CN103514750B - 基于dsrc的防跟车干扰方法、装置及应用*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于DSRC的防跟车干扰方法、装置及DSRC应用***。方法包括以下步骤：信号接受步骤：RSU接收包括第一OBU、第二OBU的多个OBU发送的微波信号；定位步骤：RSU根据各微波信号，获得各OBU的定位信息；比较步骤：通过比较各OBU的定位信息，RSU从所述OBU中选择优先处理的OBU。本申请应用于公路交通领域，通过车辆定位技术对车辆的前后位置进行了有效识别，从而准确选择优先处理的OBU并对具有该OBU的车辆进行优先处理，使其他车辆上的OBU不会对优先处理的OBU与RSU之间的正常交互过程产生干扰，从而有效地解决了车辆的跟车干扰问题，降低了错误处理的几率。

Description

基于DSRC的防跟车干扰方法、装置及应用***

技术领域

本申请涉及智能交通（ITS：Intelligent Transportation System）领域，尤其涉及一种基于专用短程通信（DSRC：Dedicated Short Range Communications）的防跟车干扰方法、装置及应用***。

背景技术

电子不停车收费（ETC：Electronic Toll Collection）***等DSRC应用***通常采用DSRC关键设备路侧单元（RSU：Road Side Unit）和车载单元（OBU：On-board Units）对车辆进行收费、检测或监控，这些***在运行过程中有时会出现OBU信号的跟车干扰问题：即前一车辆驶入预设的交易区域后，开始通过其OBU与RSU进行信息交互，此时跟在该车辆后面的另一车辆可能也会进入交易区域，而在同一时间通过其OBU向RSU发送信息，对前一车辆上的OBU与RSU之间的正常交互过程产生干扰，导致DSRC应用***的处理过程出现错误或遗漏，例如在ETC***中，这些干扰有时会造成收费错误、检测错误等现象的发生，例如对有些车辆重复收费，而对有些车辆没有收费。

为了确保DSRC应用***的正常运行，亟待解决防跟车干扰问题。

发明内容

本申请提供一种基于DSRC的防跟车干扰方法、装置及DSRC应用***。

根据本申请的第一方面，本申请保护一种基于DSRC的防跟车干扰方法,包括以下步骤：

信号接受步骤：RSU接收包括第一OBU、第二OBU的多个OBU发送的微波信号；

定位步骤：RSU根据各微波信号，获得各OBU的定位信息；

比较步骤：通过比较各OBU的定位信息，RSU从所述OBU中选择优先处理的OBU。

一种实施例中，所述比较步骤中，RSU从所述OBU中选择优先处理的OBU的具体方式为，从所述OBU中选择距离所述RSU最近的OBU作为优先处理的OBU；所述比较步骤之后还包括交易步骤：RSU优先向所述优先处理的OBU发出收费指令。

一种实施例中，所述比较步骤中选择所述优先处理的OBU后，还根据其他OBU与RSU之间的距离对所述其他OBU由近至远进行排序；所述交易步骤中，RSU还向所述其他OBU按照由近至远的顺序依次发出收费指令。

一种实施例中，RSU室外单元在第一方向的位置坐标为0，所述定位步骤中，第一OBU的定位信息包括第一方向的位置坐标y1，第二OBU的定位信息包括第一方向的位置坐标y2；所述比较步骤中，如果|y1|<|y2|，则选择第一OBU为所述优先处理的OBU，如果|y1|>|y2|，则选择第二OBU为所述优先处理的OBU。

一种实施例中，RSU室外单元在第一方向和第二方向的位置坐标都为0，所述定位步骤中，第一OBU的定位信息包括第一方向的位置坐标y1和第二方向的位置坐标x1，第二OBU的定位信息包括第一方向的位置坐标y2和第二方向的位置坐标x2，其中，第一方向与第二方向垂直；所述比较步骤中，如果则选择第一OBU为所述优先处理的OBU，如果则选择第二OBU为所述优先处理的OBU。

一种实施例中，所述定位步骤采用相位差定位法。

根据本申请的第二方面，本申请保护了一种基于DSRC的防跟车干扰装置，包括RSU，所述RSU包括：

信号接受模块：用于接收包括第一OBU、第二OBU的多个OBU发送的微波信号；

定位模块：用于根据各OBU发送的微波信号，获得各OBU的定位信息；

比较模块：用于通过比较各OBU的定位信息，从所述OBU中选择优先处理的OBU。

一种实施例中，所述比较模块用于从所述OBU中选择距离所述RSU最近的OBU作为优先处理的OBU；所述RSU还包括交易模块，用于优先向所述优先处理的OBU发出收费指令。

