本发明涉及北斗卫星导航系统(beidounavigationsatellitesystem，简称bds)和智能交通(intelligenttransportationsystem，简称its)领域，具体涉及一种基于北斗高精度定位的高速公路不停车收费方法及系统。
背景技术：
随着国内汽车保有量的迅速扩大，我国正在快速步入汽车社会，与汽车相关的社会问题和矛盾也日益凸显，汽车与道路、汽车与行人、汽车与环境、汽车与能源之间的矛盾日益突出。据统计，截至2017年底，中国机动车保有量超3.1亿，高速公路通车里程超过13.1万公里，位居世界第一，高速公路主线收费站约700多个。这意味着每驾驶一个半小时就会途径一个主收费站，大量的汽车由于收费等待时间过长，而积压在收费站，造成拥堵。特别当节假日期间，临近收费站的道路，无一例外都是秒变“停车场”。2018年5月，国务院常务会议决定，将推动取消高速公路省界收费站，支持利用etc和北斗定位技术等新的信息技术，替代人工收费的方式，以解决省界高速公路收费站容易出现的堵车现象，从而降低物流成本，进一步提高车辆通行效率。
电子不停车收费系统(electronictollcollection，简称etc)，通过在车辆挡风玻璃上安装车载电子标签(onboardunit，简称obu)，在收费站etc车道路边架设的路侧单元(roadsideunit，简称rsu)，利用微波专用短程通讯(dedicatedshortrangecommunications，简称dsrc)技术，结合计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。
现有etc系统应用于高速公路不停车收费，虽然通行效率比传统人工通道有所提高，但依然存在一些问题，例如：用户粘性不足，车主用户需要额外购买安装obu设备，开通专门的银行卡并绑定自动扣费服务，甚至需要到固定地点办理及提前充值，办理及使用流程繁琐；系统建设成本高昂，每个etc车道建设投入约30万元；没有真正实现无障碍通行，etc车道需要车辆减速以配合完成身份验证和收费之后才会放行，既浪费能耗，又增加了尾气排放，污染环境；全国高速公路统一联网运营实施难度大，不同路段的公路因投资主体不同，导致在运营管理模式、收费标准、甚至系统间通信接口等方面都存在不兼容问题，尤其取消跨省收费站后，如何对不同路段进行费用的精确拆分，如何有效防止路径多义性问题等方面都将存在实际运营难题。
基于支付宝和微信的互联网支付技术也逐渐应用到高速公路收费中，该技术能够有效缩减通行时间，提高通行效率，但是无法解决跨省收费站取消后路径多义性问题；同时，对于不会使用支付宝或微信的车主，或者出于信息安全考虑，不愿意绑定网上支付自动扣费的情况，未来无法从政策标准层面普及推广。
另外无论是传统etc技术还是新兴的互联网支付技术，都仅仅只能帮助提高收费站通行效率，无法拓展提供交通管理部门对通行车辆的相关交通管理服务。目前etc车道建设的覆盖率不足30％，高速公路收费站拥堵现象依然严重，尤其跨省收费站，如何进一步缓解收费站拥堵现象，例如对不同路段通行车流量进行统计分析，对拥堵路段进行车辆分流引导，对拥堵路况进行提前预报；目前etc用户数已经超过5000多万，如何对高速公路通行车辆进行交通监管，如何对重点营运车辆进行联网监控和调度指挥等交通管理服务，都是未来智能交通系统急需解决的问题。
技术实现要素：
