專利名稱：數(shù)字無線電子道路及停車場收費(fèi)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種道路及停車場收費(fèi)系統(tǒng)，特別是一種數(shù)字無線電子道路及 停車場收費(fèi)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電子道路收費(fèi)(Electronic Tol 1 Collection,簡稱ETC)是利用無線技術(shù)、 電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、圖象識別技術(shù)等的設(shè)備和 軟件所組成的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)車輛無需停車即可自動收取il^各通行費(fèi)用的收費(fèi)方 法。從目前實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段上來看可分為3種DSRC (Dedicated Short Range Communicat ion，短程無線通信),ANPR (Automat ic Number Plate Recogni t ion, 車牌識別)，以及VPS (Vehicle Positioning System,車輛定位系統(tǒng))。DSRC電子收費(fèi)是近幾年國際上比較成熟的收費(fèi)技術(shù)。它是利用路邊設(shè)備與 行駛在收費(fèi)道路的車輛上的車載裝置聯(lián)系起來，司機(jī)不停車、不使用現(xiàn)金而支 付通行費(fèi)用的一種收費(fèi)技術(shù)。它通常應(yīng)用在城市道路收費(fèi)、公路收費(fèi)及大橋、 隧道收費(fèi)系統(tǒng)中。其成功的例子包括有新加坡的ERP、美國的E-ZPAss、澳洲 的CityLink、挪威的AutoPass、奧地利的LKWMaut,以及日本的ETC等。ANPR電子收費(fèi)是基于圖像處理與光學(xué)字符識別(OCR)的汽車牌照自動識別 技術(shù)，主要運(yùn)用"不同車輛不同牌照"的概念來識別車輛。車牌識別技術(shù)在道 路收費(fèi)的應(yīng)用主要是輔助收費(fèi)系統(tǒng)的執(zhí)法功能，在半自動收費(fèi)和電子收費(fèi)中都 是利用ANRP來實(shí)現(xiàn)逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)，而真正采用ANPR作為一種收費(fèi)技術(shù)的是 2003年2月倫敦市政府在中心區(qū)實(shí)施的道路擁擠收費(fèi)。除倫敦外，采用相似技 術(shù)的有安大略湖407ETR電子收費(fèi)系統(tǒng)及英國Darfford橋梁電子收費(fèi)系統(tǒng)。而VPS是近幾年不停車收費(fèi)系統(tǒng)最受關(guān)注的技術(shù)。它利用衛(wèi)星定位系統(tǒng) (Global Positioning System,簡稱GPS)及全3求移動通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communication,簡稱GSM)，通過與車載裝置的通信，進(jìn)行不停車
收費(fèi)。目前全球采用VPS電子收費(fèi)最典型的系統(tǒng)為德國的"Toll Collect"系統(tǒng)。 香港在1997年也開始了電子道路收費(fèi)的可行性研究，VPS電子收費(fèi)技術(shù)是研究 的重點(diǎn)之一，并被認(rèn)為是香港實(shí)施電子道路收費(fèi)的首選技術(shù)，該項(xiàng)研究報(bào)告還 于法國巴黎的IRF世界大會上贏得了 2001年度的IRF全球道路貢獻(xiàn)獎(研究 領(lǐng)域)。此外，哥本哈根、歌德堡也采用了 VPS收費(fèi)技術(shù)來進(jìn)行收費(fèi)示范。雖然上述三種電子道路收費(fèi)系統(tǒng)技術(shù)在世界上都得到了應(yīng)用并取得了巨 大的經(jīng)濟(jì)效益，但其同時(shí)也存在有自身的一些不足，主要如下(1 )、 ANPR技術(shù)不成熟、且車牌識別精度不高，同時(shí)容易受天氣情況影響， 無法實(shí)現(xiàn)全天候的穩(wěn)定工作，這是制約技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的最大障礙。(2) 、 DSRC雖然技術(shù)成熟，但需要高額費(fèi)用來建設(shè)及維護(hù)路邊設(shè)備，同時(shí) 也在一定程度上影響城市的景觀，因此通常會用于交通的主干道上，同時(shí)其微 波輻射問題及電磁千擾問題也是一個(gè)值得商榷的問題。(3) 、 VPS技術(shù)雖有較高的靈活性，但其車載裝置投入較高，車載電子地 圖的更新復(fù)雜，在城市道路中GPS定位信號容易受到建筑物的阻擋，以及如果 系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不合理，將會涉及到用戶的隱私等問題。本發(fā)明認(rèn)為，理想的電子道路收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)該是基于數(shù)字無線電子車牌的全 電子化車輛通行控制的一部分，電子化通行控制除了電子道路收費(fèi)之外，應(yīng)該 還具有停車場通行控制及收費(fèi)、特定街道通行及滯留收費(fèi)，以及特定限制區(qū)的通行控制等。進(jìn)一步地，該電子化通行控制還應(yīng)該具有與ITS (智能交通)系 統(tǒng)、交通信號系統(tǒng)、車輛信號系統(tǒng)進(jìn)行互動的功能，以實(shí)現(xiàn)更有效率及更安全 的車輛通行及收費(fèi)。在本發(fā)明人之前的中國發(fā)明專利申請"于行駛車輛中實(shí)現(xiàn)動態(tài)距離檢測及 信息傳遞的方法"(申請?zhí)?00810216836. X)，"全天候電子無線交通信息指示 系統(tǒng)及裝置"(申請?zhí)?00810216835. 5 )及"全天候車輛行駛安全指示及控制 系統(tǒng)裝置"(申請?zhí)?00810216834. 0 )中提出 一種車輛與車輛之間，以及車輛 與交通信號系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)互動的方法，使車輛可以得到全天候的交通信息顯 示、駕駛安全提示，以及使車輛具備防紅燈、防追尾及防連環(huán)相撞等功能。本 發(fā)明的技術(shù)與上述三項(xiàng)專利的技術(shù)具有一定的相關(guān)性，本發(fā)明易于與上述專利 整合，從而在最少成本增加的前提下，實(shí)現(xiàn)電子收費(fèi)系統(tǒng)與ITS系統(tǒng)、交通信
號系統(tǒng)及車輛信號系統(tǒng)的完美結(jié)合。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對上述現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)的不足，提供的 一種電子道路及停車場收費(fèi)系統(tǒng)，以及一種相關(guān)的數(shù)字無線電子車牌系統(tǒng)、一 種超聲波定位及超聲波導(dǎo)航方法及一種超聲波電子環(huán)保喇叭系統(tǒng)裝置。