基于GPS的电子不停车收费车栽设备系统开发——朱
善李亚檬 宋向辉,等 127
基于GPS的电子不停车收费车载设备系统开发*
朱书善 李亚檬 宋向辉 王东柱谌 仪 刘 楠 赵佳海
(国家智能交通工程研究中心北京100088)
擒要分析了传统的高速公路的收费方式和电子不停车收费方式,并针对现有收费方式的弊端,设
计集成了具有GPS、GSM/GPRS功能的新一代不停车收费车载设备,它综合利用了卫星定位、无线通
信及专用短程通信等技术,实现了车辆的不停车收费功能,并支持信息服务功能,成功应用于卫星定
位和无线接入技术的电子不停车收费系统。
关键词 电子不停车收费;车载设备;全球卫星定位系统I专用短程通信
中图分类号:U491 文献标志码:A DOI:10.3963/j.ISSN1674—4861.2009.05.029
我国高速公路现有收费需要在高速公路的出
入口修建收费站,并以人工收费方式为主,尽管出
现了半自动收费、计重收费、联网收费等新的收费
方式,但还是不能从根本上解决高速公路收费站
的拥堵问题。
基于卫星定位和无线接人技术的电子不停车
收费(ETC)是根据车辆的卫星定位信息进行收费
的1种方式,通过虚拟收费站替代当前广泛使用
的收费站。卫星定位收费技术没有路侧设施,建
设和维护费用很低,同时,车载设备的扩展功能较
多,可以记录行车路径,准确按照行驶里程收费。
通行费用可以通过银行提前预付,费用支付灵活
性较高。从经济效益、社会效益和环境效益来看,
卫星定位收费系统降低了建设和维护成本,提高
了道路通行能力,避免了环境污染[1]。
违
稽查系统
距离
&信
采集和处理违章IDSRC
数据 l/1 }
1系统总体结构设计
1.1卫星定位收费系统总体结构
基于卫星定位和无线接入技术的新一代收费
系统,通过自动记录车辆行驶的位置和里程,综合
考虑道路收费车辆参数和道路收费因素,自动计
算车辆的通行费,由无线传输网络将数据传输到
收费管理中心,根据相关公路收费政策,对车辆收
取通行费。卫星定位收费系统包括智能车载收费
设备(OBU)、稽查系统、管理中心3大部分组成,
共同组成1个完整的卫星定位收费网络,如图1
所示。
1.2智能车载设备(OBU)技术
由图l可以看到,卫星定位车载设备主要完
管理中心厂翮
基站嚣廿⋯《星
看貉藿蒺H喜矧蔫l甓
囱\1嚣圈
智能车载收费终端(OBU)
图1卫星定位收费系统结构图
收稿日期:2009—06-17修回日期:2009—07—15
-“十一五”国家科技支撵
项目(批准号:2006BAGOIA04)资助
作者简介:朱书善(1979),硕士.研究方向:智能交通.E-mail.-ss_zhu@eyou.corn
万方数据
128 交通信息与安全2009年第5期第27卷总151期
成的任务包括:自动完成收费数据存储、路径匹
配、费用计算、数据传输、自动识别等,并且可扩展
接收动态交通信息的功能。
oBU系统主要由核心处理器ARM9、外围功
能模块(如图2所示),外围功能模块包括:GPS
模块、GSM/GPRS模块、液晶显示模块、DSRC模
块、电压转换模块及按键模块、语音模块等几大部
分组成,各模块功能介绍如下:
1)GPS模块。主要用来获取当前车辆的位
置信息,为实现收费提供原始依据。
2)GSM/GPRS模块。是oBU设备和后台
管理中心数据通信的桥梁。
3)液晶显示模块。为用户提供收费额度显
示等信息。
4)DSRC模块。交通专用5.8G通信模块,
主要是为了实现车路设备之间的稽查通信功能。
5)按键模块。提供用户紧急呼叫和查询功能。
6)语音模块。提供收费额度提示、收费路段
提示等。
存储器
曰园
图2智能车载收费设备系统框图
2关键技术与系统集成方法
2.1核心处理器平台的选择
处理器是设备工作的核心,它的性能决定了
设备的性能,根据图1卫星定位收费系统中智能
车载收费终端(OBU)需求分析,由于在系统功能
上有GPS、GSM、DSRC等通信功能的管理、GPS
数据实时处理、路径跟踪与计算需求。因此我们在
主处理器上选用了ARM9内核的微处理器
AT91RM9200,其主频可达180M,并具有
MMU。软件系统采用了Linux2.6.13的嵌入式
操作系统,保证了软件系统的实时性,从而确保系
统有1个高速稳定可靠的运行平台[2]。
另外设计了存储电路、显示电路、语音电路、
电源电路等,较好满足了数据及代码的存贮,友好
的人机接口,稳定可靠的工作要求。
