專利名稱：一種使用激光雷達的電子不停車計重收費系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子不停車收費系統，特別涉及一種使用激光雷達的電子不停車計重收費系統。背景技術：
電子不停車收費(ETC)目前已在國內得到廣泛推廣，但目前已運營的ETC車道都只支持車型計費，而國內多數公路都對貨運車輛實施計重收費，多數貨運車輛無法感受ETC車道的便利；另外在一些貨車較多的收費站，在擁堵時段排隊等待繳費的車輛會造成安裝有電子標簽的客車無法轉入ETC專用車道，同樣會造成收費效率降低。目前國內已有一些關于電子不停車計重收費的研究，包括車道布局、動態計重傳感器的選擇和布局等方面的研究。本方案在以上研究的基礎上，通過使用激光雷達設備提高車輛分離的準確度，保證在已計重車輛轉出或者有其他車輛插入到ETC車道時的計重順序正確，并預測車輛在本車道是否可以完成動態計重，解決現有技術中存在的以下問題:(I)車輛分離存在錯誤率的問題。目前動態稱重技術多是采用紅外光柵和電磁感應線圈進行車輛分離，這種分離技術存在一定的錯誤率，在人工收費可由收費員進行復核，對被錯誤分離的車輛進行合并或者拆分操作；但在ETC車道，沒有人工復核這一步，即使ETC車道有人值班，在出現計重數據錯誤的情況下也來不及進行修改，而車輛分離錯誤直接影響到通行費的計算是否正確，會引起用戶投訴或者造成高速公路通行費損失；(2)已計重車輛隊列問題。動態稱重會維護一個已計重車輛的隊列，每一輛車經過秤臺后，會加入到隊尾，車輛放行后從隊首將車輛刪除，車輛倒車后從隊尾刪除(要求正確判別車輛行駛方向);對前置式的ETC車道來說，車輛還可能轉向相鄰的MTC車道，在某些情況下也不能排除有車輛從相鄰道插入到ETC車道，這樣就會造成車輛順序混亂；(3)車輛長度的驗證問題。交通運輸部2007年發布的《收費公路聯網收費技術要求》規定了實施計重收費的收費島尺寸要求，但能夠在車道完成動態計重的車輛最大長度受實際車道長度、秤臺安裝位置和收費位置等多種因素影響；為避免超長車輛進入計重ETC車道，可提前驗證車輛長度，而為貨車發行的OBU內記錄的車輛長度很難做到真實準確(如拖掛車長度會變化)；(4)司機跳磅、剎車等作弊問題。部分司機通過加減速改變各車軸的動態承重，從而達到減輕車貨總重、偷逃通行費的目的；在MTC車道，收費員可以根據車速判斷司機是否通過跳磅、剎車等手段判斷司機是否作弊，并可要求作弊司機倒車后重新過磅；但在ETC車道即使發現司機作弊也來不及阻止，也難以要求司機重新過磅。激光雷達使用激光測距原理，利用高速旋轉的鏡面以不同角度向被測目標發射激光脈沖，從而得到被測目標的二維掃描，廣泛用于物體的外形輪廓計算、坐標定位、距離判斷和速度計算等方面。
發明內容本實用新型為了彌補現有技術的不足，提供了一種適用范圍廣、檢測準確的使用激光雷達的電子不停車計重收費系統。[0012]本實用新型是通過如下技術方案實現的:一種使用激光雷達的電子不停車計重收費系統，包括設置在ETC車道一側的收費島，收費島上設置有收費亭和稱重控制柜，收費亭內設置有ETC車道控制柜，收費島上設置有位于收費亭后的電動欄桿B，電動欄桿B上設置有對應的落桿線圈B，其特征在于:收費島前端的RTC車道上設置有輪胎識別器，輪胎識別器后面設置有前后排列的石英晶體傳感器A和石英晶體傳感器B，收費島上設置有車牌識別單元、L型支架、車道攝像機和費額顯示器B，激光雷達A和激光雷達B安裝在L型支架上，天線B安裝在收費島的立柱、L型支架或龍門架上；石英晶體傳感器A和石英晶體傳感器B通過電荷放大器、輪胎識別器通過輪胎識別控制器、激光雷達A和激光雷達B通過專用以太網通訊線纜分別與稱重控制器連接，稱重控制器安裝在稱重控制柜內；車牌識別單元、車道攝像機和天線B、費額顯示器B和電動欄桿B、稱重控制器分別與ETC車道主控制器連接，落桿線圈B通過車輛檢測器與ETC車道主控制器連接，ETC車道主控制器和車輛檢測器安裝在ETC車道控制柜內。