本申請涉及交通收費技術領域，尤其涉及一種雙向車道自由流電子收費方法和系統。

背景技術：

多車道自由流(Multi-Lane Free Flow，簡稱自由流或者MLFF)電子收費系統是車輛能夠自由在道路上行駛的自動車輛收費系統。多車道自由流的主要特點是路面沒有隔離設施，收費設備均架設在車道上方的門架上，車輛通過收費門架時，路側天線與車載終端自動完成收費交易，抓拍攝像機進行車牌識別和車輛位置檢測，對交易正常車輛、交易異常車輛和無標簽車輛進行識別和稽查。通過收費區域的車輛可以自由變換車道，對車速沒有特別限制，車輛如同在普通路段上一樣自由行駛。多車道自由流電子收費系統具有車輛通行效率高、占用土地資源少、環境適應性強等特征，適用于交通流量大、土地資源緊張、對通行速度要求較高的收費路段，如高速公路收費和城市道路排污擁堵收費。

由于城市道路路網復雜，交通流不可預測性較大，例如，在狹窄的道路可能會允許車輛雙向通行，潮汐車道在不同的時段車輛的行駛方向也不同，在沒有車道隔離設施的道路，車輛也可能倒車、逆行或者借對向車道行駛。目前的道路電子收費系統主要針對單向收費，對于這些行駛方式的收費還沒有專門的解決方案。

中國專利公布號CN103268640A的發明專利，發明名稱為：“基于多波束天線的多車道自由流電子收費系統及方法”，通過對收費門架上安裝的攝像頭抓拍結果和DSRC(Dedicated Short Range Communications，專用短程通信技術)交易結果進行匹配的方法實現自動稽查功能，且支持車輛以任意方式通過收費路面。在該發明中，路側單元RSU(Road Side Unit)和攝像頭只能檢測一個方向的通行車輛，對于逆行、倒車等車輛，現有的多車道自由流方案的單向檢測特點導致其可能會因為交易邏輯或者通信鏈路質量的問題無法識別車輛和進行自動交易。

技術實現要素：

為解決現有多車道自由流系統無法對逆行和倒車行駛的車輛進行可靠收費的問題，本申請的一個目的在于提出一種雙向車道自由流電子收費方法和系統，可以檢測收費道路斷面雙方向行駛的車輛的車載終端，并與安裝在車輛上任意位置的車載終端自動完成收費交易，提高不停車收費交易的可靠性。

為達到上述目的，本申請實施例提出的雙向車道自由流電子收費方法，包括：雙向檢測車載終端的返回信號，與檢測到的車載終端進行通信；根據所述車載終端的返回信號和預設的收費策略對所述車載終端收費。

為達到上述目的，本申請實施例提出的雙向車道自由流電子收費系統，包括：雙向收費模塊，用于雙向獲取車載終端返回的信號，與檢測到的車載終端通信，并根據所述車載終端的返回信號和預設的收費策略對所述車載終端收費。

由以上本申請實施例提供的技術方案可見，通過檢測收費道路斷面雙方向行駛的車輛的車載終端，并與安裝在車輛上任意位置的車載終端自動完成收費交易，同時采集車輛的雙向通過信息，與安裝在車輛上的車載終端自動交易，并根據采集到的雙向通過信息對收費交易進行驗證，提高不停車收費交易的準確性和可靠性，還可以在通過收費檢測區域后稽查車輛或交易的異常。

本申請附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請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申請的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本申請一實施例提出的雙向車道自由流電子收費方法的流程示意圖；

圖2是本申請一實施例的雙向車道自由流電子收費系統的結構示意圖；

圖3是本申請一實施例的單個車道布局側視圖和俯視圖；

圖4是本申請一實施例的多車道布局俯視圖；

圖5是本申請一實施例的路側天線的檢測區域側視圖；

圖6是本申請實施例的路側天線的兩種構成形式的示意圖；

圖7(a)和圖7(b)是本申請實施例的兩種形式的視頻檢測攝像機的檢測區域側視圖；

圖8是本申請實施例的視頻檢測攝像機的幾種構成形式的示意圖；

圖9是本申請一實施例的雙向車道自由流電子收費系統的工作流程示意圖。

具體實施方式

本申請實施例提供一種雙向車道自由流電子收費方法和系統。

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請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申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

本申請的方案適用于雙向車道不停車收費，尤其適用于潮汐道路的收費，更加方便雙向來車的收費。

圖1是本申請一實施例提出的雙向車道自由流電子收費方法的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括：

步驟101，雙向檢測車載終端的返回信號，與檢測到的車載終端進行通信；

步驟102，根據所述車載終端的返回信號和預設的收費策略對所述車載終端收費。

具體地，可通過在收費道路截面上方設置雙向收費裝置來實現上述步驟，雙向天線檢測道路上的車載終端的信號，與車載終端進行通信，從而能夠對潮汐道路和其他特殊道路的雙向來車收費，還能對同一收費斷面的多條道路進行不停車收費，提高收費的可靠性和便捷性。其中，車載終端的返回信號可以有多種，對應的檢測方式和通信方式也可以有多種，在后續的實施例中會舉例說明。

