動態無線紅外雙模式智能交通車輛監管系統的製作方法
2023-07-07 04:14:11 1
專利名稱：動態無線紅外雙模式智能交通車輛監管系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及交通、車輛和治安管理系統和電子車牌及相關的通信技術，包括與車輛信息的採集、通信和監控的方案及相關的電子部件。
背景技術：
已有的交通車輛管理系統大多基於多晶片系統來實現，其主要缺點在於集成度低-要由多個通用晶片來構成，因此導致可靠性差；難於保密-由於不是專門的獨特設計，給不法分子以可乘之機；電源功耗大-由於採用通用晶片，難以將功耗降得很低，所以大多無法利用微型電池供電；實際安裝困難-對車輛的改動大，以致於影響其應用價值和可行性。
已有的交通車輛管理系統大多基於紅外線或無線電的單一模式來實現。紅外型電子牌照技術無需佔用有限的無線頻率資源，保密性較好，方向性強，但檢測的角度受到限制，故適合於單一方向的小範圍的場合，如固定車道、路橋、隧道、收費口、停車場出入口，可給出進入或駛出的信息。其缺點是不利於在大場合應用或有障礙物阻擋的場所。無線型電子牌照技術與紅外型相比，其傳輸距離遠，檢測的角度也基本不受限制，使其適用於大流量的場合，如廣場和大路口。其缺點是需要佔用無線電頻率資源，並造成無線電環境躁聲汙染，發射和接收的方向性差，以致難以應用在停車場等場所。
發明內容
本發明採用單晶片集成系統(SOC)的專用集成電路(ASIC)技術，是針對於電子車牌的專門設計。除天線與紅外發射與接收管外，電子車牌的所有有源部分由一個單晶片集成系統(SOC)的專用集成電路(ASIC)完成，因此系統的面積小而且功耗低，大大地提高了可靠性和保密性，同時降低了系統成本；集成的單晶片系統包括無線和紅外收發器、電源啟動控制、微處理器和ID編碼區。由於功耗低，因此可利用微型電池供電，易於獨立安裝使用。
本發明的另一重要特點是無線紅外雙模式系統，克服了上述單一模式的缺點，可有4種接受與發射方式紅外-無線、紅外-紅外、無線-無線、無線-紅外。所以在應用中更加靈活，應用的範圍更加廣泛。本發明除了在通信上採用無線紅外雙模式，在功能上支持4種操作模式報告模式、查詢模式、尋呼模式、搜索模式。
在對無線電頻率資源的使用方面，本發明做到了帶寬和發射功率的最佳動態管理，最合理地利用有限的無線電頻率資源，並將無線電環境躁聲汙染降到最小。
本發明提出的動態無線紅外雙模式智能交通車輛管理系統正是針對交通管理、車輛管理、治安管理和收費管理的一個普遍的有效的解決方案。
圖1-動態無線紅外雙模式智能交通車輛監管系統的結構可見2-無線紅外雙模式電子車牌的安裝和防拆卸方法示意3-無線紅外雙模式電子車牌方框4-電源啟動控制方法示意5-無線及紅外發送及接收數據結構例6-報告模式的時間流7-集信基站結構方框8-搜索模式時通過改變功率大小改變覆蓋半徑示意圖
具體實施例方式1動態無線紅外雙模式智能交通車輛監管系統的結構動態無線紅外雙模式智能交通車輛監管系統的結構可見圖1.動態無線紅外雙模式智能交通車輛監管系統可應用於城市和非城市的交通和車輛的管理，方法是在需要管理和監控的場合設立集信基站。集信基站包括無線集信基站101或紅外集信基站102，或兩者的結合。集信基站通過無線或紅外方式與安裝在汽車前端或後端的無線紅外雙模式電子車牌106通信，獲取車輛牌照和其它有關用戶信息，並轉發交通信息給車輛駕駛員。集信基站與城區中若干個分控中心104通過無線或有線通信方式相聯繫，而分控中心104又與城市交通車輛管理中心105以無線或有線通信方式相聯繫。
無線集信基站101主要應用於各種無方向性要求的大小交通路口、廣場、高速公路，覆蓋直徑正常工作時一般在5至200米，但在特殊工作模式時最大可達到數千米。紅外集信基站102和一個或多個紅外發射接收器107相連接，主要應用於有方向性要求的小的單向進出口，如固定車道檢查站、橋梁、隧道、停車場等收費管理場所，覆蓋直徑正常工作時一般在10米以內，但在特殊工作模式時最大可達到數百米。二者的有機配合解決了單一模式有時無法解決的問題如紅外模式不能覆蓋大的交通路口、廣場；如無線模式難於判別停車場內或外的問題。
