CN110097654A

CN110097654A - 高速交通道路车辆收费***及收费方法

Info

Publication number: CN110097654A
Application number: CN201910269360.4A
Authority: CN
Inventors: 王宪彬; 张雪; 常铮; 刘丹丹
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2019-08-06

Abstract

高速交通道路车辆收费***及收费方法。目前，我国正积极建设电子不停车收费***（ETC），但在发展初期出现了一些不和谐的现象，如：“误入”，“跟车逃费”，“大车小标逃费”等。一种高速交通道路车辆收费***，其组成包括：ETC车道（1）和通行车辆（2），ETC车道上设置有压力传感器A（3）、压力传感器B（4）、地磅（5）、进站RFID（6）、出站RFID（7），在人工收费站18距离20m和5m处分别增设有栏杆A（8）和栏杆B（9），地磅设置在压力传感器A和压力传感器B之间，栏杆A上安装有超声波模块A(10)，栏杆B上安装有超声波模块B（11），压力传感器A分别与超声波模块A和上位机912连接。本发明应用于车辆、交通领域。

Description

高速交通道路车辆收费***及收费方法

技术领域：

本发明涉及一种高速交通道路车辆收费***及收费方法。

背景技术：

目前，我国正积极建设电子不停车收费***（ETC），但在发展初期出现了一些不和谐的现象，如：“误入”，“跟车逃费”，“大车小标逃费”等。

电子不停车收费***（又称Electronic Toll Collection，简称ETC）具有不需停车即可收费、通行速度快，不需现金支付等优点，是解决高速公路收费站拥堵的有效途径[1]。在我国，ETC正处于蓬勃发展的阶段，许多省份都在积极新建ETC车道。但我国ETC用户普及率只有3%，这说明在我国大部分地区ETC仍处于推广初期，在此阶段暴露出不少不和谐的现象：（1）刚接触ETC车道的车主，由于不熟悉新的***环境，常常在无电子标签的情况下误入ETC车道，造成拥堵甚至安全事故。（2）不法驾驶人员为了逃避通行费，使用涂改行驶证等手段注册虚假车型；另一方面，有些生产厂家为增加销售量虚假标注车辆的排座数或载重，出现了大中型车按小型车标准收费的“大车小标逃费”这一新型逃费模式。（3）车主利用前后车紧邻行驶的方式实现其中一车“跟车逃费”。这些现象，既严重破坏了高速公路收费秩序，也造成了极大的交通安全隐患，为了构建和谐交通，迫切需要对现有ETC进行合理改进。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高速交通道路车辆收费***及收费方法，能够解决误入”、“大车小标逃费”、“跟车逃费”3个问题，通过软硬件相结合的方式，巧妙地设计了“双过杆，三状态”的通行模式，根据实际需求和规定对***进行了完善，优化了现有的ETC***，解决了误入及逃费问题。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种高速交通道路车辆收费***，其组成包括：ETC车道和通行车辆，所述的ETC车道上设置有压力传感器A、压力传感器B、地磅、进站RFID、出站RFID，在人工收费站距离20m和5m处分别增设有栏杆A和栏杆B，所述的地磅设置在所述的压力传感器A和所述的压力传感器B之间，所述的栏杆A上安装有超声波模块A，所述的栏杆B上安装有超声波模块B，所述的压力传感器A分别与所述的超声波模块A和上位机连接，所述的上位分别与zigbee主模块、摄像头、所述的超声波模块B和所述的压力传感器B连接，所述的进站RFID和所述的出站RFID与所述的拉杆B的距离为3m，所述的栏杆A和所述的栏杆B采用高速栏杆。

所述的高速交通道路车辆收费***，所述的通行车辆的后车牌和前车牌上分别安装有ID卡A和ID卡B，所述的行驶车辆中安装有车载zigbee子模块，所述的车载zigbee子模块将信息通过无线传输给所述的zigbee主模块，所述的zigbee主模块将所述的收费站信息反馈给所述的车载zifbee子模块，储存在车载数据存储器中。

所述的高速交通道路车辆收费***，所述的上位机主要提供用户注册、充值，***扣费，并处理Zigbee、RFID传输的车辆信息，然后反馈信号，控制栏杆和摄像机。所述的高速交通道路车辆收费***，所述的压力传感器A与Zigbee模块的信号相结合，共同控制所述的栏杆A的起降，实现“防误入”的功能，所述的压力传感器B与所述的出站RFID相结合，判断通行车辆的车长是否超过规定长度。