根據本申請的一個實施例，該方法具體包括：雙向檢測車載終端的返回信號，與檢測到的車載終端進行通信，并采集車輛的雙向通過信息，其中，雙向通過信息包括雙向通過圖像和識別出的前后號牌；根據所述車載終端的返回信號和預設的收費策略對所述車載終端收費；根據所述雙向通過信息和收費記錄對所述車輛進行驗證和稽查。在雙向檢測車載終端的返回信號的同時，還可以通過安裝雙向的攝錄裝置采集雙方向的車輛圖像，并根據采集到的雙向圖像識別車輛的前后號牌。在車輛通過時或通過后都可以根據攝錄到的圖像和識別到的前后號牌對車輛以及該次收費進行驗證和稽查，提高收費的可靠性和便捷性。

根據本申請的一個實施例，在所述雙向檢測車載終端的返回信號之后，如果檢測到車輛安裝有車載終端，則與所述車載終端進行通信；如果未檢測到車載終端的返回信號，則記錄所述車輛的雙向通過圖像和時間信息。

根據本申請的一個實施例，所述根據所述雙向通過信息和收費記錄對所述車輛進行驗證和稽查，具體包括：判斷所述前后號牌是否一致，以及，所述前后號牌與所述車載終端對應的車牌信息是否一致；若不一致，則記錄所述車輛的異常信息。這樣可以排查出車輛前后號牌不一致的情況，例如車輛套牌，或者盜用其他車輛的車載終端賬戶等。

根據本申請的一個實施例，在所述雙向檢測車載終端的返回信號之后，所述方法還包括：獲取所述車載終端在各時刻的位置；所述根據所述雙向通過信息和收費記錄對所述車輛進行驗證和稽查，還包括：根據所述雙向通過圖像確定所述車輛在各時刻的位置；將所述車載終端的位置與所述車輛的位置進行時間同步匹配；根據匹配結果稽查該次收費的異常。可根據無線信號對車載終端進行定位，通過同步信號確定各時刻車載終端的位置和車輛的位置，從而確認收費連接到的車載終端是否為攝錄到的通過車輛中的車載終端。具體的匹配方法將在后續的具體實施例中舉例說明。

根據本申請的一個實施例，當收費通道為多車道時，所述根據所述車載終端的返回信號和預設的收費策略對所述車載終端收費，進一步包括：比較不同車道接收到的同一車載終端的返回信號的強度；選擇車載終端返回信號最強的車道對所述車載終端收費。

根據本申請的一個實施例，所述雙向通過信息還包括車輛通過的全景圖像、車牌照片、車牌識別結果、行駛方向和所在車道。根據全景圖像、行駛方向和所在車道等可以判斷車輛的行駛軌跡，稽查所述車輛的異常通過行為，例如逆行、倒車等。

本申請的實施例通過雙向檢測向收費道路斷面靠近的車載終端的返回信號，與安裝在車輛上的車載終端自動交易，并根據采集到的雙向通過信息對收費交易進行驗證，提高不停車收費交易的準確性和可靠性，還可以在通過收費檢測區域后稽查車輛或交易的異常。

基于同一發明構思，本申請實施例還提供了一種雙向車道自由流電子收費系統，可以用于實現上述實施例所描述的方法，如下面的實施例所述。由于雙向車道自由流電子收費系統解決問題的原理與雙向車道自由流電子收費方法相似，因此雙向車道自由流電子收費系統的實施可以參見雙向車道自由流電子收費方法的實施，重復之處不再贅述。以下所使用的，術語“單元”或者“模塊”可以實現預定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實施例所描述的系統較佳地以軟件來實現，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實現也是可能并被構想的。

本申請一實施例的對雙向車道自由流的收費驗證系統包括：雙向收費模塊110，用于雙向獲取車載終端返回的信號，與檢測到的車載終端通信，并根據所述車載終端的返回信號和預設的收費策略對所述車載終端收費。

根據本申請的一個實施例，所述車載終端包括工作于5.8GHz頻段的DSRC(Dedicated Short Range Communications，專用短程通信)車載電子標簽或者工作于900MHz頻段的RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)電子標簽；所述系統還包括無線通信模塊，用于與所述車載終端進行無線通信。

圖2是本申請一實施例的對雙向車道自由流的收費驗證系統的結構示意圖。本實施例的系統可以為實現相應功能的邏輯部件構成，也可以為運行有相應功能軟件的電子設備。如圖2所示，根據本申請的一個實施例，所述系統還包括：視頻檢測模塊120，用于實時檢測車輛的雙向通過信息，其中，雙向通過信息包括雙向通過圖像和識別出的前后號牌；控制模塊130，與所述視頻檢測模塊120和雙向收費模塊110分別通信相連，用于根據所述雙向通過信息和收費記錄對所述車輛進行驗證和稽查。

在具體實施中，該系統可以分為路側設備100和車道控制計算機200兩部分，路側設備100中設置雙向收費模塊110、視頻檢測模塊120和控制模塊130。雙向收費模塊110完成交易后，將車載終端的信息和交易詳情信息整理后發送至車道控制計算機200進行記錄保存，以上傳至后臺中心管理系統并便于后期查詢。

根據本申請的一個實施例，路側設備還包括與所述控制模塊通信相連的無線定位模塊140，用于檢測車載終端的信號，并根據所述信號對所述車載終端進行定位；所述控制模塊130還用于判斷所述前后號牌是否一致，以及，所述前后號牌與所述車載終端對應的車牌信息是否一致，若不一致，則記錄所述車輛的異常信息。其中，無線定位模塊與雙向收費模塊、視頻檢測模塊均為雙向設置的。