根据本申请的第三方面，本申请保护了一种DSRC应用***，包括以上所述的基于DSRC的防跟车干扰装置。

一种实施例中，所述DSRC应用***为单车道带栏杆机ETC***、多车道带栏杆机ETC***、单车道自由流***或多车道自由流***，所述信号接收模块设置在所述单车道带栏杆机ETC***、多车道带栏杆机ETC***或单车道自由流***的对应车道上，或设置在多车道自由流***中的至少一个自由流断面上。

一种实施例中，所述DSRC***包括车辆检测***、车辆测速***、车型识别***、图像识别***、图像抓拍***中的至少一个。

本申请的有益效果是：本申请应用于公路交通领域，通过车辆定位和位置比较选择合适的车辆上的OBU作为优先处理的OBU，实现了车辆前后位置的有效识别，接着RSU可首先对优先处理的OBU进行收费或对带有该OBU的车辆进行其他形式的处理，对其他OBU或带有其他OBU的车辆暂时不做处理，使其他车辆上的OBU并不会对优先处理的OBU与RSU之间的正常交互过程产生干扰，从而有效地解决了车辆的跟车干扰问题。而且本申请根据各OBU的具***置选择优先处理的OBU，例如选择距离RSU最近的、最远的或者与RSU具有特定距离的OBU，在实际应用过程中有效改善***的抗干扰性能，降低了错误处理的几率，确保了DSRC应用***的正常运行。

附图说明

图1为本申请一种实施例的防跟车干扰方法的流程图；

图2为本申请一种实施例的车辆位于RSU信号覆盖区域内的侧视图；

图3为本申请一种实施例的定位方法的接收天线布局图；

图4为本申请一种实施例的防跟车干扰装置的结构框图。

具体实施例

下面通过具体实施例结合附图对本申请作进一步详细说明。

在本申请实施例中，RSU利用定位技术确定与RSU进行交互的多个车辆上的OBU的定位信息，从而确定各OBU的位置，再通过比较各OBU的位置选择合适的OBU作为优先处理的OBU，首先对该优先处理的OBU进行收费或对带有该OBU的车辆进行其他形式的处理，对其他OBU或带有其他OBU的车辆暂时不做处理

实施例一：

本实施例的防跟车干扰方法基于RSU与OBU之间的信息交互。其中，RSU包括室外单元和室内单元，RSU室外单元具有收发天线，用于向OBU发送微波信号并接收来自OBU的微波信号，RSU室外单元通常安装在道路上方或侧部，RSU室内单元用于对RSU室外单元进行控制并对RSU室外单元接收和发送的信息进行处理；OBU也具有天线，用于向RSU发送微波信号并接收来自RSU的微波信号，OBU通常安装在车辆内，例如固定在车辆的前挡风玻璃上。请参考图1和图2，本实施例的方法主要包括以步骤：

S101：当两个车辆都进入虚线所示的RSU信号覆盖区域内后，第一车辆上安装的OBU 1和第二车辆上安装的OBU 2被RSU周期性发送的唤醒信号唤醒，两个OBU都向RSU发送应答信号从而与RSU之间建立通信链路。

S102：以第一车辆为例，RSU向OBU 1发送微波信号，该微波信号中携带请求数据帧，该请求数据帧的具体内容根据需要而定，通常用于请求OBU 1向RSU返回一定的信息，例如本实施例的请求数据帧用于请求车辆信息（包括车牌号、车辆型号、车辆颜色等信息中的一种或几种）。

S103：OBU 1收到RSU的微波信号后，对其进行解析，然后通过内部计算获得RSU所请求的车辆信息并封装成应答数据帧，接着向RSU返回微波信号B，该微波信号B包含应答数据帧以及OBU 1的ID等信息。

S104：信号接收步骤，RSU接收到OBU 1向RSU返回的微波信号B。

S105：定位步骤：RSU对微波信号B进行解析后获取应答数据帧，并利用该微波信号B获得OBU 1的定位信息即第一车辆的定位信息。本实施例中，RSU对OBU 1进行两个方向的定位而获得包含二维坐标的定位信息，即OBU 1的定位信息包括该OBU 1在第一方向的位置坐标y1和第二方向的位置坐标x1，其中第二方向和第一方向都在路面平面内且相互垂直，第一方向与道路延伸方向平行，第二方向与道路延伸方向垂直。获得OBU 1的定位信息的方法包括多种，例如相位差定位法或信号强度定位法，前者利用RSU中不同接收天线接收同一微波信号时对应的相位差值对OBU 1进行定位，后者利用RSU中接收天线接收微波信号时对应的信号强度大小对OBU1进行定位。