本技術方案通過在ETC車道布設激光雷達代替光柵和電磁感應線圈用于計重車輛的分離，同時激光雷達判別車輛行駛方向，實時跟蹤ETC車道內車輛，在車輛進入ETC車道時預先判斷車輛長度，引導超長車輛轉入MTC車道繳費；在車輛通行過程中，激光雷達實時監測車速和車輛行駛方向，可配置為禁止有跳磅作弊車輛和反復倒車車輛通行；同時，本技術方案布置2條稱重精度高、動態響應快、車速適應范圍廣(0km/tT200km/h)、溫度漂移小的石英晶體傳感器用于車輛軸組測量，在車輛以較快速度從ETC車道通過時仍可保持計重的準確性。本實用新型的更優方案為:所述收費島的中部設置有費額顯示器A和電動欄桿A，電動欄桿A上設置有對應的落桿線圈A，天線A安裝在L型支架上；通過費額顯示器A和電動欄桿A對進入ETC車道內的車輛進行費用的提前預警。所述天線A位于車道中心線上方5.5米處，其通信覆蓋區域為8米，天線B距地面5米，其通信覆蓋區域延伸至電動欄桿B后的0.5米，以適應貨車慢速通過。所述激光雷達A和激光雷達B位于車道上方7.5米處，其投影點將車道均分為3段，掃描范圍為投影點前20米和后14米的區域，以防止車身較窄的車輛有時無法被檢測到。所述費額顯示器A安裝在電動欄桿A的前面，費額顯示器A上安裝有報警器，電動欄桿A的長度為4.5米；費額顯示器B安裝在電動欄桿B前，通過報警器提示駕駛員及時查看費額顯示器A上顯示的交易失敗原因及給駕駛員的建議。所述石英晶體傳感器A和石英晶體傳感器B的間距為3米，覆蓋整個ETC車道，輪胎識別器緊靠石英晶體傳感器A安裝，石英晶體傳感器A和石英晶體傳感器B分別對車輛的輪軸進行稱重，通過重量加權平均可有效防止車輛通過跳磅等方式進行作弊。本實用新型的有益效果為:(I)激光雷達連續對車道內所有車輛進行掃描，將多次掃描的結果用于車輛分離，可以確保車輛分離正確。同時激光掃描結果可以準確識別倒車、插入ETC車道和轉出ETC車道的車輛，確保計重車輛隊列正確；(2)通過激光雷達識別車輛長度，可對超長車輛進行預警，禁止超長車輛進入ETC車道；(3)激光雷達可以實時監測車輛的行駛速度并計算出車輛的加速度，通過速度的變化判斷司機是否通過跳磅、剎車等手段進行作弊，并由此禁止作弊車輛從ETC車道通行；(4)可識別車輛車長、車高、車型，杜絕更換OBU逃費。激光雷達可以識別車輛的車長、車高、車型，通過與OBU內記錄信息比較，可以將OBU發行時可能出現的大車小標、車主在不觸發OBU防拆機制的前提下將小車OBU轉移到大車上而偷逃通行費。發現車型不符可以現場攔截，或者通過事后通過ETC車道采集的數據稽核；(5)激光雷達識別掃描范圍內的車輛數目，在有多輛車處于通信區域和欄桿前時，如果不能通過車牌識別結果和車輛長度、車型等特征判斷哪一輛車為首輛車，將不進行交易，可有效防止跟車干擾的發生；(6)本技術方案可以減少ETC車道所需地感線圈數量，不依賴地感線圈定位車輛，也不需要在車道兩側安裝光柵，可以減少對路面的破壞，并可減少維護工作量。本實用新型結構緊湊、設計合理，適用范圍廣、檢測準確，具有可對超長貨車進行預警，可判斷跳磅等作弊手段，同時利用激光雷達和車輛軸數判斷車輛車長、車高和車型，可防止車輛更換OBU偷逃通行費等功能。以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