为克服现有技术上的上述缺点，本发明提供一种基于北斗高精度定位的高速公路不停车收费方法和系统，用于实现全国高速公路一张网联网运行，无需etc软硬件系统，实现车辆通行收费站时不停车收费，提供按实际行驶里程准确计费和不同路段费用精确拆分结算，解决路径多义性问题，以及为高速公路管理部门对通行车辆进行精准监控和调度指挥提供技术手段，提高收费站车辆通行效率和交通管理水平。
本发明解决上述问题的技术方案是：
本发明提供一种基于北斗高精度定位的高速公路不停车收费方法，包括如下步骤：
步骤1.车主用户安装集成有北斗高精度定位芯片和移动通信芯片的车载终端，或者利用现有已安装的车载定位终端，注册开通不停车收费服务，绑定车主信息和车辆信息，并开通银行卡或支付宝/微信/银联等电子钱包自动代扣协议，同时将绑定信息全部写入用户数据库中。
步骤2.在高速收费站专用车道路侧安装或利用现有高清摄像机或采用其他车辆信息识别装置，用于快速、准确的识别车辆信息。
步骤3.对驶入高速公路收费入口的车辆进行识别。
当车辆通过专用车道即将驶入高速公路收费入口，进入专用车道的车辆识别区域时，路侧高清摄像机将准确识别车辆号牌和车辆信息，并转发给联网收费系统进行数据处理。
联网收费系统通过车辆号牌作为关键字查询用户数据库，调取数据库中车主信息和车辆信息，与实际识别的车辆信息进行比对，完成车辆身份验证，如果车辆信息不符则极有可能存在套牌等违法行为，将拒绝通行。若车辆信息验证通过，联网收费系统将通过手机短信或app应用提醒通知车主开始计费，并提醒车主确认开启车载定位终端的北斗定位功能。当验证车辆符合专用车道通行条件时，联网收费系统触发液晶显示单元/信号指示单元进行提示允许通行和闸道开关单元栏杆开启放行等关联动作。
步骤4.使用北斗高精度定位管理平台和车载定位终端获取高速公路行驶途中的车辆的位置信息，进行实时监控。
高速公路行驶过程中，车载定位终端将按照系统预先设置的定位频率，将高精度的位置信息通过移动通信芯片实时上报北斗高精度定位管理平台。
北斗高精度定位管理平台通过获取的车辆位置信息，可以在gis平台上实时显示跟踪车辆的位置，可以查询车辆的历史运行轨迹。当车辆驶入高速公路收费入口时平台自动标记高速起始点，当车辆驶出高速公路收费出口时平台自动标记高速结束点，用于收费站联网收费系统按照实际行驶路径进行收费。如果北斗高精度定位芯片有差分信号输入，北斗高精度定位管理平台可以清晰监控到车辆所在的车道，可以精准判别并记录车辆是否占用应急车道、是否违规停车/越线等行为。同时，高速公路管理部门可以利用北斗高精度定位管理平台，对通行车辆进行精准监控、车流量分析、拥堵预警和拥堵治理等交通管理服务。交通管理部门可以利用北斗高精度定位管理平台，实现对高速公路上通行的危化品运输等重点营运车辆进行实时监控和调度指挥等交通管理服务。
步骤5.对驶入高速公路收费出口的车辆进行验证，并结合步骤3、步骤4中获得的该车辆的整个高速公路完整行驶路径信息进行费用结算。
当车辆通过专用车道即将驶入高速公路收费出口，进入专用车道的车辆识别区域时，路侧高清摄像机将准确识别车辆信息，并转发给联网收费系统进行数据处理。
联网收费系统通过车辆信息中的车辆号牌作为关键字查询用户数据库，调取数据库中车主信息和车辆信息，与实际识别的车辆信息进行比对，完成车辆身份验证，如果车辆信息不符则极有可能存在套牌等违法行为，将拒绝通行。若车辆信息验证通过，联网收费系统与北斗高精度定位管理平台进行数据交互，调取该车辆的整个高速公路完整行驶路径信息，根据路径计算核心算法进行通行费用结算，并通过电子支付单元从车主注册时绑定的银行卡或支付宝/微信/银联等电子钱包中自动扣费。同时，联网收费系统根据不同路段的行驶里程将收取的高速公路通行费用进行精准拆分和后台划拨给各路段收费单位。