2.2 3种无线传输方式的设计及选择
依据图2可以清晰看出,主要存在3种方式
的信息交互,交通专用短程通信(DSRC)、GSM
无线通信、GPS卫星定位,这3种信息交互是卫
星定位设备的3个对外信息交互的桥梁,因此也
是本系统设计的关键环节。
2.2.1交通专用短程通信模块设计
交通专用短程通信(DSRC)模块是卫星定位
收费设备与路侧稽查设备通信的部分,它采用
5.8G频段的微波通信方式[3。4],速率高达1.7
Mb/s,因此,它不仅能应用在逃费稽查功能上,而
且在扩展的信息服务功能上也可以使用。
2.2.2GSM通信模块设计
短消息(SMS)技术服务是车载设备(OBU)
采用全球移动通信系统(GSM)方式的1个主要
原因,设备的交易信息通过短消息发送给后台管
理中心,以实现车辆道路行驶费用的管理。
2.2.3GPS卫星定位模块设计
GPS是OBU设备的重要功能部件,在卫星
定位收费系统中如何提高定位精度、准确确定车
辆当前行驶位置是考核的主要指标。目前,通用
的卫星定位模块的定位误差都约在20m[5],如果
定位精度能够提高,则可大大简化地图匹配和费
额算法。
综合以上3种通信模块的分析,由于交通专
用短程模块是关系到车辆逃费稽查的关键部件,
特别是作为信息服务中传递数据的桥梁,需要较
高的通信速率,因此,需要自主研发设计,而GSM
及GPS是比较通用的设备模块,可以从市场上选
择符合性能要求的模块来使用,在本设计方案中
就采用了一块GPS/GSM集成的模块,其定位精
度达到了2.5m,完全符合卫星定位收费的要
求‘6。7|。
2.3系统软件设计
系统上电后,首先启动Linux系统,然后启动
OBU应用程序。应用程序采用了多线程的编程
思想,系统软件总体流程图如图3所示。应用程
序经过初始化配置后,GPS、GSM模块处于正常
工作状态(线路1每1s处理1次GPS数据,
GSM处于发送接收短信息的待机状态),以及液
晶显示模块、按键、指示灯工作正常,等待GPS定
位成功后,便可以进入卫星定位收费工作状态了。
当系统检测到高速公路收费入口时,液晶模块会
显示进入收费路段,同时伴有语音提示,当驶出高
一一一一一霎|一潞
豢
万方数据
基于GPS的电子不停车收费车栽设备系统开发——朱书善李亚檬 宋向辉,等 129
速公路,系统检测到高速公路出口时,通行费用会
自动计算,并通过GSM网络将车辆收费信息发
送到后台管理中心,并伴有语音提示,此时,1个
完整的交易结束[33。
图3系统流程图
在1个完整的交易过程中,地图匹配算法的
正确与否起到关键作用,因为匹配算法的准确率
与GPS定位精度、及算法性能有着重要的关系。
3系统调试与运行结果
3.1系统调试
整个系统的调试分为2个部分,系统级的调
试;应用级的调试。系统级调试包括BootLoader
程序的烧写、Iinux内核代码的烧写及编写调试相
应的模块驱动程序。应用级的调试包括各个模块
的测试代码的编写调试。表1是设备运行时
GPS状态信息输出信息,表2是后台管理中心对
收费车辆费用管理的平台信息。
其中,后台管理中心界面所显示的内容包括
收费金额、车牌号、人口ID、出口ID及进出收费
路段时间等,全面、详细地纪录了每条交易信息,
为安全收费提供了保证。
表1 GPS状态信息
GPS状态信息
GPSDATAStatusis:
CurrentDate:
Currenttime:
CurrentPosition(~180...180)(一90⋯90):
116.3456i000,Latitude=39.95999833
CurrentVeloeity:
CurrentDirection(0.0⋯359.9):
65
13—8—9
14158:30.0
Longitude=
1.91km
64.25
表2管理中心收费记录管理
ID收费金额 车牌号 入口ID出口ID 进入收费路段时问 路径数 路径ID 短信发出时间
0 10 京G552122002 2001 2009—05—0816:11:34 2 81,83 2009—05—0816:18:26
2 20 京G174282011 2009 2009—05—0815:56:56 3 48,50,51 2009—05—0816:14:16
2 5 京GW27342007 2009 2009—05—0815:56:17 5 23,25,28,29,302009—05—0816:06:09
