。一條200公里長(zhǎng)的高速公路，實(shí)現(xiàn)全程24小時(shí)監(jiān)控，信號(hào)機(jī)包括安裝的總投入不到20萬(wàn)元；每個(gè)讀寫器的成本約在300元左右，整個(gè)高速公路讀寫器的投入約為3萬(wàn)元，計(jì)算機(jī)使用現(xiàn)有進(jìn)出口處的即可；無(wú)線車牌的造價(jià)每個(gè)約為50元人民幣。而現(xiàn)有雷達(dá)，激光測(cè)速儀和常用的地感線圈配合攝像抓拍系統(tǒng)，每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的建立都需要一筆不小的投入。
運(yùn)營(yíng)成本低本發(fā)明系統(tǒng)是全自動(dòng)化的，它的運(yùn)營(yíng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有任何其它系統(tǒng)。它可以完全利用現(xiàn)有收費(fèi)系統(tǒng)的管理人員，不需要增加格外的人手進(jìn)行操作和維護(hù)。而這部分費(fèi)用，對(duì)現(xiàn)有其它監(jiān)控系統(tǒng)而言，是遠(yuǎn)比設(shè)備投入費(fèi)用高得多的長(zhǎng)期存在的費(fèi)用，更不用說(shuō)對(duì)整個(gè)高速公路全程進(jìn)行24小時(shí)的監(jiān)控了。
系統(tǒng)簡(jiǎn)單設(shè)備安裝維護(hù)十分簡(jiǎn)單，操作完全自動(dòng)化。本發(fā)明系統(tǒng)不需要挖路鋪設(shè)地感線圈，安裝攝像設(shè)備和圖象傳輸設(shè)備，不需要專門的技術(shù)人員進(jìn)行操作和維護(hù)；更多的功能現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)方法，一般只適合在某些運(yùn)營(yíng)管理和維護(hù)都比較方便的固定點(diǎn)，對(duì)車輛的超速行為進(jìn)行監(jiān)管，而本發(fā)明可對(duì)車輛進(jìn)行全程24小時(shí)的自動(dòng)監(jiān)管。這無(wú)疑將非常有效的減少高速公路的超速行為，和因此造成的事故給國(guó)家和人民群眾帶來(lái)的各種損失。
此外，由于每輛行經(jīng)高速公路的車輛，在數(shù)據(jù)庫(kù)中都有詳細(xì)的行車記錄，因而對(duì)發(fā)生在高速公路上的車禍，和其它案件的分析，以及高速公路的管理設(shè)計(jì)，將提供寶貴的一手資料。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的組成和工作方式示意圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)速度精度計(jì)算示意圖；圖3是無(wú)線收發(fā)機(jī)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)定位的原理示意圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
為便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，先將與本發(fā)明有關(guān)概念簡(jiǎn)單介紹如下無(wú)線信號(hào)的傳輸在開(kāi)闊空間條件下，一個(gè)具有固定位置的無(wú)線發(fā)射機(jī)A發(fā)射一定功率的射頻信號(hào)，其射頻信號(hào)的強(qiáng)度，與到A點(diǎn)距離的平方成反比。我們可以用公式Tr＝KQ/R2來(lái)表示。這里Tr代表距離無(wú)線發(fā)射機(jī)A為r遠(yuǎn)處的信號(hào)強(qiáng)度，Q代表無(wú)線發(fā)射機(jī)天線端的信號(hào)強(qiáng)度，而K則可以簡(jiǎn)單考慮為衰減系數(shù)，主要取決于發(fā)射和接收天線的高度，天線增益，信號(hào)頻率，傳輸途徑環(huán)境條件等因素。在一般要求不是很高，環(huán)境條件不是非常復(fù)雜的小范圍內(nèi)，我們可以將它當(dāng)作為一個(gè)常數(shù)。