流動檢查器103具有與集信基站相似的硬體設備，可使用無線紅外雙模式工作，並具有車牌文字和數字圖象識別功能。流動檢查器103可被車載或人攜，或安裝在飛行器上。
當流動檢查器103處於某個無線集信基站101覆蓋區域的駛出方向，可自動檢測當前狀況和監聽該區域所有通過車輛的無線牌照報告，並可對當前無線集信基站101無線通信進行查詢。如流動檢查器103數字圖象識別出的車輛牌照號碼無法與相應的無線牌照報告匹配，即認為該車輛牌照非法。在查詢模式時，流動檢查器可利用大功率紅外發光管或強力雷射紅外發射槍，定向啟動某輛車的電子車牌，強令其發送車牌號碼的查詢應答碼。無車牌號碼或無查詢應答碼，即認為該車輛牌照非法，會自動發出報警信號，提醒警務人員進一步追蹤查核。
在停車場等收費管理場所，流動檢查器103可用小功率無線模式，要求所覆蓋的局部區域中所有車輛自動報告牌照，也可用紅外模式核查某車輛。在此狀況下，車輛電子車牌報告牌照的模式，可以是無線或紅外，由流動檢查器103發出的指令決定。
固定車道檢查站108的職能是檢查所有過往車輛牌照的功能和真偽。在每個固定車道安裝一個紅外發射接收器107和一個紅外車輛記數裝置、自動報警及處理裝置。當有車輛經過則觸發紅外車輛記數裝置，而在規定時間內無合法的牌照報告，則認定是非法牌照或失效牌照，並禁止使用此牌照的車輛通過檢查站。
分控中心104和城市交通車輛管理中心105，根據所獲取車輛牌照和地域編碼和通過時間，形成車輛行駛記錄，並以資料庫形式存檔。在全國範圍內，城市交通車輛管理中心105可通過網際網路查核任何車輛信息。
城市交通車輛管理中心105是交通管理的通信、調度、監控、協調指揮樞紐，可分級分區設置。主區域控制中心下轄多個分控制中心，分控中心按照不同的區域平行設置。控制中心之間可以相互交換數據，可實現交通車輛跨區域的管理、調度與協調。
分控中心的設置應該根據交通道路主次、道路密度及道路的交通密度來設置。可以參考地域無線通信網絡基站的分布，合理設立分控中心，因地制宜地設計寬帶網絡或光纜環路連接基站、分控中心及主控中心。
集信基站與分控中心或城市交通管理控制中心進行數據通信的速率較低，一般應在64kb/s以下。
2無線紅外雙模式電子車牌106本無線紅外電子車牌具有功能可靠，無需維護，安裝簡單，防拆卸和報警的特點，易於推廣應用。無線紅外雙模式電子車牌106的安裝和防拆卸方法見圖2，其內部的方框圖見圖3。電路由天線200、無線發射機205、無線接收機206、紅外發射和接收光管212、載頻及紅外光檢測器201、鎖相時鐘產生器208、電源啟動控制器202、微處理機單元209、ID碼區210、時間計數器203和3個寄存器及微型電池214構成。3個寄存器分別為虛擬地址寄存器204、功率控制寄存器211和碼率控制寄存器213，它們和時間計數器203一起直接與電源連接，而不受電源啟動控制202的輸出矢量控制。
無線紅外雙模式電子車牌106和集信基站的隨機通信方式分為下行和上行兩信道其特徵在於由集信基站到電子車牌的下行信道為廣播信道；電子車牌到集信基站的上行信道為車牌報告信道，採用一種新的動態的定時隙多用戶隨機共用信道(slotted ALOHA)模式。上行信道將時間分為m個時隙，每輛車都可隨機使用。當一個時隙中只有一輛車佔用，且傳輸中沒有誤碼發生時，則報告可被集信基站正確接收。當一個時隙被大於一輛車佔用時發生碰撞，或傳輸中有誤碼發生，均導致循環校驗錯誤，造成車牌報告無效。下行信道將時間分為n個時隙，通告包括發射功率、傳輸碼率、重複時間及虛擬地點等參數，以及同步和其他交通信息，並用通告時隙通知其車牌報告已被正確接收的車輛。
載頻及紅外光檢測單元201檢測來自天線200或紅外接收光管212的輸入功率。電源啟動控制器202根據載頻及紅外光檢測單元201和時間計數器203的輸出，判別是否啟動所需部件的電源。
