CN111192039A - 一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务*** - Google Patents

一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务***，能够提供适用于当前我国有站收费现状情况下，开展基于北斗定位的公路自由流收费业务所需的地图服务。不仅能够通过将车辆定位信息与地图数据比对实现收费站车道抬杆控制，还能够有效分析判断车辆在特殊区域、二义性区域的实际行驶情况，并支持通过设置收费识别面实现车辆在收费公路行驶过程中的分段扣费。此外，本发明能通过高精度地图发布平台向用户客户端输入直观、可视化的地图数据，实现用户对车辆通过收费站及扣费情况的直观掌握，最后，精确到车道级的高精度地图还能为自动驾驶提供高精度定位支持。

Description

一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务***
技术领域
本发明属于高速公路管理收费技术领域，具体涉及一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务***。
背景技术
目前，我国高速公路主要使用人工半自动收费(Manual Toll CollectionSystem,MTC)和电子不停车收费(Electronic Toll Collection,ETC)混合应用模式，该种收费模式只能通过标识点、出入口信息实现最短路径计费，可能存在二义性路径(即车辆从A收费站驶入，到从B收费站驶出，中途可能存在多种行驶路径)，因此无法精确还原路径实现精准路径计费，以此产生了偷逃费、收取费用不准确等问题。
当前，国家正在开展取消省界收费站工作，推动ETC广泛应用，并在收费公路上架设一批龙门架设施，用于识别车辆行驶路径。在此背景下，能够在一定程提高收费精准程度，但是，由于公路收费龙门架之间存在距离，仍无法做到实时获取车辆在收费公路上的位置，且基于DSRC技术的ETC设备一定程度上也存在着被干扰、遮挡等风险，因此尚不能完全实现精准识别车辆行驶路线。
在国际上，德国等部分国家已经实现了利用卫星定位技术进行公路收费的业务模式，即车辆安装GPS等定位终端，同时不设置公路收费站，车辆在收费公路上不减速自由通行，根据车载GPS定位终端上报的位置信息，判断车辆在收费公路上实际行驶轨迹，并以此作为收费依据，实现不停车、精准收费，该种模式一般称为自由流收费或无站自由流收费模式。
当前，我国北斗卫星导航***快速发展，在定位精度和稳定性等方面，已经可以支持实时获取车辆在收费公路上实际行驶轨迹，满足开展基于北斗定位的自由流收费业务需求。***、交通运输部在《加快推进高速公路电子不停车快捷收费应用服务实施方案》等文件中也明确提出，要充分发挥北斗***在高速公路收费站快速通行等方面的优势。
如需实现基于北斗定位的自由流收费，必须将车载定位终端上报的位置信息与电子地图相匹配，才能够获知车辆在收费公路上实际行驶路径。与德国等其他国家相比较，由于我国收费公路存在两种显著区别：一是我国收费公路采取封闭式收费管理模式，已架设了出入口收费站，不同于德国等国家无收费站模式；二是我国收费公路两旁往往并行着不收费的国道、省道、辅道等其他道路。因此，在我国实施基于北斗定位的公路自由流收费，其电子地图必须满足：一是能够精准判断区分车辆在进出收费站区域时所处的某一条车道，以便车道***能够准确控制对应的车道完成抬杆；二是能够在精度上区分出并行的收费公路和不收费的国省干道，以免造成车辆错误计费。综上，为了适应我国公路收费实际业务现状，必须采用高精度电子地图。
当前，高精度地图采集和制作技术在全球范围内已相对成熟，但是，一般地图供应商制作的高精度地图主要针对于地理信息和测绘专业领域，并不能适用于公路收费的二义性识别、所处路段判定、形势路径分析、驶入/驶出车道判别等方向应用领域。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务***，可准确划分收费站车道、鉴别车辆行驶于收费公路或不收费道路、判断车辆在收费公路上的实际行驶路径并作为计算收费的依据，同时能够为用户提供可视化、直观、能够应用于公路收费业务的地图展示界面和人机交互接口。
