專利名稱：基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種路橋收費方法，尤其是一種基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法。
技術(shù)背景路橋電子自動收費(Electronic Toll Collection，簡稱ETC)是智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System，簡稱ITS)中的一個重要分支，是為了克服傳統(tǒng)路橋人工收費系統(tǒng)(Manual Toll Collection，簡稱MTC)中用戶需停車且需要相關(guān)人員配合參與的情況下才能完成收費的缺陷而提出的。它基于專用短程通信(Dedicated Short Range Communication，簡稱DSRC)技術(shù)而實現(xiàn)，感應(yīng)式車載單元(On Board Unit，簡稱OBU)和路側(cè)基站單元(RoadSide Unit，簡稱RSU)是此系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。ETC收費方式中，系統(tǒng)采用車載單元作為收費介質(zhì)，而在MTC收費方式中，則普遍利用感應(yīng)式IC卡作為收費介質(zhì)，以存儲車輛的相關(guān)特征信息、通行信息以及付費信息等。
以往的傳統(tǒng)ETC收費方式中，有基于單片式車載單元以及基于雙片式車載單元兩種主要的方式。
基于單片式車載單元實現(xiàn)自動收費應(yīng)用是業(yè)界最早采用的方法，在該方法中，車載單元存儲安裝于用戶車輛上，用于存儲用戶付款帳號、車輛參數(shù)等基本信息和過路信息；路側(cè)基站單元則安裝于收費站，通過射頻無線鏈路與車載單元通信，讀寫車載單元信息并與收費站的計算機系統(tǒng)通信。用戶驅(qū)車通過收費站時，收費站計算機系統(tǒng)根據(jù)路側(cè)基站單元從車載單元讀取的信息如帳號、車類型、入口信息等自動計算用戶需繳付的費額，并啟動車道系統(tǒng)動作，如費額顯示、交通燈控制、欄桿開啟等，該過程在幾十～幾百毫秒內(nèi)完成，車輛無需停車即可通過收費站。收費站計算機將過車記錄信息匯總至數(shù)據(jù)管理和資金清算系統(tǒng)，后者根據(jù)過車記錄信息從用戶帳戶中扣除既定的款項。
很明顯，這種收費方法具備如下缺點1.必須在封閉式路網(wǎng)的所有收費站的入口和出口方向各至少設(shè)計一條自動收費專用車道，導(dǎo)致系統(tǒng)規(guī)模龐大，一次性投資高，建設(shè)周期長，風(fēng)險大，不利于在聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)中進行試點和推廣。
2.大多數(shù)入口收費站和出口收費站的交通量小，車道數(shù)少，單獨劈出一條收費車道用于專用電子收費，既困難，又不經(jīng)濟。
3.在入/出口方向各設(shè)計一條收費車道的情況下，專用電子收費系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，將危及整個系統(tǒng)的正常運行，系統(tǒng)可靠性和健壯將無法得到保障。
于是，隨著技術(shù)的發(fā)展，有人提出了基于以接觸方式讀寫IC卡的雙片式車載單元而實現(xiàn)電子自動收費應(yīng)用的方法(參見專利文件“一種路橋隧綜合電子收費方法”，專利公開號1340794)。
基于以接觸方式讀寫IC卡的傳統(tǒng)型雙片式車載單元的電子自動收費方法，是作為基于單片式車載單元收費方式的一種變形，其方案是在感應(yīng)式車載單元上設(shè)置接觸式IC卡讀寫接口，可以讀取IC卡的信息。用戶另外還持一種兼有非接觸式和接觸式讀寫功能的雙界面IC卡(以下簡稱雙界面IC卡)，一方面可以單獨在人工收費車道上以非接觸方式使用該卡，這種情況仍然需要停車處理；另外一方面可以將該IC卡插入雙片式車載單元中，以接觸方式對IC卡進行讀寫，在自動收費專用車道上使用，這種方式無須停車，但強調(diào)了必須使用自動收費專用車道。
可見，此方法的整個收費過程基本同單片式傳統(tǒng)型標簽，不同的是該方式解決了ETC系統(tǒng)與已有的MTC系統(tǒng)協(xié)作使用的問題，從而在一定程度上節(jié)省了業(yè)主的投資，不需要在每個收費站配備自動收費專用車道。
