CN201196801Y - 基于卫星定位道路收费的车载设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于卫星定位道路收费的车载设备，它包括用于实现专用短程通信和基于卫星定位与无线接入通信技术的收费计算的两个ARM处理器、连接两个处理器之间的SPI接口、与第一处理器通过数据总线、控制总线连接的专用短程通信的射频接收、发送部分以及第二个处理器的***电路；所述第二个处理器的***电路至少包括GPS装置、专用短程通信装置、显示器及显示器接口、存储器、IC接口和UBS接口。本实用新型的效果如下：采用复合式通信方式，通信稳定、可靠、抗干扰、可扩展性强；设备成本较低；通信速率可达1.5Mbps；可自动更新费率表、嵌入式地图等；便于对车辆的统一管理，提高监管效率。

Description

基于卫星定位道路收费的车载设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于高速公路的电子不停车收费***。

背景技术

随着卫星定位技术和移动通信技术的发展及其应用的扩展，以及移动位置服务不断进步，尤其是GSM的短消息服务技术的诞生，国际上基于卫星定位与GSM的定位技术已广泛地应用在出租车、公交、公安、急救、物流、信息服务等行业，实现了对移动目标全天候的监控、报警、指挥、防盗和调度的功能。与此同时，许多发达国家正在对基于GSM无线通信和GPS卫星定位技术的车辆定位***(VPS)进行研究。领先的汽车制造商已经开始研发以无线通信和卫星定位和电子地图技术为基础的信息服务***和信息通信***。在该***中，车载收费终端实时接收GPS信号，并将车辆的GPS实时位置信息与车载收费终端中存储的高速公路的信息进行对比，如果对比成功，就开始记录，该路段就是缴费路段。车载收费终端会按照费率表内的费率和路段的长度计算该路段的费用，通过短消息将缴费信息传送到收费中心，记录到数据库当中。

上述电子收费***的明显缺陷是，每辆车要安装一个价值500欧元的接收机。

在我国，基于卫星定位技术的应用很多，特别是在导航方面，而且基于GPS/GSM的定位通信技术在移动目标的监控管理方面也有许多应用，如广东的出租车和公交车管理***。对基于卫星定位和无线接入技术的电子收费技术，虽然也有个别企业在技术方面有所探索，但由于这种收费***的实施需要很大程度地依赖于相关政策法规，所以国内企业在此方面所作的研究还都停留在初级阶段，并没有形成体系，尤其是在实际应用方面的研究更是空白。

随着交通领域各行业的蓬勃发展，传统收费方法的缺点(如效率低下、漏洞大等)就显得越来越突出。采用多种技术手段实现车辆收费管理的自动化，解决路桥拥挤的状况，建立有效、可靠的车辆自动收费管理***已成为交通管理的新课题。国内在车辆定位相关方面也有初步的研究，包括基于GPS技术的车辆定位监控、车辆导航，以及融合无线通信技术的信息服务。但针对个人的应用服务非常缺乏。此外，相关的实际应用中，采用的技术手段相对单一：1)无线通信技术局限在GPRS/GSM或CDMA等方式中，没有将专用短程通信(DSRC)技术融合在内；2)电子地图技术的应用正处于起步阶段，车载地图的应用范围限于车辆定位监控及车辆导航。目前还没有专门用于道路收费的专用电子地图，相关的研发工作也未实现，没有和数字地图技术进行深入结合。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于卫星定位道路收费的车载设备，以解决传统的车载设备成本高、技术手段单一、不具备监督管理功能等问题。

本实用新型所述的基于卫星定位道路收费的车载设备，它包括用于实现专用短程通信和基于卫星定位与无线接入通信技术的收费计算的两个ARM处理器、连接两个处理器之间的SPI接口、与第一处理器通过数据总线、控制总线连接的专用短程通信的射频接收、发送部分以及第二个处理器的***电路；所述第二个处理器的***电路至少包括GPS装置、专用短程通信装置、显示器及显示器接口、存储器、IC接口和UBS接口。

本实用新型的效果如下：

1、基于卫星定位道路收费的车载设备采用复合式通信方式，通信稳定、可靠、抗干扰、可扩展性强。

2、基于卫星定位道路收费的车载设备在保证功能完善的前提下，设备成本较低。

3、采用高速DSRC技术，通信速率可达1.5Mbps。

4、基于卫星定位和无线接入的电子不停车收费技术兼容传统的不停车收费技术。

5、车载设备可自动更新费率表、嵌入式地图等，具备提供优质服务的能力。

6、采用基于卫星定位道路收费的车载设备，便于对车辆的统一管理，提高监管效率。

附图说明

图1是本实用新型的车载设备的硬件结构图。

图2是本实用新型的专用短程通信的软件架构图。

图3是本实用新型的车载设备专用短程通信的主程序流程图。

图4是本实用新型的卫星定位—无线接入收费应用软件架构图。

图5是本实用新型的卫星定位—无线接入收费应用主流程图。

图6是本实用新型的收费流程图。

具体实施方式

本实用新型的车载设备依据卫星定位信息对车辆位置进行实时跟踪，且可以根据车辆行驶路径、车辆参数、费率表等信息自动进行路径匹配和费用计算，并将收费信息通知用户。同时车载设备将车辆信息、道路使用时间、路段号及收取的通行费等信息通过移动通信网络上传至管理中心，管理中心根据设备上传的收费参数、路径等信息也对车辆应该收取的道路使用费进行计算，并与车载设备上传的收费金额进行比对，以确保收费的准确性。