一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务***，包括高精度地图数据库和高精度地图发布平台两个子***；
所述高精度地图数据库包括收费站高精度地图、特殊区域道路高精度地图、二义性识别区和收费识别面；
所述收费站高精度地图包括简化版高精度地图和详细版高精度地图；简化版高精度地图中包括车道面、收费杆、收费站面信息；详细版高精度地图为用户提供可视化的UI界面，包括车道面、收费杆、收费站面信息、车道级道路中心线、道路设施面、线状交通标线、面状交通标线、车道级道路连接点及建筑物面信息；
所述特殊区域道路高精度地图是指在其一侧或者两侧存在着平行不收费道路的收费公路路段区域地图，包括车道面、车道级道路中心线和收费公路边界线；
所述二义性识别区是指在车辆存在多个可能行驶路径的情况下，在每个可能行驶路径的入口划定一条横向贯穿该条路径的直线，用于判定车辆实际进入的路径；
所述收费识别面是指根据自由流收费的需要，在地图上设定区域划分出的用于进行分段计费的虚拟收费站，并以面状要素表达；
所述高精度地图发布平台包括数据更新与发布服务平台以及地图服务发布平台；
所述地图数据更新与服务平台用于提供普通精度地图数据服务、标注服务、高精度专题数据服务、在线规划服务以及在线检索服务，将高精度地图成果数据进行地图投影加偏处理，提交到地图发布平台进行符号化和数据发布；其中，高精度专题数据包含收费站高精度地图中的详细版高精度地图、特殊区域道路高精度地图、二义性识别区、收费识别面地图数据；
所述地图发布平台用来完成普通精度地图数据和高精度专题数据的服务发布。
较佳的，所述地图发布平台发布的服务包括符合OGC标准的WMS地图服务、WFS矢量要素服务、WCS、WMTS栅格地图服务并支持地图投影，同时发布通用空间分析服务WPS。
一种高精度地图服务***的使用方法，当安装有北斗定位终端的车辆驶入收费站区域时，调用收费站高精度地图，将车辆定位信息与该地图进行对比，判断车辆驶入哪一条车道，如此涌入控制车辆所在车道进行抬杆。
进一步的，当安装有北斗定位终端的车辆行驶在收费公路上时，当检测到车辆通过某一特殊区域道路，调用特殊区域道路的高精度地图，将车辆定位信息与该地图进行对比，判断车辆行驶于收费公路或不收费道路，以实现精对车辆的计费。
进一步的，，当安装有北斗定位终端的车辆行驶到可能存在多路径情况的区域时，调用二义性识别区，根据车辆定位信息，判断车辆经过哪条可能行驶路径入口上的直线，则判断出车辆实际行驶路径。
进一步的，根据车辆定位信息，当安装有北斗定位终端的车辆行驶到虚拟收费站所在区域时，并已通过该收费识别面区域时，根据该车辆从上一个虚拟收费站到本虚拟收费站之间的行驶路线，进行分段扣费。
本发明具有如下有益效果：
本发明能够提供适用于当前我国有站收费现状情况下，开展基于北斗定位的公路自由流收费业务所需的地图服务。不仅能够通过将车辆定位信息与地图数据比对实现收费站车道抬杆控制，还能够有效分析判断车辆在特殊区域、二义性区域的实际行驶情况，并支持通过设置收费识别面实现车辆在收费公路行驶过程中的分段扣费。此外，本发明能通过高精度地图发布平台向用户客户端输入直观、可视化的地图数据，实现用户对车辆通过收费站及扣费情况的直观掌握，最后，精确到车道级的高精度地图还能为自动驾驶提供高精度定位支持。
附图说明
图1是本发明面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务***组成图。
图2是本发明中收费站高精度地图。
图3是本发明之间中高精度地图发布平台组成。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务***，由高精度地图数据库和高精度地图发布平台两个子***构成：1)高精度地图数据库由收费站高精度地图、二义性识别区、收费识别面组成；2)高精度地图发布平台由数据更新与发布服务平台、地图服务发布子***构成。
