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LBS基站定位在高速公路二义性路径识别的应用

作者:黄 涛,陈广辉时间:2020-03-03来源:电子产品世界收藏

黄 涛,陈广辉 (江西方兴科技有限公司,江西南昌330025)

本文引用地址:/article/202003/410495.htm

摘 要:在全国联网收费的情况下,随着高速公路不断建设,路网越来越复杂,二义性路径问题已经成为高速 公路联网收费普遍性存在的问题。本文描述了基于LBS基站定位在二义性的原理,并通过与其他路径 识别方案对比,分别描述它们的优缺点,为高速公路二义性提供一种可行的方案。 

关键词:

0  引言 

近年来,随着我国高速公路建设的快速发展,大量 路网连接造成多路径问题,也就是车辆从路网内的甲 地行驶到乙地往往存在多条可选路径,二义性路径路环 不断增多,导致车辆通行费的收取和拆分问题也越来越 突出[1]。为了解决二义性路径识别问题,目前通常采用 ETC电子标签识别、RFID复合识别和车牌识别 三种方法,前两者无外乎都是(ETC为车载设备 OBU)通过无线通信技术接收来自路面标识站的标识 信息,后一种的车牌识别方法则通过路面上的高速摄像 机识别车辆的牌照,了解车辆具体经过哪些路段,从而 判断车辆的行驶路径,这三种方法最大的特点就是都必 须在高速公路关键点安装路面标识站或车牌抓拍系统。 采用基于LBS基站定位的高速公路通行卡可以不要专门 安装路面标识站,每间隔一段时间实时定位车辆行驶位 置,从而真实的反应车辆行驶路径。

1  目前各种二义性路径识别技术介绍 

1.1 车牌识别法 

由于车辆的牌照具有唯一性,可以作为在高速公路 中行驶车辆身份认定的依据。居于车牌具有“唯一性” 这一显著特点,在高速公路关键点安装高速摄像机对行 驶的每一车辆进行抓拍并识别车牌,了解哪些车辆经过 了该路段,从而判断车辆的行驶路径,二义性路径问题 则得到了解决。 优点:只需在高速公路关键点安装车牌抓拍系统, 通行卡不需要更改,系统投入最低。 缺点:由于车牌识别系统技术的原因,准确率不可 能达到100%,尤其在雨雪、大雾天气或车辆牌照有污 渍的情况下识别率更低,导致路径识别率也不高。 

1.2 ETC电子标签和RFID复合通行

卡识别法 ETC全称为电子收费系统(Electronic Toll Collection System)的英文缩写,通过设置在高速公路收费站的入口和出口车道上方的ETC天线与车载单元OBU建立专用 短程通信,在不需要司机停车和收费人员操作的情况下 自动完成入口的写入和出口的读取以及通行费扣除等一 些列收费处理过程。 

高速公路RFID复合通行卡在普通IC卡中增加射频 识别单元,RFID射频识别单元主要用于接收和处理二 义性路径信息,而非接触式IC卡跟传统通行卡功能一 样,主要记录收费相关的数据,两者工作相对独立。在 车辆出高速公路刷卡缴费时,二义性路径数据和收费数 据通过读卡器同时读取。 

ETC电子标签和RFID复合通行卡在二义性路径识 别本质的原理是一样的,都是在高速公路关键点安装路 面标识站,当车辆经过时,通过短距离无线通信技术将 路径标识信息写入自由流车辆内的车载单元(ETC电子 标签或复合通行卡),只不过两者的技术标准不一样, ETC电子标签采用道路收费领域国际通用和干扰源较少 的5.8G Hz频段,而RFID复合通行卡一般采用绕射能力 强和传输距离更远的433M Hz频段。 

优点:随着无线通信技术越来越成熟,即使车辆高 速行驶情况下路面标识站依然能准确的将路径标识信息 写入车载单元,表示准确率高,可以实现精确收费。另 外,采用该识别技术的车载单元在高速公路上行驶大部 分时间都处于功耗极低(几个微安以内)的休眠模式, 一般每间隔1 s激活5 ms,用来接收路面标识站广播发出 的标识信息,所以该技术具有功耗低的优点,复合通行 卡的内置电池一般可以使用3~5年。 

缺点:需要在高速公路关键点安装路面标识站,增 加系统建设的投入成本,相应的维护成本也会增加。 

1.3 GPS定位法 

GPS是全球定位系统(Global Positioning System) 的英文缩写,利用全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星 提供全天候、高精度、连续和实时的三维(经度、维度 和海拔)立体定位。其路径识别原理是通过通行卡内 置的GPS?榻邮盏降奈恢眯畔⑷范ǔ盗镜木咛逍惺宦 径,从理论上看GPS定位法可以有效解决高速公路二义 性路径问题。 