所述的高速交通道路车辆收费***，所述的栏杆B配合所述的车载zigbee子模块和所述的zigbee主模块使用防止无电子标签车辆的误入，所述的超声波模块A和所述的超声波模块B用于检测所述的通行车辆是否完全通过栏杆。

所述的高速交通道路车辆收费***的收费方法，该方法包括如下步骤：首先，利用Zigbee的主从模式，在感应范围内，子模块将存储的车辆MAC地址及部分用户信息无线传输给收费站处的主模块，继而传输给电脑，并与压力传感器A的信号共同控制栏杆A，完成“防误入”的功能，上位机主要对供用户注册、充值，***扣费，并处理Zigbee、RFID传输的车辆信息，然后反馈信号，控制栏杆和摄像机，压力传感器A和压力传感器B分别与Zigbee模块的信号相结合，共同控制栏杆A的起降，实现“防误入”的功能；压力传感器B与出站RFID相结合，判断通行车辆的车长是否超过规定长度，从而辨识出是否有“大车小标”的情况发生，同时，利用RFID射频读取技术读取车辆ID卡信息，并结合其它模块辨识是否有“大车小标”与“跟车”的情况发生，栏杆A和栏杆B两处配合其他模块的使用有效的防止无电子标签车辆的误入；超声波模块A和超波模块B安装在栏杆处，用于检测车辆是否完全通过栏杆，防止“误伤”车辆，车载Zigbee主模块与车载Zigbee子模块和压力传感器A配合，完成“防误入”的功能，当发现通行车辆有违法行为时，对其拍照取证，并交由相关部门处理。

本发明的有益效果：

1.本发明具有以下优点：（1）防误入：本***采用ETC收费处与人工收费处分离的方法，在人工收费站前一定距离处的ETC车道增设栏杆A，令无电子标签的车辆有足够的时间提前改道，且不用后退。另外配有“疏导车道”，方便误入车辆及时从ETC车道变道驶入，避免误入导致的交通拥堵和交通事故。（2）防大车小标逃费：本***通过“车型对比法”，制定了防大车小标的有效监管措施，减轻了国家因大中型车使用小型车的电子标签而带来的不良影响。

防跟车逃费：本***结合超声波模块和RFID技术解决了现有ETC车道存在的“跟车逃费”问题，为国家增加了不可估量的效益，也有利于构建和谐交通。

防前跟车：由于第一处RFID与栏杆的距离为3m，而车辆的车长通常大于3m，故前跟车可以通过“距离法”就可以有效防治。本项目采用高速栏杆，在0.5s以内即可抬起，对车辆通行速率和安全性没有影响。防后跟车：通过“空间监控法”监测是否有后跟车的现象。

本发明通过软硬件传输和处理信息，将车载***和车站***构成一个分布式***，使两子***之间协同工作。在整个研究中，首先进行了理论证明，然后在自制模型中运行使用，验证了本***的可行性。 3.本发明的车载***：（1）车载Zigbee子模块：利用Zigbee的主从模式，在感应范围内，子模块将存储的车辆MAC地址及部分用户信息无线传输给收费站处的主模块，继而传输给电脑，并与压力传感器1的信号共同控制栏杆A，完成“防误入”的功能。（2）数据存储器：Zigbee主模块把收费站的信息反馈给子模块，继而储存在车载数据存储器中。（3）ID卡：存储与ETC用户及车辆唯一匹配的序列号，分别放置在“前车牌”和“后车牌”处，是辨识是否有“大车小标”和“跟车”的情况发生的依据。车站***（1）上位机：本项目中主要供用户注册、充值，***扣费，并处理Zigbee、RFID传输的车辆信息，然后反馈信号，控制栏杆和摄像机。（2）压力传感器（2处）：压力传感器A与Zigbee模块的信号相结合，共同控制栏杆A的起降，实现“防误入”的功能；压力传感器B与出站RFID相结合，判断通行车辆的车长是否超过规定长度，从而辨识出是否有“大车小标”的情况发生。（3）进站（出站）RFID ：利用RFID射频读取技术读取车辆ID卡信息，并结合其它模块辨识是否有“大车小标”与“跟车”的情况发生。（4）栏杆（2处）：配合其他模块的使用有效的防止无电子标签车辆的误入。

（5）超声波模块（2处）：超声波模块安装在栏杆处，用于检测车辆是否完全通过栏杆，防止“误伤”车辆。（6）车载Zigbee主模块：与车载Zigbee子模块和压力传感器A配合，完成“防误入”的功能。（7）摄像头：当发现通行车辆有违法行为时，对其拍照取证，并交由相关部门处理。