圖1為本實用新型的平面布置結構示意圖；圖2為本實用新型的設備連接示意圖。圖中，I輪胎識別器，2石英晶體傳感器A，3車牌識別單元，4石英晶體傳感器B，5L型支架，6激光雷達A，7天線A，8激光雷達B，9費額顯示器A，10電動欄桿A，11落桿線圈A，12車道攝像機，13稱重控制柜，14 ETC車道控制柜，15收費亭，16費額顯示器B，17電動欄桿B，18落桿線圈B，19天線B，20電荷放大器，21輪胎識別控制器，22稱重控制器，23 ETC車道主控制器，24車輛檢測器。
具體實施方式
實施例1:前欄桿中置加雙天線收費系統如附圖所示，該實施例包括設置在ETC車道一側的收費島，收費島上設置有收費亭15和稱重控制柜13，收費亭15內設置有ETC車道控制柜14，收費島上設置有位于收費亭15后的電動欄桿B17，電動欄桿B17上設置有對應的落桿線圈B18，收費島前端的RTC車道上設置有輪胎識別器1，輪胎識別器I后面設置有前后排列的石英晶體傳感器A2和石英晶體傳感器B4，收費島上設置有車牌識別單元3、L型支架5、車道攝像機12和費額顯示器B16，激光雷達A6和激光雷達B8安裝在L型支架5上，天線B19安裝在收費島的立柱、L型支架或龍門架上；石英晶體傳感器Al和石英晶體傳感器B4通過電荷放大器20、輪胎識別器I通過輪胎識別控制器21、激光雷達A6和激光雷達B8通過專用以太網通訊線纜分別與稱重控制器22連接，稱重控制器22安裝在稱重控制柜13內；車牌識別單元3、車道攝像機12和天線B19、費額顯示器B16和電動欄桿B17、稱重控制器22分別與ETC車道主控制器23連接，落桿線圈B18通過車輛檢測器24與ETC車道主控制器23連接，ETC車道主控制器23和車輛檢測器24安裝在ETC車道控制柜14內；所述收費島的中部設置有費額顯示器A9和電動欄桿AlO，電動欄桿AlO上設置有對應的落桿線圈All，天線A7安裝在L型支架5上；所述天線A7位于車道中心線上方5.5米處，其通信覆蓋區域為8米，天線B19距地面5米，其通信覆蓋區域延伸至電動欄桿B17后的0.5米；所述激光雷達A6和激光雷達B8位于車道上方7.5米處，其投影點將車道均分為3段，掃描范圍為投影點前20米和后14米的區域。天線A7和B19分別以一定角度向來車方向照射，天線A7的通信覆蓋區域約為8米，主要用于客車交易、按照客車收費貨車(如皮卡車)的交易和其它貨車OBU的驗證。電動欄桿AlO與車輛可轉出位置約4.5米，這個距離可以保證成功交易的車輛在限速內不剎車即可通過，同時車輛進入ETC車道前可以清晰看到電動欄桿A10，交易失敗的車輛行駛到欄桿前也可快速倒出并轉至相鄰車道。激光雷達A6和B8掃描其投影點前20米(用于超長車輛預警)和后14米的區域，在有未交易車輛停留在電動欄桿AlO前的區域時，系統不處理后面的車輛，可以有效防止跟車干擾現象的發生。車牌識別單元3采用視頻觸發的方式進行車輛牌照識別，焦距對準天線A7的通信覆蓋區域遠端附近的位置。石英晶體傳感器A2和B4相距3米左右，覆蓋整個車道寬度，需有保護措施防止車輪未完整壓到石英晶體傳感器，在收費島允許的情況下可盡量向前安裝。石英晶體傳感器A2和B4分別對車輛的輪軸進行稱重，通過重量加權平均可有效防止車輛通過跳磅等方式進行作弊。輪胎識別器I緊靠石英晶體傳感器A2安裝，在車輛限載與輪胎組合(單雙胎、雙連軸、三連軸等)無關的收費站可以不必安裝。收費站可以設置標志標牌注明本車道是否允許貨車通行并注明允許通行貨車的長度和限載等。費額顯示器A9安裝在電動欄桿AlO前，正常交易時向駕駛員顯示入口站、消費金額、卡內余額等信息，在貨車臨時放行時顯示入口站、卡內余額和類似“前方計重收費”的信息。在因車輛未安裝電子標簽、車輛超長、卡內余額不足、未插卡等原因不能放行時，費額顯示器A9上將顯示交易失敗原因和給的駕駛員建議，同時費額顯示器上黃閃報警會啟動，提示駕駛員查看。電動欄桿B17安裝在收費島末端附近，保持常開，在電動欄桿AlO放行未完整交易的貨車進入時落下，由天線B19完成交易后放行。