這些系統(tǒng)、裝置和方法是可靠的、環(huán)保的及易于實(shí)現(xiàn)的，并且方便與ITS系統(tǒng)、交通信號系統(tǒng)及安全駕駛系統(tǒng)集成而組成為一個(gè)具有完整功能的電子化車輛通行控制及收費(fèi)系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字無線電子道路及停車 場收費(fèi)系統(tǒng)，包括第一無線發(fā)射裝置，安裝于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)，用于發(fā)射第一無線 編碼信號，該信號中包含有要求查閱電子車牌的請求信息；第一無線接收裝置， 安裝于出入車輛中，用于接收所述的第一無線編碼信號，并對該第一無線信號 進(jìn)行解碼處理；第二無線發(fā)射裝置，安裝于出入車輛中，用于當(dāng)?shù)谝粺o線編碼 信號中的請求信息被確認(rèn)時(shí)，發(fā)射包含有自身電子車牌信息及其它相關(guān)信息的 第二無線編碼信號；第二無線接收裝置，安裝于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)處，用于接收所述 的第二無線編碼信號，并對第二無線信號進(jìn)行解碼處理；監(jiān)測點(diǎn)處理器，用于 第一無線信號發(fā)射及第二無線信號接收的控制，以及相關(guān)信號的編解碼；車載 處理器，用于第一無線信號接收及第二無線信號發(fā)射的控制，以及相關(guān)信號的 編解碼；電子車牌信息單元，用于出入車輛儲存電子車牌標(biāo)識碼及與車輛相關(guān) 的其它信息；收費(fèi)計(jì)費(fèi)單元，于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)，或系統(tǒng)后臺服務(wù)器，或中央收費(fèi) 處根據(jù)車輛進(jìn)出收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)間地點(diǎn)及其它相關(guān)信息計(jì)費(fèi)收費(fèi)。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種于電子道路及停車場收費(fèi)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)車輛識別、 測試及計(jì)費(fèi)的方法，包括以下步驟于收費(fèi)入口處，對馬史入車輛發(fā)射第一無線 編碼信號，該信號中包含有要求查閱電子車牌的請求信息；于駛?cè)胲囕v中，接 收所述的第一無線編碼信號，并對該第一無線信號進(jìn)行解碼處理；于駛?cè)胲囕v 中，當(dāng)?shù)谝粺o線編碼信號中的請求信息被確認(rèn)時(shí)，向入口處發(fā)射包含有自身車 牌標(biāo)識信息的第二無線編碼信號；于收費(fèi)入口處，接收所述的第二無線編碼信 號，并對第二無線信號進(jìn)行解碼處理，獲取駛?cè)胲囕v的電子車牌信息；于收費(fèi)系統(tǒng)后臺服務(wù)器，或中央收費(fèi)處，或?qū)④囕v駛?cè)氲臅r(shí)間地點(diǎn)信息存入車輛中的非易失性存儲器，或IC卡/收費(fèi)卡之內(nèi)；于收費(fèi)出口處，對駛出車輛發(fā)射第一 無線編碼信號，該信號中包含有要求查閱電子車牌的請求信息；于駛出車輛中， 接收所述的第一無線編碼信號，并對該第一無線信號進(jìn)行解碼處理；于駛出車 輛中，當(dāng)?shù)谝粺o線編碼信號中的請求信息被確認(rèn)時(shí)，向出口處發(fā)射包含有自身 車牌標(biāo)識信息的第二無線編碼信號；于收費(fèi)出口處，接收所述的第二無線編碼 信號，并對第二無線信號進(jìn)行解碼處理，獲取駛出車輛的電子車牌信息；系統(tǒng) 根據(jù)車輛車輛于出入口的時(shí)間地點(diǎn)信息及其它相關(guān)信息進(jìn)行計(jì)費(fèi)處理。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種數(shù)字無線電子車牌系統(tǒng)裝置，包括第一無線接收 裝置，用于接收第一無線發(fā)射裝置發(fā)射的包含有電子車牌檢查請求信息的第一 無線編碼信號，并對所述的編碼信號進(jìn)行解碼處理；第二無線發(fā)射裝置，用于 當(dāng)接收到的第一無線編碼信號中的請求信息被確認(rèn)時(shí)，向第二無線接收裝置發(fā) 射包含有自身車牌標(biāo)識碼信息的第二無線編碼信號；電子車牌信息單元，用于 儲存所述車輛的車牌標(biāo)識碼及與車輛相關(guān)的其它信息。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種實(shí)現(xiàn)無線電子車牌識別及測試的方法，包括以下 步驟于電子車牌閱讀器上，向行駛車輛發(fā)射第一無線編碼信號，該信號中包 含要求查閱所述車輛電子車牌的請求信息；于行駛車輛上，接收上述第一無線 編碼信號，并對其包含的請求信息進(jìn)行解碼及確認(rèn)；于行駛車輛上，當(dāng)上述的 請求信息被確認(rèn)后，向電子車牌閱讀器發(fā)射第二無線編碼信號，該信號包含車 輛自身的電子車牌標(biāo)識碼信息；于電子車牌閱讀器上，接收上述第二無線編碼 信號，并解讀其包含的電子車牌標(biāo)識碼信息，從而實(shí)現(xiàn)電子車牌的無線識別。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種超聲波定位及超聲波導(dǎo)航系統(tǒng)裝置，包括第一超 聲波發(fā)射裝置，安裝于道路、出入口，或前方特定位置上，用于向行駛車輛發(fā) 射第一超聲波編碼信號；左側(cè)第一超聲波接收裝置、右側(cè)第一超聲波接收裝置， 分別安裝于行駛車輛前方左、右兩側(cè)，同步接收上述第一超聲波編碼信號，并 由此產(chǎn)生左側(cè)第一超聲波接收信號及右側(cè)第一超聲波接收信號；紅外線發(fā)射裝 置，安裝于道路、出入口，或前方特定位置上，用于發(fā)射紅外線編碼信號，該 紅外線編碼信號與第一超聲波編碼信號同步發(fā)射并具有相同或相關(guān)的編碼信
息；紅外線接收裝置，安裝于行駛車輛的前方，用于接收上述的紅外線編碼信 號；所述行駛車輛可根據(jù)接收到的左、右兩側(cè)第一超聲波接收信號及紅外線編碼信號計(jì)算出道路、出入口，或前方特定物體與行駛車輛間的方位及距離。 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種超聲波定位及超聲波導(dǎo)航的方法，包括以下步驟于道路、出入口，或前方特定位置上，向行駛車輛發(fā)射第一超聲波編碼信 號；于行駛車輛前方左、右兩側(cè)同步接收上述的第一超聲波編碼信號，并由此 產(chǎn)生左側(cè)第一超聲波接收信號、右側(cè)第一超聲波接收信號；于道路、出入口， 或前方特定位置上，發(fā)射紅外線編碼信號，該紅外線編碼信號與第一超聲波編 碼信號同步發(fā)射并具有相同或相關(guān)的編碼信息；于行駛車輛的前方，接收上述 的紅外線編碼信號；所述行駛車輛根據(jù)接收到的左、右兩側(cè)第一超聲波接收信 號及紅外線編碼信號計(jì)算出道路、出入口，或前方特定物體與行駛車輛間的方 位及距離；行駛車輛根據(jù)自身的車速及上述的方位、距離數(shù)據(jù)對駕駛者作出提 示或?qū)囕v行駛實(shí)施控制。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種超聲波定位及超聲波導(dǎo)航的方法，包括以下步 驟于行駛車道中線上，向行車道左、右兩側(cè)同步發(fā)射超聲波信號，或于行駛 車道的兩側(cè)，向車道中線同步發(fā)射超聲波信號；于行駛車輛下方左、右兩側(cè)同 步接收上述的超聲波信號，并由此產(chǎn)生左側(cè)超聲波接收信號、右側(cè)超聲波接收 信號；所述行駛車輛根據(jù)接收到的左、右兩側(cè)超聲波接收信號判斷是否偏離行 車道；當(dāng)行駛車輛發(fā)現(xiàn)偏離車道時(shí)，可通過顯示/提示裝置對駕駛員進(jìn)行顯示 或提示，或通過車輛行駛控制裝置對車輛實(shí)施行駛控制。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于超聲波編碼及超聲波定位技術(shù)的環(huán)保喇叭 裝置，包括超聲波發(fā)射裝置，安裝于車輛前部，用于發(fā)射超聲波編碼信號，并 且該編碼信號包含有喇叭指令信息；超聲波接收裝置，安裝于車輛后部，用于 接收上述的超聲波編碼信號，并從信號中提取所述的喇叭指令信息；音頻發(fā)聲 裝置，當(dāng)收到上述的喇叭指令信息后，于車內(nèi)發(fā)出模擬喇叭聲或提示聲。本發(fā)明具有的有益效果在于 一、它是一個(gè)多功能的系統(tǒng)裝置；二、它可 以在全天候環(huán)境下工作；三、它同時(shí)適用于電子道路收費(fèi)及停車場收費(fèi)；四、 它同時(shí)適用于收費(fèi)管理及通行控制；五、它易于與ITS系統(tǒng)互動；六、它易于 與交通信號系統(tǒng)互動；七、它易于與其它車輛信號系統(tǒng)互動；八、它沒有電磁 干擾問題，是一個(gè)環(huán)保的信號系統(tǒng)；九、它可以實(shí)現(xiàn)車輛追蹤功能；十、它具 有低成本及易于普及化應(yīng)用。