联网收费系统完成扣费后，触发液晶显示单元/信号指示单元进行提示允许通行和闸道开关单元栏杆开启放行等关联动作，完成整个不停车收费过程。
优选地，步骤1所述的车主信息包括驾驶证、行驶证、身份证件等信息；车辆信息包括车牌号、车型、颜色、年审等信息。
本发明实施例提供一种基于北斗高精度定位的高速公路不停车收费方法的系统，包括：
车载定位终端，集成了北斗高精度定位芯片和定位天线，定位天线用于接收北斗导航卫星广播的卫星信号，北斗高精度定位芯片利用该卫星信号，解析提取出有用的卫星原始观测数据，通过北斗高精度定位算法计算得到车载终端的位置信息。
北斗高精度定位芯片支持外部差分信号输入，可以接收来自cors基准站或高精度位置服务云平台所播发的rtd/rtk差分信号，用于提高自身的定位精度，rtd差分定位服务可以满足亚米级/车道级定位监控需求，rtk差分定位服务可以实现厘米级的高精度定位精度。
车载定位终端集成了移动通信芯片，用于将车载终端的位置信息实时上报北斗高精度定位管理平台，以及用于接收外部差分信号输入。
北斗高精度定位管理平台根据车载定位终端上报的位置信息，可以在gis平台上实时显示跟踪车辆的位置，可以查询车辆的历史运行轨迹。当车辆驶入高速公路收费入口时平台自动标记高速起始点，当车辆驶出高速公路收费出口时平台自动标记高速结束点，用于收费站联网收费系统按照实际行驶路径进行收费。如果北斗高精度定位芯片有差分信号输入，北斗高精度定位管理平台可以清晰监控到车辆所在的车道，可以精准判别并记录车辆是否占用应急车道、是否违规停车/越线等行为。同时，通过对安装了车载定位终端的车辆进行统一的联网监控，可以协助高速公路管理部门对通行车辆进行精准监控、车流量分析、拥堵预警和拥堵治理等应用提供技术平台，还可以协助交通管理部门实现对高速公路上通行的危化品运输等重点营运车辆进行实时监控和调度指挥等交通管理服务。
路侧高清摄像机或其他车辆信息识别装置，用于快速、准确的识别车辆号牌和其他车辆信息，然后转发给联网收费系统进行数据处理。
联网收费系统通过车辆号牌作为关键字查询用户数据库，调取数据库中车主信息和车辆信息，与实际识别的车辆号牌和车辆信息进行比对，完成车辆身份验证，如果车辆信息不符则极有可能存在套牌等违法行为，将拒绝通行。若车辆信息验证通过，联网收费系统与北斗高精度定位管理平台进行数据交互，调取该车辆的整个高速公路完整行驶路径信息，根据路径计算核心算法进行通行费用结算，并通过电子支付单元从车主注册时绑定的银行卡或支付宝/微信/银联等电子钱包中自动扣费。同时，联网收费系统根据不同路段的行驶里程将收取的高速公路通行费用进行精准拆分和后台划拨给各路段收费单位。联网收费系统完成扣费后，触发液晶显示单元/信号指示单元提示允许通行和闸道开关单元栏杆开启放行等关联动作。
联网收费系统与路侧高清摄像机之间可以通过局域wifi无线通信，或者光纤等有线通信的方式进行连接。
优选地，车载定位终端的移动通信芯片根据成本要求选择gprs/cdma/td-scdma/wcdma/cdma2000/4g中的任意一种。
本发明的有益效果主要表现在：
从以上技术方案可以看出，本发明与现有高速公路不停车收费系统相比，具有以下优点：
1、便于全国高速公路统一联网运营的实施，尤其在取消跨省收费站后，本发明能够有效解决因不同路段的公路在运营管理模式、收费标准、甚至系统间通信接口等方面存在的不兼容问题，利用北斗高精度定位技术，通过实际行驶路径里程进行收费以及对不同路段进行费用的精确拆分，有效解决路径多义性问题。
