專利名稱：一種雙通信區電子不停車收費車道系統及其實現方法
技術領域：
本發明涉及電子不停車收費車道系統，具體是指一種雙通信區電子不停車收費車道系統及其實現方法。
背景技術：
目前，在電子不停車收費(ETC)車道系統中，車輛通過車載機(OBU)在單個通信區內(通信區激活后，通信區的大小及位置不可變)與天線進行微波通信，完成電子不停車收費交易。現有的ETC車道系統按通信區的大小，可以分為長通信區ETC系統和短通信區ETC系統兩種，其ETC交易邏輯有(1)上鎖為使OBU交易串行化及防止跟隨車輛OBU的影響，車道系統需鎖定交易中的OBU。鎖定后，系統只與該OBU進行交易，直到交易完成或滿足其它解鎖條件為止。
(2)解鎖具備以下條件之一時解鎖①OBU正常交易完成；②車輛離開抓拍地感；③抓拍地感上沒有車輛的前提下，有車輛離開觸發地感。
(3)鎖空OBU當觸發地感檢測到有車輛存在后，系統在設定時間內(通常2～3秒)沒有檢測到OBU，則停止搜索，即進入所謂的鎖空OBU狀態，以防止與后續車輛的OBU進行交易而導致前車被非法放行。
現有的ETC車道系統存在以下缺陷(1)長通信區ETC系統跟車干擾嚴重通信區約為自動欄桿前2～10米之間，由于通信區范圍大，經常有多輛車同時處于天線通信區內的現象，當前端的車輛不能正常交易而后車可進行交易時，就會出現前車被放行而后車被攔截的錯誤，稱之為跟車干擾。
(2)短通信區ETC系統車輛通行速度低通信區約為自動欄桿前1～6.5米之間，進行交易時，車輛離自動欄桿較近，因此只能慢速通過，從而降低了ETC車道的通行效率。
(3)自動欄桿附近存在通信盲區現有的車道布局中，天線位于欄桿前2米左右，由于天線和OBU的方向特性，OBU在到達天線下方時已不能正常通信。因此欄桿前約有2米或以上的通信盲區，當車輛在通信區內沒有完成交易而行駛到自動欄桿前時，無法繼續進行交易，從而影響車輛通行。
(4)倒車情況嚴重由于OBU的性能差異及車輛行駛行為的復雜性，實際應用中頻繁出現需要車輛倒車的情況。交通繁忙時，倒車十分困難，容易引起ETC車道堵塞。
(5)惡意旁道插隊逃費現象無法解決運營中，屢見惡意旁道插隊逃費現象，即車輛停留于ETC與相鄰車道間的隔離帶缺口處，當ETC車道自動欄桿抬起時，快速插入到ETC車道中搶先通過，達到逃費的目的。由于此隔離帶缺口是為引導不能正常交易的車輛離開ETC車道所用，不可以封閉，所以無法有效阻止這種惡意插隊的逃費現象。
專利權號為ZL9712589.X的中國發明專利提供了“一種不停車的自動收費方法”，這種方法采用兩個不同的天線(扇形波束天線、全波束天線)，通過通信區內來的接收信號與通信區外來的接收信號進行比較來識別車輛，雖然這種方案比采用單個扇形波束天線的方案識別準確度有所提高，但其本質仍屬于短通信區ETC系統，仍存在前述的缺陷。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種可以減少跟車干擾，保證車輛通行速度，消除欄桿前盲區，減少倒車情況，防范惡意旁道插隊逃費的雙通信區電子不停車收費車道系統。
本發明的目的還在于提供一種雙通信區電子不停車收費車道系統的實現方法。
本發明的目的通過下述技術方案實現本雙通信區電子不停車收費車道系統，包括主控機、天線、自動欄桿、觸發地感、抓拍地感、落桿地感、費額顯示器等；天線、自動欄桿、觸發地感、抓拍地感、落桿地感、費額顯示器分別與主控機連接，其特征在于所述天線包括兩組不同發射角的無線通信裝置，并通過邏輯處理電路相連接，兩組無線通信裝置覆蓋的兩個通信區(遠通信區、近通信區)部分重疊。
所述兩組無線通信裝置位于同一天線盒內，并與天線控制器相連接。
所述兩組無線通信裝置分開設置，分別位于兩個天線盒內，兩組無線通信裝置可與同一天線控制器相連接，亦可分別與兩個不同的天線控制器相連接。
所述天線覆蓋的兩通信區重疊部分沿行車方向長度不小于0.8m。
所述天線安裝在龍門架上且位于車道的上方；為了消除欄桿前的通信盲區，所述龍門架可位于自動欄桿后一段距離，一般為1～3米。