圖l是本發(fā)明實(shí)施例的電子車牌無線信號收發(fā)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字無線電子道路及停車場收費(fèi)系統(tǒng)框圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的超聲波定位及導(dǎo)航示意；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的無線數(shù)字編碼信號波形及測距原理示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的行車道偏離監(jiān)測示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的行車道偏離監(jiān)測波形圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的超聲波定位/導(dǎo)航及車道偏離監(jiān)測的系統(tǒng)框圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例的超聲波環(huán)保喇叭系統(tǒng)示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)電子車牌識別及測試的流程圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)超聲波定位及超聲波導(dǎo)航的流程圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)電子道路及停車場收費(fèi)的流程圖；圖12是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)性能比較一覽表。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。請參照圖l所示，這是本發(fā)明實(shí) 施例的數(shù)字無線電子車牌的無線信號收發(fā)示意圖。圖中IO為行駛中的車輛， 11為行車道前方中線上的一個(gè)無線發(fā)射裝置，可向行駛車輛IO發(fā)射無線信號 12, 12中包含有電子車牌檢查請求信息，當(dāng)車輛IO接收到上述請求信息并確 認(rèn)后，會返回包含有自身電子車牌信息的無線信號15, 15會被前方的無線接 收器18或電子車牌顯示器16所接收并進(jìn)行顯示。發(fā)出電子車牌檢查請求信息 的除了安裝于行車道中線上的11外，也可以安裝在交通信號燈13上，或安裝 在交通路牌、停車線，或前方任意特定物體或位置上，我們稱這樣的裝置為電 子車牌閱讀器，而安裝電子車牌閱讀器的地方為監(jiān)測點(diǎn)，如果與收費(fèi)系統(tǒng)相關(guān) 則還可以稱其為收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)。下面再請參照圖2所示，這是本發(fā)明實(shí)施例的基于上述電子車牌的數(shù)字無
線電子道路及停車場收費(fèi)系統(tǒng)框圖，實(shí)際上也是圖l所示系統(tǒng)細(xì)化后的一個(gè)功能組成框圖。圖中20為行駛中的車輛，21為電子車牌閱讀器或電子道路或停 車場收費(fèi)出入口 (監(jiān)測點(diǎn))的控制系統(tǒng)(簡稱為收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn))，21中包含有第 一無線發(fā)射裝置，可向駛近的車輛發(fā)射包含有電子車牌檢查請求信息的第一無 線編碼信號22, 22被車輛20中的第一無線接收裝置所接收，并送到車載處理 器27進(jìn)行信號解碼處理，當(dāng)有關(guān)請求信息被確認(rèn)后，可通過第二無線信號發(fā) 射裝置發(fā)送包含有電子車牌信息及車輛相關(guān)信息的第二無線編碼信號23 (所 述的電子車牌信息儲存于20中的電子車牌信息單元之內(nèi))。第二無線編碼信號 被21內(nèi)的第二無線接收裝置所接收，并將有關(guān)信號送給位于21內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn)處 理器28進(jìn)行解碼處理，從而獲得20的電子車牌及其它相關(guān)的信息(包括車輛 類型、載重、軸數(shù)等與收費(fèi)有關(guān)的信息)，同時(shí)可通過車牌顯示裝置顯示其車 牌號碼。如果21是安裝于道路或停車場入口處的收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)單元，則21內(nèi)的監(jiān)測 點(diǎn)處理器28會將有關(guān)電子車牌及其它相關(guān)信息，連同由時(shí)間地點(diǎn)信息單元提 供的入口時(shí)間地點(diǎn)信息通過數(shù)據(jù)通信單元發(fā)送給收費(fèi)系統(tǒng)出口處的監(jiān)測點(diǎn)單 元，或發(fā)送給收費(fèi)系統(tǒng)的后臺服務(wù)器進(jìn)行處理，也可以發(fā)送到中央收費(fèi)處進(jìn)行 處理，還可以將車輛于入口處的時(shí)間地點(diǎn)信息通過第一無線發(fā)射裝置發(fā)送給 20,由20存進(jìn)其非易失性存儲器或IC卡/收費(fèi)卡之內(nèi)，讓車輛自身將相關(guān)的 信息帶到收費(fèi)出口處。如果21是安裝于道路或停車場出口處的收費(fèi)監(jiān)測單元，則21內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn) 處理器28會將有關(guān)電子車牌及其它相關(guān)信息，連同由時(shí)間地點(diǎn)信息單元提供 的出口時(shí)間地點(diǎn)信息通過數(shù)據(jù)通信單元發(fā)送給收費(fèi)系統(tǒng)的后臺服務(wù)器進(jìn)行處 理，或發(fā)送到系統(tǒng)的中央收費(fèi)處進(jìn)行確認(rèn)，或從據(jù)數(shù)據(jù)通信單元獲取車輛經(jīng)過 入口監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)間地點(diǎn)信息在出口處進(jìn)行處理，或從車輛非易失性存儲器或IC 卡/收費(fèi)卡中提取其經(jīng)過收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)間地點(diǎn)信息進(jìn)行處理等。至于費(fèi)用的 支付方式也是可以多樣化的，可以由后臺服務(wù)器通過支付系統(tǒng)自動收取，也可 以在中央收費(fèi)處支付而在出口監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，也可以在出口處進(jìn)行現(xiàn)金支 付，或直接在車輛的IC卡/儲值卡上扣除等。從上述分析可以看到，本系統(tǒng)的21單元可安裝于收費(fèi)入口處，也可以安
裝于收費(fèi)出口處；有關(guān)車輛的信息及于入口處的時(shí)間地點(diǎn)信息可以存儲于收費(fèi) 系統(tǒng)的后臺服務(wù)器、系統(tǒng)的中央收費(fèi)處，也可以存儲于收費(fèi)出口處的監(jiān)測單元，還可以存儲于行駛車輛的非易失性存儲器、IC卡或收費(fèi)卡之內(nèi)；有關(guān)的收費(fèi)可 以通過系統(tǒng)的后臺服務(wù)器、中央收費(fèi)處來進(jìn)行，也可以通過出口處的收費(fèi)監(jiān)測 單元來進(jìn)行，還可以通過行駛車輛自身系統(tǒng)來進(jìn)行(直接于IC卡/收費(fèi)卡中扣 除)。即是說收費(fèi)的模式是靈活的，關(guān)鍵之處是系統(tǒng)于車輛進(jìn)入及駛出收費(fèi)區(qū) 時(shí)，必須有效識別車輛及記錄車輛進(jìn)出的時(shí)間及地點(diǎn)信息，并根據(jù)車輛的類型、 載重、軸數(shù)等信息及于出入口的時(shí)間地點(diǎn)信息進(jìn)行計(jì)費(fèi)及收費(fèi)。除了上述的主要功能之外，圖2所示的系統(tǒng)還具有其它的功能。21中進(jìn)一 步包含有第三無線發(fā)射裝置，可以向駛近的車輛20發(fā)射第三無線編碼信號24， 而20中亦包含有第三無線接收裝置，可以接收所述的三無線編碼信號；更進(jìn) 一步地，20中還包含有第四無線發(fā)射裝置，可以向21發(fā)射第四無線編碼信號 25,而21還包含有第四無線接收裝置，可以接收所述的四無線編碼信號。