一種基於時間測量的obu定位方法、設備及系統的製作方法
2023-05-13 03:20:31 5
專利名稱：一種基於時間測量的obu定位方法、設備及系統的製作方法
技術領域：
本發明關於智能交通技術，特別是關於電子不停車收費(ETC，Electronic Toll Collection)技術，具體的講是一種基於時間測量的OBU定位方法、設備及系統。
背景技術：
不停車收費ETC系統是智能交通系統領域中一個特殊的應用，採用專用短程無線通信(DSRC dedicated Short-Range Communication)技術實現整個收費過程，以使車輛在整個收費過程中保持行駛狀態而不用停車。目前這一技術在高速公路收費中已經得到廣泛應用。如圖1所示，現有的高速公路ETC系統的主要包括下列設備1)車道計算機400 負責對車道狀態進行控制，並完成信息處理。2) ETC 路側單元(RSU，Road Side Unit)由 RSU 天線 200 和 RSU 控制器 300 組成， 內含PSAM消費安全訪問模塊，對車載單元進行安全認證並完成信息採集並將信息傳送給車道計算機400。RSU天線一般安裝在4、5米高，每個RSU覆蓋一個車道。3)ETC車載單元100 (0BU，On Board Unit)車載單元OBU安裝在用戶車輛上，裝載用戶身份信息和ESAM嵌入式安全模塊，在交易時進行安全認證，對用戶IC卡進行讀寫並將信息發送至路側單元。OBU道路上的可通信區域一般為6-8米。ETC路側單元RSU是車道計算機400與車載0BU100之間的傳輸中介，當應收費的車輛通過收費車道時，路側單元中的RSU天線發射一束微波廣播信號，OBU與RSU之間經過相互認證後，OBU與RSU之間進行數據交換。OBU內被寫入相應信息，RSU也得到了相應的數據，之後上傳到車道計算機。隨著ETC系統應用範圍的不斷擴大，在實際的應用中，RSU天線除了覆蓋本車道外，還會超出本車道對相鄰車道進行覆蓋，如此便會造成誤扣費。誤扣費現象嚴重影響了 ETC系統的正常運行，造成各種不必要的糾紛。因此，如何解決相鄰車道之間的幹擾已成為公路收費運營部門的困擾。對ETC系統中裝有OBU的車輛進行精確定位即可解決相鄰車道間的幹擾，然而在目前的ETC收費系統中，對裝有OBU車輛的定位主要依靠布設在ETC收費車道上的地感線圈等附加裝置來實現，如此便存在由於定位原理的局限導致對OBU的定位精度低的缺陷，因而不能滿足精確定位的需求，不能解決相鄰車道幹擾的問題。此外，現有的定位方法也無法應用於城市自由流ETC系統中。
發明內容
本發明實施例提供了一種基於時間測量的OBU定位方法、設備及系統，通過根據不同RSU接收到OBU發送信號的時間差確定出OBU與不同RSU之間的距離差，進而根據不同RSU的預設位置信息實現對裝有OBU車輛的精確定位，不僅解決了現有技術中相鄰車道幹擾的問題，而且可實現對城市自由流ETC系統中裝有OBU車輛的精確定位。本發明的目的之一是，提供一種基於時間測量的車載設備OBU定位方法，所述的方法包括多個路側設備RSU分別採集車載設備OBU發送的微波信號；保存所述的RSU採集到所述微波信號的時間；根據所述的RSU採集到所述微波信號的時間以及各個RSU的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。為了實現OBU與RSU之間的認證，所述的方法還包括所述的RSU發送微波廣播信號至所述的OBU ；所述的RSU接收所述的OBU根據所述微波廣播信號返回的信號。為了實現多個RSU之間的相互通信，多個RSU通過專用通信總線聯接。本發明的目的之一是，提供一種ETC系統的定位設備，所述的設備包括微波採集模塊，用於採集車載設備OBU發送的微波信號；保存模塊，用於保存採集到所述微波信號的時間；定位模塊，用於根據採集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。為了實現OBU與RSU之間的認證，所述的設備還包括微波廣播發送模塊，用於發送微波廣播信號至所述的OBU ；返回信號接收模塊，用於接收所述的OBU根據所述的微波廣播信號返回的信號。本發明的目的之一是，提供一種基於時間測量的車載設備OBU定位系統，所述的系統包括車載設備OBU和多個ETC系統的路側設備RSU，其中，其中，所述的OBU用於發送微波信號；所述的RSU包括定位設備，所述的定位設備包括微波採集模塊，用於採集車載設備OBU發送的微波信號；保存模塊，用於保存採集到所述微波信號的時間；定位模塊，用於根據採集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置 fn息ο為了實現對OBU的準確定位，所述的多個RSU在一條直線上或者不在一條直線上。為了實現多個RSU之間的相互通信，多個RSU通過專用通信總線聯接。本發明的有益效果在於，通過根據不同的RSU接收到OBU發送信號的時間差確定出OBU與不同RSU之間的距離差，進而根據不同RSU的預設位置信息實現對裝有OBU車輛的精確定位，不僅解決了現有技術中相鄰車道之間的幹擾問題，實現了 ETC系統的準確扣費， 減少了不必要的糾紛，而且可實現對城市自由流ETC系統中裝有OBU車輛的精確定位。