CN104574540A - 电子不停车收费系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子不停车收费系统及方法，该系统由车道控制计算机和路侧单元组成，其中车道控制计算机用于接收路侧单元的信息并进行相应的处理；路侧单元包括：无线定位模块，用于定位车载电子标签；收费交易模块，用于与车载电子标签通信，获取车载电子标签的计费和车辆信息并完成收费交易；视频检测模块，用于检测车辆位置，抓拍车辆图像，识别车辆号牌；控制模块，用于将无线定位模块获取的车载电子标签位置信息与视频检测模块检测到的车辆位置信息进行实时位置匹配，同时进行相应的流程控制。本发明可有效提高收费交易的成功率，降低跟车干扰，防止逃费情况。

Description

电子不停车收费系统及方法

技术领域

本发明涉及高速公路收费技术领域，尤其涉及电子不停车收费系统及方法。

背景技术

高速公路电子不停车收费(Electronic Toll Collection，简称ETC)系统是随着我国高速公路的建设完善和车辆通行量的提高而出现的一种先进的无现金自动收费技术，可提高高速公路的通行能力，并具有显著的节能减排效果。

在ETC系统中，车载电子标签(On Board Unit，简称OBU)安装于车辆前玻璃内侧，收费站的路侧单元(Road side Unit，简称RSU)架设在ETC车道上方的门架上，收费站的收费亭中安装有车道控制计算机和相关控制设备。车辆通过ETC收费车道时，OBU收到RSU下发的专用短程通信(Dedicated Short Range Communication，简称DSRC)信号，被唤醒并与RSU通信并自动完成电子收费交易，车辆无须停车即可通过。

ETC系统收费站的车辆通行速度较快，对收费交易时的一次通过率和交易成功率有严格的要求。现有的收费岛安装的自动拍照和稽查设备的抓拍可靠性和取证效果还不能做到无人值守的程度，对于交易争议的取证、逃费车辆的追缴等都缺乏自动识别和取证能力，给运营方造成损失和不便。

同时，现有系统的车道栏杆起降在车辆压过路面下方的地感线圈时，线圈的电路给车道控制计算机提供触发信号，车道控制计算机控制车道栏杆。地感线圈的不足是布设和维护较为不便，另外其检测可靠性随着使用时间的增加而降低。

中国专利公布号CN103268640A的发明专利，发明名称为：“基于多波束天线的多车道自由流电子收费系统及方法”，通过对收费门架上安装的摄像头抓拍结果和DSRC交易结果进行匹配的方法实现自动稽查功能，且支持车辆以任意方式过收费路面。在该发明中，路侧单元RSU和摄像头是分离的两个设备，车道控制单元对这两个设备的信息匹配是在交易完成后进行的，如果电子标签安装不正确的或者视频抓拍的结果不可靠，事后取证的可靠性和准确性无法满足车道稽查的要求。单车道ETC系统相对于多车道自由流收费系统的车速较低，可以通过对ETC交易和图像抓拍进行实时检测验证的方法，提高其稽查取证的可靠性。

发明内容

本发明提供一种单车道应用的电子不停车收费系统，用以有效地提高收费交易的成功率，降低逃费几率，该系统包括路侧单元和车道控制计算机；

所述路侧单元包括：

无线定位模块，用于定位车载电子标签；

收费交易模块，用于与车载电子标签通信，获取车载电子标签的计费和车辆信息并完成收费交易；

视频检测模块，用于检测车辆位置，抓拍车辆图像，识别车辆号牌；

控制模块，用于将无线定位模块获取的车载电子标签位置信息与视频检测模块检测到的车辆位置信息进行匹配，同时进行相应的流程控制；

所述车道控制计算机，用于控制车道栏杆动作，收集收费交易信息和视频抓拍识别信息，并进行信息比对和验证处理。

一个实施例中，视频检测模块进一步采用双目摄像机抓拍车辆图像；

收费交易模块进一步用于获取车载电子标签提供的车型；

控制模块进一步用于将车载电子标签提供的车型与根据双目摄像机抓拍的车辆图像确定车型进行比对，根据比对结果进行车辆稽查。

一个实施例中，视频检测模块进一步用于采用高速高清摄影像机抓拍车辆进出车道的情况，实时识别车辆位置，提供给车道控制计算机以使车道控制计算机控制车道栏杆的起落。

一个实施例中，视频检测模块进一步用于采用同一套高速高清摄影像机检测车辆位置信息，抓拍车辆图像和视频检测车辆号牌。

一个实施例中，控制模块进一步将无线定位模块提供的车载电子标签位置信息与视频检测模块检测的车辆位置信息进行实时匹配判断，

在所匹配的时间点上，无线定位模块提供的车载电子标签位置信息与视频检测模块检测的车辆位置信息，由控制模块进行匹配判断：

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置位于视频检测模块检测出的车辆轮廓内，且车载电子标签为交易正常的车载电子标签，则确认车辆正确安装电子标签；