所述觸發地感、抓拍地感分別設置于天線覆蓋的遠、近通信區內或分別與遠、近通信區部分重疊；所述觸發地感后緣與抓拍地感前緣的距離為0.8m～3m；所述觸發地感前緣與遠通信區前緣距離為-1m～3.5m；所述抓拍地感前緣與近通信區前緣距離為0m～2m；所述落桿地感安裝在自動欄桿之后；所述天線在車道平面上的投影中心點到自動欄桿臂在車道平面上的投影中心線之間的距離為0m～3m。
所述車道的隔離帶缺口設置有車輛檢測裝置，所述車輛檢測裝置與主控機相連接。所述車輛檢測裝置可以是地感線圈檢測器、超聲波檢測器、紅外檢測器、雷達檢測器、視頻檢測器等。當車輛經過或停留于隔離帶缺口時，車輛檢測裝置檢測到車輛，系統停止與任何OBU的交易，防止惡意旁道插隊，減少逃費現象。
利用上述雙通信區電子不停車收費車道系統實現的雙通信區電子不停車收費方法，其特征在于在車道系統的控制下，根據車輛的位置及交易狀態在通信區之間進行切換，放行正常交易車輛或攔截非法車輛。
本雙通信區電子不停車收費方法具體可包括下述步驟(1)當車輛進入遠通信區的前緣但未到達觸發地感時，天線不激活；(2)當觸發地感檢測到車輛時，激活遠通信區，系統對OBU上鎖并進行交易；若在設定時間內，系統檢測不到OBU，則鎖空OBU，報警并提示車輛離開ETC車道；(3)當抓拍地感檢測到車輛且當前交易未完成時，系統對OBU解鎖，通信區由遠通信區切換到近通信區，并在近通信區繼續交易；當觸發地感和抓拍地感均未檢測到車輛存在時，系統切換回遠通信區并等待新的車輛到達；(4)交易成功后，車輛放行，生成交易記錄；(5)當車輛駛離落桿地感時，欄桿降下。
為解決異常情況下交易正常的車輛被誤攔截的問題，系統增加重放行的處理過程(1)將所述天線的不可重讀時間設置為足夠短，如5～30秒；(2)所述主控機保留設定時間(如60～300秒)內成功交易過的OBU號；(3)若系統處于近通信區工作狀態時，檢測到OBU，如該OBU號與主控機保留的OBU號有重復，且自動欄桿處于降下狀態，則抬桿放行攜帶該OBU的被誤攔截車輛。
與本發明技術方案相近似，設置兩個以上的通信區(天線)，通過車道控制系統，在這多個通信區(天線)間切換，同樣可以實現對ETC車道系統方案的優化。
本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果(1)解決跟車干擾問題。當非法車輛進入觸發線圈時，會激活遠通信區，由于有設定的搜索OBU時間(2～3秒)限制，若該車慢速行駛，則隨后車輛無法在此設定的時間內進入通信區，設定時間一過，系統檢測不到OBU則鎖空，避免與后車進行交易；若該車快速行駛，則極容易進入抓拍線圈并激活近通信區，同時，系統關閉遠通信區，從而將后車排斥在有效通信區之外，因此也不會發生跟車干擾問題。
(2)保證車輛通行速度。本發明的有效通信區是遠、近兩個通信區疊加后形成的總通信區，總長度與前述長通信區ETC系統的區域基本一樣，因此不會導致車輛的通行速度下降。
(3)消除欄桿前的通信盲區，增強異常情況的處理能力。在前述單通信區ETC系統中，當攜有OBU的車輛從相鄰車道變道進入ETC車道時，若已靠近欄桿，則進入了通信盲區，該車輛因無法通信而需要倒車，影響通行效率。更為嚴重的是如果變道時有其它車輛(后車)交易成功，會導致變道車輛在未交易的情況下被誤放行，而正常交易的后車卻被攔截。采用本發明后，由于消除了通信盲區，所以車輛從側面變道進入時仍處于良好的通信區，從而避免了倒車或誤放行現象的發生。
(4)減少了倒車現象，保證ETC車道通行流暢。在前述的單通信區ETC系統中，重試交易需倒車解鎖，或因欄桿前通信盲區需倒車到通信穩定區。采用本發明后，由于進入近通信區時已經解鎖，且對無OBU情況不加鎖，所以已無必要進行倒車解鎖重試交易；欄桿前的通信盲區已被消除，也不存在因無法交易而需要倒車的情況。
(5)減少倒車引起的跟車干擾，杜絕逃費。在前述的單通信區ETC系統中，在前車倒車解鎖時，后車交易導致前車被誤放，從而出現逃費現象。采用本發明后，在車輛倒車離開抓拍地感時，天線仍保持在近通信區工作，后車不可能進入近通信區，因此系統不會與后車交易而導致誤放前車，從而消除了該逃費隱患。