在本實(shí)施例中，第一、第二無線信號為紅外線編碼信號，主要用于數(shù)字編 碼信息的傳輸，例如傳送電子車牌請求信息，返回電子車牌信息，傳送入口時(shí) 間地點(diǎn)信息，傳送收費(fèi)信息，以及傳送各種加密的或不加密的數(shù)據(jù)問答或確i人 信息等。而第三、第四無線信號為超聲波編碼信號，主要用于對車輛的定位、 導(dǎo)航及測試之用。上述兩種信號都是對人體無害及對環(huán)境無污染的信號，沒有 現(xiàn)有的DSRC道路收費(fèi)系統(tǒng)的微波輻射及VPS系統(tǒng)的電磁干擾問題，亦不會有 激光等系統(tǒng)可能存在的對人體視覺的傷害。上述紅外線及超聲波信號都可以進(jìn) 行定向傳輸，可以將信號的干擾減到最少，同時(shí)上述兩種信號都具有全天候工 作的能力，沒有現(xiàn)有的ANPR光學(xué)/視覺識別系統(tǒng)受天氣影響的缺陷。紅外線(特 別是8 ~ 14微米波長的紅外線)及超聲波(特別是20千赫茲左右的超聲波)在 大氣中的傳輸能力都非常強(qiáng)，幾乎不受空氣中的光線、濃霧、塵埃、雨水、風(fēng) 雪及電磁干擾的影響。本發(fā)明的行駛車輛不但可以根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)發(fā)射的第一無線編碼信號(紅外 線)接收到來自監(jiān)測點(diǎn)的信號指令/請求(或稱查詢指令)，同時(shí)還能根據(jù)監(jiān)測 點(diǎn)發(fā)射的第三無線編碼信號(超聲波信號)計(jì)算出車輛與監(jiān)測點(diǎn)(例如收費(fèi)閘 門)之間的距離及速度，以便引導(dǎo)車輛平穩(wěn)地進(jìn)入收費(fèi)閘門或收費(fèi)匝道，并在
有需要時(shí)令車輛停于最適當(dāng)?shù)耐＼囄恢蒙?。本發(fā)明的收費(fèi)系統(tǒng)可以適應(yīng)不同的 收費(fèi)/控制模式(閘門式或匝道式)，如果是匝道式收費(fèi)則車輛無需停車，這時(shí) 本發(fā)明的系統(tǒng)可以引導(dǎo)車輛以最恰當(dāng)?shù)乃俣韧ㄟ^匝道(通過顯示/提示裝置對 駕駛?cè)耸孔鞒鎏崾?，或通過車輛行駛控制裝置對車輛的速度進(jìn)行自動的調(diào)節(jié))， 當(dāng)車輛被確認(rèn)時(shí)可對車輛發(fā)出確認(rèn)信號,車輛可恢復(fù)正常行駛，如果車輛有問 題或無法確認(rèn)，則亦可以引導(dǎo)車輛駛?cè)胪＼噮^(qū)或在適當(dāng)?shù)奈恢猛Ｏ麓?。本發(fā)明的車輛測速及測距是通過所述的紅外線及超聲波信號來實(shí)現(xiàn)的，這 兩種信號在監(jiān)測點(diǎn)被同時(shí)發(fā)射，并具有相同或相關(guān)的編碼信息。由于上述兩種 信號于空氣中的傳播速度不同，紅外線信號以光速進(jìn)行傳播(每秒30萬公里)，因此無需考慮其傳輸?shù)难舆t，而超聲波信號于空氣中的傳播速度為每秒340米 U5攝氏度時(shí)，不同空氣溫度時(shí)聲波的傳播速度稍有不同，需要對其進(jìn)行補(bǔ) 償)，這個(gè)速度相對紅外線來說要慢很多，因此行駛車輛20便可根據(jù)接收到的 上述兩種信號的時(shí)間差(因?yàn)樯鲜鲂盘柧哂邢嗤蛳嚓P(guān)的編碼及被同時(shí)發(fā)射， 因此我們也稱這個(gè)時(shí)間差為相位時(shí)間差或相位差)來判別車輛與監(jiān)測點(diǎn)的距 離，具體算法為S = V* AT，其中S為接收器與發(fā)射器之間的距離，V為超 聲波于空氣中的傳播速度，△ T為紅外線信號與超聲波信號的相位時(shí)間差。由于能夠?qū)崟r(shí)測量車輛與監(jiān)測點(diǎn)之間的距離，因此本發(fā)明的系統(tǒng)也同時(shí)具 有動態(tài)測量車速的能力，即通過對監(jiān)測點(diǎn)距離的連續(xù)測量便可計(jì)算出車輛的實(shí) 時(shí)車速，這有助與對車輛的行駛狀態(tài)作出提示(通過顯示/提示裝置)或作出 調(diào)整(通過車輛的行駛控制裝置)。實(shí)時(shí)測量車輛與監(jiān)測點(diǎn)之間的距離還有一 個(gè)作用就是可以對接收信號的有效性進(jìn)行確認(rèn)，因?yàn)樵趯?shí)際環(huán)境中可能存在有 干擾信號或雜散反射信號，系統(tǒng)根據(jù)信號的方位、距離便可對信號的有效性進(jìn) 行確認(rèn)，以確保所接收的信號是真實(shí)及可靠的。在圖2中監(jiān)測點(diǎn)單元21中還可以進(jìn)一步包括有通行控制裝置(例如閘門)， 可以只讓身份被確認(rèn)的車輛進(jìn)入，這對限制區(qū)的通行控制特別有用，例如用在 在私家地方、會所、政府部門，或其它只限特定車輛進(jìn)入的地方。另外監(jiān)測點(diǎn) 單元還可以與交通信號燈系統(tǒng)結(jié)合使用(21中包含有交通信號單元)，使交通 信號燈同時(shí)具有進(jìn)入/收費(fèi)監(jiān)測及控制功能，這個(gè)功能特別適合于街道的進(jìn)入 收費(fèi)或滯留收費(fèi)，以解決個(gè)別街道或街道特定時(shí)段的擁擠問題，同時(shí)還可以在
交通點(diǎn)上對車輛實(shí)施追蹤，具有防盜功能。從上面的分析中知道，本發(fā)明系統(tǒng)中同步發(fā)射第一、第三無線信號主要用 于向車輛傳送查詢指令及對車輛進(jìn)行導(dǎo)航(距離檢測)，行駛中的車輛可以根 據(jù)上述第一、第三無線信號計(jì)算出與監(jiān)測點(diǎn)(信號源)之間的距離。同樣地， 車輛返回的第二、第四無線信號也是被同步發(fā)射的，也包含有相同或相關(guān)的編 碼信息，監(jiān)測點(diǎn)同樣也可以通過對這兩個(gè)信號的相位時(shí)間差計(jì)算得出車輛與監(jiān) 測點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)對第二、第四無線信號的有效性進(jìn)行判別以 排除可能出現(xiàn)的干擾。另外監(jiān)測點(diǎn)還可以通過第一、第三無線信號對準(zhǔn)備進(jìn)入 高速公路或限制區(qū)的車輛發(fā)出測試指令，并根據(jù)車輛返回的第二、第四無線信 號對車輛進(jìn)行確認(rèn)，使只有符合要求的車輛可以進(jìn)入。下面再請參照圖3所示，這是本發(fā)明實(shí)施例的超聲波定位及導(dǎo)航示意。本 發(fā)明的系統(tǒng)既適合于不停車收費(fèi)，同時(shí)也適合于停車收費(fèi)，圖3中顯示了一個(gè)停車收費(fèi)時(shí)的情形。圖中30為駛向收費(fèi)閘門的車輛，31為收費(fèi)閘門欄桿，32 為監(jiān)測點(diǎn)無線發(fā)射裝置(信號源)，可發(fā)射紅外無線編碼信號(第一無線信號) 33及超聲波無線編碼信號(第三無線信號)35L及35R, 35L及35R實(shí)際上是 同一個(gè)信號(統(tǒng)稱為35),只是其發(fā)射的方向不同。車輛30前部左、右兩側(cè)各 有一個(gè)超聲波接收裝置(36L及36R),由于收裝置的位置不同，36L接收到的 信號(左側(cè)第三無線接收信號)與36R接收到的信號(右側(cè)第三無線接收信號) 在相位上便可能會有所不同，這主要取決于36L/36R與信號源32之間的距離， 如果距離相等則相位相同，否則就會出現(xiàn)一個(gè)相位時(shí)間差，車輛30便可根據(jù) 這個(gè)時(shí)間差判斷車輛的行駛方向是否準(zhǔn)確，并可根據(jù)偏差調(diào)整車輛的行駛方向 以實(shí)現(xiàn)超聲波導(dǎo)航的功要實(shí)現(xiàn)對信號源的準(zhǔn)確定位除了需要信號35L及35R外，還要依賴紅外信 號33,由于紅外信號33及超聲波信號35是同時(shí)發(fā)射并具有相同或相關(guān)的數(shù)字 編碼信息，車輛可根據(jù)這些信息及相位時(shí)間差準(zhǔn)確判斷信號源的方位及距離， 并通過對距離的連續(xù)測量計(jì)算出車輛的速度，車輛30可根據(jù)這些數(shù)據(jù)通過顯 示/提示裝置38對車輛駕駛者作出有關(guān)的提示，或通過車輛行駛控制裝置39 對車輛的行駛姿態(tài)作出必要的調(diào)整。下面再請參照圖4所示，這是用于上述圖2及圖3所示系統(tǒng)的本發(fā)明實(shí)施