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置位于视频检测模块检测出的车辆轮廓内，但车载电子标签为交易异常车载电子标签，则确认车辆未能正确安装电子标签，或者交易出现故障；

如果视频检测模块检测到有车辆进入收费站通信区域，但无线定位模块未检测到车载电子标签，则确认车辆未安装车载电子标签，或者该车辆安装的电子标签通信故障。

一个实施例中，所述车道控制计算机进一步用于在进行信息比对和验证处理时，对路侧单元提供的车辆交易和与之相匹配的视频检测信息进行比对，对交易信息中的车牌号码信息与视频检测模块识别的车辆号牌进行验证，若交易信息中的车牌号码信息与视频识别的车辆号牌一致，则确认车辆正确安装电子标签；否则，若交易信息中的车牌号码信息与识别的车辆号牌不一致，则判断车辆未能正确安装电子标签，或者车牌识别出错。该功能主要用于事后督查。

本发明实施例还提供一种上述电子不停车收费系统的电子不停车收费方法，用以有效地提高收费交易的成功率，降低逃费几率，该方法应用于单车道模式的路侧单元和车道控制计算机，该方法包括：

路侧单元的无线定位模块根据车载电子标签的返回信号对车载电子标签定位，检测车载电子标签位置信息；

根据车载电子标签位置信息，路侧单元的收费交易模块定向发射下行无线信号与目标车载电子标签通信，进行收费交易，并提取交易信息中的车载电子标签所安装的车辆车牌号码信息；

路侧单元的视频检测模块检测车辆位置信息，抓拍车辆图像和视频检测车辆号牌；

路侧单元的控制模块将无线定位模块提供的车载电子标签位置信息与视频检测模块检测的车辆位置信息进行实时匹配，判断车载电子标签是否正常安装；

车道控制计算机对交易信息中的车牌号码信息与视频检测模块识别的车辆号牌进行验证。

一个实施例中，所述路侧单元的视频检测模块采用双目摄像机，通过三维计算获知车辆轮廓信息，提供车型判断结果；路侧单元的控制模块将车载电子标签提供的车型与双目摄像机抓拍识别的车型信息进行比对，判断车型信息是否正确。

一个实施例中，所述路侧单元的收费交易模块定向发射下行无线信号与目标车载电子标签通信，所述下行无线信号根据车载电子标签的位置变化，调整发射方向和区域，发射方向根据无线定位模块提供的车载电子标签位置信息并参考频检测模块提供的车辆位置信息后确定，具体步骤为：

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置在本车道的通信区域内，且位于视频检测模块检测出的车辆轮廓内，则路侧单元的下行无线信号发射方向为车载电子标签的位置；这种场景对应正常交易和视频轨迹检测的车辆；

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置在本车道的通信区域内，但不在视频检测模块检测出的车辆轮廓内或者没有视频检测结果，则路侧单元的下行无线信号发射方向为车载电子标签的位置；这种场景对应正常交易但视频输出丢失或者异常的情形，例如雾霾天或者雨雪天；

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置不在本车道的通信区域内，则路侧单元不发射下行无线信号给该电子标签。这种场景对应邻道干扰信号，此时视频检测结果对下行无线信号无影响。

调整下行信号的发射方向可以更精准的识别车辆位置，处理多车跟车的情形，提高交易的可靠性。

本发明实施例的电子不停车收费系统及方法，通过视频识别结果和DSRC交易实时匹配的方式，可以实现4种功能：

1、视频检测模块识别车辆实时位置并与无线定位模块的检测结果进行比较，以准确判断车辆位置，为DSRC交易模块定向发射下行交易信号提供位置信息，增强交易的可靠性，避免跟车干扰和邻道干扰问题；

