基于UWB的车载ETC终端收费系统及收费方法与流程

基于uwb的车载etc终端收费系统及收费方法
技术领域
1.本发明涉及etc终端收费系统，具体涉及基于uwb的车载etc终端收费系统及收费方法。


背景技术：

2.伴随着经济的飞速发展，人们出行条件不断改善，私家汽车已经成为有车一族的第二生活空间，但伴随着各种机动车，尤其是私家车的井喷式增长，其它相应的服务机构也获得了迅速发展，尤其是高速公路etc(electronic toll collection，etc)系统已经大面积普及，为高速公路收费管理、通行效率带来了极大便利。但由于地域、系统兼容性等一系列问题存在，导致etc系统整体运行过程中还存在不尽人意的地方，主要包含以下几个方面：
3.(1)高速公路管理公司各自引进了互不兼容的etc收费系统。etc收费系统的根本优势就在于其区域内的兼容性，而我国比较普遍的现象是一路一公司的管理体制，各高速公路管理公司具有较大的独立经营权。如果用户所购买的etc收费设备仅能在一条路上使用时，其社会效益和经济效益将会受到影响，不利于etc系统的推广应用。
4.(2)由于etc收费的优势在于联网收费，目前在很多省、市缺乏统一规划，各公司自行引进实施给后续的扩展和连接带来很大障碍，在进行etc系统的联网和扩展时，需进行大量的技术协调工作。
5.(3)国内绝大多数etc项目在如何提供较高的服务质量和获取较好的经济效益方面还处于探索期，大多数项目缺乏对etc用户需求的客观分析，关于etc的服务费定位和道路通行费的优惠措施也处于摸索之中，用户发展速度不够理想，导致etc车道的通行量较低，通行能力强的优势没有得到体现。
6.(4)国内目前尚无配套法规来治理逃费现象，所以即使收费车道上安装了不停车收费系统后，虽然减少了人工收费员，但却增加了监管人员，并没有实际减少路方的人工成本。
7.(5)按照国家规定收费车辆排队超过200
‑
300米时，收费站应立刻免费为拥堵车辆放行，但实际执行过程中没法量化考核，地方政府由于利益驱使，有时拥堵几公里也不会放行，导致怨声载道，服务效率底下。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种基于uwb的车载etc终端收费系统及收费方法，规避了现有不同地方etc系统的兼容性问题，能够防止误扣、漏扣费异常事件发生，提升了服务质量和通行效率。
9.实现本发明目的的技术解决方案为：
10.一种基于uwb技术的etc终端收费系统，包括etc终端、uwb基站、道闸管理收费模块、采集模块和客户端；etc终端安装于车载端，其包括无线蓝牙单元、uwb射频无线单元、
mcu主控单元、串行通讯单元、etc读卡单元和电池供电管理单元；uwb基站部署在etc收费道口，并与etc收费道口的道闸管理收费模块进行通信；道闸管理收费模块包括道口控制单元和收费单元；采集模块安装于etc收费道口，用于采集车辆信息，并将采集的车辆信息发送至收费单元；客户端用于注册客户信息；其中：
11.无线蓝牙单元用于将客户端和etc终端连接，将客户信息和etc终端绑定；
12.uwb射频无线单元用来与uwb基站进行测距和通讯，同时接收mcu主控单元发送的信息；
13.etc读卡单元用于读取支付卡的卡号信息；
14.串行通讯单元用来接收etc读卡单元的卡号信息，并通过mcu主控单元传输给uwb射频无线单元；
15.mcu主控单元用来控制etc终端各单元按照设定的业务逻辑运行，与道口控制单元通信并设定收费距离阈值；
16.电池供电管理单元用来为etc终端提供电源并进行电量监测和充电管理；
17.收费单元根据uwb基站发送来的测距信息和卡号信息进行扣款，并将扣款结果发送至道口控制单元和客户端；
18.道口控制单元用于控制是否打开道闸放行车辆以及放行时间。
