CN111192371B - 一种基于gnss设备的高速公路计费方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于GNSS设备的高速公路计费方法及***，方法包括：S1、当车辆进入高速公路入口时，入口RSU激活OBU的蓝牙模块，开启GNSS设备；S2、当车辆在高速公路上正常行驶时，OBU随机获取GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过GNSS设备上传至计费后台；S3、当车辆经过ETC门架时，OBU获取ETC门架的GNSS信息和GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过GNSS设备上传至计费后台；S4、当车辆驶出高速公路出口时，出口RSU获取OBU的信息上传至计费后台，计费后台根据OBU的信息获取GNSS设备上传的数据，根据GNSS设备上传的数据确认GNSS设备是否为可信。本发明的计费中心根据GNSS设备上传的数据确认GNSS设备的可信性，进而确认GNSS设备的GNSS信息的可信性，保证了计费的准确性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及高速公路计费领域，具体涉及一种基于GNSS设备的高速公路计费方法及***。
背景技术
取消省界收费站，加快ETC的推广至关重要，在国家政策的指导下，随着发行机构优惠力度的加大，可以预计在2019年底，在籍汽车的ETC车载设备安装率将达到80％。
按照《取消高速公路省界收费站总体技术方案》，ETC车辆收费方式调整为自由流收费，保留现有入/出口收费站，在高速公路路网内部，在高速公路沿线断面建设ETC门架，通过ETC技术对经过车辆进行通行费分段计费，从而使其不停车快捷通行。ETC门架是固定的，意味着收费点是固定的。
GNSS信息为解决分段收费问题提供更灵活的收费方案，灵活性要优于当前的收费方案，但GNSS信息应用的前提要求用于计费的GNSS信息是可信的。GNSS信息是否可信有两方面的含义，一是GNSS设备本身是否为可信安全模块(TSM)；二是设备所收到的GNSS信息是否正确，以下叙述主要针对第一点。当前不管是车载智能通讯设备或便携智能通讯设备都具备 GNSS功能，本身就能记录路径信息，但如何确认其提供的GNSS信息是否可信是个需要解决的问题。OBU内置统一发行的安全模块(ESAM)，对于 ETC管理方是一个可信设备，但不具备GNSS功能；车载智能通讯设备或便携智能通讯设备通常具备GNSS功能，但对于ETC管理方来说不能认为是一个可信设备。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于GNSS设备的高速公路计费方法及***，确认GNSS设备的可信性，保证计费的准确性和安全性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于GNSS设备的高速公路计费方法，所述高速公路计费方法包括：
(1)当车辆进入高速公路入口时，入口RSU激活OBU的蓝牙模块，开启GNSS设备；
(2)当所述车辆在高速公路上正常行驶时，所述OBU随机获取所述 GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过所述GNSS设备上传至计费后台；
(3)当所述车辆经过ETC门架时，所述OBU获取所述ETC门架的GNSS 信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过所述GNSS设备上传至所述计费后台；
(4)当所述车辆驶出高速公路出口时，出口RSU获取所述OBU的信息上传至所述计费后台，所述计费后台根据所述OBU的信息获取所述GNSS 设备上传的数据，根据所述GNSS设备上传的数据确认所述GNSS设备是否为可信，若是则进行正常扣费，若否进行异常处理，人工校核。
进一步，如上所述的高速公路计费方法，步骤(1)包括：
当车辆进入高速公路入口时，入口RSU发送DSRC信号激活OBU的蓝牙模块，所述OBU通过所述蓝牙模块与所述GNSS设备进行通讯，所述GNSS 设备开启获取GNSS信息的应用。
进一步，如上所述的高速公路计费方法，步骤(2)包括：
当所述车辆在高速公路上正常行驶时，所述OBU按照随机的时间间隔获取所述GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM加密后发送给所述GNSS 设备，通过所述GNSS设备上传至计费后台。
进一步，如上所述的高速公路计费方法，步骤(3)包括：
当所述车辆经过ETC门架时，所述OBU获取所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM对所述ETC门架的GNSS 信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息加密后发送给所述GNSS设备，通过所述GNSS设备上传至所述计费后台。