例如一种微波信号的相位差定位法具体为：

请参考图3，利用在同一直线上排布的接收天线1、接收天线2、接收天线3形成天线组接收同一OBU发送的微波信号，接收天线1与接收天线2之间的距离d₁₂<λ，接收天线1与接收天线3之间的距离d₁₃>Nλ，OBU发送的微波信号的来波方向与天线阵列法线之间的夹角为θ，即微波信号的方向角。微波信号分别到达三个接收天线时，由于微波信号与接收天线之间距离比较远，属于接收天线远场区域，因此相当于微波信号平行到达各个接收天线，接收天线2接收的微波信号比接收天线1接收的微波信号的相位滞后即接收天线2相对于接收天线1的相位差为接收天线3接收的微波信号比接收天线1接收的微波信号的相位滞后即接收天线3相对于接收天线1的相位差为

则（公式一）

则（公式二）

其中，为通过相位比较获取相位差时的实际度数，由于因此该数值具有唯一性。

为了确定N值,可利用如下公式：

（公式三）

以上公式中，d₁₂和d₁₃已知，可通过相位比较得到实际读数，而可根据公式三计算得出。

在可接受的误差范围内，如果假设：

则可结合公式三得到以下公式以确定N：

（公式四）

考虑到中包含有信号接收通路中各项处理所造成的误差，由公式三计算出的的误差数值为的误差数值的因此通过公式三和公式二计算出的仅近似相等，无法完全相等，只要计算出的的误差在可接受范围内，就可以用结合公式二和公式四得到以下公式来确定θ：

（公式五）

以上推导过程中，由公式二可知，的数值与假设值之间的差值为N值越大，则的误差值越小，然而N值过大则d₁₃较大，导致定位天线的总长度增加而布局困难，因此可选取3≤N≤10，既能够确保一定的定位精度，又方便天线布局。最后，根据θ的数值，结合各接收天线的安装高度和角度，计算出OBU的定位信息，即其在RSU天线垂直投影点前方覆盖区域的具体坐标。

根据以上方式可对OBU进行一维定位，如果再增加一组与以上天线组垂直的天线组，采用同样的处理方式即可对OBU进行二维定位。

类似于步骤S102至步骤S105，RSU还根据OBU 2向RSU返回的微波信号A获得了OBU2的定位信息即第二车辆的定位信息，包括该OBU 2在第一方向的位置坐标y2和第二方向的位置坐标x2。

S106：比较步骤，RSU比较OBU 1和OBU 2的定位信息，根据不同的选择策略从两个OBU中选择优先处理的OBU，例如从两个OBU中选择距离RSU最近的OBU作为优先处理的OBU，或者从两个OBU中选择距离RSU最远、或者具有特定距离的OBU为优先处理的OBU。根据不同的坐标系，本实施例的比较方法具有多种，例如按照图2将RSU室外单元的安装位置设置在坐标系的坐标中心时，即RSU室外单元在第一方向和第二方向的位置坐标都为0时，本步骤比较过程中，如果表明OBU 2距离RSU室外单元相对较近，第一车辆跟在第二车辆后面或者侧部，则选择OBU 2为优先处理的OBU，相反地，如果表明OBU 1距离RSU室外单元相对较近，第二车辆跟在第一车辆后面或者侧部，则选择OBU 1为优先处理的OBU。

S107：RSU对优先处理的OBU或者带有该OBU的车辆进行相应的优先处理，例如处理方式为交易时，RSU优先向优先处理的OBU发出收费指令准备对其进行收费，当然根据具体需要，RSU还可按照预设方案发出其他的处理指令，例如处理指令可为检测指令、监控指令、拍照指令等，分别用于对第一车辆进行检测、监控、拍照等其他形式的处理，此时对其他OBU或者带有其他OBU的车辆暂时不作处理。

有些实施例中，以上各步骤中RSU会与多个车辆上的OBU进行信息交互，接收各OBU发送的微波信号后，分别根据这些微波信号获得各OBU的定位信息，在步骤S106的比较步骤中，RSU再通过比较各OBU的定位信息选择距离RSU最近的OBU为优先处理的OBU，还可根据优先处理的OBU以外的其他OBU与RSU之间的距离对其他OBU由近至远进行排序，接着在步骤S107的处理步骤中，RSU首先向优先处理的OBU发出收费指令后，还向其他OBU按照由近至远的顺序依次发出收费指令，或者在该处理步骤RSU按照预设方案发出其他的处理指令首先对带有优先处理的OBU的车辆进行其他形式的处理后，再发出其他的处理指令对带有其他OBU的车辆按照由近至远的顺序进行处理。