2、无需etc专用通道，只需安装或利用现有的高清摄像机或其他车牌识别单元，借助北斗高精度定位技术和互联网移动支付技术的融合，轻松实现真正的无障碍通行和无感支付，大幅降低不停车收费系统建设成本。
3、可以充分利用汽车普遍安装的现有车载定位终端，如汽车行驶记录仪/obd/黑匣子/t-box等，只要能够提供定位信息即可，如果能够通过替换北斗高精度定位芯片，升级支持亚米级/车道级高精度定位，则对于车辆的监管服务可以提供更加精准的应用服务。未来车载定位终端产品功能可以进一步增强，应用服务进一步丰富，最终实现车载产品的高度集成一体化。
4、用户app软件，可以方便提供车主用户实时掌握交易记录，无忧寻车能够节省车主时间，可以提供附近加油站点/服务站点/餐饮/商超等消费推荐和广告推送，加油折扣和积分兑换等服务，甚至可以进一步开发人找车、车找人、货找车、车找货等物流增值服务应用，都将有利于提高用户体验和车主粘性，利于系统推广。
5、借鉴交通部“两客一危”等行业车辆智能监管的成熟经验，轻松实现针对高速公路通行车主用户，尤其是对大众乘用车主的交通监管服务平台，形成动态、实时、准确的车辆信息数据库，后期可结合路网、气象、地图等信息，建设高速公路大数据平台，为用户提供高效、实时、准确的出行服务。
6、通过对车辆的精准监控，能够协助高速公路管理部门对不同路段车流量进行统计分析，对拥堵路段进行车辆分流引导，对拥堵路况进行提前预报和预防，有效缓解高速公路收费站拥堵现象，尤其跨省收费站效果显著。
7、可以扩展实现城市路桥收费和城市停车场收费应用场景下的不停车收费，提高车辆通行效率和城市智能交通管理水平，节省管理成本。
附图说明
图1是一种基于北斗高精度定位的高速公路不停车收费系统的结构图；
图2是车主用户注册开通不停车收费服务流程图；
图3是车辆驶入高速收费入口工作流程图；
图4是车辆驶入高速收费出口工作流程图。
具体实施方式
参照附图，本实施例提供一种基于北斗高精度定位的高速公路不停车收费方法，包括如下步骤：
步骤1.车主用户注册开通不停车收费服务流程如图2所示，车主用户安装集成有北斗高精度定位芯片和移动通信芯片的车载终端，或者利用现有已安装的车载定位终端，注册开通不停车收费服务，绑定车主信息和车辆信息，并开通银行卡或支付宝/微信/银联等电子钱包自动代扣协议，同时将绑定信息全部写入用户数据库中；
步骤2.在高速收费站专用车道路侧安装或利用现有高清摄像机或其他车辆信息识别装置，用于快速、准确的识别车辆信息；
步骤3.对驶入高速公路收费入口的车辆进行识别，工作流程如图3所示；
当车辆通过专用车道即将驶入高速公路收费入口，进入专用车道的车辆识别区域时，路侧高清摄像机将准确识别车辆号牌和车辆信息，并转发给联网收费系统进行数据处理；
联网收费系统通过车辆号牌作为关键字查询用户数据库，调取数据库中车主信息和车辆信息，与实际识别的车辆信息进行比对，完成车辆身份验证，如果车辆信息不符则极有可能存在套牌等违法行为，将拒绝通行；若车辆信息验证通过，联网收费系统将通过手机短信或app应用提醒通知车主开始计费，并提醒车主确认开启车载定位终端的北斗定位功能；当验证车辆符合专用车道通行条件时，联网收费系统触发液晶显示单元/信号指示单元进行提示允许通行和闸道开关单元栏杆开启放行等关联动作。
步骤4.使用北斗高精度定位管理平台和车载定位终端获取高速公路行驶途中的车辆的位置信息，进行实时监控；