进一步，如上所述的高速公路计费方法，所述OBU使用ESAM对所述 ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息加密后发送给所述GNSS设备，包括：
当所述车辆经过所述ETC门架时，所述OBU接收所述ETC门架下传的随机数，每经过一个ETC门架，更新一次随机数；
所述OBU对获取的GNSS信息生成CRC值，将所述CRC值替换所述随机数的最低两个字节；
所述OBU使用ESAM的加密密钥对所述随机数进行加密，形成鉴别码；
所述OBU使用加密运算对获取的GNSS信息和所述鉴别码加密后发送给所述GNSS设备。
进一步，如上所述的高速公路计费方法，步骤(4)中，在所述计费后台根据所述GNSS设备上传的数据确认以下信息之后，确认所述GNSS设备为可信：
所述GNSS设备的GNSS信息具备时间和位置上的连续性；
所述ETC门架的GNSS信息与所述车辆经过所述ETC门架时所述GNSS 设备的当前GNSS信息一致；
接收的GNSS信息经过所述OBU加密。
一种基于GNSS设备的高速公路计费***，所述高速公路计费***包括：入口RSU、ETC门架、车辆内的OBU和GNSS设备、出口RSU以及计费后台；
所述入口RSU用于当车辆进入高速公路入口时，激活OBU的蓝牙模块，开启GNSS设备；
所述OBU用于当所述车辆在高速公路上正常行驶时，随机获取所述 GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过所述GNSS设备上传至所述计费后台；
所述OBU用于当所述车辆经过所述ETC门架时，获取所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过所述GNSS设备上传至所述计费后台；
所述出口RSU用于当所述车辆驶出高速公路出口时，获取所述OBU的信息上传至所述计费后台；
所述计费后台用于根据所述OBU的信息获取所述GNSS设备上传的数据，根据所述GNSS设备上传的数据确认所述GNSS设备是否为可信，若是则进行正常扣费，若否进行异常处理，人工校核。
进一步，如上所述的高速公路计费***，所述OBU具体用于：
当所述车辆在高速公路上正常行驶时，按照随机的时间间隔获取所述 GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM加密后发送给所述GNSS设备，通过所述GNSS设备上传至计费后台。
进一步，如上所述的高速公路计费***，所述OBU具体用于：
当所述车辆经过ETC门架时，获取所述ETC门架的GNSS信息和所述 GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM对所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息加密后发送给所述GNSS设备，通过所述 GNSS设备上传至所述计费后台。
进一步，如上所述的高速公路计费***，所述计费后台用于根据所述 GNSS设备上传的数据确认以下信息之后，确认所述GNSS设备为可信：
所述GNSS设备的GNSS信息具备时间和位置上的连续性；
所述ETC门架的GNSS信息与所述车辆经过所述ETC门架时所述GNSS 设备的当前GNSS信息一致；
接收的GNSS信息经过所述OBU加密。
本发明的有益效果在于：本发明所提供的方法及***，车辆内的OBU 按一定随机性的时间间隔获取车辆内GNSS设备的GNSS信息。在车辆经过 ETC门架时，OBU同时获取ETC门架的GNSS信息和GNSS设备的GNSS 信息，加密后回传给GNSS设备，GNSS设备再上传给计费中心，计费中心根据GNSS设备上传的数据确认GNSS设备的可信性，进而确认GNSS设备的GNSS信息的可信性，避免了因GNSS信息有误导致的计费错误，保证了计费的准确性和安全性。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种基于GNSS设备的高速公路计费方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中提供的车辆进入高速公路入口时的工作流程图；
图3为本发明实施例中提供的车辆在高速公路上正常行驶时的工作流程图；
图4为本发明实施例中提供的车辆经过ETC门架时的工作流程图；
图5为本发明实施例中提供的车辆驶出高速公路出口时的工作流程图；
图6为本发明实施例中提供的智能通讯设备和OBU的功能模块组成示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于GNSS设备的高速公路计费方法，高速公路计费方法包括：
S1、当车辆进入高速公路入口时，入口RSU激活OBU的蓝牙模块，开启GNSS设备；
步骤S1包括：