無(wú)線發(fā)射機(jī)的信號(hào)覆蓋半徑一個(gè)與無(wú)線發(fā)射機(jī)A相隔一定距離的接收機(jī)B能否收到無(wú)線發(fā)射機(jī)A的信號(hào)，取決于無(wú)線發(fā)射機(jī)A在接收機(jī)B處的信號(hào)強(qiáng)度，是否大于接收機(jī)B的接收靈敏度。當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度大于接收機(jī)B的靈敏度時(shí)，接收機(jī)B便可以接收到A的信號(hào)。我們將距離A某個(gè)位置處的信號(hào)強(qiáng)度，剛好等于接收機(jī)B的接收靈敏度時(shí)的距離，稱作為A相對(duì)于接收機(jī)B的覆蓋半徑R。R隨A的發(fā)射功率的增大，或B的靈敏度的提高而增加。接收機(jī)B只有處于以A為圓心，R為半徑的圓范圍內(nèi)，才可以收到無(wú)線發(fā)射機(jī)A的信號(hào)。
接收機(jī)的定位半徑同樣的道理，在以上條件不變的情況下，當(dāng)我們將接收機(jī)B的位置固定，讓無(wú)線發(fā)射機(jī)A移動(dòng)，則A只有處于以B為圓心，以A的信號(hào)覆蓋半徑為半徑的一個(gè)園圈范圍內(nèi)，B才可能收到A的信號(hào)，這個(gè)R此時(shí)又稱為接收機(jī)B相對(duì)于無(wú)線發(fā)射機(jī)A的定位半徑。(如圖3所示)在本發(fā)明系統(tǒng)中的信號(hào)機(jī)和無(wú)線車牌，既可以是這里的無(wú)線發(fā)射機(jī)，也可以是接收機(jī)。在其它條件保持不變的情況下，我們可以通過(guò)調(diào)整信號(hào)機(jī)的發(fā)射功率和無(wú)線車牌的接收靈敏度，來(lái)改變信號(hào)機(jī)信號(hào)覆蓋半徑；同樣，我們可以通過(guò)調(diào)整信號(hào)機(jī)本身的接收靈敏度和無(wú)線車牌的發(fā)射功率，來(lái)改變信號(hào)機(jī)，相對(duì)于無(wú)線車牌的定位半徑。
本發(fā)明系統(tǒng)的工作方法(此處只選一種工作方法進(jìn)行說(shuō)明)1.將讀寫器安裝在高速公路進(jìn)出口處的計(jì)算機(jī)上，并安裝相應(yīng)的管理軟件。并在進(jìn)口處準(zhǔn)備一定數(shù)量的無(wú)線車牌。
2.當(dāng)車輛進(jìn)入高速公路時(shí)，將在進(jìn)口處領(lǐng)取一個(gè)無(wú)線車牌，(可同時(shí)拍照備案)并將其放置在車內(nèi)一定位置。
3.根據(jù)高速公路管理的實(shí)際需要，在整個(gè)高速公路上(也可只在個(gè)別路段上)，按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，相隔一定距離(例如2公里)，設(shè)置若干個(gè)信號(hào)機(jī)，它們將按預(yù)先設(shè)置的時(shí)間間隔和功率，發(fā)射自身的位置信號(hào)。
4.當(dāng)車輛行經(jīng)任意一個(gè)信號(hào)機(jī)的附近時(shí)，在距離信號(hào)機(jī)一定距離的范圍內(nèi)，無(wú)線車牌將接收到來(lái)自該信號(hào)機(jī)的位置信號(hào)(當(dāng)某個(gè)信號(hào)機(jī)需要更換電池時(shí)，還會(huì)收到該信號(hào)機(jī)要求更換電池的信號(hào))，并將該信號(hào)和收到信號(hào)的時(shí)間一起儲(chǔ)存起來(lái)。在該信號(hào)機(jī)的信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，同一個(gè)無(wú)線車牌，從進(jìn)入該信號(hào)機(jī)信號(hào)覆蓋范圍開(kāi)始，到離開(kāi)這個(gè)信號(hào)覆蓋范圍，可收到信號(hào)機(jī)在不同時(shí)刻發(fā)出的多個(gè)信號(hào)，無(wú)線車牌使用所有信號(hào)接收到的時(shí)間的平均值，或簡(jiǎn)單地只使用接收到第一個(gè)信號(hào)和最后一個(gè)信號(hào)的時(shí)間的平均值，當(dāng)作該無(wú)線車牌，經(jīng)過(guò)該信號(hào)機(jī)時(shí)的時(shí)刻。同樣，當(dāng)車輛行經(jīng)下一個(gè)信號(hào)機(jī)時(shí)，它將接收到另一個(gè)位置信號(hào)，并得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。