部件的電源啟動遵照一定的順序和規則，在無線接收模式啟動後，首先開啟鎖相時鐘產生器208獲得本地振蕩頻率。當相位鎖定後，則再根據要求依此開啟無線接收機206、微處理機單元209。無線接收機206工作後，首先根據無線集信基站101發射的信號尋找同步信號。同步之後，無線接收機206將接收到的數據進行解碼和校驗，驗證無誤後分離相關指令和參數信息。參數信息包括啟動時間參數TC、功率控制參數PC、碼率控制參數RC和虛擬地址碼VAC，這些參數信息將刷新寄存器和時間計數器原有的數據。微處理機207按照相關指令和參數信息，對存於ID碼區210的車輛牌照及相應數據編碼擾碼，當隨機延時到需要報告的時隙，根據指令開啟無線或紅外發射機將車輛牌照報告信息發出。發射了車輛牌照信息之後，電子車牌106將等待無線集信基站101在下一幀發回通告告知發送牌照報告是否生效。如果報告生效，則令電源啟動控制器202關閉電源。如果報告無效，則須要隨機延時幾幀後重新發射，直到接到生效通告或超過最大時限為止。
當載頻及紅外光檢測單元201檢測到紅外接收光管的輸入功率後，由電源啟動控制器202啟動微處理機單元209，將接收到的數據進行解碼和校驗，驗證無誤後分離相關指令和參數信息。按照相關指令和參數信息，對存於ID碼區210的車輛牌照及相應數據編碼擾碼，當延時到需要報告的時隙，根據指令開啟無線或紅外發射機，將車輛牌照報告信息發出。發射了車輛牌照信息之後，電子車牌106將等待紅外集信基站102在下一幀發回通告告知發送牌照報告是否生效。如果報告生效，則令電源啟動控制器202關閉電源。如果報告無效，也須要隨機延時幾幀後重新發射，直到接到生效通告或超過最大時限為止。如電子車牌106工作在純紅外模式時，無須啟動鎖相時鐘產生器208、無線發射機205、無線接收機206。
無線通信方式為半雙工時分復用，並在不同區域上採用頻分復用；通信頻率可根據允許靈活選擇。
電子車牌的號碼是車牌的唯一辯識碼，即一個號碼只與一個車牌唯一對應。頒發電子車牌必須由公安授權的部門完成。頒發時申請人必須添寫所有必備信息，如車輛終身編碼、發動機號碼、車架號碼、車輛照片和車主身份證號碼等數據。這些數據均須送入資料庫以供查詢。加密的軟體監管程序要對所有必備信息進行查核，並記錄刻寫者籤名備案。加密的軟體監管程序在計算所有必備信息後，生成一個密鑰，作為附加碼存入。通過軟體監管程序查核後方能啟動雷射刻寫機，將加密後的電子車牌的號碼寫入單晶片電子車牌106的ID碼區210中。在此之後，加塗料覆蓋做為保護層，安裝微型電池214，完成一個電子車牌106的刻寫。
電子車牌106具有安裝短路迴路，由安裝鑼栓上的短路環接通短路迴路。一個受軟體監管程序控制的啟動器發出一個加密的包括附加碼信息的啟動碼矢，使電子車牌106進入工作狀態，並有冗餘保護以防止由各種其它機理，如幹擾脈衝、雷電、宇宙射線等引起的誤失效。進入工作狀態之後，如遇拆卸則造成短路迴路斷路，因此觸發晶片內部電路，使晶片退出工作狀態而失效。失效之後的晶片必須由原密鑰啟動才能重新激活。
電子車牌106採用先進的低功耗電路設計，保證更換一次電池可持續工作至少3年以上。更換電池在年檢時由公安授權的部門完成。更換電池之後，仍要啟動器重新發出加密的啟動碼矢，啟動電子車牌106進入工作狀態。在不知道加密的啟動碼矢的情況下，無法使電子車牌106進入工作狀態，可保證電子車牌不被非法地使用於其它車輛，做到一車一牌。
電子車牌106可由授權發牌部門控制為臨時牌照模式和特殊牌照模式。臨時牌照模式由內部記數器定時，牌照的顏色也應有所區別，使用特定的碼域，在編程指定的日期內工作，而在此日期之外則失效。特殊牌照模式是針對軍車和需要保密行蹤的特殊車輛。特殊牌照的號碼具有特殊標誌，不被資料庫所記錄。
電子車牌106還具有估算電池餘量的能力，在特定的指令下可報告剩餘電池餘量。
本無線紅外電子牌照分為前牌和後牌，其尺寸與目前使用的汽車牌照相同。其中之一為主牌(如後牌)，另一個是它的光學拷貝，所有通信及控制功能均由主牌實現(特殊要求除外)。
