CN1877641A - 多义性路径识别***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多义性路径识别***及其方法，包括路侧天线设备、桌面读写机、车载单元，所述路侧天线设备连续发送带有路径标识信息的射频信号；所述车载单元包括记录车辆行驶路径的入口信息的IC卡，用来接收和存储上述路侧天线设备发送的路径标识信息的接收装置和存储单元；所述桌面读写机用来读取上述车载单元的IC卡和存储单元中的路径信息。本发明充分利用现有的收费模式和收费***，在解决多义性路径问题的同时节省了投资，并且具有高可靠性的数据通信效果，即使车辆在很高的速度行驶过程中，仍然可以保证稳定可靠的通信，非常适合高速公路使用。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域，特别涉及一种适用于高速公路收费***中的路径识别***及其方法。
背景技术
联网收费是目前高速公路收费方式的主要发展趋势，基本上所有发达地区都已实施了基于IC卡的高速公路联网收费***。在联网收费***中，精确拆分帐和结算是保证各高速公路业主利益的关键，而完整的、清晰的行车路径数据是实现精确拆分帐的基础。目前高速公路网日趋发达，在同一路网中，从相同的起点出发，到达相同的目的地，可以有多条不同的路径(多义性路径)供选择，而目前的收费***只能识别起点信息和目的地信息，没有路径信息，无法按实际行车路径来结算，造成高速公路业主利益分配不均，成为联网收费的一大问题——多义性路径识别问题。
通常，解决多义性路径识别问题有两种方法：其一，精确识别：真实记录行驶车辆的全部路径信息；其二，模糊算法：根据部分路径信息数据，通过模糊算法逼近真实的行车路径。其中：
模糊算法方案主要有以下几种：
(1)最短路径法：其基本原理是假定路网中任意两点之间的出行交通流量都集中在路网中最小阻抗(行程时间/路径里程等代替)。在复杂收费路网中从入口、出口存在两条或两条以上的路径，结算***假定车辆按最短路径行驶。
(2)应用概率统计法：其利用联网收费***入口、出口数据、交通监控连接处主线检测数据、交通流检测数据，通过模型计算，综合平衡出各路段交通流量，从而确定路网流量分布和起终点行驶路径，完成车辆通行费的分配。即，依据路网的布局情况、车流分布情况来结算。
上述模糊算法方案虽然在一定程度上解决了多义性路径问题带来的结算难题，但并没有真正解决多义性路径识别问题，利益的分配并不准确，因此无法令各高速公路业主满意。
精确识别方案主要有：
(1)标识站法：采用必要的土建设施、机电设备在可能出现多义性的路径上，选择合适的地点设置标识站，对车辆携带的通行卡/电子标签/非现金支付卡写入必要的信息(进行路径标识，可以分为停车式、不停车式两种)，通过出口、入口、路段三种信息准确地实现车辆通行费的计算与征收、拆分与结算。
(2)车牌识别法：在所有高速公路的出口、入口设置车牌识别***(或者人工输入车牌)，在路网内关键点设置车牌识别***，将识别出的车牌信息写入车辆携带的通行卡/电子标签/非现金支付卡并加以标识，从而判定车辆实际行驶的路线，精确实现车辆通行费的征收、清算。
上述精确识别方案能真实记录车辆行驶路径，因此有效的解决了多义性路径识别问题，是目前各高速公路联网收费***追求的目标。但以上的标识站法需要在高速公路主线上修建多个收费站，降低了通行效率，与社会发展潮流相违背，不可能被采用；车牌识别法目前主要受制与车牌识别设备的识别率，主流识别设备的识别率并不高而且还受天气、光线、车牌的清洁度等因素影响，因此车牌识别法并没有大规模使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于射频识别技术与集成电路卡(IC卡)技术的多义性路径识别***及其方法，在不增加建设成本和无需***改造的同时解决现有高速公路收费***中的路径识别问题。
本发明所采用的技术方案：一种多义性路径识别***，包括路侧天线设备、桌面读写机、车载单元，所述路侧天线设备连续发送带有路径标识信息的射频信号；所述车载单元包括记录车辆行驶路径的入口信息的IC卡，用来接收和存储上述路侧天线设备发送的路径标识信息的接收装置和存储单元；所述桌面读写机用来读取上述车载单元的IC卡和存储单元中的路径信息。
上述路侧天线设备包括微处理器、射频模块、功率放大器、天线单元、远程控制模块和电源模块，所述微处理器与射频模块、远程控制模块分别连接，天线单元经功率放大器与射频模块连接。所述远程控制模块是一个有线或无线网络通信模块，或RS485通信模块，用于计算机远程设置路侧天线设备的路径标识信息、功率参数及检测路侧天线设备的工作状态。
上述车载单元包括用于记录车辆行驶路径的入口信息的IC卡，微处理器、存储单元、载波检测电路、射频模块和天线单元，微处理器与存储单元、载波检测电路、射频模块分别连接，射频模块与天线单元连接。所述载波检测电路用来触发微处理器工作，其检测频率为13.56MHz。所述存储单元为非易失性存储体，可以存在于微处理器内部，也可以是独立的存储芯片，该存储单元与微处理器直接通信。
