CN103021035A - 一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***，包括车道主控制器、车牌识别单元、天线、电动栏杆、费额显示器、落杆线圈和车道摄像机，天线向斜下方投射形成天线通信覆盖区域，天线通信覆盖区域两边设置有车辆隔离装置，车道主控制器分别与车牌识别单元、天线、电动栏杆、费额显示器、落杆线圈和车道摄像机相连接，其特征是：所述车道主控制器连接有激光雷达。本发明的有益效果是：保证了车辆通行速度和交易成功率，降低了因跟车干扰需要倒车的几率，可识别车辆车型，杜绝更换OBU逃费，可统计车辆在车道的瞬时速度，可统计ETC车道的车辆拥堵程度，可以识别有效通讯时车辆的准确位置，可做到完全不切割地感线圈。

Description

一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***

（一）        技术领域

    本发明涉及一种电子不停车收费***，特别涉及一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***。

（二）        背景技术

在电子不停车收费***（ETC）中，车辆通过车载单元（OBU）与天线（RSU）进行微波通信，完成电子不停车收费交易，车道布局、设备配置和交易流程等已在高速公路联网不停车收费标准中有明确规定。其中RSU与OBU之间通信区域的调整是ETC车道***调试的难点，通过调整RSU的发射功率和倾斜角度可以调整通信区域的长短，但单纯依靠调整通信区域存在以下问题：

（1）通信区域过长时，会存在多辆车同时处于天线通信区域的情况，当前面的车辆因无电子标签等原因产生交易异常，而后车正常交易时，ETC***区分不了是哪一辆车完成的交易，就会出现所谓跟车干扰的问题，此时前车被放行而后车无法通过，从而引起用户投诉或者高速公路通行费损失。

（2）如果限定通信区域的长度，保证在电动栏杆前有车时，后车的前挡风玻璃（OBU安装位置）不会进入通信区域，那么通信区域可能就非常短，对某些车辆，这个区域不足以唤醒OBU完成交易抬起栏杆，车辆只能慢速通过，从而降低了ETC车道的通行效率。

（3）有效的通信区域受OBU安装角度、车辆前挡风玻璃对OBU的屏蔽、OBU的灵敏度和剩余电量等多种因素影响，单纯依赖通讯区域长度的限定无法满足所有车辆的快速通行需要。

另外车型是车辆收费的重要依据，而目前ETC***判别车辆的车型只依赖OBU内存储的车型，因为ETC***正常运行时无人干预，如果存在大车使用小车的OBU偷逃通行费的情况，很难被发现，从而会给高速公路运营方带来较大损失。

现有的ETC***依赖埋设的电磁感应线圈判断车辆的平均通过速度，而在车辆被拦截时，如果车辆未压到超过2个以上的电磁感应线圈，就无法计算车速，更无法计算车辆在有效通信区域的车速，在遇到用户因为被拦截而投诉时，无法知道确切的原因。使用电磁感应线圈也难以跟踪倒车或转向其它车道的车辆，从而无法统计ETC车道的车辆交易成功率。

因为存在个体差异，有的OBU过于灵敏，从而在距离栏杆很远时就能完成交易，很容易因为单个车辆产生跟车干扰，但在现有的ETC***中无法知晓车辆交易时的准确位置，从而难以对***进行调校。

现在已存在在车道埋设多个电磁感应线圈，将车道分割成多个通信区域的ETC***，但在某些路段不具备埋设电磁感应线圈的条件，在其它路段埋设线圈需要破坏路面，埋设后无法调整位置，在路面施工时需要重新切割，维护工作量大，而且难以准确确定每一辆车的具***置和行驶方向。

（三）        发明内容

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种可避免因跟车干扰导致误放行未扣费车辆、保证车辆通行速度、可识别车辆车型和有效通讯时车辆准确位置、防止车辆更换OBU偷逃通行费、可统计车辆在车道瞬时速度和车辆拥堵程度、提高ETC车道车辆交易成功率、安装维护方便的使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***。

本发明是通过如下技术方案实现的： 

一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***，包括车道主控制器、车牌识别单元、天线、电动栏杆、费额显示器、落杆线圈和车道摄像机，天线向斜下方投射形成天线通信覆盖区域，天线通信覆盖区域两边设置有车辆隔离装置，车道主控制器分别与车牌识别单元、天线、电动栏杆、费额显示器、落杆线圈和车道摄像机相连接，其特征是：所述车道主控制器连接有激光雷达。