5.當(dāng)車輛來(lái)到高速公路出口處時(shí)，讀寫器將讀出儲(chǔ)存在無(wú)線車牌內(nèi)的所有信息，并將它存入高速公路管理數(shù)據(jù)庫(kù)。利用高速公路管理數(shù)據(jù)庫(kù)中的，或計(jì)算機(jī)內(nèi)的，關(guān)于每個(gè)信號(hào)機(jī)的位置信息，和不同位置不同車型速度限制信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)該車的車型，管理人員立即就知道A.該車是否在某個(gè)路段超速？超速多少？B.是否有哪一個(gè)信號(hào)機(jī)需要更換電池？C.該車經(jīng)過(guò)每一個(gè)信號(hào)機(jī)的時(shí)間。D.所有無(wú)線位置信號(hào)機(jī)是否工作正常？E.是否在存在人為干擾無(wú)線車牌接收信號(hào)機(jī)信號(hào)的情況？這些信息將被存入計(jì)算機(jī)或傳往車輛管理控制中心存檔備案，或在現(xiàn)場(chǎng)直接根據(jù)相關(guān)政策給予超速車輛以處罰。然后，再清理無(wú)線車牌中的記錄，并將其交由進(jìn)口處備用。
6.為了盡量延長(zhǎng)無(wú)線車牌和信號(hào)機(jī)電池的使用壽命和成本，制造無(wú)線車牌的單芯片收發(fā)機(jī)，應(yīng)具有盡可能小的接收功耗和一定的接收靈敏度；信號(hào)機(jī)的發(fā)射功率在調(diào)整到保證每輛車所攜帶的無(wú)線車牌，在距信號(hào)機(jī)一定范圍內(nèi)，在各種環(huán)境條件下(包括無(wú)線車牌在車內(nèi)不同的放置位置)，都能收到信號(hào)機(jī)信號(hào)的同時(shí)，功耗應(yīng)盡可能的小。
7.信號(hào)機(jī)的功率和信號(hào)發(fā)射時(shí)間間隔的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)具體條件進(jìn)行全面考慮，發(fā)射信號(hào)的時(shí)間間隔越短，測(cè)速精度越高(參閱后面相關(guān)章節(jié))，但信號(hào)機(jī)電池的工作時(shí)間也就越長(zhǎng)。它的設(shè)置可以通過(guò)無(wú)線密碼授權(quán)的方式來(lái)加以修改。
8.另外，為了節(jié)約開(kāi)支，在高速公路上下行車道相互靠近的地方，只需將信號(hào)機(jī)布置在上下行車道的隔離帶中，并適當(dāng)調(diào)整信號(hào)機(jī)的發(fā)射功率，便可同時(shí)兼顧上下行車輛的信號(hào)接收。
9.如果任何一個(gè)無(wú)線車牌或信號(hào)機(jī)出現(xiàn)了問(wèn)題，只需簡(jiǎn)單地?fù)Q上一個(gè)新的模塊即可。因而，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)都十分簡(jiǎn)單方便。
10.在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置好后，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的試運(yùn)行和調(diào)整，整個(gè)系統(tǒng)就可以投入使用了。
本發(fā)明系統(tǒng)的測(cè)速精度由于信號(hào)機(jī)，采用的是廣播信號(hào)的發(fā)射方式，而無(wú)線電波的傳輸速度極快，且車輛經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)時(shí)的速度變化也很有限，因而，本發(fā)明系統(tǒng)的定位精度，主要取決于車輛的行駛速度(米/秒)，與兩個(gè)信號(hào)機(jī)之間的距離和每秒鐘內(nèi)信號(hào)發(fā)射次數(shù)的乘積之比。由于我們采用的是收到第一個(gè)信號(hào)和最后一個(gè)信號(hào)的時(shí)間的平均值，因而，我們的測(cè)速誤差為u/fL；其中u為車輛行經(jīng)信號(hào)機(jī)時(shí)的實(shí)際行駛速度(此處假定為50米/秒＝180公里/小時(shí))，f為信號(hào)機(jī)每秒鐘內(nèi)發(fā)射信號(hào)的次數(shù)(此處假定為1次/秒)，L為相鄰兩個(gè)信號(hào)機(jī)的距離(此處假定為2000米)。(如圖2所示)圖中R為信號(hào)機(jī)信號(hào)覆蓋半徑(此處假定為50米)N(＝2Rf/u) 為無(wú)線車牌經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)信號(hào)覆蓋范圍時(shí)收到的信號(hào)次數(shù)(此處為2次)，TA1無(wú)線車牌經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)A時(shí)接收到第一個(gè)信號(hào)的時(shí)刻；TA2無(wú)線車牌經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)A時(shí)接收到第二個(gè)信號(hào)的時(shí)刻；TA＝(TA1+TA2)/2實(shí)際計(jì)算速度時(shí