当车辆进入高速公路入口时，入口RSU发送DSRC信号激活OBU的蓝牙模块，OBU通过蓝牙模块与GNSS设备进行通讯，GNSS设备开启获取 GNSS信息的应用。
S2、当车辆在高速公路上正常行驶时，OBU随机获取GNSS设备的当前 GNSS信息，加密后通过GNSS设备上传至计费后台；
步骤S2包括：
当车辆在高速公路上正常行驶时，OBU按照随机的时间间隔获取GNSS 设备的当前GNSS信息，使用ESAM加密后发送给GNSS设备，通过GNSS 设备上传至计费后台。
S3、当车辆经过ETC门架时，OBU获取ETC门架的GNSS信息和GNSS 设备的当前GNSS信息，加密后通过GNSS设备上传至计费后台；
步骤S3包括：
当车辆经过ETC门架时，OBU获取ETC门架的GNSS信息和GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM对ETC门架的GNSS信息和GNSS设备的当前GNSS信息加密后发送给GNSS设备，通过GNSS设备上传至计费后台。
OBU使用ESAM对ETC门架的GNSS信息和GNSS设备的当前GNSS 信息加密后发送给GNSS设备，包括：
当车辆经过ETC门架时，OBU接收ETC门架下传的随机数，每经过一个ETC门架，更新一次随机数；
OBU对获取的GNSS信息生成CRC值，将CRC值替换随机数的最低两个字节；
OBU使用ESAM的加密密钥对随机数进行加密，形成鉴别码；
OBU使用加密运算对获取的GNSS信息和鉴别码加密后发送给GNSS设备。
S4、当车辆驶出高速公路出口时，出口RSU获取OBU的信息上传至计费后台，计费后台根据OBU的信息获取GNSS设备上传的数据，根据GNSS 设备上传的数据确认GNSS设备是否为可信，若是则进行正常扣费，若否进行异常处理，人工校核。
步骤S4中，在计费后台根据GNSS设备上传的数据确认以下信息之后，确认GNSS设备为可信：
GNSS设备的GNSS信息具备时间和位置上的连续性；
ETC门架的GNSS信息与车辆经过ETC门架时GNSS设备的当前GNSS 信息一致；
接收的GNSS信息经过OBU加密。
计费后台确认GNSS设备为可信，即可确认GNSS设备产生的GNSS信息可信，可用于计费。本发明的计费后台可以是后台服务器。
本发明的GNSS设备，可以是具备GNSS功能的车载智能通讯设备或便携智能通讯设备(以下统一简称“智能通讯设备”)能和车辆上OBU互连(典型通讯方式是蓝牙)，同时能通过广域网和计费后台通讯，OBU和RSU通过 DSRC通讯。
OBU按一定随机性的时间间隔获取智能通讯设备的GNSS信息，智能通讯设备不能区分是否是ETC门架触发获取GNSS信息的请求。
计费后台通过以下三点判断智能通讯设备产生的GNSS信息是否可信：
1、车辆的GNSS信息具备时间和位置的连续性的特点；
2、ETC门架的GNSS位置是已知的，因此车辆通过ETC门架的时间和位置是可以校验的；
3、智能通讯设备传送到计费后台的GNSS信息经过OBU的ESAM的加密认证。
如图2所示，车辆进入高速公路入口后，OBU按一定随机性的时间间隔获取智能通讯设备的GNSS信息，加密后返送给智能通讯设备，由智能通讯设备传送到计费后台。具体处理流程如下：
A1、当车辆进入高速公路入口时，入口RSU发送DSRC信号激活OBU 的蓝牙模块，入口RSU生成一个随机数发送给OBU；
A2、OBU通过蓝牙模块与智能通讯设备进行通讯；
A3、智能通讯设备开启获取GNSS信息的应用。
如图3所示，车辆在高速公路上正常行驶时，处理流程如下：
B1、当车辆正常行驶时，智能通讯设备获取GNSS信息；
B2、判断OBU是否到了获取智能通讯设备的GNSS信息的随机时间，若是，则智能通讯设备将获取的GNSS信息传送给OBU，若否，则返回B1；
B3、OBU使用ESAM对接收的GNSS信息加密后传回给智能通讯设备；
B4、智能通讯设备将接收的加密数据上传至计费后台。
如图4所示，车辆通过ETC门架时，RSU将ETC门架的GNSS信息加密后传给OBU，同时OBU获取智能通讯设备的GNSS信息并进行加密，OBU 将加密后的GNSS信息传送给智能通讯设备，由智能通讯设备传送到计费后台。具体处理流程如下：
C1、当车辆正常行驶时，智能通讯设备获取GNSS信息；
C2、当车辆经过ETC门架时，ETC门架的RSU将ETC门架的GNSS 信息加密后传送给OBU，并生成一个随机数发送给OBU；
C3、OBU向智能通讯设备发送查询GNSS信息的请求；
C4、智能通讯设备将获取的GNSS信息传送给OBU；
C5、OBU使用ESAM对智能通讯设备获取的GNSS信息和ETC门架的 GNSS信息加密后传回给智能通讯设备；
C6、智能通讯设备将接收的加密数据上传至计费后台。
如图5所示，车辆驶出高速公路出口时，处理流程如下：
D1、当车辆进入高速公路出口时，出口RSU获取OBU的信息发送给计费后台；