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有技術中的ETC系統的結構示意圖；圖2為本發明實施例提供的一種基於時間測量的OBU定位方法的第一種實施方式的流程圖；圖3為本發明實施例提供的一種基於時間測量的OBU定位方法的第二種實施方式的流程圖；圖4為圖2中的步驟S202、S203的具體流程圖；圖5為本發明實施例提供的RSU定位的工作流程圖；圖6為本發明實施例提供的一種基於時間測量的車載設備OBU定位系統的結構框圖7為本發明實施例提供的一種ETC系統的定位設備的結構框圖；圖8為本發明實施例提供的ETC系統路側設備的RSU天線的結構框圖；圖9為本發明實施例提供的ETC系統路側設備的RSU控制器的結構框圖；圖10為本發明實施例中的三個RSU的時序圖；圖11為本發明實施例中的三個RSU不在同一直線時的示意圖；圖12為本發明實施例中的三個RSU在同一直線時的示意圖；圖13為本發明實施例中的兩個RSU並列設置時的示意圖；圖14為雙ETC車道的OBU定位的連接示意圖；圖15為三ETC車道的OBU定位的連接示意圖；圖16為雙ETC車道的OBU定位的另一種連接示意圖；圖17為採用三臺RSU定位OBU時的現場布局示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖2為本發明實施例提供的一種基於時間測量的OBU定位方法的流程圖，由圖2 可知，該方法包括S201 多個路側設備RSU分別採集車載設備OBU發送的微波信號。在本發明中， RSU可以為2個、3個或者多個。圖10為三個RSU採集OBU發送的微波信號的時序圖，圖10 中的陰影部分為OBU發送的微波信號的持續時間，圖中的TO為計時基準，Tl為第一個RSU 採集到微波信號的時刻，T2為第二個RSU採集到微波信號的時刻，T3為第三個RSU採集到微波信號的時刻。RSU為2個或者多個時，採集OBU發送的微波信號的時序圖與圖10類似， 此處不再贅述。S202 保存所述的RSU採集到所述微波信號的時間。當RSU為3個時，即保存圖10 中的時刻T1、T2、T3。S203 根據所述的RSU採集到所述微波信號的時間以及各個RSU的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。圖3為本發明實施例提供的一種基於時間測量的OBU定位方法的另一種實施方式的流程圖，由圖3可知，步驟S303、S304、S305與圖2中的步驟S201、S202、S203類似，此處不再贅述，除了上述步驟之外，該方法還包括S301 所述的RSU發送微波廣播信號至所述的OBU。RSU發送微波廣播信號是為了喚醒OBU。S302 所述的RSU接收所述的OBU根據所述微波廣播信號返回的信號。如此，實現了 RSU與OBU之間的安全認證，經過認證之後，即執行步驟S303、S304、S305。圖4為圖2中的步驟S202、S203的具體流程圖，由圖4可知，步驟S202具體包括S401 多個RSU分別保存各自採集到所述微波信號的時間。即第一個RSU保存對應的時刻Tl，第二個RSU保存對應的時刻T2，第三個RSU保存對應的時刻T3。
S402 每個RSU將保存的時間以及採集到的微波信號發送至其他RSU。由於多個 RSU之間通過專用通信總線聯接，因此每個RSU可將保存的對應時刻通過專用通信總線發送至其他RSU以進行匯總，以3個RSU為例第二個、第三個RSU可將保存的時刻T2、T3以及微波信號傳送至第一個RSU處，也可由第一個、第二個RSU將保存的時刻Tl、T2以及微波信號傳送至第三個RSU處，或者每個RSU都將各自保存的時刻以及微波信號傳送至其他 RSU,以便後續進行OBU定位。此外，RSU —般由RSU天線和RSU控制器組成，多個RSU天線也可將保存的時間以及採集到的微波信號發送至共同的RSU控制器上。步驟S203具體包括S403 根據所述的RSU保存的各個時間確定時間差。以3個RSU為例，即計算Tl、 T2和T3的時間差。S404 根據所述的時間差確定所述的OBU與各個RSU之間的距離差。以3個RSU 為例，第一個RSU與第二個、第三個RSU的時間差分別為T2-T1、T3-T1，根據微波在空氣中的傳輸速度則可計算出當前OBU與三個RSU之間的距離差。設微波在空氣中的傳輸速度為 c，則當前OBU與第一個、第二個RSU之間的距離差為c* (T2-T1)，同理可得當前OBU與第一個、第三個RSU之間的距離差為c* (T3-T1)，當前OBU與第二個、第三個RSU之間的距離差為 c*(T3-T2)。S405 採集多個RSU對應的預設位置信息。S406 根據所述的距離差以及所述的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。 下面結合具體的實施例，詳細介紹步驟406。實施例一在實施例一中，RSU設備為三個且不在同一直線上，圖11為實施例一的定位示意圖，以三維坐標為例，圖中A (Xa, Ya, Za), B (Xb, Yb，Zb)、C (Xe，Yc, Zc)三點代表三臺RSU在三維坐標裡的位置，D (Xd, Yd, Zd)點表示當前OBU所在的位置。設D點到A點、B點、C點的距離分別為S1、S2、S3，通過上述步驟S404可以得到D點與A點、B點、C點之間的距離差值，記為Δ S21 = S2-S1 = c (T2-T1)Δ S32 = S3-S2 = c (T3-T2)(1)Δ S31 = S3-S1 = c (T3-T1)上述三個差值均可通過微波在空氣中的傳播速度c與微波到來時刻的差值相乘計算得到。又由於A、B、C三點的RSU對應的預設位置信息為已知值，因此根據下述公式(2) 即可確定D點的坐標值Xd、Yd、Zd,即能夠精確定位OBU的位置。