(6)保證已交易車輛的正常通行。采用本發明后，已正常交易車輛在異常情況下被誤攔截時，只要該車在近通信區內停留設定的時間，即會被放行。同時，由于車輛位于近通信區才實施該措施，因近通信區覆蓋范圍較小，只能容納一輛車，故可以避免其它車輛利用重放行機制逃費。
(7)防范惡意旁道插隊，減少逃費現象。本發明中，車道的隔離帶缺口設置有車輛檢測裝置，當車輛經過或停留于隔離帶缺口時，車輛檢測裝置檢測到車輛，系統停止與任何OBU的交易，防止惡意旁道插隊，減少逃費現象。
圖1是本發明雙通信區電子不停車收費車道系統的平面布置示意圖。
圖2是圖1所示天線的一種結構示意圖。
圖3是圖1所示天線的另一種結構示意圖。
圖4～圖9是本發明雙通信區電子不停車收費方法的工作原理圖。
圖10是本發明雙通信區電子不停車收費方法的控制系統流程圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
實施例1本發明的具體結構如圖1～圖3所示，由圖1可見，本雙通信區電子不停車收費車道系統，包括主控機1、天線2、自動欄桿5、觸發地感9、抓拍地感7、落桿地感4、費額顯示器12，天線2、自動欄桿5、觸發地感9、抓拍地感7、落桿地感4、費額顯示器12分別與主控機1連接，天線2安裝在龍門架3上且位于車道的上方，天線2在車道上的通信覆蓋區域分別為遠通信區8、近通信區6，遠通信區8、近通信區6部分重疊，重疊區域長度A為1.5m。所述龍門架3位于欄桿后的距離B為1.5m；所述觸發地感9、抓拍地感7分別設置于天線2覆蓋的遠通信區8、近通信區6內或分別與遠通信區8、近通信區6部分重疊；所述觸發地感9與抓拍地感7的距離C為2.5m；所述觸發地感9與遠通信區8前緣距離D為1.5m；所述抓拍地感7與近通信區6前緣距離E為1.5m；所述落桿地感4安裝在自動欄桿5之后，落桿地感4的寬度為0.8m，前緣與欄桿臂平齊；所述近通信區6前緣與龍門架3的距離F為5m；所述遠通信區8前緣與龍門架3的距離G為11.5m。遠通信區8前緣及側緣設有雪糕筒或防撞柱11，所述車道的隔離帶缺口設置有超聲波探測器10，所述超聲波探測器10與主控機1相連接。所述天線2的結構如圖2所示，兩組通信裝置位于同一天線盒內，并與同一天線控制器相連接，兩組通信裝置之間通過邏輯處理電路相連接。
利用上述雙通信區電子不停車收費車道系統實現的雙通信區電子不停車收費方法的原理如圖4～圖9所示，具體為(1)如圖4所示，當車輛13位于遠通信區8的前緣時，車輛13未進入觸發地感9，天線2處于初始狀態，等待著被激活。
(2)如圖5所示，當車輛13駛入觸發地感9時，天線2激活，天線2的通信覆蓋區為遠通信區8，同時，檢測是否有OBU，如果激活后2秒內搜索不到OBU，則報警并鎖空OBU；如果檢測到有OBU，則鎖定該OBU并與之進行通信交易，若交易異常，則報警且攔截該車輛，若交易成功，則解鎖且抬欄桿放行車輛，系統生成交易記錄；如圖9所示，車輛駛離觸發地感9、抓拍地感7，天線2返回初始狀態。
(3)如圖6所示，若車速較快，在遠通信區8還未完成交易時就駛入了抓拍地感7，那么天線2的通信覆蓋區域由遠通信區8切換到近通信區6，解鎖OBU，并在近通信區6繼續交易，如圖7、8所示，只要仍有車輛停留在觸發地感9或抓拍地感7，天線2的通信覆蓋區域則保持在近通信區6，如果檢測到車輛沒有OBU，則報警且鎖空OBU，如果檢測到有OBU但交易異常，則報警且嘗試繼續交易，若交易成功，則解鎖且抬欄桿放行車輛，系統生成交易記錄；如圖9所示，當車輛駛離觸發地感9、抓拍地感7時，天線2返回初始狀態。
(5)當車輛駛離落桿地感4時，自動欄桿5降下。
實施例2本實施例除下述特征外同實施例1所述天線的結構如圖3所示，兩組無線通信裝置分開設置，分別位于兩個天線盒內。邏輯處理電路設置在其中一個天線盒中并與此天線盒中的無線通信裝置相連接，所述邏輯處理電路同時通過連接線與設置在另一天線盒中的無線通信裝置相連接。