2、视频检测模块与无线定位模块进行位置匹配，提高车牌识别的可靠性，为稽查取证提供可行证据；

3、视频检测模块和无线定位模块对车辆进入、退出ETC车道进行自动检测和判断，为车道计算机控制车道栏杆起降提供触发信号，实现全自动无人值守的收费系统；

4、通过双目摄像机分别同时检测不同的车辆，自动车型识别，实现车型和交易金额的自动匹配，避免错漏收费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的车道布局俯视图；

图2为本发明电子不停车收费系统的模块构成原理图；

图3为本发明路侧单元工作时的时序逻辑图；

图4为本发明实施例中路侧单元模块和接口原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

首先介绍本发明的应用场景，图1为本发明适用的ETC车道布局的俯视图。收费站采用车道栏杆后置的布局方式，自动栏杆设置在收费岛的后端，处于常闭状态。视频检测模块与路侧单元的通信天线集成在同一设备中，架设在车道上方龙门架正中的位置，高度为5.5米～6.0米。路侧单元的通信区域在其垂点至车辆驶入方向，高速公路的标准车道宽度一般为3.5米，因此图1所示的天线通信范围横向宽度为3.5米，纵向长度10～12米。视频检测模块视场范围与路侧单元通信区域范围基本重合，可实时检测车辆在视场范围内的位置信息。

目前，车辆通过ETC收费车道的典型速度为20Km/h，考虑未来的通行能力需求，最高可支持40Km/h(11.11m/s)的过站速度，一次ETC交易时间(典型值270ms)内车辆行驶的距离为0.27s×11.11m/s＝3米，车辆通过10～12米的通信区域需要1秒左右。

本发明中的天线采用相控阵或者多波束天线，天线通信区域可以根据检测到的电子标签的位置实时动态调整。视频检测模块通过对进出车道的车辆进行实时定位，反馈给车道控制计算机，后者结合ETC交易情况控制自动栏杆开关和闭合。

如图2所示，本发明中的电子不停车收费系统包括：路侧单元201和车道控制计算机202，路侧单元主要组成部分有：

无线定位模块2011，用于定位车载电子标签；

收费交易模块2012，用于与车载电子标签通信，获取车载电子标签的计费和车辆信息并完成收费交易；

视频检测模块2013，用于检测车辆位置，抓拍车辆图像，识别车辆号牌；

控制模块2014，用于将无线定位模块2011获取的车载电子标签位置信息与视频检测模块2013检测到的车辆位置信息进行匹配，同时进行相应的流程控制，包括设备同步定时、触发信号生成、信息采集与处理等；

车道控制计算机202，用于控制车道栏杆动作，收集收费交易信息和视频抓拍识别信息，并进行后台信息比对和验证处理。

本发明的核心内容之一是将视频检测模块检测到的车辆位置信息和DSRC无线定位模块收到的电子标签位置进行实施匹配，以保证ETC交易的可靠性和可稽查性，同时为车道栏杆的起落提供参考信号。

为了实现上述目的，将视频检测模块和DSRC交易和无线定位模块集成到同一路侧单元设备中，通过内部高速数据接口进行实时数据比对，以验证车辆和电子标签位置并确认交易的完成情况。无线定位模块、收费交易模块和视频检测模块集成在同一设备内，相互之间的数据接口采用直接通信的方式(如RS485串行接口等)，数据传输延迟小，在2ms以内。视频检测模块通过实施检测车辆轮廓跟踪车辆行驶轨迹计算其速度，从而为车道控制计算机控制栏杆起落提供参考信号。

电子标签的位置信息采用相控阵或数字波束成形(Digital Beam Forming，简称DBF)天线技术获取，天线根据车载电子标签响应的DSRC无线信号的强度和方向，计算车载电子标签的位置信息，并进行实时位置追踪。该技术为公知技术，在此不展开论述。一次ETC交易会有5～8次DSRC通信交互，每次交互时上行数据帧的时长为1ms～2ms，每次通信时路侧单元的无线定位模块2011都能够获得电子标签的位置信息。典型的ETC交易时间约为200ms～270ms。因此，当车辆通过收费站通信区域时，无线定位模块2011可提供5～8次电子标签的位置信息，两次之间的间隔平均约为30ms，每次获取位置的处理时间在5ms以内。