)所使用的車輛經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)A時(shí)的時(shí)間；TB1無(wú)線車牌經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)B時(shí)接收到第一個(gè)信號(hào)的時(shí)刻；TB2無(wú)線車牌經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)B時(shí)接收到第二個(gè)信號(hào)的時(shí)刻；TB＝(TB1+TB2)/2實(shí)際計(jì)算車輛速度時(shí)所使用的車輛經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)B時(shí)的時(shí)間tA實(shí)際車輛經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)A時(shí)的時(shí)間tB實(shí)際車輛經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)B時(shí)的時(shí)間u＝L/(tB-tA)＝L/Δt 車輛實(shí)際行駛速度U＝L/(TB-TA)＝L/ΔT 本發(fā)明計(jì)算的車輛速度ER 最大速度測(cè)量誤差ER＝(U-u)/u＝Δt/ΔT-1＝(L/u)/{(L-2R/N)/u}-1＝2R/(NL-2R)＝1/(fL/u-1)由于通常fL/u遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，因而，ER≈u/fL由于速度u是以米/秒為單位，L以米為單位，f以1/秒為單位，顯然，對(duì)于高速公路速度監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)來(lái)講，將信號(hào)機(jī)的間距設(shè)置為2000米，信號(hào)發(fā)射間隔時(shí)間為每秒2次就足以滿足速度測(cè)量精度的需要了。此時(shí)，對(duì)于行駛速度低于每小時(shí)180公里(＝50米/秒)的汽車而言，最大測(cè)速誤差ER＝50/(2×2000)＝1.25％另外，由于ER＝2R/(NL-2R)，如果我們將收到任意一個(gè)信號(hào)的時(shí)間，作為無(wú)線車牌經(jīng)過(guò)該信號(hào)機(jī)的時(shí)間，則系統(tǒng)最大測(cè)速誤差為ER＝2R/(L-2R)。顯然，當(dāng)這個(gè)最大誤差值滿足系統(tǒng)測(cè)速精度要求時(shí)，就意味著我們可以使用任意一個(gè)信號(hào)的時(shí)間作為無(wú)線車牌經(jīng)過(guò)該信號(hào)機(jī)的時(shí)間，而不必使用多個(gè)信號(hào)時(shí)間的平均值來(lái)計(jì)算車輛行駛速度。
從以上的計(jì)算結(jié)果可以看出，在影響測(cè)速精度的幾個(gè)因素中，車輛行駛速度變化范圍有限，而且是一個(gè)我們無(wú)法改變的客觀量，但單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)機(jī)發(fā)射信號(hào)的次數(shù)，信號(hào)及無(wú)線車牌之間的通信范圍，以及信號(hào)機(jī)之間距離的設(shè)置，則應(yīng)根據(jù)客觀具體情況進(jìn)行全面考慮來(lái)決定。但有一點(diǎn)必須要注意的是我們應(yīng)該盡可能保證每一個(gè)信號(hào)機(jī)，在來(lái)車方向和駛離方向上信號(hào)覆蓋范圍的一致性，即我們不一定要保證每一個(gè)信號(hào)機(jī)與無(wú)線車牌在來(lái)車方向上與駛離方向上的通信距離都相等，但我們應(yīng)力爭(zhēng)做到所有信號(hào)機(jī)與無(wú)線車牌在來(lái)車方向或駛離方向上都有同樣的通信距離(一致性)。
實(shí)施實(shí)例分析假設(shè)某條高速公路全長(zhǎng)為200公里，共有進(jìn)出口20個(gè)，每個(gè)出口平均有4個(gè)通道。交通管理當(dāng)局計(jì)劃在整個(gè)高速公路對(duì)車輛進(jìn)行速度監(jiān)測(cè)，因而平均每隔2公里距離需要設(shè)置一個(gè)信號(hào)機(jī)。同時(shí)，假定整個(gè)高速公路，有160公里路段的上下行方向車道之間相距不遠(yuǎn)，可以使用同一個(gè)信號(hào)機(jī)。