其中，高精度地图数据库主要用于管理适用于北斗公路收费的基础地图及经纬度等数据；高精度地图发布平台主要用于对外发布适用于北斗公路收费的地图服务。
为了实现安装有北斗定位终端的车辆顺利通过收费站，需对收费站区域进行精确测绘，制作用于北斗自由流收费的高精度地图，以便车辆到达收费站后，能够准确判别车辆所处车道，控制该车道抬杆。同时，通过二义性识别区判别存在多路径情况下车辆实际行驶路线，通过收费识别面划定用于分段计费的收费站区域和虚拟收费站区域(二义性识别区和收费识别面均为通过经纬度数据划定的某个区域)。最后通过高精度地图发布平台向客服提供服务。
其中高精度地图数据库由收费站高精度地图、特殊区域道路高精度地图、二义性识别区、收费识别面组成：
收费站高精度地图包括简化版高精度地图和详细版高精度地图。简化版高精度地图是车辆位置判断的基础数据，是北斗收费***的核心基础设施，内容包括车道面、收费杆、收费站面信息；详细版高精度地图是展示车辆位置的基础数据，可支持为用户提供可视化的UI界面，除了车道面、收费杆、收费站面信息外还包括车道级道路中心线、道路设施面、线状交通标线、面状交通标线、车道级道路连接点及建筑物面信息。
特殊区域道路高精度地图是指在其两侧存在着平行不收费道路的收费公路路段区域地图。该地图是用于区分车辆行驶于收费公路或不收费道路的关键基础，主要包括车道面、车道级道路中心线、收费公路边界线。
二义性识别区是指在车辆存在多个可能行驶路径的情况下，在每个可能行驶路径的入口划定一条横向贯穿该条路径的直线，由于事先设定了直线的经纬度，根据车辆定位信息，就可以判断出车辆跨过了哪条直线，因此可判定车辆实际进入的路径。还可以在二义性识别区中的交通流的前进方向上增加点状要素以区别上下行方向。
所述收费识别面是指根据自由流收费的需要，在地图上设定区域划分出的用于进行分段计费的虚拟收费站，并以面状要素表达。
其中高精度地图发布平台由数据更新与服务平台、地图发布子***构成：
地图数据更新与服务平台主要用于地图数据服务，标注服务，高精度专题数据服务，在线规划服务以及在线检索服务，将高精度地图成果数据进行地图投影加偏处理，提交到地图发布子***进行符号化和数据发布。
地图发布子***用来完成地图数据的服务发布。通过一体化地图发布子***能够将符合OGC标准的WMS(Web Map Service)地图服务、WFS(Web Feature Service)矢量要素服务、WCS(Web Coverage Service)、WMTS(Web Map Tile Service)栅格地图服务等传输到平台用户的客户端，能够支持常用的地图投影，同时发布通用空间分析服务WPS(WebProcessing Service)。发布的数据包含收费站高精度地图中的详细版高精度地图、特殊区域道路高精度地图、二义性识别区、收费识别面等矢量地图数据，这些数据来源于已经入库的成果数据，主要是用于在专用的用户客户端上通过图形化方式直观展示上述种类的地图数据，帮助用户掌握车辆在收费公路上的行驶和扣费情况。
实施例：
如图1所示，基于北斗高精度的地图服务***由高精度地图数据库和高精度地图发布平台两个子***构成。其中高精度地图数据库由收费站高精度地图、特殊区域道路高精度地图、二义性识别区、收费识别面构成，采用WGS84大地坐标，经纬度坐标值精确到0.00000001度，高程坐标精度到0.001米；高精度地图发布平台由数据更新与服务平台、地图发布子***构成。
在高精度地图数据库方面，首先通过专业的测量测绘方式，获取收费站区域、特殊区域道路的高精度地图数据，再参照高速公路公司提供的位置，划定出二义性识别区和收费识别面，上述数据统一归于高精度地图数据库。
当安装有北斗定位终端的车辆驶入收费站区域时，后台***调用收费站高精度地图，将车辆定位信息与该地图进行对比，即可判断车辆驶入哪一条车道，此后，即可通过车道上其他设施设备，控制该车道进行抬杆。
当安装有北斗定位终端的车辆行驶在收费公路上时，如该车辆通过了某一特殊区域道路，后台***调用特殊区域道路的高精度地图，将车辆定位信息与该地图进行对比，即可判断车辆行驶于收费公路或不收费道路，以便实现精准计费。