根據本申請的一個實施例，所述車輛的雙向通過信息還包括車輛通過的全景圖像、車牌照片、車牌識別結果、行駛方向和所在車道，所述視頻檢測模塊包括檢測正下方區域的全景攝錄儀，用于獲取車輛通過收費區域的全景圖像，進而獲得車輛通過收費區域的全部軌跡。

本裝置通過檢測收費道路斷面行駛的車輛的雙向通過信息，與安裝在車輛上的車載終端自動交易，并根據采集到的雙向通過信息對收費交易進行驗證，提高不停車收費交易的準確性和可靠性，還可以在通過收費檢測區域時或通過后稽查車輛或交易的異常。

在一個具體的實施例中，該系統可以包括路側設備和車道控制計算機；

所述路側設備包括：

無線定位模塊，用于雙向檢測車載終端的信號并對其進行定位；

收費交易模塊，用于雙向接收信號，與車載終端通信，完成收費交易；

視頻檢測模塊，用于雙向檢測車輛位置信息，跟蹤車輛行駛軌跡，并識別車輛前后號牌；

控制模塊，用于將無線定位模塊定位的車載終端位置信息與視頻檢測模塊檢測到的車輛位置信息進行實時位置匹配，同時進行相應的流程控制。

所述車道控制計算機，用于接收路側設備的信息并進行相應的處理和記錄。

其中，路側設備可以安裝在收費區域車道上方的門架上，車道控制計算機可以安裝在路側也可以安裝在門架上。

所述視頻檢測模塊，可采用一機三目(即三個攝像頭)的方式，即一個檢測正下方區域的全景攝像機和兩個側裝攝像機，實現門架正下方和道路兩側方向行駛車輛在收費區域的軌跡跟蹤、精確位置計算和車牌抓拍識別。

所述視頻檢測模塊，進一步可采用兩臺高速高清攝影像機抓拍道路兩個方向行駛車輛圖像，并識別車輛號牌。

所述視頻檢測模塊，其攝像機可以是分離式安裝，也可以做成一體化設備，檢測門架兩側兩個方向的車輛信息。

所述無線定位模塊和收費交易模塊，其天線輻射器可以是分離式安裝，也可以做成一體化設備，檢測門架兩側兩個方向的車載終端信號。

所述控制模塊，進一步將無線定位模塊提供的車載終端位置信息與視頻檢測模塊檢測的車輛位置信息進行實時位置匹配：

如果在一個或者多個時刻，無線定位模塊檢測到的車載終端位置位于視頻檢測模塊檢測到的車輛輪廓內，且車載終端交易正常車載終端，則認為車輛收費準確完成；

如果在一個或者多個時刻，無線定位模塊檢測到的車載終端位置位于視頻檢測模塊檢測到的車輛輪廓內，但該車載終端未能完成交易，則認為車輛未能正確安裝車載終端，或者交易未正確完成；

如果在一個或者多個時刻，視頻檢測模塊檢測到有車輛通過收費檢測區域，但無線定位模塊未檢測到車載終端，則認為車輛未安裝車載終端，或者該車輛安裝的車載終端通信故障。

所述控制模塊還能通過比對檢測到的信息判斷車輛行駛方向，控制模塊將無線定位模塊獲取的車輛行駛方向與全景攝像識別的車輛行駛方向進行比對，判斷是否為同一車輛。

對于正常行駛的車輛，正向(面向車輛駛來方向)的視頻檢測模塊先檢測到車輛駛入檢測區域，背向(面向車輛駛離方向)視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域；對于逆行和倒車的車輛，背向視頻檢測模塊先檢測到車輛進入檢測區域，正向視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域。

對于正常行駛且正常安裝車載電子標簽的車輛，在正向視頻檢測模塊檢測到車輛駛入時，無線定位模塊也檢測到電子標簽的信號并對其定位，交易模塊與電子標簽進行交易通信。當車輛駛過門架下方時，由于定向天線的原因，前擋風玻璃上的電子標簽不再與背向的無線定位模塊通信，背向視頻檢測模塊檢測到車輛駛離時，無線定位模塊和收費交易模塊檢測不到車載電子標簽的信息。

對于逆行的車輛，背向視頻檢測模塊和無線定位模塊首先檢測到車輛信息和電子標簽位置信息，當車輛駛離門架時，正向視頻檢測模塊檢測車輛后車牌，正向無線定位模塊收不到車載電子標簽的信息。

對于倒車的車輛，背向視頻檢測模塊先檢測到車輛位置信息和后車牌，當車輛駛離門架時，正向視頻檢測模塊檢測車輛前車牌，正向無線定位模塊收到車載電子標簽的信息，進行定位和交易。

對于安裝車載電子標簽的車輛，控制模塊根據正向和背向的視頻檢測模塊、收費交易模塊和無線定位模塊的檢測結果輸出時序，判斷車輛是正常行駛，逆行還是倒車。

在一個具體實施例中，視頻檢測模塊進一步采用三目一體式攝錄裝置，即一個朝正下方的全景攝像機和兩個背靠背的攝像機，實時檢測車輛的行駛方向以及車輛在車道內的精確位置，提供給控制模塊。