上述桌面读写机包括微处理器、射频模块、天线单元、IC卡读写模块、IC卡读写天线和上位机通信模块，其中，所述微处理器与射频模块、IC卡读写模块、上位机通信模块分别连接，天线单元与射频模块连接，IC卡读写天线与IC卡读写模块连接。
上述射频模块发送和接收的信号频率为433MHz，或915MHz，或2.4GHz。
本发明同时公开了一种多义性路径识别方法，包括如下步骤：
a)在路网入口处，桌面读写机向车载单元的IC卡写入入口信息，清除存储单元中的路径标识信息，将车载单元设置为工作模式；
b)车载单元随行驶车辆在路网内移动，定时检测有无路侧天线设备发送的路径标识信号，如果检测到路径标识信息，就接收该路径标识信息，并将其顺序保存在存储单元内；
c)在路网出口处，桌面读写机读取车载单元的IC卡和存储单元中的路网入口信息和路径标识信息，将车载单元设置为省电的休眠模式。
上述车载单元在路网入口处和出口处，被桌面读写机发射的13.56MHz信号唤醒；在随车辆行驶的过程中，其每隔一秒自动唤醒一次。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明中的车载单元、桌面读写机都可以支持目前已经在交通收费行业广泛使用的非接触式逻辑加密卡等IC卡，因此可以充分利用现有的收费***及其收费模式，在解决多义性路径识别问题时节省了投资。
(2)本发明能够实现精确记录车辆行驶路径的目标，而工作流程与现有收费模式兼容，非常适合存在多义性路径的复杂路网收费***；可以通过在现有IC卡收费***基础上平滑升级来实现，并可与IC卡同时在路网内混合使用，有效保护原有投资。
(3)本发明采用了高灵敏度、高集成度的射频芯片，达到了小体积、低功耗、远距离通信、高可靠性数据通信的效果。在车辆行驶过程中所接收的路径信息被直接写入存储单元内，具有读写速度快等特点，因此可以提高车辆行驶的速度。经测试，当车辆行驶速度在0～200km/h时，路侧天线设备与车载单元之间的通信稳定可靠，非常适合高速公路使用。
(4)本发明***采用了433MHz无线链路进行通信，具有通信距离远、饶过障碍物能力强的特点，且属于公用频段，无需申请无线电使用许可，易于应用。路侧天线设备安装在路边或采用龙门架安装方式置于路面上方，其覆盖范围大小可灵活设置，一条路段只需安装一台天线设备即可，无需额外土建工程，节省建设费用。
(5)本发明中的车载单元采用13.56MHz载波检测电路，使其在有13.56MHz载波信号的情况下被快速触发，并在很短的时间内通过433MHz的无线链路完成信息交换，然后进入休眠状态，缩短了数据交换时间并降低了功耗。其休眠模式和工作模式在不同情况下相互转换，降低了功耗。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。
如图1所示，本发明所述多义性路径识别***，包括路侧天线设备10、桌面读写机20、车载单元30，其中：
所述路侧天线设备10包括远程控制模块11、微处理器12、射频模块13、功率放大器14、天线单元15和电源模块16，所述微处理器12与射频模块13、远程控制模11块分别连接，天线单元15经功率放大器14与射频模块13连接。所述远程控制模块11是一个有线或无线网络通信模块，或RS485通信模块，用于计算机远程设置路侧天线设备10的路径标识信息、功率参数及检测路侧天线设备的工作状态等。
所述车载单元30包括用于记录车辆行驶路径的入口信息的IC卡36，微处理器33、存储单元34、载波检测电路37、射频模块32和天线单元35，微处理器33与存储单元34、载波检测电路37、射频模块32分别连接，射频模块32与天线单元35连接。另外还包括高能电池31，用于给射频模块32、微处理器33、存储单元34和载波检测电路37供电。所述载波检测电路37用来触发微处理器工作，当检测到13.56MHz的载波信号后，立即输出一个触发信号至微处理器33，使微处理器从休眠状态进入正常工作状态，即被唤醒。所述存储单元34为非易失性存储体，可以存在于微处理器内部，也可以是独立的存储芯片，该存储单元与微处理器直接通信。IC卡36在逻辑上为独立单元，符合ISO14443标准，其物理存在形式有两种：(1)用塑料基片封装的标准IC卡；(2)IC卡芯片绑定或贴装在电路板上，并与电路板上的印刷天线连接，使之与电路板成为一体。
所述桌面读写机20包括电源21、微处理器23、射频模块22、天线单元24、IC卡读写模块26、IC卡读写天线27和上位机通信模块25，其中，所述微处理器23与射频模块22、IC卡读写模块26、上位机通信模块25分别连接，天线单元24与射频模块22连接，IC卡读写天线27与IC卡读写模块26连接。