当安装有北斗定位终端的车辆行驶到可能存在多路径情况的区域时，调用二义性识别区，根据车辆定位信息，判断车辆经过哪条可能行驶路径入口上的直线，则判断出车辆实际行驶路径，避免因无法识别车辆实际行驶路线而出现二义性计费错误。
当安装有北斗定位终端的车辆行驶到虚拟收费站所在区域时，并已通过该收费识别面区域时，根据该车辆从上一个虚拟收费站到本虚拟收费站之间的行驶路线，进行分段扣费。
对上述内容中的收费站高精度地图需进一步具体阐述如下：如图2所示，收费站高精度地图包括其中收费站高精度地图包括简化版高精度地图和详细版高精度地图。简化版高精度地图是车辆位置判断的基础数据，是北斗收费***的核心基础设施，内容包括车道面、收费杆、收费站面三种图层信息，该地图主要用于与车辆定位信息对比后，确定车辆驶入收费站的哪一条车道，以便控制对应车道抬杆；详细版高精度地图是展示车辆位置的基础数据，为用户提供可视化的UI界面，除了车道面、收费杆、收费站面信息外还包括车道级道路中心线、道路设施面、线状交通标线、面状交通标线、车道级道路连接点及建筑物面图层信息，该地图主要是在实现简化版高精度地图全部功能的基础上，结合高精度地图发布平台的功能，为有需求的用户提供车辆通过收费站区域全过程的直观展现。
所述车道面图层描述车道面(不可变车道)的形态，以面要素形式来表达。包含不可变车道编号、通道标识、关联收费站编号、高速出入口标识等内容。
所述收费杆图层描述收费杆的位置信息，以点要素形式来表达。包含收费杆编号、落杆标识、关联收费站编号、关联不可变车道编号、高速出入口标识等内容。
所述收费站面图层描述收费站面的形态，以面要素形式来表达。包含收费站面编号信息。
所述车道级道路中心线图层记录了车道级道路中心线的属性，用于描述高精度道路几何形态、表达与道路设施之间的关系，以及建立高精度车道级道路和传统二维导航电子地图的关联关系。包含车道编号、通道标识、关联收费站编号、高速出入口标识、是否处于无固定车道区间、车道宽度等内容。
所述道路设施面图层描述道路设施的相关属性。包含面状道路设施编号、面状道路设施类型等内容。
所述线状交通标线图层以线要素的形式来表达的线条型交通标线。包含线条型交通标线编号、线条型交通标线种类、标线颜色、标线形态等内容。
所述面状交通标线图层记录的是除线条型外的交通标线，主要箭头类和人行横道、禁停区、安全岛等交通标线相关属性，表达为面要素。包含面状交通标线编号、面状交通标线种类等内容。
所述车道级道路连接点图层用来表达车道级道路中心线之间的拓扑连接关系。包含车道连接点编号、关联车道级道路编号等内容。
所述建筑物面图层描述建筑物面的形态，以面要素形式来表达。包含建筑物轮廓编号、建筑物中文名称等内容。
如图3所示，高精度地图发布平台由数据更新与服务平台、地图发布子***构成。
数据更新与服务平台具备提供的服务包括地图数据服务，标注服务，高精度专题数据服务，在线规划服务以及在线检索服务，将高精度地图成果数据进行地图投影加偏处理，提交到地图发布子***进行符号化和数据发布，具体功能如下：
地图数据服务提供全国范围内普通地图的栅格瓦片，基于GCJ02坐标系，采用Web墨卡托投影，瓦片大小为256×256；
标注服务提供全国范围内普通地图标注以及指定区域内的高精度地图标注的矢量瓦片服务，基于GCJ02坐标系，采用Web墨卡托投影，瓦片大小为256×256；
高精度专题数据服务提供指定区域内的高精度栅格瓦片，基于GCJ02坐标系，采用Web墨卡托投影，瓦片大小为256×256；
其中，地图数据服务的基础数据来源于专门为北斗公路自由流收费业务而采集的普通精度地图基础数据或通过第三方渠道获取的普通精度地图基础数据，高精度专题数据服务的基础数据来自于本发明中包含的高精度地图数据库。标注服务可同时为普通精度地图和高精度地图提供标注。
在线规划服务提供高精度地图车道级规划；
在线检索提供关键字检索和周边检索功能。