D2、计费后台根据OBU的信息获取保存的智能通讯设备获取的GNSS 信息、车辆经过ETC门架时智能通讯设备获取的GNSS信息和ETC门架的 GNSS信息，判断智能通讯设备是否可信，若可信则进行计费，反馈扣费信息；
D3、判断计费后台反馈的扣费信息是否正常，若是，则车辆被允许驶出，关闭OBU的蓝牙模块，若否，则车辆进入异常处理，比如人工校核。
上述各流程中，OBU对GNSS信息进行加密还包括鉴别码的过程，这样可以保证数据的正确性和完整性，具体流程如下：
E1、车辆经过RSU或ETC门架时，OBU接收RSU或ETC门架下传的随机数，每经一个ETC门架，更新一次随机数；
E2、OBU对GNSS信息生成CRC值，将CRC值替换RSU或ETC门架生成的8字节随机数最低两个字节；
E3、OBU使用ESAM的加密密钥对随机数进行加密形成国家标准的鉴别码MAC；
E4、OBU使用加密运算将GNSS信息和鉴别码加密后传送给智能通讯设备；
E5、智能通讯设备将接收的加密数据传送给计费后台；
E6、计费后台对接收的加密数据解密并验证鉴别码。
鉴别码是为保证数据的完整性，加密运算保证数据安全。
OBU和智能通讯设备处于同一车辆上，能够进行蓝牙通讯，OBU和智能通讯设备的框图如图6所示。OBU按一定随机性的时间间隔获取智能通讯设备的GNSS信息。通过ETC门架时，RSU将ETC门架的GNSS信息加密后传给OBU，同时OBU也获取智能通讯设备的GNSS信息。OBU将接收的两个GNSS信息加密后回传给智能通讯设备，智能通讯设备再传送给计费中心。ETC门架不再具备收费功能，而是具备稽查和校验功能。智能通讯设备无法对GNSS信息进行中间人劫持，修改后很容易发现，因此可以确信上传的GNSS信息是可信，可以用于计费。
本发明还提供一种基于GNSS设备的高速公路计费***，高速公路计费***包括：入口RSU、ETC门架，车辆内的OBU和GNSS设备、出口RSU 以及计费后台；
入口RSU用于当车辆进入高速公路入口时，激活OBU的蓝牙模块，开启GNSS设备；
当车辆进入高速公路入口时，入口RSU发送DSRC信号激活OBU的蓝牙模块，OBU通过蓝牙模块与GNSS设备进行通讯，GNSS设备开启获取 GNSS信息的应用。
OBU用于当车辆在高速公路上正常行驶时，随机获取GNSS设备的当前 GNSS信息，加密后通过GNSS设备上传至计费后台；
OBU具体用于：
当车辆在高速公路上正常行驶时，按照随机的时间间隔获取GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM加密后发送给GNSS设备，通过GNSS设备上传至计费后台。
OBU用于当车辆经过ETC门架时，获取ETC门架的GNSS信息和GNSS 设备的当前GNSS信息，加密后通过GNSS设备上传至计费后台；
OBU具体用于：
当车辆经过ETC门架时，获取ETC门架的GNSS信息和GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM对ETC门架的GNSS信息和GNSS设备的当前GNSS信息加密后发送给GNSS设备，通过GNSS设备上传至计费后台。
OBU使用ESAM对ETC门架的GNSS信息和GNSS设备的当前GNSS 信息加密后发送给GNSS设备，包括：
当车辆经过ETC门架时，OBU接收ETC门架下传的随机数，每经过一个ETC门架，更新一次随机数；
OBU对获取的GNSS信息生成CRC值，将CRC值替换随机数的最低两个字节；
OBU使用ESAM的加密密钥对随机数进行加密，形成鉴别码；
OBU使用ESAM的加密密钥对获取的GNSS信息和鉴别码加密后发送给GNSS设备。
出口RSU用于当车辆驶出高速公路出口时，获取OBU的信息上传至计费后台；
计费后台用于根据OBU的信息获取GNSS设备上传的数据，根据GNSS 设备上传的数据确认GNSS设备是否为可信，若是则进行正常扣费，若否进行异常处理，人工校核。
计费后台用于根据GNSS设备上传的数据确认以下信息之后，确认GNSS 设备为可信：
GNSS设备的GNSS信息具备时间和位置上的连续性；
ETC门架的GNSS信息与车辆经过ETC门架时GNSS设备的当前GNSS 信息一致；
接收的GNSS信息经过OBU加密。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种基于GNSS设备的高速公路计费方法，其特征在于，所述高速公路计费方法包括：
（1）当车辆进入高速公路入口时，入口RSU激活OBU的蓝牙模块，开启GNSS设备；
（2）当所述车辆在高速公路上正常行驶时，所述OBU随机获取所述GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过所述GNSS设备上传至计费后台；
（3）当所述车辆经过ETC门架时，所述OBU获取所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过所述GNSS设备上传至所述计费后台；