一個實施例中，視頻檢測模塊進一步采用兩個背靠背的攝像機，實時檢測車輛的行駛方向以及車輛在車道內的精確位置，提供給控制模塊。

一個實施例中，所述控制模塊進一步用于在進行信息比對和驗證處理時，對交易信息中的車牌號碼信息與視頻檢測模塊識別的車輛號牌進行驗證，若交易信息中的車牌號碼信息與視頻識別的車輛號牌一致，則確認車輛正確安裝車載終端；否則，若交易信息中的車牌號碼信息與識別的車輛號牌不一致，則判斷車輛未能正確安裝車載終端，或者車牌識別出錯。

一個實施例中，路側設備的天線中沒有無線定位模塊，視頻檢測模塊也不對車輛進行行駛軌跡跟蹤，只檢測其前后車牌，控制模塊通過比對視頻檢測模塊提供的車輛過站圖片、識別出的車牌和交易模塊提供的交易信息中的車牌比對來判斷車輛是否正常完成收費并保留了過站圖像。

對于識別出的車牌信息，控制模塊查詢識別時間前后10秒內的交易記錄，如果有交易記錄中的車牌信息與識別出的車牌相同且交易成功，則認為車輛收費正常；如果有交易記錄中的車牌信息與識別出的車牌相同但交易未完成，則作為需要補繳的記錄，提供給車道控制計算機；如果沒有相應車牌的交易記錄，則將車牌信息和抓拍的照片作為需要稽查的信息發送給車道控制計算機。

對于正常行駛的車輛，正向(面向車輛駛來方向)的視頻檢測模塊先檢測到車輛駛入檢測區域，背向(面向車輛駛離方向)視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域；對于逆行和倒車的車輛，背向視頻檢測模塊先檢測到車輛進入檢測區域，正向視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域。

對于正常行駛且正常安裝車載電子標簽的車輛，正向交易模塊與電子標簽進行交易通信。對于逆行的車輛，背向交易模塊與電子標簽進行交易通信。對于倒車的車輛，正向交易模塊與電子標簽進行交易通信。

對于安裝車載電子標簽的車輛，控制模塊根據正向和背向的視頻檢測模塊的車牌抓拍時間，以及交易模塊的位置，判斷車輛是正常行駛，逆行還是倒車。

對于擁堵場景，天線交易模塊在與某一輛車的車載電子標簽交易結束后，設定時間內再收到該車輛的返回信息時，不與其發生收費交易。

下面對具體的實施例舉例對本申請的方案進行示例性說明。

首先介紹本發明的應用場景，圖3為單車道收費門架設備布局的側視圖和俯視圖。如圖3所示，視頻檢測模塊(攝像機)與路側天線RSU架設在車道上方龍門架正中的位置，高度為6米到7米。車道寬度為3.75米，圖3所示的天線通信區域橫向寬度為4米到5米左右，縱向長度11米。視頻檢測模塊視場范圍橫向寬度覆蓋整個路面，單向的縱向檢測范圍為1米到15米。車牌圖像抓拍識別區域為5米到8米左右。視頻檢測模塊由兩個反方向的攝像機組成，路側天線由兩個相反的輻射器組成，兩個方向的檢測區域是對稱的。車輛無論從道路的哪個方向駛過收費設備所在門架，門架上面向車輛的設備就開始工作，當車輛駛離檢測區域的時候，攝像機還能抓拍后車牌。

當收費路段有多條車道時，設備的布局和工作區域的側視圖和俯視圖如圖4所示。圖4為標準的3+1車道，每條車道上方正中安裝抓拍和交易設備。設備的工作區域與圖3中相同，主要差異在于：攝像機和路側天線的橫向檢測區域為5米，大于單個車道寬度，相鄰兩條車道的天線和攝像機的橫向檢測區域有重疊區，當車輛在檢測區域內騎線行駛或者并道行駛時，天線和攝像機可以針對車輛位置進行檢測設備的切換，記錄車輛的完整行駛路線。

本實施例中的路側設備的無線定位模塊，可采用多波束天線或者相控陣天線定位原理，天線輻射器根據接收到車載終端返回的無線信號計算車載終端所在的位置。收費交易模塊在收到車載終端的相關信息后，與車道計算機通信獲取繳費信息并下發給車載終端并完成收費交易。無線定位模塊和收費交易模塊可以是分離式也可以集成為一體式安裝在天線輻射器前端。本發明的路側設備每條車道配置一對背靠背的天線輻射器，分別檢測道路上兩個方向的行駛車輛，如圖5所示的設備安裝和檢測區域側視圖。同一車道的兩個背靠背的輻射器可以設計為分離式，如圖6中(a)所示，也可以設計為一體式，以便于安裝校準，如圖6中(b)所示。

本實施例中的視頻檢測攝像機的檢測區域側視圖如圖7(a)和圖7(b)所示。

視頻檢測模塊可以是兩個背靠背安裝的攝像機，攝像機鏡頭分別檢測兩個相反方向的路面車輛，如圖7(a)和圖8中(a)所示；也可以在中間加入一個向下俯視的全景廣角攝像機，三個攝像機可以對駛過車輛的完整行駛軌跡進行跟蹤和記錄并識別其前后車牌，如圖7(b)和圖8中(b)所示。視頻檢測模塊的攝像機可以是分離的單機，也可以集成設計為一體化的形式，便于安裝，一體化的雙目攝像機和三目攝像機的構成示例分別如圖8中(c)和(d)所示。