该多义性路径识别***工作原理为：车载单元30在路网入口处，由桌面读写机20向其IC卡36内写入行驶路径入口信息，然后车载单元30随车辆在路网内移动。路侧天线设备10通过天线单元15以433MHz，或915MHz，或2.4GHz的频率连续发送带有路径标识信息的射频信号，当车载单元30检测到上述路径标识信号之后，通过天线单元35接收该路径标识信息，顺序保存在存储单元34内。当车辆行驶至路网出口处时，由桌面读写机20唤醒车载单元30，并读取上述其IC卡36和存储单元34中的路径信息，即可获得该车辆行驶的准确路径。车载单元30作为收费信息载体在路网入口处发出后被放置在车上，随车辆在路网内移动，最终在路网出口处被收回。
本发明所述多义性路径识别方法，通过如下步骤实现：
a.车载单元30初始状态为休眠模式，射频模块32处于关闭状态，微处理器33处于休眠状态，静态电流约1uA；
b.在路网入口处，车载单元30的载波检测电路37检测到桌面读写机20(放置在路网的入口处和出口处，与计算机连接，一直处于工作状态)发出的13.56MHz信号后将微处理器33唤醒，之后车载单元30与桌面读写机20进行通信，桌面读写机20向车载单元30内IC卡36写入相关的入口信息，清除车载单元30的内存储单元34中的路径标识信息，把车载单元30设置为工作模式；
c.车载单元30随车辆在路网内移动，此期间一直处于工作模式，微处理器33每秒自动唤醒1次，检测有无路侧天线设备10发送的路径标识信号，如果检测到标识信号，车载单元30开始接收标识码信息，并在接收成功后把信息顺序保存在其内部的非易失性存储单元34中；
d.在路网出口处，车载单元30的载波检测电路37检测到桌面读写机20发送的13.56MHz信号后将微处理器33唤醒，之后车载单元30与桌面读写机20进行通信；桌面读写机20读取车载单元30内保存的路径入口信息和标识码信息，在信息读取成功后，桌面读写机20清除车载单元30内的入口信息和路径标识信息，并把车载单元30设置为极省电的休眠模式。
如上所述，为本发明的最佳实施方式之一。尽管所述实例已经表示和描述了本发明，但并不表示对本发明自身的限制，本领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的前提下，可在其形式上和细节上作出各种变化，所附的权利要求书覆盖了本发明精神和范围内的所有这些改变和修改。
Claims (10)
1.一种多义性路径识别***，包括路侧天线设备、桌面读写机、车载单元，其特征在于，所述路侧天线设备连续发送带有路径标识信息的射频信号；所述车载单元包括记录车辆行驶路径的入口信息的IC卡，用来接收和存储上述路侧天线设备发送的路径标识信息的接收装置和存储单元；所述桌面读写机用来读取上述车载单元的IC卡和存储单元中的路径信息。
2.根据权利要求1所述的多义性路径识别***，其特征在于，所述路侧天线设备包括微处理器、射频模块、功率放大器、天线单元、远程控制模块和电源模块，所述微处理器与射频模块、远程控制模块分别连接，天线单元经功率放大器与射频模块连接。
3.根据权利要求2所述的多义性路径识别***，其特征在于，所述远程控制模块是一个有线或无线网络通信模块，或RS485通信模块，用于计算机远程设置路侧天线设备的路径标识信息、功率参数及检测路侧天线设备的工作状态。
4.根据权利要求1所述的多义性路径识别***，其特征在于，所述车载单元包括用于记录车辆行驶路径的入口信息的IC卡，微处理器、存储单元、载波检测电路、射频模块和天线单元，微处理器与存储单元、载波检测电路、射频模块分别连接，射频模块与天线单元连接。
5.根据权利要求4所述的多义性路径识别***，其特征在于，所述载波检测电路用来触发微处理器工作，其检测频率为13.56MHz。
6.根据权利要求4所述的多义性路径识别***，其特征在于，所述存储单元为非易失性存储体，可以存在于微处理器内部，也可以是独立的存储芯片，该存储单元与微处理器直接通信。
7.根据权利要求1所述的多义性路径识别***，其特征在于，所述桌面读写机包括微处理器、射频模块、天线单元、IC卡读写模块、IC卡读写天线和上位机通信模块，其中，所述微处理器与射频模块、IC卡读写模块、上位机通信模块分别连接，天线单元与射频模块连接，IC卡读写天线与IC卡读写模块连接。
8.根据权利要求2或4或7所述的多义性路径识别***，其特征在于，所述射频模块发送和接收的信号频率为433MHz，或915MHz，或2.4GHz。
9.一种多义性路径识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)在路网入口处，桌面读写机向车载单元的IC卡写入入口信息，清除存储单元中的路径标识信息，将车载单元设置为工作模式；
b)车载单元随行驶车辆在路网内移动，定时检测有无路侧天线设备发送的路径标识信号，如果检测到路径标识信息，就接收该路径标识信息，并将其顺序保存在存储单元内；
c)在路网出口处，桌面读写机读取车载单元的IC卡和存储单元中的路网入口信息和路径标识信息，将车载单元设置为省电的休眠模式。
10.根据权利要求9所述的多义性路径识别方法，其特征在于，所述车载单元在路网入口处和出口处，被桌面读写机发射的13.56MHz信号唤醒；在随车辆行驶的过程中，其每隔一秒自动唤醒一次。
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