高速公路行驶过程中，车载定位终端将按照系统预先设置的定位频率，将高精度的位置信息通过移动通信芯片实时上报北斗高精度定位管理平台；
北斗高精度定位管理平台通过获取的车辆位置信息，可以在gis平台上实时显示跟踪车辆的位置，查询车辆的历史运行轨迹；当车辆驶入高速公路收费入口时平台自动标记高速起始点，当车辆驶出高速公路收费出口时平台自动标记高速结束点，用于收费站联网收费系统按照实际行驶路径进行收费；通过北斗高精度定位芯片的差分信号输入，北斗高精度定位管理平台监控到车辆所在的车道，判别并记录车辆是否占用应急车道、是否违规停车/越线等行为；同时，高速公路管理部门利用北斗高精度定位管理平台，对通行车辆进行监控、车流量分析、拥堵预警和拥堵治理的交通管理服务，以及实现对高速公路上通行的重点营运车辆进行实时监控和调度指挥；
步骤5.对驶入高速公路收费出口的车辆进行验证，并结合步骤3、步骤4中获得的该车辆的整个高速公路完整行驶路径信息进行费用结算，工作流程如图4所示；
当车辆通过专用车道即将驶入高速公路收费出口，进入专用车道的车辆识别区域时，路侧高清摄像机将准确识别车辆信息，并转发给联网收费系统进行数据处理；
联网收费系统通过车辆信息中的车辆号牌作为关键字查询用户数据库，调取数据库中车主信息和车辆信息，与实际识别的车辆信息进行比对，完成车辆身份验证，如果车辆信息不符则极有可能存在套牌等违法行为，将拒绝通行；若车辆信息验证通过，联网收费系统与北斗高精度定位管理平台进行数据交互，调取该车辆的整个高速公路完整行驶路径信息，根据路径计算核心算法进行通行费用结算，并通过电子支付单元从车主注册时绑定的银行卡或支付宝/微信/银联等电子钱包中自动扣费；同时，联网收费系统根据不同路段的行驶里程将收取的高速公路通行费用进行精准拆分和后台划拨给各路段收费单位；
联网收费系统完成扣费后，触发液晶显示单元/信号指示单元进行提示允许通行和闸道开关单元栏杆开启放行等关联动作，完成整个不停车收费过程。
进一步的，步骤1所述的车主信息包括驾驶证、行驶证、身份证件等信息；所述的车辆信息包括车牌号、车型、颜色、年审等信息。
本实施例提供一种基于北斗高精度定位的高速公路不停车收费方法的系统，包括：
车载定位终端，集成了北斗高精度定位芯片和定位天线和移动通信芯片，定位天线用于接收北斗导航卫星广播的卫星信号，北斗高精度定位芯片利用该卫星信号，解析提取出有用的卫星原始观测数据，通过北斗高精度定位算法计算得到车载终端的位置信息；移动通信芯片，用于将车载终端的位置信息实时上报北斗高精度定位管理平台，以及用于接收外部差分信号输入；
北斗高精度定位芯片支持外部差分信号输入，接收来自cors基准站或高精度位置服务云平台所播发的rtd/rtk差分信号，用于提高自身的定位精度，rtd差分定位服务可以满足亚米级/车道级定位监控需求，rtk差分定位服务可以实现厘米级的高精度定位精度；
北斗高精度定位管理平台根据车载定位终端上报的位置信息，在gis平台上实时显示跟踪车辆的位置，查询车辆的历史运行轨迹；当车辆驶入高速公路收费入口时平台自动标记高速起始点，当车辆驶出高速公路收费出口时平台自动标记高速结束点，用于收费站联网收费系统按照实际行驶路径进行收费；根据北斗高精度定位芯片的差分信号输入，北斗高精度定位管理平台监控车辆所在的车道，精准判别并记录车辆是否占用应急车道、是否违规停车/越线的行为；同时，通过对安装了车载定位终端的车辆进行统一的联网监控，协助高速公路管理部门对通行车辆进行精准监控、车流量分析、拥堵预警和拥堵治理，以及协助交通管理部门实现对高速公路上通行的危化品运输等重点营运车辆进行实时监控和调度指挥的交通管理服务；