本實施例主要包括以下幾方面的優點：

(1)檢測區域兩個行車方向均安裝檢測設備，系統對檢測設備檢測到的車輛和車載終端信息進行整合匹配，可獲取車輛在檢測區域的完整行駛軌跡，與單向檢測系統相比，一方面可以檢測倒車和逆行的車輛信息，另一方面，可以實現車輛前后車牌的抓拍識別，提高車牌識別的準確性，并能識別前后車牌不一致的車輛。

(2)視頻檢測模塊的檢測原理是采用高幀率高清攝像機，對監測區域內的車輛進行實時位置跟蹤，計算車輛行駛軌跡，并自動識別車牌信息。其中，雙目背靠背式的攝像機方案，車輛在經過攝像機安裝的門架下方時，會有一定的檢測盲區，考慮到車輛行駛的慣性，可以通過位置匹配計算將車輛在門架前后的行駛軌跡進行擬合。三目攝像機，即兩個背靠背鏡頭加一個正下方安裝的全景鏡頭，可以對檢測區域的車輛行駛路線完整的跟蹤識別。這兩種方案都可以識別前后車牌的信息。

(3)將視頻檢測模塊檢測到的車輛位置信息和無線定位模塊檢測到的車載終端位置進行實時匹配，以保證車輛識別和收費交易的可靠性和稽查能力。車輛在檢測區域正常行駛、變道行駛、騎線行駛、倒車、逆行時，路側設備均能夠對車輛和車載設備進行檢測識別。

下面對本發明一個實施例的對雙向車道自由流的收費驗證系統的工作流程進行說明：

當沒有車輛駛入時，視頻檢測模塊和收費交易模塊處于工作狀態，收費交易模塊下發周期性的喚醒信號信號，等待車輛進入。車輛進入檢測區域后，路側設備檢測車輛位置和車載終端位置并進行匹配，同時進行收費交易，抓拍車輛過站圖片并識別車牌信息。如圖9所示，具體工作步驟如下：

步驟901、車載終端定位與電子收費交易。

如果進入通信區域的車輛上沒有安裝車載終端，則天線接收不到返回信息；

如果進入通信區域的車輛上安裝有車載終端，則車載終端被喚醒，返回上行信號。路側設備的無線定位模塊根據收到的上行信號對車載終端進行定位，路側設備的收費交易模塊與車載終端進行電子收費交易，交易結果、車輛信息和車載終端位置信息發給路側設備的控制模塊。

步驟902、視頻檢測與車輛定位。

當車輛進入視頻檢測模塊的視場(檢測區域)時，視頻檢測模塊采集過站車輛的視頻和圖像信息，通過幀間差分法和/或輪廓檢測算法快速識別車輛位置，并實時跟蹤車輛位置，計算其通行速度，當車輛位于抓拍識別區域時，啟動圖像抓拍，抓拍的車輛圖像再進行進一步的車牌檢測和識別。視頻檢測模塊將車輛位置信息以10毫秒的間隔提供給路側設備的控制模塊進行處理。

步驟903、車輛位置實時匹配。

實時位置匹配的同步信號由控制模塊發送給視頻檢測模塊和無線定位模塊。視頻檢測模塊以100Hz(10毫秒間隔)的頻率將檢測到的車輛位置信息發給控制模塊，無線定位模塊將車載終端的位置以200Hz(5毫秒間隔)的頻率發給控制模塊。路側設備的控制模塊將接收到的車輛位置信息和車載終端位置信息進行比對和匹配。匹配時刻以視頻檢測模塊和無線定位模塊工作頻率較慢的為節點。匹配判斷準則如下：

在所匹配的時間點上，如果無線定位模塊提供的車載終端位置位于視頻檢測模塊檢測出的車輛輪廓內，且車載終端為交易正常車載終端，則確認車輛正確安裝車載終端；

如果無線定位模塊提供的車載終端位置位于視頻檢測模塊檢測出的車輛輪廓內，但車載終端為交易異常車載終端，則確認車輛未能正確安裝車載終端，或者交易出現故障；

如果視頻檢測模塊檢測到有車輛進入收費站通信區域，但無線定位模塊未檢測到車載終端，則認為車輛未安裝車載終端，或者該車輛安裝的車載終端通信故障。

視頻檢測模塊和無線定位模塊根據車輛的位置和行駛方向等數據，自動判斷車輛正常行駛，逆向行駛還是倒車。

步驟904、后臺數據處理。

路側設備的控制模塊將步驟903中的定位匹配結果傳給車道控制計算機，進行后續處理。

車道控制計算機根據控制模塊提供的信息，判斷本次交易是否正常完成，并記錄交易信息、車輛圖片、車牌識別結果。對于交易異常車輛、未能正確安裝車載終端的車輛、未安裝車載終端的車輛等情況，車道控制計算機將異常交易記錄上傳至后臺，由稽查系統進行相應處理。