视频检测模块2013对进入车道通信区域的车辆图像或者视频信息进行实时位置检测，识别车辆位置、移动方向、前后顺序和行驶速度等。视频检测模块2013同时进行高清图像的车牌识别。在现有技术条件下，车辆的轮廓检测可采用图像边缘检测技术如高频分量提取等方法，该方法通过对灰度图像的频域FFT快速获得车辆轮廓，从而在10ms左右获得车辆的位置信息。车辆的行驶轨迹和车速可通过对图像进行卡尔曼滤波或者帧间差分等方法实现。考虑到现有的车牌识别技术的处理时间较长，本发明对视频车牌识别的结果和DSRC交易中的车牌信息不做实时匹配，而是传至车道控制计算机进行事后匹配。

在摄像机的功能性能满足要求的情况下，车辆检测与定位和图像抓拍与识别可以采用同一套高速高清摄像机。即视频检测模块可以采用同一套高速高清摄影像机检测车辆位置信息，抓拍车辆图像和视频检测车辆号牌。高速高清摄像机抓拍车辆进出车道的情况，实时识别车辆位置，并进行图像抓拍和号牌识别，提供给车道控制计算机控制车道栏杆的起落，不需要现有收费站车道栏杆附近铺设地感线圈，实现实时自动化的电子收费系统。

另外，视频检测模块还可以采用双目摄像机，获得车辆的三维立体信息，实现车型识别分类的功能。车型识别分类结果与DSRC信号中电子标签返回的车辆车型信息进行比对，防止电子标签被人为拆卸或者挪用，保证收费的准确性。

车道控制计算机在进行信息比对和验证处理时，对路侧单元提供的车辆交易和与之相匹配的视频检测信息进行比对，对交易信息中的车牌号码信息与视频检测模块识别的车辆号牌进行验证，若交易信息中的车牌号码信息与视频识别的车辆号牌一致，则确认车辆正确安装电子标签；否则，若交易信息中的车牌号码信息与识别的车辆号牌不一致，则判断车辆未能正确安装电子标签，或者车牌识别出错。该功能主要用于事后督查。

本发明的工作流程如下：

当没有车辆驶入时，视频检测模块和收费交易模块处于工作状态，收费交易模块下发周期性的唤醒信号(信标服务表，Beacon Service Table，简称BST)信号，等待车辆进入。

步骤1、车载电子标签定位与交易收费

车辆驶入路侧单元的通信区域时，车辆上安装的车载电子标签被唤醒信号唤醒，返回上行VST信号，VST(Vehicle Service Table，车辆服务表)，VST中应包含车载单元的关键信息(如车载单元合同序列号、物理地址、发行时间等信息)。路侧单元的无线定位模块根据收到的上行信号对电子标签进行定位，路侧单元的收费交易模块与电子标签进行ETC交易，交易结果、车辆信息和电子标签位置信息发给路侧单元的控制模块。

路侧单元根据检测到的车载电子标签位置信息，只与位于本车道的通信区域内的车载电子标签进行后续通信，其余的信号被认为是邻道干扰信号。如果通信区域内有多个电子标签信号，则路侧单元优先与先驶入车道车辆的车载电子标签通信。当遇到堵车时，对交易完成后还处于通信区域的车载电子标签，路侧单元会根据其位置信息和交易记录，不再与其进行重复交易。

步骤2、视频检测与车辆定位

当车辆进入或者倒出视频检测模块的视场时，路侧单元的视频检测模块采集过站车辆的视频和图像信息，通过帧间差分法和/或轮廓检测算法快速识别车辆位置，并实时跟踪车辆位置，计算其通行速度，当车辆位于抓拍识别区域时，启动图像抓拍，抓拍的车辆图像再进行进一步的车牌检测和识别。视频检测模块将车辆位置信息以5/10毫秒的间隔提供给控制模块进行实时处理，车牌识别结果通过控制模块转发给车道控制计算机处理。

步骤3、车辆位置实时匹配

车辆位置实时匹配由路侧单元的控制模块实施，视频检测模块以100/200Hz的频率将检测到的车辆位置信息发给控制模块，无线定位模块将电子标签的位置以200Hz的频率发给控制模块。控制模块将接收到的车辆外轮廓位置信息和车载电子标签位置信息进行比对和匹配。如果视频检测模块的工作频率(100Hz)和无线定位模块工作频率(200Hz)不一致，则以较慢的工作频率为匹配时间点。匹配的同步信号由控制模块提供，假设匹配频率为100Hz，则控制模块每隔10ms产生一个位置匹配信息，匹配判断准则如下：