19.进一步的，所述采集模块为高清摄像头。
20.进一步的，所述客户端为安装有app并支持蓝牙的智能终端，所述app实现客户信息注册，并将客户信息通过蓝牙发送至etc终端。
21.进一步的，所述客户信息包括客户手机号、客户姓名、客户车牌号和付款卡号。
22.进一步的，所述收费距离阈值的范围为3
‑
5m。
23.进一步的，所述etc终端收费系统采用非工频3
‑
7ghz的通讯频率
24.一种基于所述etc终端收费系统的收费方法，包括以下步骤：
25.步骤1，打开etc终端，若是初次使用，将银行卡放置于etc终端的etc读卡单元，etc读卡单元获取银行卡信息，并将读卡信息发送至串行通讯单元，打开客户端app和蓝牙，通过无线蓝牙连接etc终端，注册客户信息，判断客户信息和银行卡信息是否一致，如果一致将客户信息和etc终端绑定；如果不是初次使用直接执行步骤2；
26.步骤2，mcu主控单元调用uwb射频无线单元与uwb基站实时测距，如果最远车辆的实测距离大于国家高速公路规定的道口拥堵免费放行距离执行步骤4；否则判断最近车辆的实测距离是否小于设定的收费距离阈值，如果小于设定的收费距离阈值执行步骤3；否则执行步骤2；
27.步骤3，mcu主控单元调用串行通讯单元获取etc读卡单元的银行卡信息，mcu主控单元调用uwb射频无线单元，随机选择uwb通信信道，银行卡信息加密后传输给收费道口uwb基站，uwb基站传输加密的银行卡信息至道闸管理收费模块的收费单元，收费单元将采集模块采集的车牌号与绑定的客户车牌号，交叉验证无误后根据获取的银行卡信息进行扣费，扣费成功后将扣款信息发送至道口控制单元和客户端app，执行步骤5；
28.步骤4，mcu主控单元传输etc道口最远车辆的实测距离给道口控制单元，道口控制单元按照设定的放行时间和实测距离计算免费放行时间；
29.步骤5，道口控制单元打开道闸放行车辆，如果是收费放行车辆，放行车辆后关闭
道闸，如果是免费放行车辆，免费放行时间到则关闭道闸，恢复收费。进一步的，所述步骤4中免费放行时间的计算公式为：
30.t_free＝(d_max
‑
d_stad)/v_avg
31.其中：t_free为免费放行时间，d_max为etc道口最远车辆的实测距离，d_stad为国家高速公路规定的道口拥堵免费放行距离，v_avg指车辆通行平均速度。
32.本发明与现有技术相比，其显著优点为：
33.(1)本发明通讯系统采用非工频(3
‑
7ghz)通讯频率，安全性高，抗干扰能力强，稳定性好；
34.(2)本发明uwb测距精度高，正常测距误差在30厘米以内，能够很好的保证刷卡安全性和可靠性；
35.(3)本发明uwb适合远距离测距，视距300m以内没任何问题，能够很好满足处理诸如：超距放行等异常情况的法规政策；
36.(4)本发明uwb具有多个信道，能够自动进行跳频传输，最大限度保证刷卡收费数据的安全性和私密性；
37.(5)本发明系统部署维护方便，保证不同地域收费系统的兼容性，大大提升etc道口通行效率，提升服务质量。
附图说明
38.图1为本发明etc终端收费系统框架图。
39.图2为本发明收费方法的流程图。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
41.如图1，一种基于uwb技术的etc终端收费系统，主要包括etc终端、uwb基站、道闸管理收费模块、采集模块和客户端；etc终端安装于车载端，其包括无线蓝牙单元、uwb射频无线单元、mcu主控单元、串行通讯单元、etc读卡单元和电池供电管理单元；uwb基站部署在etc收费道口，并与etc收费道口的道闸管理收费模块进行通信；道闸管理收费模块包括道口控制单元和收费单元；采集模块为安装于etc收费道口的高清摄像头，用于采集车辆信息，并将采集的车辆信息发送至收费单元；客户端用于注册客户信息。所述etc终端收费系统采用非工频3