除天線200、紅外發射和接收光管212和電池214及電源去耦零件之外，所有電路均集成於一單晶片專用集成電路(ASIC)之上，是針對於電子車牌的專門設計，因此系統的面積小而且功耗低，提高了可靠性和保密性，同時降低系統成本；集成的單晶片系統包括無線和紅外收發電路、電源啟動控制、微處理器和ID編碼區。由於採用單晶片集成系統，極大地提高了系統的可靠性和保密性。單片集成和低功耗設計技術也使電源功耗降得很低，因此可利用微型電池供電，利於安裝。
為將整機的功率降到最低，電源的啟動控制是一個關鍵。圖4示出電源啟動控制方法。過程如下當車輛進入一個無線集信基站覆蓋區內後，電子車牌會檢測到無線載頻信號，檢測器輸出為高電平並維持直到車輛離開這一覆蓋區。檢測器輸出經斯密特電路整形，其脈衝前沿啟動接收機和發射機，並完成車牌報告。在此之後，用接收到的信息刷新計數器TC。如該車輛繼續停留在這一覆蓋區，則只有當計數器TC減到零時，方可再次啟動接收機和發射機，重新發車牌報告。當車輛離開這一覆蓋區時，則要對計數器TC清零，以便當車輛進入其它覆蓋區時可立即響應。當車輛被一個無線集信基站的紅外光所觸發，可即時按指令要求啟動相應的接收機和發射機發車牌報告。與這兩種啟動方法相對應的是報告模式和查詢模式。
車中人員與電子車牌的通信由無線實現，可通過車載信息處理裝置或微動開關，改變電子車牌的用戶碼，並通過電子車牌與集信基站間的通信，再經後者與城市交通車輛監管中心報告，實現在特殊需要時的呼救，求援及車輛防盜。在有集信基站覆蓋時，這一功能是通過集信基站的同步，利用H時隙完成。在無集信基站覆蓋時，則直接啟動無線紅外電子車牌106，在最短時延後的任意時隙完成與電子車牌的通信，改變用戶狀態，而當電子車牌經過集信基站覆蓋區時，則由電子車牌向集信基站報告。車內的信息處理裝置和防盜裝置是用戶可選部件，安裝在駕駛員能夠控制的位置。信息處理裝置和防盜裝置並非必須，它們的存在與否不影響電子車牌106的基本功能。
由於採用單晶片集成系統，為了保證大規模生產中的質量要求，在電子車牌106中有自測試功能(BIST)。除此之外還具有錯誤自我診斷功能，以便在安裝後進行調試。
電子車牌的核心是由一個單晶片系統集成(SOC)的專用集成電路(ASIC)完成，具有體積小，重量輕，與天線或紅外發射和接收光管組合後可轉變成其他應用，如用於各種移動目標的發現、跟蹤、定位。
3無線及紅外發送及接收數據結構本發明的無線及紅外發送及接收數據結構基本相同，不同點在於參數設置。無線模式時發送與接收共用一個頻率半雙工間歇工作。在時間上分配如下在1秒鐘之內，可以有F幀的數據結構，見圖5。
每一幀數據內有一個幀頭信號FH，長度為L比特，佔據一個時隙，由無線或紅外集信基站發出。它包括導引信號及參數數據組成。導引信號是2個長度為K比特的特定序列，用於同步幀頭信號FH並攜帶基本碼率信息。參數數據是集信基站發出的局部控制參數組，由啟動時間參數TC、功率控制參數PC、碼率控制參數RC、虛擬地址碼VAC、幀頭指令碼構成。
幀頭指令碼由基站發出的幀頭指令和幀頭信息，長度為I比特。幀頭指令又包括幀頭模式碼和幀頭狀態碼及幀結構碼。幀頭模式碼給出工作的模式紅外-紅外、紅外-無線、無線-紅外、無線-無線。幀頭狀態碼包括交通信息狀態、泊車狀態、尋呼狀態、報告狀態、查詢狀態、搜索狀態。信息包括附加隨機數、動態信息。
啟動時間參數TC控制電子無線牌照重新啟動時間參數，長度為T比特。時間為1秒到1小時共16個離散值，為1，2，3，4，6，8，12，16，32，64，128，2 56，512，1024，2048，4096秒。
功率控制參數PC控制電子無線牌照發射功率的參數，長度為P比特。可提供64種可能的不同功率等級。
碼率控制參數RC控制電子無線牌照發射碼率的參數，長度為R比特。可提供8種不同碼率。
虛擬地址碼VAC虛擬的集信基站的地址編碼，以區別於相鄰的集信基站，長度為V比特。其最高位若為0，則是路口，否則則是停車場。
對每一個幀頭信號FH採用16比特的循環校驗碼，由生成多項式生成。