上述實施例為本發明的優選方式，但本發明的實施方式并不為上述實施例所限定，除上述實施例外，其它的任何未背離本發明的精神下所作的實質或原理上的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換或替換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種雙通信區電子不停車收費車道系統，包括主控機、天線、自動欄桿、觸發地感、抓拍地感、落桿地感、費額顯示器，天線、自動欄桿、觸發地感、抓拍地感、落桿地感、費額顯示器分別與主控機連接，其特征在于所述天線包括兩組不同發射角的無線通信裝置，并通過邏輯處理電路相連接，兩組無線通信裝置覆蓋的遠通信區和近通信區部分重疊。
2.根據權利要求1所述的雙通信區電子不停車收費車道系統，其特征在于所述兩組無線通信裝置位于同一天線盒內，并與同一天線控制器相連接。
3.根據權利要求1所述的雙通信區電子不停車收費車道系統，其特征在于所述兩組無線通信裝置分開設置，分別位于兩個天線盒內，兩個無線通信裝置與同一天線控制器相連接或分別與兩個不同的天線控制器相連接。
4.根據權利要求1所述的雙通信區電子不停車收費車道系統，其特征在于所述天線覆蓋的兩通信區重疊部分沿行車方向長度不小于0.8m。
5.根據權利要求1所述的雙通信區電子不停車收費車道系統，其特征在于所述天線安裝在龍門架上且位于車道的上方；所述龍門架位于自動欄桿臂后一段距離。
6.根據權利要求1所述的雙通信區電子不停車收費車道系統，其特征在于所述觸發地感、抓拍地感分別設置于天線覆蓋的遠、近通信區內或分別與遠、近通信區部分重疊；所述觸發地感后緣與抓拍地感前緣的距離為0.8m～3m；所述觸發地感前緣與遠通信區前緣距離為-1m～3.5m；所述抓拍地感前緣與近通信區前緣距離為0m～2m；所述落桿地感安裝在自動欄桿之后；天線在車道平面上的投影中心點到自動欄桿臂在車道平面上的投影中心線之間的距離為0m～3m。
7.根據權利要求1所述的雙通信區電子不停車收費車道系統，其特征在于在車道的隔離帶缺口設置有車輛檢測裝置，所述車輛檢測裝置與主控機相連接。
8.根據權利要求1～7任一項所述的雙通信區電子不停車收費車道系統實現的雙通信區電子不停車收費方法，其特征在于在車道系統的控制下，根據車輛的位置及交易狀態在通信區之間進行切換，放行正常交易車輛或攔截非法車輛。
9.根據權利要求8所述的雙通信區電子不停車收費方法，其特征在于包括下述步驟(1)當車輛進入遠通信區的前緣但未到達觸發地感時，天線不激活；(2)當觸發地感檢測到車輛時，激活遠通信區，系統對OBU上鎖并進行交易；若在設定時間內，系統檢測不到OBU，則鎖空OBU，報警并提示車輛離開ETC車道；(3)當抓拍地感檢測到車輛且當前交易未完成時，系統對OBU解鎖，通信區由遠通信區切換到近通信區，并在近通信區繼續交易；當觸發地感和抓拍地感均未檢測到車輛存在時，系統切換回遠通信區并等待新的車輛到達；(4)交易成功后，車輛放行，生成交易記錄；(5)當車輛駛離落桿地感時，欄桿降下。
10.根據權利要求8所述的雙通信區電子不停車收費方法，其特征在于系統增加重放行的處理過程(1)將所述天線的不可重讀時間設置為5～30秒；(2)所述主控機保留設定時間內成功交易過的OBU號；(3)若系統處于近通信區工作狀態時，檢測到OBU，如該OBU與主控機保留的OBU號有重復，且自動欄桿處于降下狀態，則抬桿放行攜帶該OBU的車輛。
全文摘要
本發明提供一種雙通信區電子不停車收費車道系統，包括主控機、天線、自動欄桿、觸發地感、抓拍地感、落桿地感、費額顯示器；所述天線包括兩組不同發射角的無線通信裝置，并通過邏輯處理電路相連接，天線安裝在龍門架上且位于車道的上方，兩組無線通信裝置覆蓋的遠通信區和近通信區部分重疊。一種雙通信區電子不停車收費方法，在車道系統的控制下，根據車輛的位置及交易狀態進行通信區的切換，放行正常交易車輛或攔截非法車輛。本發明可解決跟車干擾問題；保證車輛通行速度；消除欄桿前的通信盲區，增強異常情況的處理能力；減少倒車現象，保證ETC車道通行流暢；減少倒車引起的跟車干擾，杜絕逃費；防范惡意旁道插隊；保證已交易車輛的正常通行。
文檔編號G07B15/06GK1787013SQ20051010119
公開日2006年6月14日 申請日期2005年11月14日 優先權日2005年11月14日
發明者李堅, 徐曉帆, 饒輝, 范崇貴, 張偉民 申請人:華南理工大學