下面列舉本發明實施例的對雙向車道自由流的收費驗證系統在不同應用場景的具體實施，以說明本發明的應用場景和具體工作細節。

實施例1：ETC終端位置匹配的多車道自由流電子收費系統

(1)系統配置：本實施例中，收費檢測區域為標準的3+1車道，如圖4所示，每條車道的正中安裝一套雙向輻射器，包含無線定位模塊和收費交易模塊，以及1套雙向視頻檢測模塊。每個雙向收費斷面配置一臺控制模塊，控制模塊為天線輻射器和視頻檢測模塊提供同步信號并收集檢測信息。車道兩個方向的無線定位模塊和收費交易模塊集成為一體式，如圖6中(b)所示。視頻檢測模塊為三目一體式，如圖8中(d)所示。車載終端為符合我國現有ETC技術標準的車載電子標簽(OBU，On board Unit)，工作頻段為5.8GHz，電子標簽為電池供電或者車載供電式，安裝在車輛前擋風玻璃內側，電子標簽中寫入所安裝車輛的車牌信息，以及設備有效期等信息。路側設備的天線為工作于5.8GHz的ETC天線，路側天線與車載電子標簽交易時，可讀取車載電子標簽中寫入的車牌信息。交易方式可以是前端收費，即路側設備直接讀取車載電子標簽中的IC卡信息并從卡中扣除收費金額；也可以是后臺收費，即路側設備記錄車載電子標簽信息，通過后臺綁定該電子標簽的銀行賬戶扣款。

(2)通信接口：無線定位模塊、收費交易模塊和視頻檢測模塊的數據提供給控制模塊，控制模塊將采集的車道數據發給車道計算機，控制模塊與其他模塊之間通過高速串行數據接口(如RS485串行接口等)或者高速網絡接口通信，數據傳輸延遲不大于2ms，以保證匹配的實時性。

(3)工作原理：無線定位模塊和收費交易模塊集成在背靠背的雙向輻射器中，由于ETC電子標簽和路側天線均為定向天線，因此門架上只有面向車輛的輻射器能檢測到DSRC信號。如果車輛駛過門架，則背向的天線將收不到駛離車輛的車載電子標簽信息。典型的ETC交易時間約為200ms～270ms。一次ETC交易會有5～8次DSRC信號，每條數據幀的時長為不大于2ms。路側設備的無線定位模塊根據每次收到的上行DSRC信號計算車載電子標簽的位置。因此，當車輛通過收費區域時，無線定位模塊可提供5～8次車載終端的位置信息，每次計算位置的處理時間在5ms以內。無線定位模塊根據控制模塊提供的同步信號，每5ms向控制模塊提供一組車載電子標簽的位置信息，每組位置信息包含0-5個電子標簽的位置，即路側設備的無線定位模塊一次可最多5個車輛的車載電子標簽的返回信息。該位置信息包括但不限于：同步信號序號、電子標簽序列號、對應的位置信息。路側設備的交易模塊與一輛車的車載電子標簽交易結束后，將交易信息發送給控制模塊，交易信息包括但不限于：交易時間、電子標簽序列號、交易金額、電子標簽中寫入的車牌信息。

如果車輛騎線行駛，相鄰兩個車道的路側天線都收到車載電子標簽的上行信號，則由控制模塊根據不同車道的輻射器檢測到的車載電子標簽的信號強度，自動選擇一條車道天線與該電子標簽進行交易。此時，如果相鄰兩條車道的無線定位模塊同時檢測到該電子標簽，則由控制模塊對其位置信息和電子標簽序列號進行比對，去掉重復的位置信息。如果車輛并線，則控制模塊根據相鄰兩條車道天線檢測到的車載電子標簽的位置信息和信號強度信息，分別控制信號較強的天線與電子標簽進行通信交易，實現天線與車輛所在車道的自動切換。

視頻檢測模塊為三目攝像機，兩側的攝像機分別檢測兩側車輛的位置信息，并在合適的位置抓拍識別車牌信息。中間的攝像機檢測門架正下方附近的車輛，與兩側攝像機檢測到的車輛位置進行無縫對接，從而對駛過檢測區域的車輛進行雙向檢測跟蹤。兩側的攝像機選擇合適的位置進行車牌抓拍和識別，如距離門架的垂點8米左右。當車輛進入兩側攝像機的檢測區域時，寬度約5米，縱向距離為門架垂點前1米到15米，如圖7(b)所示。三個攝像機的工作頻率均為100Hz，即10ms輸出一組車輛的位置信息，每組包含0-5輛車的位置信息，該位置信息包括但不限于：同步信號序號、車輛位置信息(如左前、右后的輪廓坐標，中心點坐標等)、車輛序號(表示該攝像機檢測到的第幾輛車，之后車輛行駛過程中再次檢測到該車輛的位置信息時車輛序號不變)。車輛的實時位置檢測采用圖像邊緣檢測技術如高頻分量提取等方法，該方法通過對灰度圖像的頻域快速傅里葉變換獲得車輛輪廓，視頻檢測模塊將車輛的左前和右后輪廓的坐標位置作為車輛的位置信息，發給控制模塊。車輛的行駛軌跡和車速可通過對圖像進行卡爾曼濾波或者幀間差分等方法實現。由于車輛位置檢測需要實時輸出信息，而車牌識別可以事后處理，因此車牌的識別和車輛位置檢測是由視頻檢測模塊不同的處理器處理的。視頻檢測模塊記錄同一車輛的位置信息和特定位置的車牌抓拍照片，識別出的車牌與該序號車輛的抓拍照片作為一條車牌識別信息，發送給控制模塊。