例的無線數(shù)字編碼信號波形及測距原理示意圖。圖中40為車輛》|妄收到的紅外線編碼信號波形(即第一無線編碼信號，對應(yīng)于圖2中的22及圖3中的33), 41L為接收到的左側(cè)超聲波編碼信號波形，41R則為接收到的右側(cè)超聲波編碼 信號波形，為了便于分析，這里假設(shè)車輛正好處于行車道的中線位置并正向面 對信號源，這樣車輛左、右兩側(cè)的超聲波接收裝置所接收到的超聲波編碼信號 便是一樣的(這時(shí)可統(tǒng)一稱為41,為第三無線編碼信號，與圖2中的24及圖 3中的35是對應(yīng)的)。再假設(shè)紅外線及超聲波信號于發(fā)射端的波形和相位都是 一樣的(具有相同的編碼格式)，但由于發(fā)射接收之間有一定的距離，而紅外 線與超聲波信號的傳播速度不同，因此信號于接收方所看到的波形便在相位上 出現(xiàn)一個(gè)差異，我們將這個(gè)差異稱為相位差或相位時(shí)間差。圖中Tl、 T2便表 現(xiàn)了這兩種信號的相位時(shí)間差，T3也是這兩種信號的相位時(shí)間差，只不過其量 度的位置不同而已。對于信號編碼可以采用不同的方式，最常用的方式是采用 "0"和"1"的數(shù)字編碼，并用信號脈沖的高低電平的時(shí)間長短來定義。在圖 中， 一個(gè)脈沖與一個(gè)相對窄的間隔代表數(shù)字"0",而一個(gè)脈沖與一個(gè)相對寬的 間隔代表數(shù)字'T，，在實(shí)際系統(tǒng)中還可以有其它不同的編碼及數(shù)字的定義方式。 為了能識別兩個(gè)波形(數(shù)據(jù)包)是否為同一個(gè)時(shí)刻發(fā)射的數(shù)據(jù)，在上述波形中 還包含了數(shù)據(jù)包的識別代碼(ID),在圖4中前一個(gè)波的ID為0110，后一個(gè)波 的ID為0111,系統(tǒng)只會將具有相同(或相關(guān))ID的波形進(jìn)行比較，這樣會就 不會有相位錯(cuò)位的情況出現(xiàn)了 ，即可以實(shí)現(xiàn)信號接收的同步。以下以一些具體的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算和分析。假設(shè)上述波形來自圖 3所示的系統(tǒng)，并且初始時(shí)速(Tl時(shí))為8. 0米/每秒(28. 8公里/小時(shí))，圖 中Tl為52. 94毫秒，T2為50. 62毫秒，Tl、 T2的間隔為0. 10秒，則可根據(jù) 前面提及的公式S=V*AT計(jì)算出車輛在Tl、 T2時(shí)與閘門(信號源)間的距離 分別為18. OO米和17. 21米(超聲波傳播速度以340米/秒計(jì))，再根據(jù)加速度 公式(S=VO*t+0. 5*a*tA2、 VtA2-VoA2=2*a*S、 a= (Vt-VO)/t )計(jì)算出所述的車 輛正以-2. 00米/平方秒的平均加速度在減速，預(yù)計(jì)車輛將會在4. 0秒鐘內(nèi)前行 16. 0米，并在距閘門2. 0米處停下。以上的分析是假設(shè)閘門處為信號發(fā)射源的位置，實(shí)際上本發(fā)明的系統(tǒng)還具 有虛擬閘門功能，這個(gè)功能是目前其它現(xiàn)有系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的。例如可以將信號
發(fā)射源埋在收費(fèi)出入口行車道的中線上，或者懸掛在收費(fèi)出入口行車道的上 方，并且發(fā)出停車指令，這樣便形成了一個(gè)虛擬的閘門，該虛擬閘門可引導(dǎo)車 輛進(jìn)入并停在最恰當(dāng)?shù)奈恢蒙?通過顯示/提示裝置或車輛行駛控制裝置)。通 過于發(fā)射端調(diào)節(jié)紅外線編碼信號與超聲波編碼信號之間的初始相位，還可以將 虛擬閘門的位置推前或拉后。由于閘門是虛擬的，不會有撞閘情況的出現(xiàn)，因 此對車輛及收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)都更為安全。對于該虛擬的閘門，有時(shí)候會與某些特定 的標(biāo)志(例如停車線)聯(lián)系起來，這樣虛擬閘門的位置剛好落在停車線的位置 上，這樣車輛檢測到的與前方信號源的距離實(shí)際上就是與停車線之間的距離，使車輛可以在停車線的位置上準(zhǔn)確停下來。由于信號源與車輛信號接收裝置不 在同一個(gè)水平線上，因此車輛在計(jì)算有關(guān)距離時(shí)可能還需要對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行角 度的修正，這樣可以在信號源的信息中包含其安裝高度的信息，以便車輛利用 三角形邊長公式對計(jì)算出來的與行駛方向有角度偏差的直線距離修正為前方 的水平距離。電子裝置的反應(yīng)速度比人的反應(yīng)速度快，因此其調(diào)節(jié)過程也就更為及時(shí)、 平穩(wěn)及準(zhǔn)確。本發(fā)明的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對距離、速度的連續(xù);險(xiǎn)測，以增加系統(tǒng)的 可靠性及避免因偶然因素或干擾帶來誤差。在上述例子中，分析了對應(yīng)的數(shù)據(jù)包之間(例如42、 43L/R之間及45、 46L/R之間)包含的距離信息，并據(jù)此進(jìn) 一步計(jì)算出兩者之間的加速度。除此之外，還可以在一個(gè)數(shù)據(jù)包的任何一個(gè)脈 沖位置進(jìn)行檢測，下面將結(jié)合圖4對這一點(diǎn)作進(jìn)一步的分析和說明。圖中42 為紅外線信號的第一數(shù)據(jù)包，45為紅外線信號的第二數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包都具 有前導(dǎo)波形部分421/451,數(shù)字編碼區(qū)部分422/452。同樣地，圖中也包括有 兩個(gè)超聲波數(shù)據(jù)包43及46,每個(gè)數(shù)據(jù)包也都具有前導(dǎo)波形部分431/461，以 及數(shù)字編碼區(qū)部分432/462。 Tl及T2只是在前導(dǎo)波形中對同一個(gè)數(shù)據(jù)包(具 有相同ID)中的兩種不同無線信號的相位時(shí)間差進(jìn)行比較，由于數(shù)據(jù)包間的時(shí) 間間隔相對較長(例如0.1秒一個(gè)數(shù)據(jù)包)，因此本發(fā)明還提供了一種更快的 采樣方式，就是當(dāng)接收器在有效識別了兩個(gè)不同無線信號的同一個(gè)數(shù)據(jù)包(具 有相同的數(shù)據(jù)包ID )后，便可以在這個(gè)數(shù)據(jù)包上的任何一個(gè)脈沖信號上進(jìn)行測 量和計(jì)算，這種狀態(tài)被稱為同步檢測狀態(tài)。例如T3便是在數(shù)字編碼區(qū)的第一 個(gè)脈沖的上升沿上進(jìn)行測量，同樣地也可以在隨后的每一個(gè)脈沖的上升沿或下 降沿上進(jìn)行測量，這樣每次采樣的時(shí)間間隔便可大為縮短，這不但增加了系統(tǒng) 的反應(yīng)速度，同時(shí)還可以對多個(gè)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以提高系統(tǒng)的可靠性及 消除個(gè)別數(shù)據(jù)采樣誤差影響到系統(tǒng)測量的精確性。在本例之中，由于車輛正對著信號發(fā)射源，因此左、右兩個(gè)超聲波信號波 形是一樣的。如果車輛方向與信號源之間有一個(gè)角度，則左、右兩個(gè)超聲波信 號波形的相位就會不同，比較靠近信號源的一側(cè)相位相對超前，而離信號源較 遠(yuǎn)的一側(cè)相位相對落后，根據(jù)左、右兩個(gè)超聲波信號的相位時(shí)間差，以及超聲 波信號與紅外線信號的相位時(shí)間差，便可準(zhǔn)確計(jì)算車輛偏離信號源的角度，從 而可以有效地對車輛的行駛方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，使車輛可以準(zhǔn)確入閘并停在最恰當(dāng) 的位置上。圖4所述的波形圖實(shí)際上也適用于監(jiān)測點(diǎn)接收行駛車輛發(fā)出無線信號的情形。這時(shí)圖4中的40便相當(dāng)于第二無線編碼信號，與圖2中的23相對應(yīng)；同 樣地圖4中的41便相當(dāng)于第四無線編碼信號，與圖2中的25相對應(yīng)。