在所匹配的时间点上，如果无线定位模块提供的车载电子标签位置位于视频检测模块检测出的车辆轮廓内，且车载电子标签为交易正常车载电子标签，则确认车辆正确安装电子标签；

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置位于视频检测模块检测出的车辆轮廓内，但车载电子标签为交易异常车载电子标签，则确认车辆未能正确安装电子标签，或者交易出现故障；

如果视频检测模块检测到有车辆进入收费站通信区域，但无线定位模块未检测到车载电子标签，则确认车辆未安装车载电子标签，或者该车辆安装的电子标签通信故障。

步骤4、后台数据处理

路侧单元的控制模块将步骤3中的定位匹配结果传给车道控制计算机，进行后续处理。

控制模块同时进行车辆通行速度计算并给车道控制计算机提供车道栏杆起落的触发信息等。ETC交易结果、车牌识别的结果也由控制模块收集并转发给车道控制计算机。

车道控制计算机根据控制模块提供的信息，判断本次交易是否正常完成，并记录过站信息、车辆图片、车牌识别结果，同时根据触发信息控制车道栏杆的起落，使得正常交易的车辆顺利通过。对于交易异常车辆、未能正确安装电子标签的车辆、未安装电子标签的车辆误入等情况，车道控制计算机发出警告信息，并提醒收费站人员进行相应处理。

各模块随着车辆驶过通信区域的时间顺序的工作流程如图3所示。

从上述说明可知，本发明实施例与对比专利CN103268640A的主要区别有：1、车辆通过时收费站时，路侧单元和视频识别的位置匹配是实时进行的，匹配周期10ms左右，而CN103268640A中进行事后匹配；2、DSRC交易和视频检测集成设计到一个设备中，相互之间的数据接口采用直接通信的方式，不经过车道控制计算机转发和二次处理，处理速度较高，数据传输延迟小；3、采用双目摄像机实现车型分类；4、视频检测结果可提供车速信息，代替车道地感线圈，降低系统铺设成本。

下面给出本发明的两个实施例，以更清楚的说明本发明的实现细节。第一个实施例采用单镜头高清摄像机进行车辆位置检测、车辆图像抓拍，以及车牌识别；第二个实施例采用双目摄像机，增加了车型分类识别的功能。

实施例1

图4为本发明实施例中路侧单元的构成和接口示意图。路侧单元内部模块之间的数据接口采用串行通信接口RS485协议，该协议支持多个终端的高速数据传输。为了在时间节点进行匹配，由控制模块通过通用可编程I/O端口(General-Purpose Input/Output Ports，简称GPIO端口)发送同步指令，给其他设备提供参考时钟信号，以获得多个设备在同一时刻的位置和交易信息。

RS485接口协议格式可采用(921600，N，8，1)，即波特率921600bps，无奇偶校验，8位数据，1个停止位的格式。视频检测模块输出的车辆位置信息的数据帧格式如下表所示：

表1视频检测模块通信接口数据帧格式

无线定位模块输出的电子标签位置信息的数据帧格式如下表所示：

表2无线定位模块通信接口数据帧格式

收费交易模块传给控制模块的DSRC信息的数据帧格式如下表所示：

表3收费交易模块通信接口数据帧格式

项目	字节数	标识符	说明
				帧起始标志	2	FrameHeader	数值为16进制的55AAH
帧长度	2	Len	后续数据域的字节长度
				指令代码	1	CmdType	信息返回取值20H
帧序号	2	RSCTL	收到同步信号后自动加1，最大值FFH，之后从00H循环计数
				DSRC数据	N	DSRC Frame	收到的DSRC数据帧
设备状态	1	Status	收费交易模块状态：0-设备正常，1-设备故障，其他值保留
				校验位	2	CRC	CRC16校验值

本实施例的工作流程如下：

步骤1、车载电子标签定位与交易收费

车辆驶入路侧单元的通信区域时，车辆上安装的车载电子标签被唤醒信号唤醒，返回上行DSRC信号。路侧单元的无线定位模块根据收到的上行信号对电子标签进行定位，根据控制模块的GPIO端口发出的同步信息(10ms)，输出电子标签的位置信息，如果在同步的时间点没有检测到上行DSRC信号，则返回无信号响应数据帧。

通信时根据车载电子标签位置信息，天线发射定向下行信号与车载电子标签通信，完成收费交易，其中定向下行信号的发射区域根据车载电子标签的运动轨迹进行实时自适应动态调整。