所述天线和激光雷达安装在龙门架上，费额显示器安装于电动栏杆前面，落杆线圈安装于电动栏杆后面，车道摄像机安装于电动栏杆后方，车牌识别单元焦距对准天线通信覆盖区域远端所在位置。

所述激光雷达的扫描结果用于判别天线通信覆盖区域至电动栏杆之间的车辆数量、车辆位置、车辆行驶速度和行驶方向。

所述激光雷达扫描的车辆特征配合车牌识别结果与车载单元车辆信息帧内的车辆特征对比，在天线通信覆盖区域至电动栏杆之间有多辆车时，判别收到的车载单元车辆帧信息是否为第一辆车。

所述激光雷达扫描的车辆特征进行车型判别，并与车载单元车辆信息帧内的车长、车高等车辆特征数据进行对比，判别车辆安装的车载单元内记录的车辆信息是否真实。

所述使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***记录交易过程中的车辆位置、瞬时速度、车道拥堵程度等数据，这些数据可用于使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***车道的调优。

所述天线和激光雷达位于车道中心线上方5.5米处，龙门架与电动栏杆的距离为4米，天线和激光雷达与天线通信覆盖区域远端的距离为14米，天线与天线通信覆盖区域近端的距离为2米，车牌识别单元与天线通信覆盖区域远端的距离为5米，天线通信覆盖区域近端与电动栏杆的距离为6米。

本发明的有益效果是：

（1）保证车辆通行速度和交易成功率。激光雷达可以识别天线通信覆盖区域到电动栏杆之间的车辆数，在无法判断OBU车辆信息帧是否属于首辆车时可以报警不予处理，因而可以通过增大天线功率和调整天线倾角的方式加长天线通信覆盖区域，车辆快速通行时，因而交易时间可以得到保证。在天线通信覆盖区域长12米，车速在40千米/小时时，可用交易时间在1秒以上，远大于车辆交易所需时间，因而可在车辆快速通行时保证交易成功率。

（2）降低因跟车干扰需要倒车的几率。激光雷达可以跟踪天线通信覆盖区域到电动栏杆之间所有车辆的位置坐标，识别车长、车高、车型、车速等数据，***由此将车牌识别结果匹配到每一辆车，在2辆同样尺寸的车等待ETC交易时，假设车牌整体识别率为96%，则只有0.16%的几率因***无法区分哪一个OBU为首辆车的OBU，因跟车干扰需要倒车。因保证了车辆通过ETC车道的速度，车速较快时，车距拉大，加上标志标牌引导，多辆车同时等待ETC交易的几率降低，因跟车干扰需要倒车的几率更低。

（3）识别车辆车长、车高、车型，杜绝更换OBU逃费。激光雷达可以识别车辆的车长、车高、车型，通过与OBU内记录信息比较，可以及时发现OBU发行时可能出现的大车小标、车主在不触发OBU防拆机制的前提下将小车OBU转移到大车上而偷逃通行费的行为。在发现车型不符时可以现场拦截，或者通过ETC车道采集的数据进行事后稽核。

（4）统计车辆在车道的瞬时速度、车辆交易成功率。激光雷达可以计算出车辆在不同坐标位置的瞬时速度，如果车速远大于ETC车道限速，虽然天线通信覆盖区域已经加长，也有可能因OBU灵敏度差异而造成交易不成功，***在交易失败时记录车辆的通行速度，由此可分析交易失败的原因。同时激光雷达可以区分车辆行进方向，可统计倒车后交易成功的车辆、倒车离开ETC车道的车辆、转向人工车道离开ETC车道的车辆。通过车牌识别结果与客服***数据，可以进一步分析交易失败的原因，如车辆未安装OBU、OBU超时未更换、超速、因未知原因未检测到OBU、未插卡、余额不足等。

（5）统计ETC车道的车辆拥堵程度。激光雷达可以扫描覆盖范围约30m区域的车辆数和车长数，从而可以评估车辆拥堵程度，为ETC车道的布设提供决策依据。

（6）可以识别有效通讯时车辆的准确位置，从而对***进行优化和调校，同时可发现灵敏度过高容易在其它车道产生跟车干扰的OBU，及时反馈给客服***。

（7）不需要切割多个地感线圈，甚至可以做到完全不切割地感线圈。激光雷达可以准确定位各个车辆的坐标位置，优于地感线圈，不需增加其它设施即可检测出车辆从相邻车道插到ETC车道，或者车辆从ETC车道转到相邻车道。而地感线圈的切割会破坏路面，在路面维护时需要重新切割，特别是在收费广场设置在立交桥上的站点，由于路面下钢筋布设密集，地感线圈易于受到干扰。 