本發明實施例兩側的攝像機可檢測同一輛車的前后車牌。對同一輛車的識別是通過三個攝像機的位置匹配實現的，車輛從一側駛入到門架下方的兩側攝像機檢測盲區時，由中間的攝像機檢測該車輛的行駛路徑，如圖7(b)所示，由于中間的廣角攝像機的檢測區域與兩側攝像機的檢測區域有重疊，因此，在重疊區域，任一側的攝像機和全景廣角攝像機在同一時刻同一位置會檢測到同一輛車，由控制模塊將同一條車道兩個攝像機檢測到的車輛位置信息進行匹配，如果同一時刻兩個攝像機檢測到同一位置的車輛，則控制模塊將該這兩個車輛位置信息的車輛序號設為相同，這樣可將一輛車從門架前15米處到駛離門架15米處的行駛軌跡信息和車速等計算出來，無論車輛正常行駛、騎線、倒車、并線還是逆行，均可識別車輛的位置信息和前后車牌信息。

從上述設備工作原理可知，本發明的主要檢測依據是同一時刻同一位置只可能有一輛車和安裝在車輛上的電子標簽。控制模塊向視頻檢測模塊、交易模塊和位置檢測模塊發送同步信號，接收各檢測模塊的信息并進行匹配和比對。

(4)系統工作流程

當沒有車輛駛入時，視頻檢測模塊和收費交易模塊處于工作狀態，收費交易模塊下發周期性的喚醒信號(信標服務表，Beacon Service Table，簡稱BST)信號。車輛進入檢測區域后，路側設備開始檢測車輛位置并與車載電子標簽進行交易。步驟如下：

步驟1、車載終端定位與電子收費交易

如果進入通信區域的車輛上沒有安裝車載電子標簽，則天線接收不到返回信息；

如果進入通信區域的車輛上安裝有車載電子標簽，則車載電子標簽被喚醒，返回上行信號。無線定位模塊根據收到的上行信號對車載電子標簽進行定位，路側設備的收費交易模塊與車載電子標簽進行電子收費交易，收費交易模塊將交易信息，無線定位模塊將車載電子標簽位置信息發給路側設備的控制模塊。其中定位信息以5ms的間隔發送，交易信息一般在交易結束或者終止時發送給控制模塊。

步驟2、視頻檢測與車輛定位

當車輛進入視頻檢測模塊的檢測區域時，視頻檢測模塊采集過站車輛的視頻和圖像信息，通過輪廓檢測算法快速識別車輛位置，并實時跟蹤車輛位置，計算其通行速度，當車輛位于抓拍識別區域時，啟動圖像抓拍，抓拍的車輛圖像再進行進一步的車牌檢測和識別。視頻檢測模塊將車輛位置信息以10ms的間隔提供給控制模塊。控制模塊根據同一輛車的軌跡信息，判斷其前后車牌信息，若前后車牌信息一致，則只保存一組車牌信息，否則一輛車的位置信息中存放兩個車牌信息(可能是套牌，也可能是車牌識別錯誤)，作為需要稽查的車輛進行后續處理。

步驟3、車輛位置實時匹配

實時位置匹配的同步信號由控制模塊發送給視頻檢測模塊和無線定位模塊。匹配頻率為10ms，匹配判斷準則如下：

如果至少在1個匹配時間點，無線定位模塊提供的車載電子標簽位置位于視頻檢測模塊檢測出的車輛輪廓內，即車載電子標簽的坐標(x1,y1)在車輛輪廓坐標(xn,yn,xm,ym)內(xn≤x1≤xm,yn≤y1≤xm)，且車載電子標簽交易正常，則確認車輛正確安裝車載電子標簽；

如果至少在1個匹配時間點，無線定位模塊提供的車載電子標簽位置位于視頻檢測模塊檢測出的車輛輪廓內，但車載電子標簽交易異常，則確認車輛未能正確安裝車載電子標簽，或者交易出現故障；

控制模塊在位置匹配成功后，還可以對交易信息中的車牌號碼信息與視頻檢測模塊識別的車輛號碼進行驗證，若交易信息中的車牌號碼信息與視頻識別的車輛號牌一致，則確認車輛正確安裝車載終端；否則，若交易信息中的車牌號碼信息與識別的車輛號牌不一致，則判斷車輛未能正確安裝車載終端，或者車牌識別出錯。

如果視頻檢測模塊檢測到有車輛進入收費站通信區域，但無線定位模塊未檢測到車載電子標簽，則認為車輛未安裝車載電子標簽，或者該車輛安裝的車載電子標簽通信故障。

對于正常行駛的車輛，正向(面向車輛駛來方向)的視頻檢測模塊先檢測到車輛駛入檢測區域，背向(面向車輛駛離方向)視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域；對于逆行和倒車的車輛，背向視頻檢測模塊先檢測到車輛進入檢測區域，正向視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域。

對于正常行駛且正常安裝車載電子標簽的車輛，在正向視頻檢測模塊檢測到車輛駛入時，無線定位模塊也檢測到電子標簽的信號并對其定位，交易模塊與電子標簽進行交易通信。當車輛駛離門架時，由于定向天線的原因，前擋風玻璃上的電子標簽不再與背向的無線定位模塊通信，背向視頻檢測模塊檢測到車輛駛離時，無線定位模塊和收費交易模塊檢測不到車載電子標簽的信息。