本发明***由车站***和车载***构成，两***通过Zigbee、RFID通信进行信息交流；部分用户信息（如MAC地址、车辆进出站信息等）存储于车载***中，当需要用户信息时，车载***直接通过Zigbee模块传输给车站***即可；栏杆是由车站及车载***共同作用的，这样可以大大减少栏杆的失误动作。

本发明运用STM32单片机、超声波、Zigbee、RFID等技术，组建车站***和车载***,实现了对“车辆误入”、“大车小标逃费”、“跟车逃费”地有效防治。为验证实际效果，针对以上三个功能，本小组分别进行了3ds Max仿真及实物模型测试，运用3ds Max仿真技术，能准确地模拟出车辆正常通过改进后的ETC车道的全过程。

本发明主要有以下创新点：（1）防误入：采用“双杆模式”，栏杆1使用Zigbee装置和压力传感器共同控制，基本防止无电子标签车辆误入ETC车道；ETC车道旁设疏导通道，若出现无电子标签车辆通过栏杆1误入ETC车道，可在到达栏杆2前改道进入疏导车道；（2）防大车小标：压力传感器2配合出站RFID及地磅实时监测驶过车辆车型与其注册车型是否一致，对于大中型车使用小型车的电子标签现象实现智能监管、自动反馈。（3）防跟车：针对“前跟车逃费”问题，本***利用“距离法”来解决；针对“后跟车逃费”问题，本***结合ID卡1和超声波模块，能安全、准确、自动化地监管ETC车道存在的“跟车逃费”现象；（4）与现有的DSRC相比较，本***运用RFID技术，并将其埋在地下，可以有效地防止邻道干扰。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

图中：1、ETC车道，2、通行车辆，3、压力传感器A，4、压力传感器B，5、地磅，6、进站RFID，7、出站RFID，8、栏杆A，9、栏杆B，10、超声波模块A，11、超声波模块B，12、上位机，13、zigbee主模块，14、摄像头，15、ID卡A，16、ID卡B，17、车载zigbee子模块，18、收费站。

具体实施方式：

实施例1：

一种高速交通道路车辆收费***，其组成包括：ETC车道1和通行车辆2，所述的ETC车道上设置有压力传感器A3、压力传感器B4、地磅5、进站RFID6、出站RFID7，在人工收费站18距离20m和5m处分别增设有栏杆A8和栏杆B9，所述的地磅设置在所述的压力传感器A和所述的压力传感器B之间，所述的栏杆A上安装有超声波模块A10，所述的栏杆B上安装有超声波模块B11，所述的压力传感器A分别与所述的超声波模块A和上位机12连接，所述的上位分别与zigbee主模块13、摄像头14、所述的超声波模块B和所述的压力传感器B连接，所述的进站RFID和所述的出站RFID与所述的拉杆B的距离为3m，所述的栏杆A和所述的栏杆B采用高速栏杆。

实施例2：

根据实施例1所述的高速交通道路车辆收费***，所述的通行车辆的后车牌和前车牌上分别安装有ID卡A15和ID卡B16，所述的行驶车辆中安装有车载zigbee子模块17，所述的车载zigbee子模块将信息通过无线传输给所述的zigbee主模块，所述的zigbee主模块将所述的收费站信息反馈给所述的车载zifbee子模块，储存在车载数据存储器中。

实施例3：

根据实施例1或2所述的高速交通道路车辆收费***，所述的上位机主要提供用户注册、充值，***扣费，并处理Zigbee、RFID传输的车辆信息，然后反馈信号，控制栏杆和摄像机。

实施例4：根据实施例1或2或3所述的高速交通道路车辆收费***，所述的压力传感器A与Zigbee模块的信号相结合，共同控制所述的栏杆A的起降，实现“防误入”的功能，所述的压力传感器B与所述的出站RFID相结合，判断通行车辆的车长是否超过规定长度。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的高速交通道路车辆收费***，所述的栏杆B配合所述的车载zigbee子模块和所述的zigbee主模块使用防止无电子标签车辆的误入，所述的超声波模块A和所述的超声波模块B用于检测所述的通行车辆是否完全通过栏杆。