优点:GPS定位具有精度高的优点,定位精度可达2.5米,能准确反映车辆具体在哪条高速公路上行驶, 与ETC电子标签和RFID复合通行卡识别法相比较,不需 要安装路面标识站,减少了系统建设费用,同时也免去 路面标识站后期的维护费用。 

缺点:对卫星信号的依赖较强,要至少捕捉到三颗 卫星信号才能实现有效定位,车内、阴雨天气卫星信号 较弱的时候比较难定位,信号盲区较多。另外GPS? 工作时功耗较大,电池电量消耗很快,需要对通行卡经 常充电,使用不方便。

2  LBS基站定位二义性路径识别系统 

LBS基站定位是基于位置服务(Location Based Service)的英文缩写,一般应用于移动通信的用户,通 过移动通信运营商的无线通信网络(如GSM、CDMA 网)获取移动终端用户位置信息,在GIS(Geographic Inion System)地理信息系统平台的支持下,为用 于提供基于位置服务的一种业务。 

在高速公路通行卡中嵌入GSM移动通信?,当 车辆在高速公路行驶时通行卡每间隔一段时间定时打开 GSM?椴⒔邮胀揪臼,将接收到的基站区域码 (LAC)和移动基站码(Cell ID)保存在 内。出站时,收费站读卡器读取通行卡内保存的入口信 息、出口信息和基站号(LAC和Cell ID),收费软件通 过基站号判断车辆实际行驶路径,算出该车辆实际通行 费金额。 

LBS基站定位路径识别通行卡主要由GSM?、 芯片、单片机、13.56 MHz读写线圈、无 线充电电路、锂电池和电源?榈鹊缏纷槌,如图1。 MCU采用TI公司的以低功耗著称的MSP430系列单片 机,平时处于休眠状态,车辆进站取卡时读写器将入口 信息写入通行卡,同时激活通行卡,单片机每间隔一段 时间打开GSM?,通过串口接收基站信息,并通过接 触式接口将基站信息写入双界面CPU卡芯片。通行卡采 用充电锂电池供电,CPU卡芯片的读写线圈可作为无线 充电的感应线圈,可以通过对高速公路入口处的发卡机 进行改造,在通行卡装入发卡机的卡夹内及时对通行卡 进行充电。

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3  通行卡软件设计 

通行卡平时处于休眠状态,在收费站入口通过读写 器非接触写卡时产生的电磁波唤醒通行卡,通行卡进入 激活状态,激活后通行卡每间隔一段时间采集一次GSM 基站的ID和通行卡内电池的剩余电量信息,并将基站 ID和电池剩余容量写入通行卡内部的双界面CPU卡芯片 中,每次采集完一次数据后通行卡进入低功耗状态,以 节省电池消耗量。在收费站出口时,收费系统通过读卡 器读取通行卡内保存的入口站信息及沿途采集到的一系 列的GSM基站ID信息,通过收费软件运算、判断、比 对,确定行驶路径并计算收费金额,然后将通行卡置休 眠状态。此外,通行卡在入口和出口收费站进行读写数 据时收费软件都将读取通行卡的电量信息,当剩余电量 不足时提醒收费员及时对通行卡进行充电,具体的软件 流程图见图2,图中的GPC为GSM路径识别通行卡的英 文缩写(GSM pass card)。 

为符合交通部制定的《全国高速公路电子不停车收 费联网用户卡、ESAM文件结构和数据定义》的规定, 电池剩余容量和采集到的系列GSM基站ID必须通过双 界面CPU卡的接触式接点保存到双界面CPU卡内的0009 文件内,该文件大小为512字节,可自由读,自由写。

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4  路测 

为了测试通行卡对路径识别的效果,模拟通行卡在 高速公路收费中的全过程。具体操作是,将通行卡通 过读写器激活放入车中,沿高速公路行驶一段路程后, 再通过读写器读取通行卡内保存的沿途基站信息,然后 将每个基站的位置标注在地图上,如图3。从图3可以看 出,通行卡采集到的基站一般都在高速公路附近,并且 清晰的显示出车辆行驶轨迹。

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5  结语 

基于LBS移动通信基站定位技术的通行卡能有效的 解决车辆行驶路线的二义性路径无法精确识别的问题, 对减少高速公路通行费的流失,实现通行费在各投资 主体之间合理、公平的拆账情分具有重要的意义。同 时,本方案中通行卡内部集成GSM?,采集沿途现有的GSM基站数据,无需新建标识站,方案可行且成本 较低。

参考文献: 

[1]何鹏,史望聪,陈辉. RFID技术在电子收费系统路径识别的应用 设计[J].电子设计工程. 2009,17(8):15-17.

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第03期第76页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



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