在幀頭信號FH之後是一個報告時段R，包含有m個報告時隙，R1，R2，R3，…，Rm，可供每個車輛隨機使用，以報告車輛牌照。報告時隙中包括隔離碼、報告狀態碼、用戶碼、車輛ID牌照碼和校驗碼。報告狀態碼用於標識車輛的狀態，如特殊車輛、臨時牌照車輛、普通車輛、救護車輛、消防車輛、巡邏車輛、運鈔車輛等。用戶碼用於標識用戶動態信息。假設車輛ID牌照碼為省份標誌+字母標誌+6到8位數字，共佔有40比特。報告時隙中包這裡報告時隙的校驗碼為32比特循環校驗碼。一輛車牌照報告時隙總共有碼位L比特。
在一幀數據的m個報告時隙之後，有一個H時隙，用於完成車中人員與電子車牌的無線通信，傳達各種求助或告急信息。
在一幀數據中還有一個廣播時段B，包含n個通告時隙，B1，B2，B3，…，Bn，用以告知發送牌照報告的車輛已經收到其所發報告。每兩個時隙之間均有隔離碼以利於分割。通告時隙中包括隔離碼、通告狀態碼、通告指令碼、車輛ID牌照碼和校驗碼。通告時隙的碼位也為L比特。通告狀態碼給出當前集信基站與電子車牌間關係的動態信息。通告指令碼則是針對某電子車牌發出指令信息。廣播時段B中的空時隙將用於發送日期和時間信息及其他交通信息，並由狀態碼加以標識。通告時隙的校驗碼也是32比特循環校驗碼。當電子牌照工作在臨時牌照時，內部日期計數器的溢出將會要求電子車牌利用空時隙更新其日期。
在正常工作狀態下報告模式的時間流圖見圖6，其中假定有3輛車同時使用第1幀，第1輛和第3輛車佔用了同一個時隙，故發生碰撞需要重新發射，而第2輛車則在第1幀中順利通過。
當無線紅外雙模式電子車牌106接收到集信基站發出的幀頭信號FH後，根據接收到的序列決定其基礎碼率。如序列為全1則採用預設碼率，否則由導引信號的變化速率判斷。預設的幀頭碼率為16kb/s。指令碼中的幀結構碼將指示幀結構參數m和n的數值。幀結構參數L、K、I、T、P、R、V等可通過編程時改變。例如可取L＝100，I＝14，K＝44，T＝4，P＝6，R＝3，V＝5做為最小碼率幀結構參數。幀結構參數的選擇將影響傳輸所需的帶寬。如採用最小碼率幀結構，對每秒車流量小於25輛的場合，所需最大傳輸碼率為48kb/s，可使車輛漏報率低於百萬分之一。
4集信基站集信基站包括無線集信基站101或紅外集信基站102，或兩者的結合，設立在需要交通和車輛管理的場所，如大小交通路口、廣場、高速公路、固定車道檢查站、橋梁、隧道、停車場等收費管理場所。集信基站還可以安裝在車輛和飛行器上，或由人攜帶，而成為流動檢查器103。集信基站與經過或處於其覆蓋面積下的車輛通過通信，獲得車輛的車牌編碼及相關信息。
這一過程是由集信基站連續發出要求報告車輛牌號的發射請求和關於基站自身的信息，其中包括虛擬地址、功率控制參數、碼率控制參數、時間重複參數和附加隨機數等。當經過或處於其覆蓋面積下的交通車輛接收到發射請求時，經隨機延時後報出該車輛的身份碼和狀態碼。集信基站在接到車輛的身份碼和狀態碼並且經驗證無誤後，發出答謝碼通知該車輛報牌結束。
集信基站的結構見圖7。
集信基站由天線300、鎖相時鐘產生器301、無線發射機302、無線接收機303、紅外發射和接收光管陣列304、有線收發接口306和其核心部分微處理機單元305組成。無線發射機302和無線接收機303具有同時與分控中心104和無線紅外雙模式電子車牌106無線通信的能力。集信基站還有紅外發射和接收光管陣列接口304，能同時接收和驅動多個紅外器件，並可並行處理多組數據。有線收發接口306的作用是為與分控中心進行有線通信而設。
核心部分微處理機單元305採用通用數位訊號信息處理晶片實現，其主要功能為·幹擾頻率分析-分析中心載頻所在頻段幹擾頻率功率譜·跳頻控制-根據功率譜和碰撞檢測分析結果決定是否需要跳頻·碰撞檢測-根據接收到的數據判斷車牌報告是否碰撞·編解碼及擾碼-收發編解碼及擾碼·功率控制-根據區域大小和接收狀況及特殊要求，動態決定雙模式電子車牌的發射功率·碼率控制-根據車流量大小動態，動態決定雙模式電子車牌的傳輸碼率·啟動時間控制-根據區域大小和阻塞狀況及特殊要求，動態決定雙模式電子車牌的重新啟動時間·通信控制-管理與協調各種通信方式使系統能夠正常運行·模式控制-根據需要選擇不同的通信模式，實現紅外-無線-有線之間的轉換·距離估計-根據返回的時隙信號時間延遲估算應答的車輛的距離·信息處理-各種接收到和將發射的數據的綜合處理·系統自檢-進入自我檢查狀態·緊急狀態報警-當集信基站無法正常工作時，發出緊急狀態報警·信息廣播-與車載信息處理裝置的通信，提供了由城市交通車輛監管中心到駕駛員通信途徑，以解決道路阻塞提示和安全行車事項。