路侧高清摄像机或其他车辆信息识别装置，用于快速、准确的识别车辆信息，然后转发给联网收费系统进行数据处理；路侧高清摄像机或其他车辆信息识别装置与联网收费系统之间通信连接；
联网收费系统通过车辆信息中的车辆号牌作为关键字查询用户数据库，调取数据库中车主信息和车辆信息，与实际识别的车辆号牌和车辆信息进行比对，完成车辆身份验证，如果车辆信息不符则极有可能存在套牌等违法行为，将拒绝通行；若车辆信息验证通过，联网收费系统与北斗高精度定位管理平台进行数据交互，调取该车辆的整个高速公路完整行驶路径信息，根据路径计算核心算法进行通行费用结算，并通过电子支付单元从车主注册时绑定的银行卡或支付宝/微信/银联等电子钱包中自动扣费；同时，联网收费系统根据不同路段的行驶里程将收取的高速公路通行费用进行精准拆分和后台划拨给各路段收费单位；联网收费系统完成扣费后，触发液晶显示单元/信号指示单元提示允许通行和闸道开关单元栏杆开启放行等关联动作。
进一步的，车载定位终端的移动通信芯片根据成本要求选择gprs/cdma/td-scdma/wcdma/cdma2000/4g中的任意一种。
本发明实施例提供的基于北斗高精度定位的高速公路不停车收费方法及系统，具体可以提供以下系统功能：
对于交通管理部门和高速公路运营部门，能够实现以下功能：利用北斗高精度定位技术，结合互联网移动支付技术，真正实现了不停车收费和无障碍通行，无需传统取卡/还卡动作，显著提高车辆通行效率；联网收费系统快速结算，真正实现无感支付；针对未来跨省收费站取消后，跨网络收费问题，按实际行车里程精准计费，跨部门利润分解，完善高速收费一张网建设；车辆位置实时精准监控，历史行车轨迹回放，违停/占用应急车道/变道等行为精准监控，协助交管部门进行违章及扣分处理和欠费追缴；当发生交通事故/道路拥堵/修路时，协助交管部门充分利用车辆运行大数据进行统计分析，以提供实时的路况预报，及交通分流路线规划，缓解交通拥堵；当车辆遇险/紧急故障时，车主可以远程发送一键救援请求，协助交管部门建设交通应急救援体系；车载定位终端还可以扩展集成三轴g-sensor，准确记录车辆的急刹车/急减速/急转向等行为，便于交通事故原因追查；借鉴两客一危、货运平台等行业交通监管成熟经验，建设高速公路车辆运营管理大数据平台，提升海量大众乘用车交通管理水平。
对于大众车主用户，能够实现以下功能：对于车辆实时位置查询，路径规划与导航，历史行车轨迹查询；高速公路收费站无感支付，真正不停车无障碍高速通行，节省排队时间；扣费记录查询，余额变动及时提醒；当车辆被非法移动/碰撞时，及时的智能提醒；方便车主寻车无忧，节省找车时间；通过车牌和车辆实时位置进行双重身份认证，解决套牌现象；未来逐步统一车载定位终端硬件，高度集成一体化现有车载硬件所有功能，简化车内配置；汽车保养维护提醒，结合4s店，精准推荐个性化汽车保养维护方案；不良驾驶行为智能提醒与纠正，结合ubi车险，提供个性化车险服务；针对货车空置资源，提供找货平台；针对物流需求用户，提供货车网约平台，可以扩展建设物流运输增值服务平台；可以结合美团、大众点评等互联网平台，提供附近加油站点、餐饮、商场等生活服务推送，抢占未来大数据流量入口；可以利用广告推送平台，增加增值收入；可以结合中石油、中石化加油折扣活动，既方便车主加油，又增加分成收益；可以建设车主社区，提供车主交流平台，开展积分兑换活动，扩展网上商城功能。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。