上述第 二、第四無線信號于車輛中同步發(fā)射并具有相同或相關(guān)的編碼信息(在圖4的 例子中是具有相同的數(shù)據(jù)包ID),監(jiān)測點(diǎn)可根據(jù)第二、第四無線信號的相位差 計(jì)算出與車輛間的距離，這一方面可以排除可能出現(xiàn)的信號干擾，另一方面也 可以測試所述車輛的無線信號系統(tǒng)是否工作正常。除了上述實(shí)施例的超聲波定位/導(dǎo)航功能外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了另外 一種超聲波導(dǎo)航系統(tǒng)(行車道偏離監(jiān)測系統(tǒng))，該系統(tǒng)具體見圖5所示，這是 本發(fā)明實(shí)施例的行車道偏離監(jiān)測示意圖。圖中50為于導(dǎo)航段行駛的車輛，51 為超聲波發(fā)射裝置，安裝于行車道的中線上，可向左、右兩側(cè)發(fā)射超聲波信號 5^及52R, 52L/R分別被安裝于車輛左、右兩側(cè)的超聲波接收裝置53L/R所接 收。由于52L及52R為相同的信號(具有相同的編碼及被同時(shí)發(fā)射)，如果車 輛處于車道的中線位置，則其左、右兩側(cè)的超聲波接收裝置53L/R所接收到的 信號波形相位便是一樣的，但如果車輛偏離了行車道，則左、右兩側(cè)的信號波 形相位就會產(chǎn)生差異，靠近中線的一側(cè)相位相對超前而偏離中線的一側(cè)相位相 對落后。根據(jù)左、右兩個(gè)信號的相位差便可計(jì)算出車輛的偏離距離，這時(shí)可通 過車上的顯示/提示裝置55對駕駛?cè)耸窟M(jìn)行提示，或通過車輛行駛控制裝置56 直接對車輛的行駛姿態(tài)作出調(diào)整，以消除所述的差異/偏離。上述的超聲波發(fā)
射裝置也可以分別安裝在車道的左、右兩側(cè)(51L及51R)向車道中線發(fā)射信 號，但車輛的左、右兩個(gè)超聲波接收裝置(53L/R)必須具有這個(gè)方向上的信 號接收能力，其基本原理與安裝在中線上的超聲波發(fā)射裝置51是一樣的。下面再請參照圖6所示，這是本發(fā)明實(shí)施例的行車道偏離監(jiān)測波形圖，與 圖5所示的系統(tǒng)相對應(yīng)。圖中61為超聲波信號于中線發(fā)射端的波形，62L和 62R則分別為車輛左、右兩側(cè)接收到的超聲波信號波形。為了區(qū)別圖中的 62L/62R及圖4中的41L/41R,這里稱41L及41R為左側(cè)第一超聲波接收信號 及右側(cè)第一超聲波接收信號，而62L及62R為左側(cè)第二超聲波接收信號及右側(cè) 第二超聲波接收信號。在圖中可以發(fā)現(xiàn)62L、 62R與61之間存在有一個(gè)相位時(shí) 間差(T1L/R， T2L/R、 T3L/R，統(tǒng)稱為TL/TR )，這個(gè)相位差代表了信號從發(fā)射 到接收出現(xiàn)的延遲，這也代表著接收裝置與發(fā)射裝置之間的距離。在本實(shí)施例 中，車輛并不關(guān)心TL/TR的絕對值，而是關(guān)心其相對的差異(TL-TR),這種差 異代表了車輛相對于中線的偏離度。在圖中于第一個(gè)脈沖611時(shí)，T1I^T1R代 表波形相位相同，意味著車輛行走在中線上，而在第二個(gè)脈沖612時(shí)，T2L與 T2R的相位出現(xiàn)了差異(T2L〉T2R),代表車輛偏向了左側(cè)，這時(shí)系統(tǒng)可以通過 顯示/提示裝置對駕駛?cè)耸堪l(fā)出提示，或通過車輛行駛控制裝置自動對車輛的 行駛方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，令車輛從新返回中線之上，使第三個(gè)脈沖613時(shí)，T3L與 T3R再度相等。下面再請參照圖7所示，這是本發(fā)明實(shí)施例的超聲波定位/導(dǎo)航及車道偏 離監(jiān)測系統(tǒng)框圖，是對圖3至圖6實(shí)施例功能的概括。圖中70為行駛車輛， 71為信號發(fā)射源，包括有第一超聲波發(fā)射裝置、第二超聲波發(fā)射裝置、紅外信 號發(fā)射裝置，以及用于信號發(fā)射控制的信號源處理器。信號源71通過紅外信 號發(fā)射裝置發(fā)射紅外線編碼信號72,該信號一方面包含有關(guān)于定位/導(dǎo)航的數(shù) 字編碼信息，另一方面也作為超聲波定位的同步信號。與72同步發(fā)射的有第 一超聲波編碼信號73，該超聲波信號與上述的紅外線信號具有相同或相關(guān)的數(shù) 字編碼信息。紅外線72及超聲波信號73同時(shí)被車輛70內(nèi)的紅外線信號接收 裝置及左側(cè)第一超聲波接收裝置、右側(cè)第一超聲波接收裝置所接收，車輛70 可根據(jù)上述左、右兩側(cè)的超聲波信號相位是否平衡判斷信號源的方向，并根據(jù) 超聲波信號與紅外線信號的相位時(shí)間差計(jì)算車輛與信號源之間的距離，以實(shí)現(xiàn)
超聲波的定位及導(dǎo)^:功能。在車載系統(tǒng)70中還進(jìn)一步包括用于接收控制、信號解碼及距離計(jì)算的車載處理器76，以及對駕駛?cè)耸窟M(jìn)行顯示和提示的顯示/ 提示裝置77,還有電子車輛行駛控制裝置78,以在必要時(shí)對車輛的行駛狀態(tài) 作出調(diào)整。為了進(jìn)一步監(jiān)測車輛的車道偏離情況，在信號源71中還包括有第二超聲 波信號發(fā)射裝置，該發(fā)射裝置安裝于車道的中線上向左、右兩側(cè)同時(shí)發(fā)射超聲 波信號74,也可以安裝在車道左、右兩側(cè)向中線發(fā)射超聲波信號74,該信號 被70中的左、右兩側(cè)第二超聲波接收裝置所接收，并根據(jù)左、右兩側(cè)的超聲 波信號相位是否平衡判斷車輛是否偏離車道，當(dāng)發(fā)現(xiàn)車輛已偏離車道時(shí)，可通 過顯示/提示裝置77對駕駛?cè)耸孔鞒鎏崾净蛲ㄟ^電子車輛行駛控制裝置78對 車輛的行駛狀態(tài)作出自動的調(diào)節(jié)。在信號源71中，還進(jìn)一步包括有交通信號/信息單元，該單元的信號/信 息可通過信號源處理器處理后，再通過紅外信號發(fā)射裝置(或超聲波信號發(fā)射 裝置)傳遞給70的車載系統(tǒng)，并可通過其顯示/提示裝置進(jìn)行顯示或提示。這 些信號/信息可包括入閘信息、收費(fèi)信息、限速信息、彎道信息(包括彎度參 數(shù))、危險(xiǎn)信息，以及交通信號，例如紅綠燈信號、停車信號、檢查信號、放 行信號等，使本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)可同時(shí)具有交通信號燈及交通指示牌的功 能。從另一個(gè)角度來看，也可以說是這種交通信號系統(tǒng)還同時(shí)具有導(dǎo)航功能。下面再請參照圖8所示，這是本發(fā)明實(shí)施例的超聲波環(huán)保喇叭系統(tǒng)示意圖。 該喇叭系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車?yán)鹊淖畲蟛煌谟诓捎眉t外線及超聲波來傳送喇叭 信號，該喇叭信號只有在車內(nèi)可以聽到，而車外是沒有聲音發(fā)出來的，這樣既 實(shí)現(xiàn)了車輛之間的喇p八提示/警告功能，同時(shí)又不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生噪聲影響， 因此在本發(fā)明中便被稱之為"環(huán)保喇叭"。圖中85及80分別為前、后兩部車，當(dāng)后車80需要對前車85發(fā)喇叭信號 時(shí)，可通過安裝在車輛前部的無線發(fā)射裝置81發(fā)出超聲波信號82L及82R,82L 及82R(統(tǒng)稱為82)實(shí)際上是同一個(gè)超聲波信號，只是其傳輸角度不同而已。 82中包含有電子喇叭信號指令(編碼)，當(dāng)85接收到信號82并從82中解讀出 喇叭指令時(shí)，便可通過車內(nèi)的音頻發(fā)聲裝置88發(fā)出模擬喇叭聲或提示聲，從 而實(shí)現(xiàn)超聲波環(huán)保喇叭的功能。