幹擾功率譜分析的目的為檢測和分析集信基站所用頻段內的日常無線電環境躁聲，選擇躁聲功率譜較小的頻率為中心載頻；檢測和分析集信基站所用頻段內的突發的惡性無線電幹擾，並根據其幹擾強度判斷所須的無線集信基站101與和電子車牌106的發射功率；若干擾強度超過容許限度，則向分控中心104提出中斷申請和報警信號。分控中心104可根據相鄰的幾個集信基站檢測到的躁聲功率譜密度，推算出固定的強力廣譜無線電幹擾源和突發的惡性無線電幹擾源的位置及移動信息。幹擾功率譜的檢測和分析將提供必要的信息，有助於清除有害的無線電幹擾源，確保系統工作的更加可靠。此外在頻段的選用上應儘可能地使用特殊的通信頻段以減小無線電環境躁聲。
集信基站不但在通信模式上支持紅外、無線和有線三種方式，在操作模式方面也有不同。所支持的操作模式為·報告模式-正常的工作模式之一。進入覆蓋範圍內所有的車輛按先後順序陸續啟動並報告車牌。報告成功後停止報告，直到啟動時間記數降為零時，再次待命啟動。可工作於紅外、無線或混合模式。
·查詢模式-正常的工作模式之一。進入覆蓋範圍內的車輛按指令要求報告車牌。報告成功後停止報告，除非接到再次查詢請求。可工作於紅外、無線或混合模式。用於對車輛的查詢。
·尋呼模式-緊急的工作模式之一。通常由在固定的集信基站覆蓋範圍之外的流動集信基站即流動檢查器103來執行，發送功率強大的間斷的無線信號。信號的幀頭信號FH的狀態碼將指示為尋呼狀態，並在下行通告信道發出需要應答的車輛牌號。雙模式電子車牌106要用無線模式應答。應答的方法是在後面的上行車牌報告信道中與之相對應的時隙中按指令要求的功率(通常為最大功率)發送1010，…，10序列。流動集信基站此時只檢測有無應答，而不再做數據的常規檢驗，以增加由電子車牌到流動集信基站的通信距離。由於發送的是間斷的無線信號，所以可以隨時啟動在其覆蓋域內的電子車牌。流動檢查器103根據返回的時隙信號時間延遲估算應答的車輛與流動檢查器間的距離。
·搜索模式-緊急的工作模式之一。通常在城區之內，分控中心104或城市交通車輛管理中心105發出指令，由幾個固定集信基站通過交替地改變發射功率而改變各自的覆蓋範圍來實現。其目的是搜索在正常工作模式下無法探測的死區之中是否存在要搜索的車輛牌號。在增加覆蓋範圍的同時，要相應的提高傳輸碼率。幀頭信號FH的狀態碼將指示為搜索狀態，利用同定集信基站通過在下行通告信道的最後一個時隙發出需要應答的車輛牌號，然後在下一幀上行通告信道的最後一個時隙等待應答的信號。需要應答的車輛的應答信號也是一個1010，…，10序列。固定集信基站此時只檢測有無應答，而不再做數據的常規檢驗，以增加由電子車牌到集信基站的通信距離。通過交替地改變發射功率而改變各自的覆蓋範圍的方法可見圖8。圖中F1，F2，F3和F4是不同的頻率。可根據各集信基站返回的時隙信號時間延遲估算出車輛的位置。
·測試模式-集信基站還可以工作在測試模式。測試模式是一種被動工作模式，用於測試階段模擬若干個電子車牌發出車牌報告和接收通告的過程。集信基站具有通信接口和與外部計算機通信的功能。外部計算機可以顯示並控制集信基站的工作狀態。
·聯機檢索-集信基站還可以通過與外部計算機通信並分時工作於聯機檢索狀態。集信基站的便攜型裝備可由人攜帶或車載或安裝在飛行器上，構成流動檢查器103。
權利要求
1一種採用單晶片集成系統(SOC)和專用集成電路(ASIC)技術的電子車牌，其特徵在於除紅外發射與接收管外，該電子車牌內的所有有源部分由一個單晶片系統集成(SOC)的專用集成電路(ASIC)完成，具有面積小，功耗低和難以分解等優點，從而提高了可靠性和保密性，降低了系統成本；該集成單晶片系統包括無線和紅外收發器，電源啟動控制，微處理器和ID編碼區；可用加密軟體控制雷射刻寫ID編碼區，並通過聯網進行車輛數據和刻寫者籤名的備案。由於無法私自更改ID編碼，可保證車牌編碼和車輛身份的唯一性。該電子車牌可安裝在車輛的任何部位，包括前端或後端，並受堅硬的金屬外殼保護。