地图发布子***发布符合OGC标准的WMS(Web Map Service)地图服务、WFS(WebFeature Service)矢量要素服务、WCS(Web Coverage Service)、WMTS(Web Map TileService)栅格地图服务等传输到平台用户的客户端，能够支持常用的地图投影，同时发布通用空间分析服务WPS(Web Processing Service)。发布的数据包含收费站高精度地图中的详细版高精度地图、特殊区域道路高精度地图、二义性识别区、收费识别面三种矢量地图数据，这些数据来源于已经入库的成果数据，主要是用于在专用的用户客户端上通过图形化方式直观展示上述种类的地图数据，帮助用户掌握车辆在收费公路上的行驶和扣费情况。
本发明针对公路自由流收费业务提供服务，具有公路收费站区域、二义性识别区等要素的高精度地图服务***，有利于在我国有站收费模式下，实现基于北斗卫星导航技术进行公路收费的路径分析、高精度定位、后台规划决策，实现对公路进行精准路径收费，同时也可以为实现智能驾驶、应急救援等智慧交通发展奠定基础。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务***，其特征在于，包括高精度地图数据库和高精度地图发布平台两个子***；
所述高精度地图数据库包括收费站高精度地图、特殊区域道路高精度地图、二义性识别区和收费识别面；
所述收费站高精度地图包括简化版高精度地图和详细版高精度地图；简化版高精度地图中包括车道面、收费杆、收费站面信息；详细版高精度地图为用户提供可视化的UI界面，包括车道面、收费杆、收费站面信息、车道级道路中心线、道路设施面、线状交通标线、面状交通标线、车道级道路连接点及建筑物面信息；
所述特殊区域道路高精度地图是指在其一侧或者两侧存在着平行不收费道路的收费公路路段区域地图，包括车道面、车道级道路中心线和收费公路边界线；
所述二义性识别区是指在车辆存在多个可能行驶路径的情况下，在每个可能行驶路径的入口划定一条横向贯穿该条路径的直线，用于判定车辆实际进入的路径；
所述收费识别面是指根据自由流收费的需要，在地图上设定区域划分出的用于进行分段计费的虚拟收费站，并以面状要素表达；
所述高精度地图发布平台包括数据更新与发布服务平台以及地图服务发布平台；
所述地图数据更新与服务平台用于提供普通精度地图数据服务、标注服务、高精度专题数据服务、在线规划服务以及在线检索服务，将高精度地图成果数据进行地图投影加偏处理，提交到地图发布平台进行符号化和数据发布；其中，高精度专题数据包含收费站高精度地图中的详细版高精度地图、特殊区域道路高精度地图、二义性识别区、收费识别面地图数据；
所述地图发布平台用来完成普通精度地图数据和高精度专题数据的服务发布。
2.如权利要求1所述的一种面向北斗公路自由流收费的高精度地图服务***，其特征在于，所述地图发布平台发布的服务包括符合OGC标准的WMS地图服务、WFS矢量要素服务、WCS、WMTS栅格地图服务并支持地图投影，同时发布通用空间分析服务WPS。
3.一种如权利要求1所述的高精度地图服务***的使用方法，其特征在于，当安装有北斗定位终端的车辆驶入收费站区域时，调用收费站高精度地图，将车辆定位信息与该地图进行对比，判断车辆驶入哪一条车道，如此涌入控制车辆所在车道进行抬杆。
4.如权利要求3所述的高精度地图服务***的使用方法，其特征在于，当安装有北斗定位终端的车辆行驶在收费公路上时，当检测到车辆通过某一特殊区域道路，调用特殊区域道路的高精度地图，将车辆定位信息与该地图进行对比，判断车辆行驶于收费公路或不收费道路，以实现精对车辆的计费。
5.如权利要求3所述的高精度地图服务***的使用方法，其特征在于，当安装有北斗定位终端的车辆行驶到可能存在多路径情况的区域时，调用二义性识别区，根据车辆定位信息，判断车辆经过哪条可能行驶路径入口上的直线，则判断出车辆实际行驶路径。
6.如权利要求3所述的高精度地图服务***的使用方法，其特征在于，根据车辆定位信息，当安装有北斗定位终端的车辆行驶到虚拟收费站所在区域时，并已通过该收费识别面区域时，根据该车辆从上一个虚拟收费站到本虚拟收费站之间的行驶路线，进行分段扣费。
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