為了于85中實(shí)現(xiàn)對發(fā)出喇叭指令的車輛80進(jìn)行定位，在85中配置有兩 個(gè)(或以上)超聲波接收裝置，分別為86L及86R，這些接收裝置通常安裝在 車輛的后部。85可根據(jù)86L及86R的相位差判斷出超聲波聲源的大致方向。進(jìn) 一步地，85中于車輛后部還裝置有紅外接收裝置87，可接收80中無線發(fā)射裝 置81發(fā)射的紅外無線編碼信號83,由于83和82同步發(fā)射并具有相同或相關(guān) 的編碼信息，因此85可根據(jù)82L/82R及83的相位時(shí)間差準(zhǔn)確計(jì)算出信號源81 的方位及距離，并可通過顯示裝置88顯示出來。85的系統(tǒng)還可以進(jìn)一步具有 智能判別功能，當(dāng)信號源81與85相距較遠(yuǎn)，或不在同一個(gè)方向時(shí)，可將聲音 屏蔽掉，以免影響正常的駕駛，因?yàn)檫@時(shí)收到的喇p八信號可能與本車無關(guān)。下面再請參照圖9所示，這是本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)電子車牌識別及測試的 流程圖，其中步驟S901為于電子車牌閱讀器上向行駛車輛發(fā)射第一數(shù)字無線編碼信號， 該信號中包含有要求查閱所述車輛電子車牌的請求信息；步驟S902為于行駛車輛上接收上述的第一數(shù)字無線編碼信號，并對其包 含的請求信息進(jìn)行解碼及確認(rèn)；步驟S903為當(dāng)上述請求信息被確認(rèn)后，行駛車輛向電子車牌閱讀器發(fā)射 第二數(shù)字無線編碼信號，該信號包含有車輛電子車牌標(biāo)識碼信息；步驟S904為于電子車牌閱讀器上接收上述第二數(shù)字無線編碼信號，并解 讀其包含的電子車牌標(biāo)識碼信息，從而實(shí)現(xiàn)上述電子車牌的無線識別；步驟S905為還于電子車牌閱讀器上向行駛車輛發(fā)射第三無線信號，第一、 第三無線編碼信號^皮同步發(fā)射并具有相同或相關(guān)的編碼信息；步驟S906為還于行駛車輛中同步接收第一、第三無線信號，并根據(jù)第一、 第三無線編碼信號計(jì)算出車輛與電子車牌閱讀器之間的距離；步驟S907為還于行駛車輛中向電子車牌閱讀器同步發(fā)射與第二無線編碼 信號傳播速度不同的第四無線編碼信號；步驟S908為還于電子車牌閱讀器上同步接收所述第二、第四無線編碼信 號，并根據(jù)該第二、第四無線編碼信號對行駛車輛進(jìn)行相關(guān)測試。下面再請參照圖IO所示，這是本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)超聲波定位及超聲波 導(dǎo)航的流程圖，其中
步驟S1001為于道路、出入口，或前方特定位置上，向行駛車輛發(fā)射第一超聲波編碼信號；步驟S1002為于行駛車輛前方左、右兩側(cè)同步接收上述第一超聲波編碼信 號，并產(chǎn)生左側(cè)第一超聲波接收信號及右側(cè)第一超聲波接收信號；步驟S1003為于道路、出入口，或前方特定位置上發(fā)射紅外線編碼信號， 該信號與第 一超聲波信號同步發(fā)射并有相同或相關(guān)的編碼信息；步驟S1004為于行駛車輛的前方位置上，接收上述的紅外線編碼信號；步驟S1005為行駛車輛根據(jù)接收到的左、右兩側(cè)第一超聲波信號及紅外線 信號計(jì)算出道路、出入口、前方特定物體與行駛車輛的方位及距離；步驟S1006為行駛車輛根據(jù)自身的車速及上述的方位、距離參數(shù)對駕駛者 作出提示或?qū)囕v行駛實(shí)施控制；步驟S1007為還于行駛車道中線上，向車道左、右方向發(fā)射第二超聲波信 號，或于行駛車道的兩側(cè)，向車道的中線同步發(fā)射第二超聲波信號；步驟S1008為還于行駛車輛下方左、右兩側(cè)同步接收上述的第二超聲波信 號，并產(chǎn)生左邊第二超聲波接收信號及右邊第二超聲波接收信號；步驟S1009為行駛車輛還根據(jù)接收到的左邊第二超聲波接收信號，以及右 邊第二超聲波接收信號判斷行駛車輛是否已偏離行車道；步驟S1010為當(dāng)車輛發(fā)現(xiàn)偏離車道時(shí)，還可通過顯示/提示裝置對駕駛員 進(jìn)行提示或通過車輛行駛控制裝置對車輛行駛實(shí)施控制。下面再請參照圖11所示，這是本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)電子道路及停車場收 費(fèi)的流程圖，其中步驟SllOl為于收費(fèi)入口處，對駛?cè)胲囕v發(fā)射第一無線編碼信號，該信號 中包含有要求查閱電子車牌的請求信息；步驟S1102為于駛?cè)胲囕v中，接收所述的第一無線編碼信號，并對該第一 無線信號進(jìn)行解碼處理；步驟Sl 103為于駛?cè)胲囕v中，當(dāng)?shù)谝粺o線編碼信號中的請求信息被確認(rèn)時(shí)， 向入口處發(fā)射包含有自身車牌標(biāo)識信息及其它相關(guān)信息的第二無線編碼信號；步驟S1104為于收費(fèi)入口處，接收所述的第二無線編碼信號，并對第二無 線信號進(jìn)行解碼處理，獲取駛?cè)胲囕v電子車牌信息及其它車輛相關(guān)的信息；
步驟S1105為于收費(fèi)入口處，將車輛電子車牌及其它相關(guān)信息傳送給相關(guān) 收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)、系統(tǒng)后臺服務(wù)器，或中央收費(fèi)處，或?qū)④囕v駛?cè)氲臅r(shí)間地點(diǎn)信息存入駛?cè)胲囕v的非易失性存儲器，或IC卡/收費(fèi)卡之內(nèi)；步驟S1106為于收費(fèi)出口處，對駛出車輛發(fā)射第一無線編碼信號，該信號 中包含有要求查閱電子車牌的請求信息；步驟S1107為于駛出車輛中，接收所述的第一無線編碼信號，并對該第一 無線信號進(jìn)行解碼處理；步驟Sl 108為于駛出車輛中，當(dāng)?shù)谝粺o線編碼信號中的請求信息被確認(rèn)時(shí)， 向出口處發(fā)射包含有自身車牌標(biāo)識信息及其它相關(guān)信息的第二無線編碼信號；步驟S1109為于收費(fèi)出口處，接收所述的第二無線編碼信號，并對第二無 線信號進(jìn)行解碼處理，獲取駛出車輛的電子車牌信息及其它相關(guān)信息；步驟S1110為系統(tǒng)根據(jù)于出入口處的時(shí)間地點(diǎn)信息及其它相關(guān)信息進(jìn)行計(jì) 費(fèi)處理。最后請參照圖12所示，這是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)綜合 性能比較一覽表，從圖中可以看到，本發(fā)明的系統(tǒng)不但在系統(tǒng)成本、收費(fèi)準(zhǔn)確 率、全天候工作能力、抗電磁干擾性能，以及營運(yùn)管理的易難程度等主功能上 具有出色的表現(xiàn)，同時(shí)更在與ITS的配合，以及在交通信號、車輛安全、車輛 進(jìn)出管理的擴(kuò)展方面，具有其它系統(tǒng)所沒有的技術(shù)優(yōu)勢。上述這些擴(kuò)展功能與 "背景技術(shù)"中提及的本發(fā)明人的另外三項(xiàng)專利技術(shù)"于行駛車輛中實(shí)現(xiàn)動態(tài) 距離檢測及信息傳遞的方法"(申請?zhí)?00810216836. X)，"全天候電子無線交 通信息指示系統(tǒng)及裝置"(申請?zhí)?00810216835. 5 )及"全天候車輛行駛安全 指示及控制系統(tǒng)裝置，，(申請?zhí)?00810216834. 0 )相關(guān)，本發(fā)明易于與上述專 利整合，從而在最少成本增加的前提下，實(shí)現(xiàn)電子收費(fèi)系統(tǒng)與ITS系統(tǒng)、交通 信號系統(tǒng)及車輛信號系統(tǒng)的完美結(jié)合，這里則不作進(jìn)一步的贅述了。關(guān)于以上本文中提到的超聲波及紅外線的特性、超聲波于空氣傳播速度的 溫度效應(yīng)及補(bǔ)償、信號的編解碼及發(fā)射接收等內(nèi)容，均為相關(guān)領(lǐng)域中的公知技應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下， 還可以作若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)^見為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字無線電子道路及停車場收費(fèi)系統(tǒng)，其特征在于，包括第一無線發(fā)射裝置，安裝于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)，用于發(fā)射第一無線編碼信號，該信號中包含有要求查閱電子車牌的請求信息；第一無線接收裝置，安裝于出入車輛中，用于接收所述的第一無線編碼信號，并對該第一無線信號進(jìn)行解碼處理；第二無線發(fā)射裝置，安裝于出入車輛中，用于當(dāng)?shù)谝粺o線編碼信號中的請求信息被確認(rèn)時(shí)，發(fā)射包含有自身電子車牌信息及其它相關(guān)信息的第二無線編碼信號；第二無線接收裝置，安裝于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)處，用于接收所述的第二無線編碼信號，并對第二無線信號進(jìn)行解碼處理；監(jiān)測點(diǎn)處理器，用于第一無線信號發(fā)射及第二無線信號接收的控制，以及相關(guān)信號的編解碼；車載處理器，用于第一無線信號接收及第二無線信號發(fā)射的控制，以及相關(guān)信號的編解碼；電子車牌信息單元，用于出入車輛儲存電子車牌標(biāo)識碼及與車輛相關(guān)的其它信息；收費(fèi)計(jì)費(fèi)單元，于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)，或系統(tǒng)后臺服務(wù)器，或中央收費(fèi)處根據(jù)車輛進(jìn)出收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)間地點(diǎn)及其它相關(guān)信息計(jì)費(fèi)收費(fèi)。