（四）        附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为本发明的平面布置示意图；

附图2～附图4为本发明的工作原理图；

图中，1车道主控制器，2天线通信覆盖区域，3车牌识别单元，4天线，5电动栏杆，6费额显示器，7落杆线圈，8车道摄像机，9激光雷达，10龙门架，11车辆隔离装置。

（五）        具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。

实施例1：

该实施例包括车道主控制器1、车牌识别单元3、天线4、电动栏杆5、费额显示器6、落杆线圈7和车道摄像机8，天线4向斜下方投射形成天线通信覆盖区域2，天线通信覆盖区域2两边设置有车辆隔离装置11，车道主控制器1分别与车牌识别单元3、天线4、电动栏杆5、费额显示器6、落杆线圈7和车道摄像机8相连接，车道主控制器1连接有激光雷达9。天线4和激光雷达9安装在龙门架10上，费额显示器6安装于电动栏杆5前面，落杆线圈7安装于电动栏杆5后面，车道摄像机8安装于电动栏杆5后方，车牌识别单元3焦距对准天线通信覆盖区域2远端所在位置。激光雷达9的扫描结果用于判别天线通信覆盖区域2至电动栏杆5之间的车辆数量、车辆位置、车辆行驶速度和行驶方向。激光雷达9扫描的车辆特征配合车牌识别结果与车载单元车辆信息帧内的车辆特征对比，在天线通信覆盖区域2至电动栏杆5之间有多辆车时，判别收到的车载单元车辆帧信息是否为第一辆车。激光雷达9扫描的车辆特征进行车型判别，并与车载单元车辆信息帧内的车长、车高等车辆特征数据进行对比，判别车辆安装的车载单元内记录的车辆信息是否真实。使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***记录交易过程中的车辆位置、瞬时速度、车道拥堵程度等数据，这些数据可用于使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***车道的调优。

采用本发明的一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***，天线4和激光雷达9安装在龙门架10上，位于车道中心线上方约5.5米，龙门架10与电动栏杆5的距离约4米，其位置设置主要考虑天线4的设备性能，保证天线通信覆盖区域2处于合适位置，其次考虑激光雷达9的扫描覆盖范围，在图1中，天线4和激光雷达9与天线通信覆盖区域2远端的距离约为14米，天线4与天线通信覆盖区域2近端的距离约为2米，如果选择的设备性能较差，也可将天线4和激光雷达9安装在不同的龙门架10上；天线4在车道上的天线通信覆盖区域2长度约长12米，车牌识别单元3与天线通信覆盖区域2远端的距离约为5米，车牌识别单元3采用视频触发的方式进行车辆牌照识别，焦距对准天线通信覆盖区域2远端附近的位置，视车速不同，在车辆进入天线通信覆盖区域2后1～3.5米可以完成车辆牌照识别；天线通信覆盖区域2近端与电动栏杆5的距离约为6米，预留距离主要考虑电动栏杆5抬起和驾驶员反应需要一定的时间，此距离可以允许在天线通信覆盖区域2正常交易的车辆不需要减速即可快速通过ETC车道，同时对于交易未成功误开到电动栏杆5前的车辆，从此距离倒出再转向旁边的车道不会耗费较长时间；费额显示器6安装在电动栏杆5前，正常交易时给驾驶员显示入口站、消费金额、卡内余额等信息，在因车辆未安装电子标签、卡内余额不足、未插卡等原因交易失败时，费额显示器6上将显示交易失败原因和给的驾驶员建议，同时费额显示器6上黄闪报警会启动，提示驾驶员查看；天线通信覆盖区域2两边设有车辆隔离装置11，引导车辆在进入ETC车道后保持直行，无法正常交易的车辆可以方便地转入相邻MTC车道，但相邻MTC车道的车辆除非倒车才可转入ETC车道；落杆线圈7安装在电动栏杆5后，用于在车辆通过后快速落杆，防止后续车辆跟车闯关；车道摄像机8位于电动栏杆5后方，可以看清电动栏杆5的起落状态和电动栏杆5到天线通信覆盖区域2之间的车辆，主要用于监控车道内的栏杆抬起和车辆通行情况。

上述使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***的工作原理如图2～图4所示，具体为：

（1）如图2所示，激光雷达9连续扫描E到F之间的区域，在无车状态，天线4处于未激活状态。

（2）如图3所示，当车辆驶入ETC车道后，激光雷达9在E到F之间的区域扫描到车辆，***激活天线4，天线4在搜索到车辆上装载的OBU后，与OBU进行通信。

（3）车牌识别单元3持续检测镜头所对区域内的车牌，激光雷达9跟踪进入扫描区域内的车辆，识别车长、车高、车型、车速，根据车头到达车牌识别单元3聚焦位置的时间和车牌识别结果送达时间将将车牌识别结果匹配到跟踪的车辆上。