本实用新型是在基于卫星定位技术的车载终端集成技术、道路通行费计算技术、嵌入式车载专用电子收费地图、收费车载终端地图匹配与费率信息动态更新技术、5.8GHz频段高速收发及控制技术等基础之上研发基于卫星定位和无线接入技术的智能车载设备。

本实用新型的车载设备主要完成的任务包括：自动完成收费数据存储、路径匹配、费用计算、数据传输、自动识别等任务，并且可扩展接收动态交通信息接收功能。车载设备不仅具备卫星定位功能、无线传输(用于逃费稽查的DSRC和用于与收费相关的移动通信GSM/GPRS)功能及信息显示功能，而且加载了嵌入式电子收费地图，且具备位置匹配、费额计算及用户信息存储和查询及其它信息服务功能。

本实用新型中，车载设备与路侧稽查***采用DSRC形式进行车辆信息交互，车载终端和管理中心之间采用移动通信(如短信GSM)方式进行交互；而对于管理中心和路侧稽查***的数据交互，原则上采用以太网进行数据传输，但是考虑到有些应用条件下不易具备有线传输条件，所以路侧稽查***和管理中心之间还具备无线数据传输功能。

基于卫星定位和无线接入技术的收费车载设备是采用ARM处理器的功能复合型智能车载终端机，它综合利用了卫星定位、无线通信及专用短程通信等技术，实现了道路不停车收费功能，并支持信息服务功能。该车载设备加载嵌入专用电子收费地图，具备道路匹配算法，可通过卫星定位技术自动记录车辆行驶的位置和里程，自动完成收费数据存储、路径生成，并综合考虑道路收费车辆参数和道路收费因素，自动计算车辆的通行费；与收费相关的数据由无线传输网络传输至收费管理中心，从而完成车辆通信费的收取；而且设备具备基于专用短程通信技术的逃费稽查功能，可配合管理单位对车辆的缴费状态进行监督管理。此外，车载设备携带车辆基本信息(车牌号、车型等)、卫星定位收费信息(如通信号码)，可通过接口模式配置设备参数和应用参数，并读取设备记录信息；设备具有的显示功能，除告知司机收费金额、帐户余额及的收费道路提示功能外，还可扩展地图显示和服务信息提示功能。

车载设备采用模块化结构、数模分离、多处理器协作、DSRC收发分隔的技术原则。车载设备划分为：DSRC数字功能模块、DSRC模拟功能模块、卫星定位+无线通信收费功能模块三个主要模块。可通过串行模式配置设备参数和应用参数，并读取设备记录信息。

车载***采用两个处理器，分别用于实现DSRC相关功能和基于卫星定位+无线接入通信技术的收费功能，两个处理器之间采用SPI接口进行功能协作。车载设备的硬件组成参见图1，包括用于实现专用短程通讯和基于卫星定位与无线接入通信技术的收费计算软件的两个ARM处理器、连接两个处理器之间的SPI接口、与第一处理器通过数据总线、控制总线连接的专用短程通讯的射频接收、发送部分以及第二个处理器的***连接的至少包括GPS装置、专用短程通讯装置、显示器及显示器接口、存储器、IC接口和UBS接口。

1.硬件功能：

加载嵌入式linux操作***，支持16M数据存储空间和16M程序空间的扩展；具备GPS功能，可实时确定车辆位置；支持GSM和GPRS两种无线通信模式；符合电子收费专用短程通讯物理层标准中基于FSK调制解调方式参数要求，且通信速率可以升级到1.5Mbps；可驱动无线通信大功率模块，卫星定位相关的硬件***采取汽车取电，且工作电源稳定。射频环节采用电池供电，具备电源管理功能，至少具备工作和休眠两种电源工作模式，外接电源时可对电池进行充电，并有充电保护电路；具备接触式IC卡读写接口，液晶显示接口及USB接口。

2.软件功能：

根据车载设备硬件结构的模块化设计，软件功能可通过串行模式配置设备参数和应用参数，读取设备记录信息实现卫星定位信息接收和解析，GSM短信收发功能，GPRS上网功能，DSRC稽查通信协议，稽查应用，DSRC广播功能，实现嵌入专用电子收费地图功能。