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)進(jìn)一步包括 數(shù)據(jù)通信單元，用于連接相關(guān)的監(jiān)測點(diǎn)處理器，或系統(tǒng)后臺服務(wù)器，或中央收費(fèi)處；或非易失性存儲器，用于出入車輛存儲收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)間地點(diǎn)信息；或 IC卡/儲值卡，用于存儲或增減用于支付收費(fèi)系統(tǒng)的幣值。
3、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)進(jìn)一步包括 第三無線發(fā)射裝置，安裝于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)，用于發(fā)射與第一無線編碼信號傳播速度不同的第三無線編碼信號；及 第三無線接收裝置，安裝于出入車輛中，用于接收第三無線信號；及 第一、第三無線信號被同步發(fā)射并具有相同或相關(guān)的編碼信息；及 所述的出入車輛可根據(jù)第一、第三無線信號計(jì)算出車輛與前方特定標(biāo)志之 間的距離。
4、 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)進(jìn)一步包括 第四無線發(fā)射裝置，安裝于出入車輛中，用于發(fā)射與第二無線信號傳播速度不同的第四無線編碼信號，及第四無線接收裝置，安裝于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)，用于接收第四無線信號；及 第二、第四無線信號被同步發(fā)射并具有相同或相關(guān)的編碼信息；及 收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)可根據(jù)第二、第四無線信號對出入車輛進(jìn)行測試，并對符合要求的車輛給予放行。
5、 如權(quán)利要求l，或2,或3，或4所述的系統(tǒng)，其特征在于 所述的第一、第二無線信號為紅外線數(shù)字編碼信號，所述的第三、第四無線信號為超聲波數(shù)字編碼信號，并且第一、第三無線信號，以及第二、第四無 線信號包含有相同或相關(guān)的數(shù)據(jù)包ID。
6、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的出入車輛還包括有顯示/提示裝置及車輛行駛控制裝置；及 所述的收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)還包括有收費(fèi)顯示裝置。
7、 一種于電子道路及停車場收費(fèi)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)車輛識別、測試及計(jì)費(fèi)的方 法，其特征在于，包括以下步驟于收費(fèi)入口處，對駛?cè)胲囕v發(fā)射第一無線編碼信號，該信號中包含有要求 查閱電子車牌的請求信息；于駛?cè)胲囕v中，接收所述的第一無線編碼信號，并對該第一無線信號進(jìn)行 解碼處理；于駛?cè)胲囕v中，當(dāng)?shù)谝粺o線編碼信號中的請求信息被確認(rèn)時(shí)，向入口處發(fā) 射包含有自身車牌標(biāo)識信息的第二無線編碼信號；于收費(fèi)入口處，接收所述的第二無線編碼信號，并對第二無線信號進(jìn)行解 碼處理，獲取駛?cè)胲囕v的電子車牌信息； 監(jiān)測點(diǎn)，或系統(tǒng)后臺服務(wù)器，或中央收費(fèi)處，或?qū)④囕v駛?cè)氲臅r(shí)間地點(diǎn)信息存入車輛的非易失性存儲器，或IC卡/收費(fèi)卡之內(nèi)；于收費(fèi)出口處，對駛出車輛發(fā)射第一無線編碼信號，該信號中包含有要求 查閱電子車牌的請求信息；于駛出車輛中，接收所述的第一無線編碼信號，并對該第一無線信號進(jìn)行 解碼處理；于駛出車輛中，當(dāng)?shù)谝粺o線編碼信號中的請求信息被確認(rèn)時(shí)，向出口處發(fā) 射包含有自身車牌標(biāo)識信息的第二無線編碼信號；于收費(fèi)出口處，接收所述的第二無線編碼信號，并對第二無線信號進(jìn)行解 碼處理，獲取駛出車輛的電子車牌信息；系統(tǒng)根據(jù)車輛于出入口的時(shí)間地點(diǎn)信息及其它相關(guān)信息進(jìn)行計(jì)費(fèi)處理。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的方法進(jìn)一步包括以下 步驟于收費(fèi)出入口處，向出入車輛發(fā)射與第 一無線編碼信號傳播速度不同的第 三無線編碼信號，所述第一、第三無線編碼信號被同步發(fā)射并具有相同或相關(guān) 的編碼信息；及于出入車輛中，同步接收所述的第一、第三無線編碼信號，并根據(jù)第一、 第三無線編碼信號計(jì)算出車輛與前方特定標(biāo)志之間的距離。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的方法進(jìn)一步包括以下 步驟于出入車輛中，向收費(fèi)出入口同步發(fā)射與第二無線編碼信號傳播速度不同 的第四無線編碼信號；及于收費(fèi)出入口處，同步接收所述的第二、第四無線編碼信號，并根據(jù)該第 二、第四無線編碼信號對出入車輛進(jìn)行測試，并對符合要求的車輛給予放行。
10、 如權(quán)利要求7，或8，或9所述的方法，其特征在于 所述的第一、第二信號為紅外線數(shù)字編碼信號，所述的第三、第四信號為超聲波數(shù)字編碼信號；及第一、第三無線數(shù)字編碼信號，及第二、第四無線數(shù)字編碼信號包含有相 同或相關(guān)的數(shù)據(jù)包ID。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種數(shù)字無線電子道路及停車場收費(fèi)系統(tǒng)，包括第一無線發(fā)射裝置，安裝于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)，用于發(fā)射查閱電子車牌請求信息；第一無線接收裝置，安裝于出入車輛中，用于第一無線信號的接收及解碼；第二無線發(fā)射裝置，安裝于出入車輛中，用于發(fā)射包含有電子車牌信息的第二無線編碼信號；第二無線接收裝置，安裝于收費(fèi)監(jiān)測點(diǎn)，用于對第二無線信號進(jìn)行接收及解碼；監(jiān)測點(diǎn)處理器，用于監(jiān)測點(diǎn)信號的控制及編解碼；車載處理器，用于出入車輛信號的控制及編解碼；電子車牌單元，用于儲存電子車牌標(biāo)識碼信息；收費(fèi)計(jì)費(fèi)單元，根據(jù)車輛種類及出入的時(shí)間地點(diǎn)收費(fèi)。本發(fā)明的系統(tǒng)具有可靠、環(huán)保、全天候、易于實(shí)現(xiàn)及方便與ITS系統(tǒng)集成等特點(diǎn)。
文檔編號G07B15/06GK101398947SQ20081021756
公開日2009年4月1日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
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