這種以接觸方式讀寫IC卡的雙片式傳統(tǒng)型車載單元的電子自動收費方法相對于單片式傳統(tǒng)型車載單元的方案有諸多優(yōu)點，只需要在車流量相對較大的收費站配備自動收費專用車道，并對原有的人工收費系統(tǒng)作出少量改造，在某種程度上節(jié)省了系統(tǒng)改造的成本。但是，在實踐當中，業(yè)界發(fā)現(xiàn)該種方式仍然存在著諸多不足與缺陷1.該方法僅僅解決了基于單片式車載單元的ETC系統(tǒng)與已有的MTC系統(tǒng)協(xié)作使用的問題，當其使用以接觸方式讀寫的IC卡時，就必須用到自動收費專用車道，意味著要實現(xiàn)自動收費，自動收費專用車道的建設(shè)是一種先決條件；而在MTC系統(tǒng)中使用非接觸方式讀寫的IC卡時，就必須停車。無論是在使用接觸方式讀寫的抑或是非接觸方式讀寫的IC卡時，均無法同時從根本上解決一不用建設(shè)自動收費專用車道，二不用停車收費的問題。
2.該方法要求在原有收費系統(tǒng)中增加新的用戶卡類型，勢必增加系統(tǒng)投資、系統(tǒng)改造的難度。人工收費系統(tǒng)普遍采用非接觸式的邏輯加密卡作為存儲介質(zhì)，而雙片式車載單元采用的雙界面IC卡目前在市面上只有雙界面CPU卡產(chǎn)品形式。因而必須在原有系統(tǒng)中增加對雙界面CPU卡的讀寫，對其收費系統(tǒng)車道軟件進行新的開發(fā)改造，以及對原有IC卡讀寫機具進行更新，改造需要較大的工作量和難度，而且業(yè)主往往不愿意接受在系統(tǒng)中采用兩套IC卡，也不支持改造原有系統(tǒng)。
3.新采用的IC卡的數(shù)據(jù)存在難以與原有IC卡數(shù)據(jù)兼容的問題(如合法性認證方法等)，后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)需要更改，同時對應(yīng)的IC卡發(fā)行系統(tǒng)也需要改造以支持新的卡類型。涉及改造面較廣，系統(tǒng)建設(shè)難度較大，與原有人工收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息融合難度也大。
4.由于車載單元采用接觸讀寫方式與IC卡進行通信，IC卡提供裸露的金屬觸點，車載單元上的IC卡座提供與該觸點接觸的金屬簧片，IC卡與車載單元之間的通信是通過兩者接觸連接而實現(xiàn)的。如此，IC卡的金屬觸點和車載單元上IC卡座的金屬簧片容易受環(huán)境條件如靜電、摩擦、氧化等因素影響而被損壞，其使用壽命和可靠性也因此大打折扣。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要克服上述不足，提供一種不必建造自動收費專用車道也能實現(xiàn)不停車收費的基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種便于對現(xiàn)有路橋收費系統(tǒng)進行改造，保證系統(tǒng)兼容性，節(jié)約改造成本且使設(shè)備更為耐用的基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法，包括如下步驟(1)建立并保持車載單元與路側(cè)基站單元的通信信道；(2)計算機系統(tǒng)通過側(cè)基站單元對車載單元的數(shù)據(jù)進行處理；(3)建立并保持車載單元與感應(yīng)式IC卡之間的通信信道；
(4)計算機系統(tǒng)通過路側(cè)基站單元及車載單元對感應(yīng)式IC卡的數(shù)據(jù)進行處理，完成收費操作；(5)斷開各通信信道；其中，在步驟(3)中，車載單元用其內(nèi)設(shè)的無線通信模塊與感應(yīng)式IC卡之間建立基于無線感應(yīng)通信的通信信道。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點包括如下幾方面1.不需如基于單片式車載單元的傳統(tǒng)ETC系統(tǒng)一樣獨立劈出一個車道作為自動收費專用車道，用戶驅(qū)車進入收費區(qū)時，通過自動建立的各個無線通信信道，實現(xiàn)完全自動收費過程，期間耗時極短，無需停車。
2.完全兼容現(xiàn)有MTC系統(tǒng)，包括對其非接觸方式的感應(yīng)式IC卡的支持以及對其計算機系統(tǒng)、路側(cè)基站單元的設(shè)施的完全兼容，表現(xiàn)在無需更換IC卡，無需對計算機系統(tǒng)的軟件及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行改造，大大節(jié)約改造成本，降低改造難度，提高投資回報率。
3.由于解決了與傳統(tǒng)MTC系統(tǒng)的兼容問題，故可不考慮采用新的IC卡的情況，避免出現(xiàn)新舊IC卡不兼容的問題。
4.所采用的感應(yīng)式IC卡基于無線通信感應(yīng)以非接觸方式與車載單元進行數(shù)據(jù)傳輸，故而避免了以接觸方式讀寫的IC卡因其本身固有的裸露金屬觸點與車載單元的金屬簧片的接觸而導(dǎo)致的機械磨損、氧化等問題，保證了車載單元及感應(yīng)式IC卡的使用壽命，使車載單元及感應(yīng)式IC卡更為耐用。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明