DSRC模块：

车载设备的DSRC模块用于实现卫星收费逃费稽查功能，并作为信息服务的通道，同时实现集成ETC功能。主要软件模块包括：设备接口驱动、应用软件及PC配置及监控软件。

卫星收费+无线接入模块：

车载设备携带简单的可以表征点线关系的道路信息，根据卫星定位信息将车辆投影到当前路段，并记忆车辆行驶路段。实现嵌入专用电子收费地图，具备道路匹配算法，根据当前位置信息和历史数据准确地确定车辆行驶路段，并记忆车辆行驶路段，根据路段信息和费率信息自动计算道路使用费；具有简单的液晶显示功能，告知司机收费金额、帐户余额及简单的收费道路提示功能并扩展地图显示和服务信息提示功能；按照文本或PDU格式的短信息编码协议实现GSM短信收发功能，并实现GPRS上网功能，并在此功能上实现收费信息上传和信息服务扩展。本实用新型的专用短程通讯的软件架构见图2；本实用新型的车载设备专用短程通讯的主程序流程图见图3；本实用新型的卫星定位—无线接入收费应用软件架构图见图4；本实用新型的卫星定位—无线接入收费应用主流程图见图5。

嵌入专用电子收费地图介绍：通常电子地图由记录实际地物的地理数据和与实际地物相关的标识、整饰信息以及各类附加信息组成。电子地图主要由道路形状数据、背景数据、拓扑数据和属性数据构成，它们之间紧密衔接，共同为车辆导航应用提供服务。由于目前收费是针对道路来说，所以涉及道路的形状数据、拓扑数据和属性数据是必不可少的要素。此外电子地图数据必须在保证精度和信息量的情况下尽可能的精炼，同时其数据结构也必须更加符合嵌入式设备显示、运算和分析的要求。电子地图可通过精简地图数据进行压缩，去除不必要的连接点，可以大大缩减电子地图的数据量，节省数据存储空间和减小程序计算量。

车载设备地图属性定义主要是路段属性定义，原则尽量减少属性数量，去除不必要的属性定义。通过对***的需求分析，精简如道路名称、长度等信息放到后台保存，前端只保留路段编号和收费类型两个信息。

结合我国实际情况，高速公路分属不同的高速公路公司，收费的费率也存在差异，这样实施的优点在于，按公里计费，费率可以随时段(高峰时段与正常时段)变化，也可随地段变化(拥堵路段)。可以较好的解决拥堵问题。具体收费过程的流程见图6。

车载设备技术指标：1、***：加载嵌入式linux操作***，主频100M，支持MMU；数据接口：USB接口；空间扩展：数据存储空间>＝16M，程序存储空间>＝16M；数据速率：①DSRC：上行通讯速率>＝1.5Mbps，下行通讯速率>＝1.5Mbps；②GSM：9600bps；③GPRS(升级后具备)：接收速率可达86.20kbps，发送速率可达21.5kbps；④GPS：9600bps；2、交易误差：小于10^-5，指在DSRC交易区域，正常工作的设备完成一次稽查流程的交易误差；3、通讯距离：DSRC通信距离>＝15m；4、卫星定位性能：①接收到4颗星以上时，定位精度可达5—6米(结合专用地图数据追溯，可以准确定位并行道路上的车辆)；②跟踪方式：全视场；③接收频率：L11575.42MHz C/A码，12个并行通道；④热启动：<15米。5、GSM传输方式：MT/MO/CB/PDU模式；6、接触式IC卡：符合区域联网收费技术要求；6、能耗：正常工作时定位及通信部分的平均工作电流为580mA，休眠模式电流：40mA。

前面提到的逃费稽查***是采用ARM处理器的安装在收费道路上的用户逃费稽查管理设备。该设备采用基于5.8GHz的专用短程通信技术，对通过其通信区域的过往车辆的缴费状况和设备使用状态进行监查，从而配合管理单位对车辆的缴费状态进行监督管理。安装在道路上的摄像机自动拍摄车辆的车牌，同时通过DSRC通信技术，实现路侧稽查设备与车载终端的信息传递，来确认车辆是否正确安装车载设备、是否与信息库中车辆信息一致。存在问题的车辆信息将传输到收费服务中心进行确认。

前面提到的管理中心的后台管理***的构建的原则是以一个数据库为核心，实现用户数据和路侧稽查数据独立接入，同时提供网络版查询服务。

Claims (1)

1.一种基于卫星定位道路收费的车载设备，其特征在于它包括用于实现专用短程通信和基于卫星定位与无线接入通信技术的收费计算的两个ARM处理器、连接两个处理器之间的SPI接口、与第一处理器通过数据总线、控制总线连接的专用短程通信的射频接收、发送部分以及第二个处理器的***电路；所述第二个处理器的***电路至少包括GPS装置、专用短程通信装置、显示器及显示器接口、存储器、IC接口和UBS接口。

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