2如權利要求1所述的電子車牌其特徵在於同時具有無線與紅外雙通信模式用於與集信基站通信，以適應多種不同類型的應用。無線模式適用於大或小的範圍且無方向性要求的場合，如車流量繁忙的幹線或廣場及大小路口，而紅外模式則適用於小範圍並對方向性有所要求的固定車道、路橋、收費口、停車場出入口等。雙通信模式克服了單一模式的很多缺點，如不能兼顧覆蓋面積和方向性，擴大了應用範圍，彌補了無線與紅外單一模式結構的不足。無線與紅外雙通信模式可有4種接受與發射方式紅外-無線、紅外-紅外、無線-無線、無線-紅外。當集信基站採用紅外模式與電子車牌通信時，可以強令電子車牌用無線或紅外方式立即發送車牌報告。
3如權利要求1、2所述的電子車牌與集信基站的隨機通信方式。該通信方式分為上行和下行兩信道，其特徵在於電子車牌到集信基站的通信為上行信道，用作車牌報告，採用的是一種新的動態的定時隙多用戶隨機共用方式(Slotted ALOHA)；由集信基站到電子車牌的通信下行信道是廣播信道；無線通信方式為半雙工時分復用，並在區域上採用頻分復用；通信頻率可根據允許靈活選擇。上行信道將時間分為若干時隙，每輛車都可隨機使用。當一個時隙只被一輛車佔用時，報告則可能被集信基站正確接收。當一個時隙被大於一輛車佔用時，則根據循環校驗錯誤判為碰撞。下行信道廣播通告包括發射功率，傳輸碼率，重複啟動時間，虛擬地點參數，同步信息，日期和時間信息及其他交通信息，並用通告時隙通知其車牌報告已被正確接收的車輛。電子車牌若收不到來自集信基站的正確接收通知，則判斷為上行報告遭到碰撞，並在隨機延時後重發車牌報告，直到收到正確通知或超過最大時限為止。
4如權利要求1、2、3所述交通車輛動態監管系統之中的一種動態系統最優化管理方法，其特徵在於集信基站能實時動態地實現發射功率、傳輸碼率、重複啟動時間參數的自動調整；集信基站可根據其類型給出信號的幀結構，最大限度地合理利用有限帶寬；集信基站根據車流量及碰撞概率，可動態決定通信系統的系統參數，如電子車牌發射功率和重複啟動時間，以降低平均發射功率，減小系統對無線資源的佔用和對環境的電磁汙染；集信基站根據車流量及碰撞概率自動控制上行與下行碼率，以應付瞬間突增的車流量；重複啟動時間決定再次報告的時間間隔；所有的系統參數均可由人為幹預，或通過網絡通信來重新設置。集信基站與城市交通車輛監管中心的通信可採用無線或有線的方式實現。
5如權利要求2、3、4所述交通車輛動態監管系統之中的流動檢查器其特徵在於具有與集信基站相似的硬體設備和相應功能；可使用無線紅外雙模式工作；流動檢查器可被車載或人攜，或安裝在飛行器上；可根據具體情況附加車牌文字和數字圖象識別功能。
6如權利要求1、2、3、4所述的電子車牌與一種車內的信息處理裝置的雙向通信方式，其特徵在於駕駛員可通過信息處理裝置或微動開關，改變電子車牌的用戶碼，並通過電子車牌與集信基站的通信，再由後者向城市交通車輛監管中心報告，實現在特殊需要時的呼救，求援及車輛防盜；集信基站與車載信息處理裝置的通信，提供了由城市交通車輛監管中心到駕駛員通信途徑，以解決道路阻塞提示和安全行車等事項。車內的信息處理裝置可根據具體需要選擇安裝。
7如權利要求1、2、3、4、5所述交通車輛動態監管系統與電子車牌可以工作於特殊的尋呼模式，其特徵在於流動檢查器在集信基站覆蓋範圍之外，利用無線或紅外工作模式發送一個或多個需要尋找的車牌號碼，以強迫形式命令其覆蓋範圍之內的所有符合這些號碼的電子車牌用指定的發射參數和形式應答；流動檢查器根據返回的信號時間延遲估算應答的車輛與流動檢查器間的距離；通過改變發射功率而改變流動檢查器的覆蓋範圍。該特殊尋呼模式主要用於尋找丟失的車輛。