圖1為本發(fā)明對應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；圖2為本發(fā)明的工作流程示意圖。
具體實施方式請參閱圖1，本發(fā)明基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法包括如下步驟(1)建立并保持車載單元3與路側(cè)基站單元1的通信信道；(2)計算機系統(tǒng)2通過路側(cè)基站單元1對車載單元3的數(shù)據(jù)進行處理；(3)車載單元3用其內(nèi)設(shè)的無線通信模塊31建立并保持其與感應(yīng)式IC卡4之間基于無線感應(yīng)通信的通信信道；(4)計算機系統(tǒng)2通過路側(cè)基站單元1及車載單元3對感應(yīng)式IC卡4的數(shù)據(jù)進行處理，完成收費操作；(5)斷開各通信信道。
請再參閱圖1，與本發(fā)明基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法對應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)成主要包括感應(yīng)式IC卡4、車載單元3、路側(cè)基站單元1和計算機系統(tǒng)2。感應(yīng)式IC卡4與車載單元3之間通過電磁耦合的方式近距離(10cm以下)無線感應(yīng)通信，車載單元3與路側(cè)基站單元1之間通過專用短程通信(DSRC)技術(shù)長距離(可達10米以上)通信，路側(cè)基站單元1與計算機系統(tǒng)2之間通過串行口或者以太網(wǎng)等有線連接的方式通信，從而建立了一個完整的信息通路，可實現(xiàn)感應(yīng)式IC卡4、車載單元3、路側(cè)基站單元1和計算機系統(tǒng)2間的自由信息交互。
車載單元3具有DSRC和感應(yīng)式IC卡復(fù)合通信功能，其內(nèi)設(shè)一無線通信模塊31，包括卡讀寫芯片和射頻天線兩部分，遵循ISO14443等協(xié)議，以無線通信的方式與感應(yīng)式IC卡4交互信息。以非接觸方式讀寫的感應(yīng)式IC卡4從車載單元3的卡讀寫芯片及射頻天線發(fā)來的射頻信號中取得能量為自身供電。此外，車載單元3還具備高頻的DSRC無線通信接口，以DSRC協(xié)議方式與路側(cè)基站單元1交互信息。再者，車載單元3還可設(shè)置LCD顯示、紅綠燈指示、蜂鳴器、按鍵、有線數(shù)據(jù)下載接口等可選組件。車載單元3通過一定的方式固定于汽車擋風(fēng)玻璃內(nèi)、駕駛臺表面或者駕駛室的內(nèi)嵌卡座中，感應(yīng)式IC卡4通過卡座或者其它的方式附著在車載單元3附近。
在ETC應(yīng)用下，車載單元3主要存儲車輛的關(guān)鍵信息如車牌號、車載重、車輛類型等；感應(yīng)式IC卡3中存儲用戶帳號(或者電子錢包)、過路信息等。下面結(jié)合圖1和圖2詳細說明本發(fā)明所對應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)成的工作流程(1)路側(cè)基站單元1周期性廣播信號以搜尋車載單元3；(2)車載單元3用戶驅(qū)車進入ETC車道中的DSRC通信區(qū)后，車載單元3被路側(cè)基站單元1廣播信號喚醒并上電；(3)車載單元3收到路側(cè)基站單元1廣播信號后向路側(cè)基站單元1應(yīng)答；(4)路側(cè)基站單元1收到車載單元3應(yīng)答后開啟專用的DSRC通信信道給該車載單元3，后續(xù)通信都基于該專用通信信道；
(5)路側(cè)基站單元1與車載單元3之間雙向認證以確認彼此的合法性；(6)路側(cè)基站單元1發(fā)送讀取車載單元3內(nèi)存儲區(qū)特定信息的指令到車載單元3；(7)車載單元3收到指令后按要求將內(nèi)容發(fā)送至路側(cè)基站單元1；(8)路側(cè)基站單元1將收到的信息發(fā)送至計算機系統(tǒng)2，并接收計算機系統(tǒng)2發(fā)來的確認信息；(9)路側(cè)基站單元1向車載單元3發(fā)送讀取感應(yīng)式IC卡4內(nèi)存儲區(qū)特定信息的指令；(10)車載單元3利用卡讀寫芯片及相關(guān)射頻天線電路與感應(yīng)式IC卡4建立通信信道，基于無線感應(yīng)通信進行非接觸方式的通信，完成信息讀取過程；(11)車載單元3將讀取到的感應(yīng)式IC卡4信息通過DSRC通信信道發(fā)送到路側(cè)基站單元1，再由路側(cè)基站單元1轉(zhuǎn)發(fā)至計算機系統(tǒng)2；(12)路側(cè)基站單元1將感應(yīng)式IC卡4信息發(fā)送至計算機系統(tǒng)2，計算機系統(tǒng)2校驗車載單元3上的標簽數(shù)據(jù)和感應(yīng)式IC卡4數(shù)據(jù)的合法性和有效性，確認后向路側(cè)基站單元1發(fā)送交易參數(shù)信息(如交易金額、需寫入的過路信息等)；(13)路側(cè)基站單元1通過車載單元3完成與感應(yīng)式IC卡4的交易認證過程(車載單元3充當信息轉(zhuǎn)發(fā)器)；(14)路側(cè)基站單元1通過車載單元3完成與感應(yīng)式IC卡4的交易過程(車載單元3充當信息轉(zhuǎn)發(fā)器)，交易過程涉及消費或者寫過路信息等操作，主要有如下幾種情況a.