实际应用中，RSU与每个OBU之间的信息交互可能具有多次，OBU向RSU发送的微波信号相应地也具有多个，这些信号都包含OBU的ID号，为了达到定位的目的，OBU向RSU发送的微波信号中，至少应当有一个微波信号用于定位。

实施例二：

本实施例与上一实施例不同的是，RSU对OBU进行定位的过程中仅实现了一个方向的定位，尤其是实现了OBU在平行于道路延伸方向的第一方向的定位而获得包含一维坐标的定位信息，具体地，本实施例对OBU 1和OBU 2的定位步骤中，得到OBU 1的定位信息包括OBU 1在第一方向的位置坐标y1，OBU 2的定位信息包括第一方向的位置坐标y2，比较步骤中，如果|y1|>|y2|，表明OBU2距离RSU室外单元相对较近，第一车辆跟在第二车辆后面或者侧部，则选择OBU 2为优先处理的OBU，相反地，如果|y1|<|y2|，表明OBU 1距离RSU室外单元相对较近，第二车辆跟在第一车辆后面或者侧部，则选择OBU 1为优先处理的OBU。

实施例三：

如图4所示，本实施例用于实现实施例一或实施例二的基于DSRC的防跟车干扰装置包括RSU，RSU主要包括信号接收模块10、定位模块20、比较模块30和处理模块40。

其中信号接受模块10设置在RSU室外单元，其包括天线，用于接收包括第一OBU 1、第二OBU 2的多个OBU发送的微波信号。

定位模块20用于根据各OBU发送的微波信号，获得各OBU的定位信息。根据定位方式的不同，定位模块20可对OBU进行一个方向的定位而获得包含一维坐标的定位信息，也可进行两个方向的定位而获得包含二维坐标的定位信息。

比较模块30用于通过比较各OBU的定位信息，从OBU中选择优先处理的OBU，例如一种实施例中，用于从OBU中选择距离RSU最近的OBU作为优先处理的OBU。根据比较方式的不同，比较模块30可对OBU进行一个方向的位置比较，也可进行两个方向的位置比较。有些实施例中，当RSU与多个OBU进行信息交互时，比较模块30还可根据优先处理的OBU以外的其他OBU与RSU之间的距离，对其他OBU由近至远进行排序。

处理模块40用于向优先处理的OBU发出处理指令，或者对带有该OBU的车辆进行优先处理，处理模块40可为交易模块、检测模块或监控模块等各类处理模块，例如交易模块，用于优先向优先处理的OBU发出收费指令。有些实施例中，当RSU与多个OBU进行信息交互时，处理模块40还可根据比较模块30的排序结果，首先向优先处理的OBU发出收费指令之后，还向其他OBU按照由近至远的顺序依次发出收费指令，或者按照预设方案发出其他的处理指令首先对带有优先处理的OBU的车辆进行其他形式的处理后，再发出其他的处理指令对带有其他OBU的车辆按照由近至远的顺序进行处理。

本申请以上实施例的防跟车干扰方法可广泛适用于各类DSRC应用***，例如单车道带栏杆机ETC***、多车道带栏杆机ETC***、单车道自由流***、多车道自由流***、以及用于对车辆进行实时监控或违规稽查的车辆测速***、车型识别***、图像识别***、图像抓拍***等各类车辆监控***。其中，信号接收模块设置在单车道带栏杆机ETC***、多车道带栏杆机ETC***或单车道自由流***的对应车道上，或设置在多车道自由流***中的至少一个自由流断面上，能够对交易区域内距离RSU最近的车辆准确实现不停车收费，避免跟在车辆后面的另一车辆上的OBU对前一车辆上的OBU与RSU之间的正常交互过程产生干扰，从而避免了收费错误、检测错误等现象的发生，确保收费的正常进行。

以上实施例二可用于单车道DSRC应用***，RSU的结构和信息处理方比较相对简单，成本较低，实施例一可用于单车道或多车道DSRC应用***，识别结果更加准确、可靠。

本申请基于DSRC的放邻道干扰方法操作方便、处理速度快且准确性高，由于其未改变交易区域的面积和数量，并不会影响RSU对车辆的收费或其他形式的正常处理过程，也不会降低车速，更不会大幅增加***成本，因此可广泛适用于高速公路收费、停车场收费等各种公路交通领域。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中各种方法的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上内容是结合具体的实施例对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种基于专用短程通信的防跟车干扰方法,其特征在于，包括以下步骤：