天線B19的通信覆蓋區域約為6.5米，正常情況下只交易通過天線A7驗證但未交易的0BU，也用于交易未經天線A7交易但跟車進入的車輛，系統控制對同一 OBU只交易一次，以防止重復交易。天線B19的通信覆蓋區域延伸至電動欄桿B17后0.5米左右，以適應貨車慢速通過。費額顯示器B16安裝在電動欄桿B18前，對客車顯示的信息同費額顯示器A9，對臨時放行的貨車，在交易成功后顯示車輛總重、超限率、本次消費金額、卡內余額等信息，交易失敗時顯示交易失敗原因和給的駕駛員建議，同時費額顯示器上黃閃報警會啟動，提示駕駛員查看。上述使用激光雷達的電子不停車計重收費系統的工作流程具體為:(I)激光雷達A6和B8連續掃描其投影點前20米(用于超長車輛預警)和后14米的區域，掃描數據實時發送給稱重控制器22，稱重控制器將極坐標形式的位置數據轉換成以電動欄桿AlO在車道的投影點為坐標原電的直角坐標，從而得到二維的車輛實時輪廓、車速和加速度；(2)稱重控制器22收到石英晶體傳感器A2和B4的數據時，查詢同一時間激光雷達識別的車速，以判別車輛是否為倒車，防止車輛反復倒車增加車輛軸數和限載；[0044](3)前方沒有車輛，車輛加速度超出正常的車輛為跳磅嫌隙車輛，此時石英晶體傳感器A2和B4的計重結果可能有差異，稱重控制器22對重量差異超出范圍且車輛加速度較大的結果進行加權平均，較重的軸重占比大。對重量差異較小的軸重結果進行算術平均作為最終結果；在出現車輛加速度小，但軸重差異大的情況作為設備異常進行報警；(4)稱重控制器22將分析出的車輛數量、各車車頭的坐標信息、各車的重量、跳磅嫌隙率、各車的車長、車型和車速等信息發送給ETC車道主控制器23，未經過石英晶體傳感器插入到隊列的車輛、或者從ETC車道轉出的車輛使用特殊標記標出，并以事件方式通知ETC車道主控制器23 ；(5)如果OBU內車輛為客車，或者可以作為客車收費的小型貨車(如皮卡)，則在正常交易后電動欄桿AlO抬起，將車輛放行(此時欄桿B17保持為抬起狀態);如果OBU內車輛為其它貨車，系統進行卡內余額、貨車長度、入口站信息檢查等判斷，如果條件符合，則抬起電動欄桿A10，并落下電動欄桿B17，否則黃閃報警，費額顯示器A9顯示錯誤信息和操作提示。為保證被放行的貨車被欄桿B17攔截的幾率小，系統會根據入口站、對應車輛軸數的車輛和假定超限率預計算一個應收金額，以此應收金額與卡內余額進行比較；(6)電動欄桿AlO臨時放行的車輛通過后，電動欄桿AlO落下。貨車完成計重收尾后，由天線B19對其進行交易，在交易成功后，費額顯示器B16顯示車輛總重、限載、本次收費金額和收費后余額等信息；如果交易失敗，費額顯示器B16顯示錯誤信息，黃閃報警，在錯誤恢復前天線A7不再交易放行其它車輛。如果因余額不足等原因故障無法恢復，收費管理人員需要人工收費，或人工將車輛引導出ETC車道進行補費；(7) ETC車道系統也可以配置為在天線A7完成貨車交易前，電動欄桿AlO保持抬起，在貨車交易失敗后可倒車，跟隨貨車通過電動欄桿AlO的車輛由天線B19完成交易。實施例2:欄桿后置收費系統本實施例適合ETC車道普及、誤闖ETC專用車道車輛較少或者ETC有收費員值守的收費站。相對實施例1，不需要天線A7、費額顯示器A9、電動欄桿A10、落桿線圈All，天線B19需更改為安裝在適合通訊區域更長的龍門架或L型支架上，車道攝像機12改為安裝在電動欄桿B17后的位置。輪胎識別器1、石英晶體傳感器A2、車牌識別單元3、石英晶體傳感器B4、激光雷達A6、激光雷達B8等視收費島土建情況適當后移。L型支架5只需要一個
7.5米高的橫桿，安裝在其上的激光雷達A6和B8的有效掃描范圍應覆蓋輪胎識別器I至電動欄桿B17前的位置。本實施例無法對超長車輛進行預警，超長車輛進入后可人工收費或引導出ETC車道。