如果是“入口”工作方式，則寫入入口信息；b.如果是“出口”工作方式，則查找費率表，并進行收費扣款；c.如果是“標識站”工作方式，則寫入本標識站信息；d.如果式“合建站”工作方式，則查找費率表，進行收費扣款，并寫入本站信息；e.如果是“開放式”工作方式，則查找費率表，并進行收費扣款；(15)完成交易過程后，路側(cè)基站單元1向計算機系統(tǒng)2發(fā)送交易記錄信息，并接收計算機系統(tǒng)2的確認，路側(cè)基站單元1向車載單元3發(fā)送“結(jié)束會話”指令，車載單元3回復(fù)“睡眠”狀態(tài)，車載單元3與感應(yīng)式IC卡4以及車載單元3與路側(cè)基站單元1之間的通信信道均被關(guān)閉，車輛無需停車，快速通過收費站點。
(16)回跳至(1)。
由此可見，本發(fā)明基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法向下完全兼容傳統(tǒng)MTC收費系統(tǒng)而不用用戶停車進行收費，不需建立用于實現(xiàn)基于單片式車載單元的傳統(tǒng)ETC系統(tǒng)的自動收費專用車道，不需對現(xiàn)有的計算機系統(tǒng)的軟件及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行改造，大大節(jié)省對現(xiàn)有收費系統(tǒng)的改造成本，此外，本發(fā)明的應(yīng)用也保證了車載設(shè)備即車載單元及感應(yīng)式IC卡的耐用性，易被用戶接受，實現(xiàn)了完全意義上的路橋自動收費功能，促使路橋收費上了一個新的臺階。
權(quán)利要求
1.一種基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法，包括如下步驟(1)建立并保持車載單元與路側(cè)基站單元的通信信道；(2)計算機系統(tǒng)通過路側(cè)基站單元對車載單元的數(shù)據(jù)進行處理；(3)建立并保持車載單元與感應(yīng)式IC卡之間的通信信道；(4)計算機系統(tǒng)通過路側(cè)基站單元及車載單元對感應(yīng)式IC卡的數(shù)據(jù)進行處理，完成收費操作；(5)斷開各通信信道；其特征在于在步驟(3)中，車載單元用一無線通信模塊與感應(yīng)式IC卡之間建立并保持基于無線感應(yīng)通信的通信信道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法，其特征在于在步驟(3)中，具體還包括如下步驟(3.1)計算機系統(tǒng)驅(qū)動路側(cè)基站單元向車載單元發(fā)送讀取感應(yīng)式IC卡內(nèi)存儲區(qū)特定信息的指令；(3.2)車載單元利用其無線通信模塊與感應(yīng)式IC卡建立并保持實現(xiàn)無線感應(yīng)通信的通信信道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法，其特征在于所述感應(yīng)式IC卡及車載單元之間的無線感應(yīng)通信是采用電磁耦合方式實現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明基于感應(yīng)式車載單元的組合式路橋自動收費方法包括如下步驟(1)建立并保持車載單元與路側(cè)基站單元的通信信道；(2)計算機系統(tǒng)通過路側(cè)基站單元對車載單元的數(shù)據(jù)進行處理；(3)車載單元用其內(nèi)設(shè)的無線通信模塊建立并保持與感應(yīng)式IC卡之間基于無線感應(yīng)通信的通信信道；(4)計算機系統(tǒng)通過路側(cè)基站單及車載單元對感應(yīng)式IC卡的數(shù)據(jù)進行處理，完成收費操作；(5)斷開各通信信道。如此，本發(fā)明向下兼容MTC系統(tǒng)而不用用戶停車收費，不需建立用于實現(xiàn)傳統(tǒng)ETC系統(tǒng)的自動收費專用車道，不需對軟件及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行改造，既節(jié)省成本，也保證了車載單元及感應(yīng)式IC卡的耐用性，易被接受，實現(xiàn)了完全意義上的路橋自動收費功能。
文檔編號G07B15/06GK1707525SQ20051003441
公開日2005年12月14日 申請日期2005年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月8日
發(fā)明者沈斌 申請人:廣東聯(lián)合電子收費股份有限公司