信号接受步骤：路侧单元接收包括第一车载单元、第二车载单元的多个车载单元发送的微波信号；

定位步骤：路侧单元根据各车载单元发送的微波信号，采用相位差定位法获得各车载单元的定位信息；

比较步骤：通过比较各车载单元的定位信息，路侧单元从所述车载单元中选择优先处理的车载单元；

所述相位差定位法利用路侧单元中不同接收天线接收同一微波信号时对应的相位差值对车载单元进行定位；具体为：

利用在同一直线上排布的接收天线1、接收天线2、接收天线3形成天线组接收同一车载单元发送的微波信号；接收天线1与接收天线2之间的距离为d₁₂，接收天线1与接收天线3之间的距离为d₁₃；接收天线2接收的微波信号比接收天线1接收的微波信号的相位滞后接收天线3接收的微波信号比接收天线1接收的微波信号的相位滞后

根据所述d₁₂、d₁₃、和计算车载单元发送的微波信号的来波方向与天线阵列法线之间的夹角θ；

根据θ的数值，结合各接收天线的安装高度和角度，计算出车载单元的定位信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比较步骤中，路侧单元从所述车载单元中选择优先处理的车载单元的具体方式为，从所述车载单元中选择距离所述路侧单元最近的车载单元作为优先处理的车载单元；所述比较步骤之后还包括交易步骤：路侧单元优先向所述优先处理的车载单元发出收费指令。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述比较步骤中选择所述优先处理的车载单元后，还根据其他车载单元与路侧单元之间的距离对所述其他车载单元由近至远进行排序；所述交易步骤中，路侧单元还向所述其他车载单元按照由近至远的顺序依次发出收费指令。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述路侧单元包括室外单元，所述室外单元在第一方向的位置坐标为0，所述定位步骤中，第一车载单元的定位信息包括第一方向的位置坐标y1，第二车载单元的定位信息包括第一方向的位置坐标y2；所述比较步骤中，如果|y1|＜|y2|，则选择第一车载单元为所述优先处理的车载单元，如果|y1|＞|y2|，则选择第二车载单元为所述优先处理的车载单元。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述路侧单元包括室外单元，所述室外单元在第一方向和第二方向的位置坐标都为0，所述定位步骤中，第一车载单元的定位信息包括第一方向的位置坐标y1和第二方向的位置坐标x1，第二车载单元的定位信息包括第一方向的位置坐标y2和第二方向的位置坐标x2，其中，第一方向与第二方向垂直，根据公式确定车载单元发送的微波信号的来波方向与天线阵列法线之间的夹角θ，其中，d₁₂＜λ，d₁₃＞Nλ，3≤N≤10，所述比较步骤中，如果则选择第一车载单元为所述优先处理的车载单元，如果则选择第二车载单元为所述优先处理的车载单元。

6.一种基于专用短程通信的防跟车干扰装置，其特征在于，包括路侧单元，所述路侧单元包括：

信号接受模块：用于接收包括第一车载单元、第二车载单元的多个车载单元发送的微波信号；

定位模块：用于根据各微波信号，采用相位差定位法获得各车载单元的定位信息；所述相位差定位法利用路侧单元中不同接收天线接收同一微波信号时对应的相位差值对车载单元进行定位；具体为：

利用在同一直线上排布的接收天线1、接收天线2、接收天线3形成天线组接收同一车载单元发送的微波信号；接收天线1与接收天线2之间的距离为d₁₂，接收天线1与接收天线3之间的距离为d₁₃；接收天线2接收的微波信号比接收天线1接收的微波信号的相位滞后接收天线3接收的微波信号比接收天线1接收的微波信号的相位滞后

根据所述d₁₂、d₁₃、和计算车载单元发送的微波信号的来波方向与天线阵列法线之间的夹角θ；

根据θ的数值，结合各接收天线的安装高度和角度，计算出车载单元的定位信息；

比较模块：用于通过比较各车载单元的定位信息，从所述车载单元中选择优先处理的车载单元。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述比较模块用于从所述车载单元中选择距离所述路侧单元最近的车载单元作为优先处理的车载单元；所述路侧单元还包括交易模块，用于优先向所述优先处理的车载单元发出收费指令。

8.一种专用短程通信应用***，其特征在于，包括权利要求6或7所述的基于专用短程通信的防跟车干扰装置。

9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述专用短程通信应用***为单车道带栏杆机电子不停车收费***、多车道带栏杆机电子不停车收费***、单车道自由流***或多车道自由流***，所述信号接收模块设置在所述单车道带栏杆机电子不停车收费***、多车道带栏杆机电子不停车收费***或单车道自由流***的对应车道上，或设置在多车道自由流***中的至少一个自由流断面上。