（4）当所述车辆驶出高速公路出口时，出口RSU获取所述OBU的信息上传至所述计费后台，所述计费后台根据所述OBU的信息获取所述GNSS设备上传的数据，根据所述GNSS设备上传的数据确认所述GNSS设备是否为可信，若是则进行正常扣费，若否进行异常处理，人工校核；
所述根据所述GNSS设备上传的数据确认所述GNSS设备是否为可信，包括：车辆的GNSS信息具备时间和位置的连续性的特点；ETC门架的GNSS位置是已知的，因此车辆通过ETC门架的时间和位置是可以校验的，即所述ETC门架的GNSS信息与所述车辆经过所述ETC门架时所述GNSS设备的当前GNSS信息一致；GNSS设备传送到计费后台的GNSS信息经过OBU的ESAM的加密认证。
2.根据权利要求1所述的高速公路计费方法，其特征在于，步骤（1）包括：
当车辆进入高速公路入口时，入口RSU发送DSRC信号激活OBU的蓝牙模块，所述OBU通过所述蓝牙模块与所述GNSS设备进行通讯，所述GNSS设备开启获取GNSS信息的应用。
3.根据权利要求1所述的高速公路计费方法，其特征在于，步骤（2）包括：
当所述车辆在高速公路上正常行驶时，所述OBU按照随机的时间间隔获取所述GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM加密后发送给所述GNSS设备，通过所述GNSS设备上传至计费后台。
4.根据权利要求1所述的高速公路计费方法，其特征在于，步骤（3）包括：
当所述车辆经过ETC门架时，所述OBU获取所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM对所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息加密后发送给所述GNSS设备，通过所述GNSS设备上传至所述计费后台。
5.根据权利要求4所述的高速公路计费方法，其特征在于，所述OBU使用ESAM对所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息加密后发送给所述GNSS设备，包括：
当所述车辆经过所述ETC门架时，所述OBU接收所述ETC门架下传的随机数，每经过一个ETC门架，更新一次随机数；
所述OBU对获取的GNSS信息生成CRC值，将所述CRC值替换所述随机数的最低两个字节；
所述OBU使用ESAM的加密密钥对所述随机数进行加密，形成鉴别码；
所述OBU使用加密运算对获取的GNSS信息和所述鉴别码加密后发送给所述GNSS设备。
6.一种基于GNSS设备的高速公路计费***，其特征在于，所述高速公路计费***包括：入口RSU、ETC门架、车辆内的OBU和GNSS设备、出口RSU以及计费后台；
所述入口RSU用于当车辆进入高速公路入口时，激活OBU的蓝牙模块，开启GNSS设备；
所述OBU用于当所述车辆在高速公路上正常行驶时，随机获取所述GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过所述GNSS设备上传至所述计费后台；
所述OBU用于当所述车辆经过所述ETC门架时，获取所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息，加密后通过所述GNSS设备上传至所述计费后台；
所述出口RSU用于当所述车辆驶出高速公路出口时，获取所述OBU的信息上传至所述计费后台；
所述计费后台用于根据所述OBU的信息获取所述GNSS设备上传的数据，根据所述GNSS设备上传的数据确认所述GNSS设备是否为可信，若是则进行正常扣费，若否进行异常处理，人工校核；
所述根据所述GNSS设备上传的数据确认所述GNSS设备是否为可信，包括：车辆的GNSS信息具备时间和位置的连续性的特点；ETC门架的GNSS位置是已知的，因此车辆通过ETC门架的时间和位置是可以校验的，即所述ETC门架的GNSS信息与所述车辆经过所述ETC门架时所述GNSS设备的当前GNSS信息一致；GNSS设备传送到计费后台的GNSS信息经过OBU的ESAM的加密认证。
7.根据权利要求6所述的高速公路计费***，其特征在于，所述OBU具体用于：
当所述车辆在高速公路上正常行驶时，按照随机的时间间隔获取所述GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM加密后发送给所述GNSS设备，通过所述GNSS设备上传至计费后台。
8.根据权利要求7所述的高速公路计费***，其特征在于，所述OBU具体用于：
当所述车辆经过ETC门架时，获取所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息，使用ESAM对所述ETC门架的GNSS信息和所述GNSS设备的当前GNSS信息加密后发送给所述GNSS设备，通过所述GNSS设备上传至所述计费后台。
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