路侧单元的收费交易模块与电子标签进行ETC交易，并将DSRC信号中的车辆信息如车型、车牌号码等通过RS485接口发给路侧单元的控制模块。

步骤2、视频检测与车辆定位

当车辆进入或者倒出视频检测模块的视场时，路侧单元的视频检测模块采集过站车辆的视频和图像信息，通过帧间差分法和/或轮廓检测算法快速识别车辆位置，并实时跟踪车辆位置，当车辆位于抓拍识别区域(本实施例为距离路侧单元门架6～8米，如图1所示)时，启动图像抓拍，抓拍的车辆图像再进行进一步的车牌检测和识别。视频检测模块将车辆位置信息以10ms的间隔提供给控制模块。

具体实施时，车辆轮廓检测采用灰度图的方式通过对图像做FFT变换，检测其高频分量，获得车辆轮廓信息，车辆轮廓信息取车辆前后左右4个方向的边缘坐标数值，在检测模块的输出数据中以一个矩形位置数据提供，位置数据以路侧单元门架正中的垂点为原点，Y轴为行车方向，X轴为Y轴在水平面的垂直方向，如图1所示。

视频检测模块同时进行车牌识别。具体实施时，需要根据应用场景选择高速高清摄像机的焦距和像素等核心参数。根据国家标准，我国小汽车的车牌统一尺寸为440mm×140mm，实际应用中达到可靠识别的车牌图像不小于120个像素点。摄像头的拍摄宽度为4米时，对应的车牌宽度不小于120个像素点，则整个宽高比为4:3的图片，宽度的像素点不得小于(4×120)/0.44＝1090。一般200万镜头的像素为1600×1200(1200＞1090)，摄像头竖装或横装方式均可实现可靠的车牌识别。

车牌识别需要在合适的位置抓拍图像，本实施例中，抓拍位置为Y轴6～8米，如图1所示。车牌识别算法需要进行区域分割、字符检测和识别等操作，处理时间较长，一般为40毫秒左右。车辆图像和车牌识别结果车牌识别结果通过控制模块转发给车道控制计算机，作为稽查取证的依据。

步骤3、车辆位置实时匹配

路侧单元的控制模块将视频检测模块检测到的车辆位置信息和无线定位模块检测到的电子标签的位置信息进行匹配，匹配的时间点由控制模块通过DPIO端口提供，

本实施例中，在匹配的时间点上，如果只有一辆车的信息，无线定位模块提供的车载电子标签位置坐标为(0，4)，视频检测模块检测出的车辆轮廓坐标为(-2，6.2)和(2，1.9)，比较位置信息：X轴坐标：-2<0<2，Y轴坐标1.9<4<6.2，则车载电子标签位于车辆轮廓内。如果电子标签在匹配的时间点上均满足上述现象且正常完成ETC交易，则本次交易顺利完成，位置匹配正确；否则，如果电子标签在匹配的时间点上均满足上述现象但未能完成ETC交易，即该位置的电子标签对应的DSRC通信未能正常结束，则确认车辆未能正确安装电子标签，或者交易出现故障；

当视频检测模块检测到车辆进入抓拍区域时，启动图像抓拍并进行车辆和车牌识别，车牌识别的结果不做实时传输要求，可在车牌识别出之后再发给控制模块，由控制模块转发给车道控制计算机。

如果视频检测模块检测到进入收费站通信区域的车辆轮廓信息，但无线定位模块未检测到车载电子标签信号，则确认车辆未安装车载电子标签，或者该车辆安装的电子标签通信故障。

本实施例中，如图1所示，如果路侧单元通信区域内有两辆汽车，则视频检测模块生成2条车辆位置信息。同一时间路侧单元的交易模块只能跟一辆车进行交易，因此控制模块对比车辆位置信息，提示交易模块与前车的电子标签(其Y轴坐标值较小)进行交易，避免出现交易模块与后撤先交易而导致前车无法通过的现象。该现象也称跟车干扰，可能是由于后撤的电子标签灵敏度较高，或者前车遮挡导致。