權利要求1.一種使用激光雷達的電子不停車計重收費系統，包括設置在ETC車道一側的收費島，收費島上設置有收費亭(15)和稱重控制柜(13)，收費亭(15)內設置有ETC車道控制柜(14)，收費島上設置有位于收費亭(14)后的電動欄桿B (17)，電動欄桿B (17)上設置有對應的落桿線圈B (18)，其特征在于:收費島前端的RTC車道上設置有輪胎識別器(1)，輪胎識別器(I)后面設置有前后排列的石英晶體傳感器A (2)和石英晶體傳感器B (4)，收費島上設置有車牌識別單元(3)、L型支架(5)、車道攝像機(12)和費額顯示器B (16)，激光雷達A (6)和激光雷達B (8)安裝在L型支架(5)上，天線B (19)安裝在收費島的立柱、L型支架或龍門架上；石英晶體傳感器A (2)和石英晶體傳感器B (4)通過電荷放大器(20)、輪胎識別器(I)通過輪胎識別控制器(21)、激光雷達A (6)和激光雷達B (8)通過專用以太網通訊線纜分別與稱重控制器(22)連接，稱重控制器(22)安裝在稱重控制柜(13)內；車牌識別單元(I)、車道攝像機(12)和天線B (19)、費額顯示器B (16)和電動欄桿B (17)、稱重控制器(22)分別與ETC車道主控制器(23)連接，落桿線圈B (18)通過車輛檢測器(24)與ETC車道主控制器(23)連接，ETC車道主控制器(23)和車輛檢測器(24)安裝在ETC車道控制柜(14)內。
2.根據權利要求1所述的使用激光雷達的電子不停車計重收費系統，其特征在于:所述收費島的中部設置有費額顯不器A (9)和電動欄桿A (10),電動欄桿A (10)上設置有對應的落桿線圈A (11)，天線A (7)安裝在L型支架(5)上。
3.根據權利要求2所述的使用激光雷達的電子不停車計重收費系統，其特征在于:所述天線A (7)位于車道中心線上方5.5米處，其通信覆蓋區域為8米，天線B (19)距地面5米，其通信覆蓋區域延伸至電動欄桿B后的0.5米。
4.根據權利要求1或2所述的使用激光雷達的電子不停車計重收費系統，其特征在于:所述激光雷達A (6)和激光雷達B (8)位于車道上方7.5米處，其投影點將車道均分為3段，掃描范圍為投影點前20米和后14米的區域。
5.根據權利要求2所述的使用激光雷達的電子不停車計重收費系統，其特征在于:所述費額顯示器A (9)安裝在電動欄桿A (10)的前面，費額顯示器A (9)上安裝有報警器，電動欄桿A (10)的長度為4.5米；費額顯示器B (16)安裝在電動欄桿B (17)前。
6.根據權利要求1或2所述的使用激光雷達的電子不停車計重收費系統，其特征在于:所述石英晶體傳感器A (2)和石英晶體傳感器B (4)的間距為3米，覆蓋整個ETC車道，輪胎識別器(I)緊靠石英晶體傳感器A (2)安裝。
專利摘要本實用新型涉及電子不停車收費系統，特別公開了一種使用激光雷達的電子不停車計重收費系統。本實用新型通過在ETC車道布設激光雷達代替光柵和電磁感應線圈用于計重車輛的分離，同時激光雷達判別車輛行駛方向，實時跟蹤ETC車道內車輛，在車輛進入ETC車道時預先判斷車輛長度，引導超長車輛轉入MTC車道繳費；同時布置2條石英晶體傳感器用于車輛軸組測量，在車輛以較快速度從ETC車道通過時仍可保持計重的準確性。本實用新型結構緊湊、設計合理，適用范圍廣、檢測準確，具有可對超長貨車進行預警，可判斷跳磅等作弊手段等功能。
文檔編號G01G19/03GK203054935SQ201220697150
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者朱勇, 黃國林, 崔龍波, 孫亞男 申請人:山東易構軟件技術有限公司