8如權利要求1、2、3、4、5所述交通車輛動態監管系統與電子車牌可以工作於特殊的查詢模式，其特徵在於流動檢查器可利用大功率紅外發光管或強力雷射紅外發射槍，啟動前方被追蹤的車輛電子車牌，強令其發送車牌號碼；也可在固定的場點使用，如固定的車輛檢查站。該查詢模式用於檢查可疑車輛。
9如權利要求1、2、3、4、5所述交通車輛動態監管系統與電子車牌可以工作於特殊的搜索模式，其特徵在於由分控中心或城市交通車輛管理中心發出指令，令某區域內的集信基站交替地改變其發射功率，因此改變其覆蓋半徑，用於搜索在市區中平時不能覆蓋的死區，強令被搜尋的車輛發出應答。可根據各集信基站返回的信號時間延遲估算出車輛的位置。該搜索模式用於在市區搜索丟失的車輛。
10如權利要求1、2所述的電子車牌可以有特殊的工作模式，其特徵在於可由授權發牌部門控制其工作為臨時牌照模式或特殊牌照模式。臨時牌照模式由內部記數器定時或通過接收集信基站所發的日期時間信息並受其控制，在指定的日期內工作，而在此之外則失效。特殊牌照模式是針對軍車和需要保密行蹤的特殊車輛。特殊牌照的號碼具有特殊標誌，不被資料庫所記錄。
11如權利要求1、2所述的電子車牌其特徵在於採用無源待命，順序啟動邏輯，單片運行，以減小平均功耗；並由微型電池獨立供電，無須與汽車蓄電池相連；在特定的指令下可報告電池餘量；易於獨立安裝和系統實施。
12如權利要求1、2所述的電子車牌其特徵在於有防拆卸保護功能，非授權單位的拆卸必然導致車牌失效和報警；具有安裝短路迴路，在安裝並且起動後保持接通狀態，並有冗餘保護以防止由各種機理引起的誤失效；而遇拆卸則造成斷路，使晶片退出工作狀態而失效；電子車牌在安裝後，必須接收啟動密鑰方可啟動；可與車內的信息處理裝置相配合，構成完整的防盜系統。
13如權利要求1、2所述的電子車牌其特徵在於具有自測試功能(BIST)，以保證大規模生產中的質量控制；具有自我錯誤診斷功能。
14如權利要求1、2、3、4、5所述交通車輛動態監管系統與電子車牌具有一定的防幹擾、檢測幹擾的能力和報警功能，其特徵在於集信基站可對幹擾頻率進行分析，包括集信基站所用頻段內的日常無線電環境躁聲，選擇躁聲功率譜較小的頻率做為中心載頻；分析集信基站所用頻段內的突發的惡性無線電幹擾，並根據其幹擾強度調整集信基站和電子車牌的發射功率；若干擾強度超過容許限度，則向分控中心提出中斷申請和報警信號；分控中心可根據相鄰的幾個集信基站的躁聲功率譜密度，推算出突發的惡性無線電幹擾的位置及移動信息。
15如權利要求1、2、3、4、5所述集信基站可以工作於測試模式，其特徵在於兩個集信基站分別工作在主動和被動工作模式；主動模式具有集信基站正常功能，而被動模式用於產生若干個電子車牌發出車牌報告和模擬接收通告的過程；集信基站具有通信接口和與外部計算機通信的功能；外部計算機可以顯示並控制集信基站的工作狀態。
16如權利要求1、2所述電子車牌的改型裝置與權利要求3、4所述交通車輛動態監管系統其特徵在於電子車牌的核心是一個單晶片系統集成(SOC)的專用集成電路(ASIC)，具有體積小，重量輕，與天線或紅外發射和接收光管組合後可轉變成其他應用，如用於各種移動目標的發現、跟蹤、定位。
全文摘要
提供了一種城市交通車輛動態監管系統，完成對交通、車輛、治安及收費的綜合管理。發明包括智能電子車牌與集信基站，同時具有無線及紅外兩種模式，故有4種接收－發射方式紅外－無線、紅外－紅外、無線－無線、無線－紅外。本系統在功能上支持報告模式、查詢模式、尋呼模式和搜索模式，所以應用範圍更加廣泛。電子車牌採用單片系統集成技術，低功耗設計，微型電池供電，提高了保密性和可靠性，易於安裝並且可防拆卸。集信基站能動態調整發射功率，碼率及重複啟動時間，以達到最佳控制，減小對無線資源的佔用和對環境的電磁汙染。通過集信基站與城市交通車輛監管中心的通信，可建立城市車輛行駛資料庫，還可在全國範圍內通過網際網路聯機查詢。
文檔編號G08G1/00GK1588478SQ200410069109
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月6日 優先權日2004年7月6日
發明者慕豐浩, 袁及人, 許剛 申請人:慕豐浩, 袁及人, 許剛