如果视频模块检测到有车辆退出ETC车道，则由控制模块向交易模块发出停止交易或者取消交易指令，避免车辆误入时产生的异常交易。

本实施例中，无线定位模块能识别邻道干扰的信号，避免路侧单元与相邻车道的电子标签交易。

步骤4、后台数据处理

路侧单元的控制模块将步骤3中的定位匹配结果传给车道控制计算机，进行后续处理，ETC交易结果、车牌识别的结果也由控制模块收集并转发给车道控制计算机。

控制模块同时进行车辆通行速度计算并给车道控制计算机提供车道栏杆起落的触发信息，根据不同时间的车辆轮廓信息，计算其移动速度，并根据实时位置信息预测车辆通过车道栏杆的时间，并向车道控制计算机发出触发信号。车速计算可采用多条记录平均的算法或者其他优化算法。车速计算也可由视频检测模块完成。

车道控制计算机根据控制模块提供的信息，判断本次交易是否正常完成，并记录过站信息、车辆图片、车牌识别结果，同时根据触发信息控制车道栏杆的起落，使得正常交易的车辆顺利通过。对于交易异常车辆、未能正确安装电子标签的车辆、未安装电子标签的车辆误入等情况，车道控制计算机保留车辆过站的图片和视频信息，并记录车牌识别结果以备稽查，同时发出警告信息，并提醒收费站人员进行相应处理。

实施例2

本实施例与实施例1的主要区别是视频检测模块采用双目摄像机，可以计算车辆三维信息，从而识别车型。车型是高速公路收费的重要依据之一，实时识别车型可以避免电子标签被私自挪用到与其原来所安装的车型不符的车辆上，保证收费金额和车型的匹配，避免漏收费问题。

双目摄像机是指采用双镜头方式进行图像抓拍和视频检测的摄像机。双目摄像机由左、右两个摄像头组成(也可以上下组成)，两个摄像头拍摄角度的差异会使同一物体在不同的视角下会产生相关联的两幅图像，经过算法处理、合成匹配，可以得到被检测物体的三维立体图像。

本实施例的工作流程和实施例1相同，主要区别在于步骤2同时进行车型识别，步骤3增加车型匹配，差异的处理流程如下：

步骤2、电子标签定位与收费交易

与实施例1相同。

步骤2、视频检测与车辆定位、车型分类

增加采用双目摄像机进行车型分类步骤。双目摄像机检测并计算获得车辆的三维信息，将此信息和已知的车辆模型信息进行匹配计算，对车辆进行车型判定。

步骤3、车辆位置实时匹配、车型匹配

在进行车辆位置匹配的同时，如果控制模块收到收费交易模块发来的车辆信息，则对其车型和视频检测模块提供的车型信息进行比对，如果，

A、若收费交易模块获取的标签内的车辆类型信息与视频检测模块识别的车辆类型信息一致，且车载电子标签交易正常，则认为该车辆正确安装电子标签；

B、若收费交易模块获取的标签内的车辆类型信息与视频检测模块识别的车辆类型信息不一致(可能存在大车小标的情况)，则认为该车辆电子标签可能被拆卸后挪用。

步骤4、后台数据处理

在处理其他信息的同时，车道控制计算机也将车型识别信息留存，对于车型不符的交易，保存其图像信息和交易信息，供ETC后台系统稽查。

本发明实施例的电子不停车收费系统及方法，通过视频识别结果和DSRC交易实时匹配的方式，可以实现4种功能：

1、视频检测模块识别车辆实时位置并与无线定位模块的检测结果进行比较，以准确判断车辆位置，为DSRC交易模块定向发射下行交易信号提供位置信息，增强交易的可靠性，避免跟车干扰和邻道干扰问题；

2、视频检测模块与无线定位模块进行位置匹配，提高车牌识别的可靠性，为稽查取证提供可行证据；

3、视频检测模块和无线定位模块对车辆进入、退出ETC车道进行自动检测和判断，为车道计算机控制车道栏杆起降提供触发信号，实现全自动无人值守的收费系统；

4、通过双目摄像机分别同时检测不同的车辆，自动车型识别，实现车型和交易金额的自动匹配，避免错漏收费。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电子不停车收费系统，其特征在于，所述电子不停车收费系统应用于单车道模式，所述电子不停车收费系统包括路侧单元和车道控制计算机；