12 10 京YS00052002 2001 2009—05—0815;54:42 2 81,83 2009—05—0816:04:34
12 10 京YS00082002 2001 2009—05—0815:54:42 2 81,83 2009—05—0816:04:33
12 5 京YS00012002 2001 2009。05—0815:54:42 2 81,83 2009—05—0816:04133
19 5 京GT61782004 2003 2009—05—0815:5l:23 3 73。75,76 2009—05—0816;01;17
车载设备外型及装车效果如图4所示,通过 验系统车辆速度最高达160km/h,同时路侧稽查
点烟器插头取电,由于整机功耗在200mA左右, 系统对车辆进行缴费稽查。在不影响现有收费模
因此完全符合汽车用电安全
。 式的情况下,进行了卫星定位试验,成功实现卫星
收费与现有收费模式的兼容。
图4 OBU效果图
3.2系统运行结果
系统运行选择在京津塘高速公路进行,试验
用户数量达到300个以上,运行周期为3个月,试
图5车载设备运行效果图
在车辆正常缴费的同时,虚拟完成了卫星定
位系统的费用计算和后台收费记录,计费成功率
万方数据
130 交通信息与安全2009年第5期第27卷总151期
达到了100%,同时,在车辆经过稽查点时,稽查
设备能够准确的读取车载终端的车辆信息,记录
并通过短信方式发送回后台管理中心。
4结束语
基于卫星定位和无线接人技术的电子不停车
收费设备开发依托于国家“十一五“科技支撑计
划,对我国高速公路不停车收费推广有着积极的
作用,目前,在京津塘高速公路上已安装了300辆
车载设备进行为期3个月的测试,取得了良好的
效果。为今后卫星收费在我国的应用和推广奠定
了良好的基础,积累了宝贵的经验。
[13
E2]
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ZHUShushanLIYamengSONGXianghuiWANDDongzhuCHENYiLIUNanZHAOJiahai
(NationalCenterofITSEngineeringandTechnology,Beijing100088,China)
Abstract:ThestudyanalyzesthetraditionalhighwaytollscollectionsystemandrecentNon-stopElectronicToll
CollectionSystem,anddesignsanewgenerationofOnBoardUnit(oBU)integratingGPS。GSM/GPRStoaddressthe
disadvantagesofcurrenttollcollectionpractice.Non-stopfunctionisrealizedasaresultofutilizingsatellitepositioning,
wirelesscommunicationsandDedicatedShortRangeCommunication(DSRC)technologies.Theproposedsystemcannot
onlycollecttollwithoutstop,butalsoprovidearangeofinformationservices.
Keywords:Non-stopETC;OBU;GPS;DSRC
万方数据
基于GPS的电子不停车收费车载设备系统开发
作者: 朱书善, 李亚檬, 宋向辉, 王东柱, 谌仪, 刘楠, 赵佳海, ZHU Shushan, LI
Yameng, SONG Xianghui, WAND Dongzhu, CHEN Yi, LIU Nan, ZHAO Jiahai
作者单位: 国家智能交通工程研究中心,北京,100088
刊名: 交通信息与安全
英文刊名: COMPUTER AND COMMUNICATIONS
年,卷(期): 2009,27(5)
被引用次数: 1次
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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jtyjsj200905029.aspx