權利要求
1.一種基於時間測量的車載設備OBU定位方法，其特徵是，所述的方法包括 多個路側設備RSU分別採集車載設備OBU發送的微波信號；保存所述的RSU採集到所述微波信號的時間；根據所述的RSU採集到所述微波信號的時間以及各個RSU的預設位置信息確定所述的 OBU的位置信息。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，所述的方法還包括 所述的RSU發送微波廣播信號至所述的OBU ；所述的RSU接收所述的OBU根據所述微波廣播信號返回的信號。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是，保存所述的RSU採集到所述微波信號的時間包括多個RSU分別保存各自採集到所述微波信號的時間； 每個RSU將保存的時間以及採集到的微波信號發送至其他RSU。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵是，根據所述的RSU採集到所述微波信號的時間以及各個RSU的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息包括根據所述的RSU保存的各個時間確定時間差； 根據所述的時間差確定所述的OBU與各個RSU之間的距離差； 採集多個RSU對應的預設位置信息；根據所述的距離差以及所述的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的方法，其特徵是，多個RSU在一條直線上或者不在一條直線上。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵是，多個RSU通過專用通信總線聯接。
7.—種ETC系統的定位設備，其特徵是，所述的設備包括 微波採集模塊，用於採集車載設備OBU發送的微波信號； 保存模塊，用於保存採集到所述微波信號的時間；定位模塊，用於根據採集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。
8.根據權利要求7所述的設備，其特徵是，所述的設備還包括 微波廣播發送模塊，用於發送微波廣播信號至所述的OBU ；返回信號接收模塊，用於接收所述的OBU根據所述的微波廣播信號返回的信號。
9.根據權利要求7所述的設備，其特徵是，所述的保存模塊包括 第一保存模塊，用於保存採集到所述微波信號的時間；總線接口，用於通過專用通信總線接收其他定位設備採集到的微波信號以及保存的時間；第二保存模塊，用於保存所述的總線接口接收到的微波信號以及時間。
10.根據權利要求9所述的設備，其特徵是，所述的定位模塊包括 時間差確定模塊，用於根據保存的各個時間確定時間差；距離差確定模塊，用於根據所述的時間差確定所述的OBU與各個定位設備之間的距離差；預設位置採集模塊，用於採集多個定位設備對應的預設位置信息；位置確定模塊，用於根據所述的距離差以及所述的預設位置信息確定所述的OBU的位直fe息。
11.一種基於時間測量的車載設備OBU定位系統，其特徵是，所述的系統包括車載設備OBU和多個ETC系統的路側設備RSU，其中，所述的OBU用於發送微波信號；所述的RSU包括根據權利要求7-10任意一項所述的定位設備，所述的定位設備包括 微波採集模塊，用於採集車載設備OBU發送的微波信號； 保存模塊，用於保存採集到所述微波信號的時間；定位模塊，用於根據採集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。
12.根據權利要求11所述的系統，其特徵是，所述的多個RSU在一條直線上或者不在一條直線上。
13.根據權利要求11所述的系統，其特徵是，所述的多個RSU通過專用通信總線聯接。
全文摘要
本發明實施例提供了一種基於時間測量的OBU定位方法、設備及系統，所述的定位設備包括微波採集模塊，用於採集車載設備OBU發送的微波信號；保存模塊，用於保存採集到所述微波信號的時間；定位模塊，用於根據採集到所述微波信號的時間以及定位設備的預設位置信息確定所述的OBU的位置信息。通過根據不同RSU接收到OBU發送信號的時間差確定出OBU與不同RSU之間的距離差，進而根據不同RSU的預設位置信息實現對裝有OBU車輛的精確定位，不僅解決了現有技術中相鄰車道幹擾的問題，而且可實現對城市自由流ETC系統中裝有OBU車輛的精確定位。
文檔編號G01S5/06GK102353935SQ201110150738
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者武宏偉, 王春生, 田林巖 申請人:北京萬集科技股份有限公司