实施例6：

一种实施例1—5之一所述的高速交通道路车辆收费***的收费方法，该方法包括如下步骤：首先，利用Zigbee的主从模式，在感应范围内，子模块将存储的车辆MAC地址及部分用户信息无线传输给收费站处的主模块，继而传输给电脑，并与压力传感器A的信号共同控制栏杆A，完成“防误入”的功能，上位机主要对供用户注册、充值，***扣费，并处理Zigbee、RFID传输的车辆信息，然后反馈信号，控制栏杆和摄像机，压力传感器A和压力传感器B分别与Zigbee模块的信号相结合，共同控制栏杆A的起降，实现“防误入”的功能；压力传感器B与出站RFID相结合，判断通行车辆的车长是否超过规定长度，从而辨识出是否有“大车小标”的情况发生，同时，利用RFID射频读取技术读取车辆ID卡信息，并结合其它模块辨识是否有“大车小标”与“跟车”的情况发生，栏杆A和栏杆B两处配合其他模块的使用有效的防止无电子标签车辆的误入；超声波模块A和超波模块B安装在栏杆处，用于检测车辆是否完全通过栏杆，防止“误伤”车辆，车载Zigbee主模块与车载Zigbee子模块和压力传感器A配合，完成“防误入”的功能，当发现通行车辆有违法行为时，对其拍照取证，并交由相关部门处理。

Claims

1.一种高速交通道路车辆收费***，其组成包括：ETC车道和通行车辆，其特征是：所述的ETC车道上设置有压力传感器A、压力传感器B、地磅、进站RFID、出站RFID，在人工收费站距离20m和5m处分别增设有栏杆A和栏杆B，所述的地磅设置在所述的压力传感器A和所述的压力传感器B之间，所述的栏杆A上安装有超声波模块A，所述的栏杆B上安装有超声波模块B，所述的压力传感器A分别与所述的超声波模块A和上位机连接，所述的上位分别与zigbee主模块、摄像头、所述的超声波模块B和所述的压力传感器B连接，所述的进站RFID和所述的出站RFID与所述的拉杆B的距离为3m，所述的栏杆A和所述的栏杆B采用高速栏杆。

2.根据权利要求2所述的高速交通道路车辆收费***，其特征是：所述的通行车辆的后车牌和前车牌上分别安装有ID卡A和ID卡B，所述的行驶车辆中安装有车载zigbee子模块，所述的车载zigbee子模块将信息通过无线传输给所述的zigbee主模块，所述的zigbee主模块将所述的收费站信息反馈给所述的车载zifbee子模块，储存在车载数据存储器中。

3.根据权利要求2所述的高速交通道路车辆收费***，其特征是：所述的上位机主要提供用户注册、充值，***扣费，并处理Zigbee、RFID传输的车辆信息，然后反馈信号，控制栏杆和摄像机。

4.根据权利要求3所述的高速交通道路车辆收费***，其特征是：所述的压力传感器A与Zigbee模块的信号相结合，共同控制所述的栏杆A的起降，实现“防误入”的功能，所述的压力传感器B与所述的出站RFID相结合，判断通行车辆的车长是否超过规定长度。

5.根据权利要求4所述的高速交通道路车辆收费***，其特征是：所述的栏杆B配合所述的车载zigbee子模块和所述的zigbee主模块使用防止无电子标签车辆的误入，所述的超声波模块A和所述的超声波模块B用于检测所述的通行车辆是否完全通过栏杆。

6.一种权利要求1—5之一所述的高速交通道路车辆收费***的收费方法，其特征是：该方法包括如下步骤：首先，利用Zigbee的主从模式，在感应范围内，子模块将存储的车辆MAC地址及部分用户信息无线传输给收费站处的主模块，继而传输给电脑，并与压力传感器A的信号共同控制栏杆A，完成“防误入”的功能，上位机主要对供用户注册、充值，***扣费，并处理Zigbee、RFID传输的车辆信息，然后反馈信号，控制栏杆和摄像机，压力传感器A和压力传感器B分别与Zigbee模块的信号相结合，共同控制栏杆A的起降，实现“防误入”的功能；压力传感器B与出站RFID相结合，判断通行车辆的车长是否超过规定长度，从而辨识出是否有“大车小标”的情况发生，同时，利用RFID射频读取技术读取车辆ID卡信息，并结合其它模块辨识是否有“大车小标”与“跟车”的情况发生，栏杆A和栏杆B两处配合其他模块的使用有效的防止无电子标签车辆的误入；超声波模块A和超波模块B安装在栏杆处，用于检测车辆是否完全通过栏杆，防止“误伤”车辆，车载Zigbee主模块与车载Zigbee子模块和压力传感器A配合，完成“防误入”的功能，当发现通行车辆有违法行为时，对其拍照取证，并交由相关部门处理。