‑
7ghz的通讯频率。其中：
42.无线蓝牙单元用于将客户端和etc终端连接，将客户信息和etc终端绑定，例如连接支持蓝牙的手机app和终端，配置绑定终端收费系统，客户信息包括客户手机号、客户姓名、客户车牌号和付款卡号；
43.uwb射频无线单元用来与部署在etc收费道口的uwb基站进行测距和通讯，同时在车载端接收来自mcu主控单元发送来的信息；
44.etc读卡单元用于读取支付卡的卡号信息；
45.串行通讯单元用来接收来自etc银行卡读卡单元的扣款卡号信息，并通过mcu主控单元传输给uwb射频无线单元；
46.超低功耗mcu主控单元用来控制外部模块单元，协调不同模块按照设计好的业务逻辑运行，与道口控制单元通信并设定收费距离阈值，收费距离阈值的范围为3
‑
5m；
47.电池供电管理单元用来为整个终端收费系统提供电源并实现电池电量监测和充电管理；
48.收费单元根据uwb基站发送来的测距信息和卡号信息进行扣款，并将扣款结果发送至道口控制单元和客户端；
49.道口控制单元用于控制是否打开道闸放行车辆以及放行时间。
50.如图2，基于所述系统的收费方法如下：
51.用户初次使用终端收费系统进行etc付费前，首先需要打开etc终端，将银行卡放置于etc终端的etc读卡单元，etc读卡单元获取银行卡信息，并将读卡信息发送至串行通讯单元；打开手机app和蓝牙，通过无线蓝牙连接终端收费系统，填写相应的用户信息、车辆信息和银行卡信息，将用户信息、车辆信息、银行卡信息和etc终端绑定；
52.当车辆运行至etc收费道口，mcu主控单元调用射频无线单元与预先部署在道口的uwb基站进行实时测距，如果最远车辆的实测距离小于国家高速公路规定的道口拥堵免费放行距离判断最近车辆的实测距离是否小于设定的收费距离阈值，如果实测距离位于设定收费距离内，mcu主控单元调用串行通讯单元获取etc读卡单元获取银行卡信息；进一步由mcu主控单元调用uwb射频无线单元，随机选择通信信道，数据加密后传输给收费道口的uwb基站，最后由输加密的银行卡信息至道闸管理收费模块的收费单元，收费单元将采集模块采集的车牌号与绑定的客户车牌号，交叉验证无误后根据获取的银行卡信息进行扣费，扣费成功无误后，由道口控制单元打开道闸放行车辆。
53.如果最远车辆的实测距离大于国家高速公路规定的道口拥堵免费放行距离即在停车等待通行阶段，则传输最远车辆的实时测距信息给道口控制单元，由道口控制单元按照系统设定的放行时间和uwb基站实测距离综合判定停止放行时间点，高速公路收费口规定排队超过300米就必须免费放行，那么etc收费道口的uwb基站与最远的车辆实时测距超过300米，则自动打开道闸放行；由道口控制单元根据实际测试最远距离决定放行时间，一般以分钟为单位，免费放行一分钟后，车辆排队在300米以内，则重新开始正常计费放行；因为不同地区的车流拥堵不同，所以这个免费放行时间是可以由道口自行设置的，免费放行时间公式如下：
54.t_free＝(d_max
‑
d_stad)/v_avg
55.其中：t_free指免费放行时间，d_max指etc道口车辆最远排队距离，单位为米，d_stad指国家高速公路规定的道口拥堵免费放行距离，单位为米，v_avg指车辆通行平均速度，单位为米/分钟。
56.本发明为etc收费道口的正常收费和异常事件处理提供精准数据支撑。
57.显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，上述对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。