（4）如果激光雷达9扫描区域内只有1辆未完成交易车辆，***按照ETC交易流程完成交易，将车辆放行，在车辆正向离开落杆线圈7后落杆，天线4回到初始状态。***也可配置为在车牌识别单元3识别车牌与OBU内记录不符，或者车长、车高、车型与OBU内记录不符时进行拦截。

（5）如果激光雷达9扫描区域内有2辆或更多未完成交易车辆，如图4所示，***将识别到的车牌、车长、车高、车型与天线4收到的OBU车辆信息帧内的车牌、车长、车高、车型数据相比对，优先匹配车牌，如果OBU车辆信息帧的数据与首辆车相匹配，则只处理与此OBU的ID号相同的帧信息，等待此OBU交易成功或者跟踪到车辆转出ETC车道后再处理其它OBU的帧信息。在无OBU车辆信息帧与首辆车相匹配时，如果剩余的所有车辆都找到匹配的OBU，则视为首辆车的OBU是剩余的未被匹配的OBU。

（6）如果首辆车驶过天线通信覆盖区域2近端，天线4还未搜索到OBU，则报警并提示“无电子标签，请转人工车道”。

（7）如果如果激光雷达9扫描天线通信覆盖区域内有2辆或更多未完成交易车辆，在无法按照第（5）条的方法判断哪个OBU属于首辆车时，***报警并提示“跟车干扰，请倒车或转人工车道”。

实施例2：

在此实施例中，图1中的电动栏杆5、费额显示器6、落杆线圈7、车道摄像机8相对“实施例1”向来车方向移动，天线通信覆盖区域2近端与电动栏杆5基本平齐，天线通信覆盖区域2近端与电动栏杆5之间距离接近0或者为负数，其它与“实施例1”相同。

实施例3：

在此实施例中，图1中的电动栏杆5、费额显示器6、落杆线圈7、车道摄像机8相对“实施例1”向车辆行进方向移动，电动栏杆5与人工收费车道或自动发卡车道布设的电动栏杆位置类似，天线通信覆盖区域2近端与电动栏杆5之间距离增大。在此实施例中，首辆车可在自动发卡机取卡，或者由收费员处理，在完成取卡、收费或者由人工引导离开车道的操作后，***可以对后续车辆进行处理。

Claims (6)

1.一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***，包括车道主控制器（1）、车牌识别单元（3）、天线（4）、电动栏杆（5）、费额显示器（6）、落杆线圈（7）和车道摄像机（8），天线（4）向斜下方投射形成天线通信覆盖区域（2），天线通信覆盖区域（2）两边设置有车辆隔离装置（11），车道主控制器（1）分别与车牌识别单元（3）、天线（4）、电动栏杆（5）、费额显示器（6）、落杆线圈（7）和车道摄像机（8）相连接，其特征是：所述车道主控制器（1）连接有激光雷达（9）。

2.根据权利要求1所述的一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***，其特征是：所述天线（4）和激光雷达（9）安装在龙门架（10）上，费额显示器（6）安装于电动栏杆（5）前面，落杆线圈（7）安装于电动栏杆（5）后面，车道摄像机（8）安装于电动栏杆（5）后方，车牌识别单元（3）焦距对准天线通信覆盖区域（2）远端所在位置。

3.根据权利要求1所述的一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***，其特征是：所述激光雷达（9）的扫描结果用于判别天线通信覆盖区域（2）至电动栏杆（5）之间的车辆数量、车辆位置、车辆行驶速度和行驶方向。

4.根据权利要求1所述的一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***，其特征是：所述激光雷达（9）扫描的车辆特征配合车牌识别结果与车载单元车辆信息帧内的车辆特征对比，在天线通信覆盖区域（2）至电动栏杆（5）之间有多辆车时，判别收到的车载单元车辆帧信息是否为第一辆车。

5.根据权利要求4所述的一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***，其特征是：所述激光雷达（9）扫描的车辆特征进行车型判别，并与车载单元车辆信息帧内的车长、车高等车辆特征数据进行对比，判别车辆安装的车载单元内记录的车辆信息是否真实。

6.根据权利要求1所述的一种使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***，其特征是：所述使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***记录交易过程中的车辆位置、瞬时速度、车道拥堵程度等数据，这些数据可用于使用激光雷达的长通信区电子不停车收费***车道的调优。

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