所述路侧单元包括：

无线定位模块，用于定位车载电子标签；

收费交易模块，用于与车载电子标签通信，获取车载电子标签的计费和车辆信息并完成收费交易；

视频检测模块，用于检测车辆位置，抓拍车辆图像，识别车辆号牌；

控制模块，用于将无线定位模块定位的车载电子标签位置信息与视频检测模块检测到的车辆位置信息进行实时位置匹配，同时进行相应的流程控制；

所述车道控制计算机，用于控制车道栏杆动作，收集收费交易信息和视频抓拍识别信息，并进行信息比对和验证处理。

2.如权利要求1所述的电子不停车收费系统，其特征在于，视频检测模块进一步采用双目摄像机抓拍车辆图像，识别出车辆的外廓尺寸并确定车型；

收费交易模块进一步用于获取车载电子标签提供的车型；

控制模块进一步用于将车载电子标签提供的车型与根据双目摄像机抓拍的车辆图像确定车型进行比对，根据比对结果进行车辆稽查。

3.如权利要求1所述的电子不停车收费系统，其特征在于，视频检测模块进一步采用高速高清摄影像机抓拍车辆进出车道的情况，实时检测车辆在车道内的位置，提供给车道控制计算机以使车道控制计算机控制车道栏杆的起落。

4.如权利要求1所述的电子不停车收费系统，其特征在于，视频检测模块进一步采用同一套高速高清摄影像机抓拍车辆图像和视频检测车辆号牌。

5.如权利要求1所述的电子不停车收费系统，其特征在于，控制模块进一步将无线定位模块提供的车载电子标签位置信息与视频检测模块检测的车辆位置信息进行实时匹配判断：

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置位于视频检测模块检测出的车辆轮廓内，且车载电子标签为交易正常车载电子标签，则确认车辆正确安装电子标签；

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置位于视频检测模块检测出的车辆轮廓内，但车载电子标签为交易异常车载电子标签，则确认车辆未能正确安装电子标签，或者交易出现故障；

如果视频检测模块检测到有车辆进入收费站通信区域，但无线定位模块未检测到车载电子标签，则确认车辆未安装车载电子标签，或者该车辆安装的电子标签通信故障。

6.如权利要求1所述的电子不停车收费系统，其特征在于，所述车道控制计算机在进一步用于信息比对和验证处理时，对路侧单元提供的车辆收费交易和与之相匹配的视频检测信息进行比对，对交易信息中的车牌号码信息与视频检测模块识别的车辆号牌进行验证，若交易信息中的车牌号码信息与视频识别的车辆号牌一致，则确认车辆正确安装电子标签；否则，若交易信息中的车牌号码信息与识别的车辆号牌不一致，则判断车辆未能正确安装电子标签，或者车牌识别出错。

7.一种权利要求1至6任一所述电子不停车收费系统的电子不停车收费方法，其特征在于，所述方法应用于单车道模式的路侧单元和车道控制计算机，处理步骤为：

路侧单元的无线定位模块根据车载电子标签的返回信号对车载电子标签定位，检测车载电子标签位置信息；

根据车载电子标签位置信息，路侧单元的收费交易模块定向发射下行无线信号与目标车载电子标签通信，进行收费交易，并提取交易信息中的车载电子标签所安装的车辆车牌号码信息；

路侧单元的视频检测模块检测车辆位置信息，抓拍车辆图像和视频检测车辆号牌；

路侧单元的控制模块将无线定位模块提供的车载电子标签位置信息与视频检测模块检测的车辆位置信息进行实时匹配，判断车载电子标签是否正常安装；

车道控制计算机对交易信息中的车牌号码信息与视频检测模块识别的车辆号牌进行验证。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述路侧单元的视频检测模块采用双目摄像机，通过三维计算获知车辆轮廓信息，提供车型判断结果；路侧单元的控制模块将车载电子标签提供的车型与双目摄像机抓拍识别的车型信息进行比对，判断车型信息是否正确。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述路侧单元的收费交易模块定向发射下行无线信号与目标车载电子标签通信，所述下行无线信号根据车载电子标签的位置变化，调整发射方向和区域，发射方向根据无线定位模块提供的车载电子标签位置信息并参考频检测模块提供的车辆位置信息后确定，具体步骤为：

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置在本车道的通信区域内，且位于视频检测模块检测出的车辆轮廓内，则路侧单元的下行无线信号发射方向为车载电子标签的位置；

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置在本车道的通信区域内，但不在视频检测模块检测出的车辆轮廓内或者没有视频检测结果，则路侧单元的下行无线信号发射方向为车载电子标签的位置；

如果无线定位模块提供的车载电子标签位置不在本车道的通信区域内，则路侧单元不发射下行无线信号给该电子标签。