因而，整個(gè)高速公路需要安置大約120個(gè)左右，每個(gè)信號(hào)機(jī)價(jià)格約為200元人民幣，包括其它輔助設(shè)備及安裝成本在1000-1500元人民幣范圍，總計(jì)需要投資15萬(wàn)元左右；大約需要讀寫器100個(gè)，每個(gè)讀寫器成本約為人民幣300元，需要投資3萬(wàn)元左右，計(jì)算機(jī)只需使用現(xiàn)有設(shè)備即可；每個(gè)無(wú)線車牌的銷售價(jià)假設(shè)為80元人民幣，按整條高速公路需要使用10000個(gè)計(jì)算，需要投資80萬(wàn)元。這樣，在一條200公里長(zhǎng)的高速公路上，建立一條24小時(shí)全線車輛速度監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，總的設(shè)備投入還不到100萬(wàn)元。
權(quán)利要求
1.公路射頻車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一種對(duì)公路上行駛的車輛的速度進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)超速行駛的車輛進(jìn)行身份識(shí)別和管理的系統(tǒng)。其特征在于本發(fā)明系統(tǒng)由安置在公路上固定位置，包括公路進(jìn)口處的信號(hào)機(jī)，隨車攜帶的無(wú)線車牌，公路出口處與計(jì)算機(jī)相連的無(wú)線車牌讀寫器和計(jì)算機(jī)組成；無(wú)線車牌和信號(hào)機(jī)之間可以進(jìn)行射頻信號(hào)交流；這種交流，既可以是信號(hào)機(jī)將自身的位置編碼信息，必要時(shí)包括時(shí)鐘信息寫入無(wú)線車牌；也可以是無(wú)線車牌將自身的身份碼信息傳遞給信號(hào)機(jī)；計(jì)算機(jī)內(nèi)儲(chǔ)存有信號(hào)機(jī)的位置信息，以及其它與公路管理相關(guān)的信息，它們主要用于車輛的超速計(jì)算和管理等；這里所述的計(jì)算機(jī)，可以是一般意義上的PC機(jī)，也可以是無(wú)線車牌，信號(hào)機(jī)內(nèi)的單片機(jī)；這里所述的公路包括一般公路和高速公路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述射頻車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)無(wú)線車牌與信號(hào)機(jī)之間的信息交流，采用的是由信號(hào)機(jī)將自身的位置編碼信息，必要時(shí)包括時(shí)鐘信息寫入無(wú)線車牌的方式時(shí)，無(wú)線車牌將把它所經(jīng)過(guò)的每一個(gè)信號(hào)機(jī)的位置編碼信息，以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息，儲(chǔ)存起來(lái)，并隨車帶往公路出口處，再通過(guò)出口處的無(wú)線車牌讀寫器，讀入計(jì)算機(jī)中；讀寫器讀取無(wú)線車牌內(nèi)儲(chǔ)存的信息的方式，可以是有線的，也可以是無(wú)線的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述射頻車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)無(wú)線車牌與信號(hào)機(jī)之間的信息交流，采用的是無(wú)線車牌將自身的身份碼信息傳遞給信號(hào)機(jī)的方式時(shí)，所有的信號(hào)機(jī)將由網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，連接信號(hào)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，將把路徑每一個(gè)信號(hào)機(jī)的無(wú)線車牌身份碼信息，連同該信號(hào)機(jī)的位置編碼信息，以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息，傳給公路有關(guān)管理控制中心的計(jì)算機(jī)；這個(gè)網(wǎng)絡(luò)既可以是有線的，也可以是無(wú)線的，還可以是有線無(wú)線混合的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述射頻車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于隨車攜帶的無(wú)線車牌，與任意兩個(gè)相鄰的信號(hào)機(jī)之間進(jìn)行的射頻信號(hào)交流的時(shí)間差別，以及這兩個(gè)信號(hào)機(jī)之間的實(shí)際距離，被用來(lái)確定該車輛在這兩個(gè)信號(hào)機(jī)之間行駛的平均速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4所述的射頻車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的車輛速度計(jì)算方法，其特征在于在計(jì)算車輛經(jīng)過(guò)某兩個(gè)信號(hào)機(jī)之間路段的平均速度時(shí)，所使用的無(wú)線車牌與信號(hào)機(jī)之間進(jìn)行射頻信號(hào)交流的時(shí)間，既可是無(wú)線車牌在與信號(hào)機(jī)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)交流的整個(gè)期間內(nèi)，無(wú)線車牌或信號(hào)機(jī)接收到的多個(gè)信號(hào)的時(shí)間的平均值，也可是期間內(nèi)接收到任意一個(gè)信號(hào)的時(shí)間，取決于系統(tǒng)對(duì)速度測(cè)量精度的要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述射頻車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它既是一個(gè)車輛測(cè)速系統(tǒng)，又是一個(gè)車輛識(shí)別系統(tǒng)，系統(tǒng)中用于車輛速度計(jì)算的信息總是和車輛的身份識(shí)別信息在一起的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4或5所述射頻車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中的無(wú)線車牌，信號(hào)機(jī)和讀寫器，都是由微功率單芯片無(wú)線收發(fā)機(jī)制成的，可以相互進(jìn)行無(wú)線通信的微功率無(wú)線收發(fā)機(jī)，其中，無(wú)線車牌可以只具有接收功能，信號(hào)機(jī)可以只具有發(fā)射功能，但它們也可以同時(shí)具有收發(fā)兩種功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4，5或7所述射頻車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中的無(wú)線車牌，信號(hào)機(jī)和讀寫器，它們之間進(jìn)行無(wú)線通信時(shí)，所使用的頻率是2.4Ghz免費(fèi)頻段，采用的通信方式，是抗干擾能力強(qiáng)的直序擴(kuò)頻方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及高速公路車輛的速度監(jiān)測(cè)管理。本發(fā)明解決了現(xiàn)有高速公路車輛速度監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，安裝使用和維護(hù)都比較麻煩因而運(yùn)營(yíng)成本高的缺點(diǎn)，公開(kāi)了一種全新的，24小時(shí)全程高速公路自動(dòng)化射頻車輛速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果是系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉，而且測(cè)速精確，工作可靠。更重要的是，它不僅建設(shè)投入低，使用維護(hù)也十分簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)成本更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的其它高速公路速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它將測(cè)速和車輛識(shí)別完全結(jié)合在一起了。同時(shí)，它可以完全利用現(xiàn)有高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)就可以進(jìn)行工作了。一套系統(tǒng)，兩種功能。本發(fā)明必將給高速公路車輛超速行駛的管理帶來(lái)根本性的變化。
文檔編號(hào)G08G1/017GK101017610SQ20061002146
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者廖應(yīng)成 申請(qǐng)人:成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司