對于逆行的車輛，背向視頻檢測模塊和無線定位模塊首先檢測到車輛信息和電子標簽位置信息，當車輛駛離門架時，正向視頻檢測模塊檢測車輛后車牌，正向無線定位模塊收不到車載電子標簽的信息。

對于倒車的車輛，背向視頻檢測模塊先檢測到車輛位置信息和后車牌，當車輛駛離門架時，正向視頻檢測模塊檢測車輛前車牌，正向無線定位模塊收到車載電子標簽的信息，進行定位和交易。

對于安裝車載電子標簽的車輛，控制模塊根據正向和背向的視頻檢測模塊、收費交易模塊和無線定位模塊的檢測結果輸出時序，判斷車輛是正常行駛，逆行還是倒車。

對于擁堵場景，路側設備的交易模塊在與某一輛車的車載電子標簽交易結束后，在設定時間(如5分鐘)之內再收到該車輛的返回信息時，不與其發生收費交易。對于嚴重擁堵的場景，無線定位模塊和視頻檢測模塊檢測到車載電子標簽和車輛的速度低于設定值(如5公里/小時)時，即使超過設定時間，交易模塊也不與已經交易過的車載電子標簽重復交易。

步驟4、數據處理

控制模塊將步驟3中的定位匹配結果發送給車道控制計算機，進行后續處理。

車道控制計算機根據控制模塊提供的信息，判斷本次交易是否正常完成，并記錄交易信息、車輛圖片、車牌識別結果。對于交易異常車輛、未能正確安裝車載終端的車輛、未安裝車載終端的車輛等情況，車道控制計算機將異常交易記錄上傳至后臺，由稽查系統進行相應處理。

實施例2：汽車電子標識位置匹配的多車道自由流電子收費系統

(1)系統配置：本實施例中，收費檢測區域為標準的3+1車道，如圖4所示，每條車道的正中安裝一套雙向輻射器，包含無線定位模塊和收費交易模塊，以及1套雙向視頻檢測模塊。每個雙向收費斷面配置一臺控制模塊，控制模塊為天線輻射器和視頻檢測模塊提供同步信號并收集檢測信息。車道兩個方向的無線定位模塊和收費交易模塊為分體式，如圖6中(a)所示。視頻檢測模塊為兩鏡頭分離式，如圖8中(a)所示。車載終端為符合我國RFID技術的國家標準GB/T 29768-2013《信息技術射頻識別800-900MHz空中接口協議》的無源電子標簽，工作頻段為800/900MHz，電子標簽中寫入所安裝車輛的車牌信息，以及設備有效期等信息。路側設備的天線為工作于800/900MHz頻段的讀寫器天線，可讀取車載電子標簽中寫入的車牌信息。收費模式為后臺收費，即路側讀寫器記錄電子標簽信息，通過后臺綁定該電子標簽的銀行賬戶扣款。

(2)通信接口：無線定位模塊、收費交易模塊和視頻檢測模塊的數據提供給控制模塊，控制模塊將車道采集數據發給車道計算機，控制模塊與其他模塊之間通過高速串行數據接口(如RS485串行接口等)或者高速網絡接口通信，數據傳輸延遲不大于2ms，以保證匹配的實時性。

(3)工作原理

無線定位模塊和收費交易模塊集成在背靠背的雙向輻射器中，由于電子標簽安裝在車輛前擋風玻璃內側，路側讀寫器為定向天線，因此門架上的讀寫器只能檢測面向車輛的返回信號。如果車輛駛過門架，則背向的天線將收不到駛離車輛的電子標簽信息。當車輛通過檢測區域時，路側讀寫器的無線定位模塊根據每次收到的上行RFID信號計算電子標簽的位置。無線定位模塊根據控制模塊提供的同步信號，每20ms向控制模塊提供一組電子標簽的位置信息，每組位置信息包含0-5個電子標簽的位置，即路側設備的無線定位模塊一次可最多5個車輛的電子標簽的返回信息。該位置信息包括但不限于：同步信號序號、電子標簽序列號、對應的位置信息。路側設備的交易模塊與一輛車的車載電子標簽交易結束后，將交易信息發送給控制模塊，交易信息包括但不限于：交易時間、電子標簽序列號、電子標簽中寫入的車牌信息。

如果車輛騎線行駛，相鄰兩個車道的路側讀寫器都收到電子標簽的上行信號，則由控制模塊根據不同車道的讀寫器檢測到的車載電子標簽的信號強度，自動選擇一條車道天線與該電子標簽進行交易。此時，如果相鄰兩條車道的無線定位模塊同時檢測到該電子標簽，則由控制模塊對其位置信息和電子標簽序列號進行比對，去掉重復的位置信息。如果車輛并線，則控制模塊根據相鄰兩條車道天線檢測到的車載電子標簽的位置信息和信號強度信息，控制信號較強的天線與電子標簽進行通信交易，實現讀寫器與車輛所在車道的自動切換。

視頻檢測模塊為兩個背靠背的分離式攝像機，分別檢測門架兩側車輛的位置信息，并在合適的位置抓拍識別車牌信息。兩側的攝像機選擇合適的位置進行車牌抓拍和識別，如距離門架的垂點8米左右。當車輛進入兩側攝像機的檢測區域時，寬度約5米，縱向距離為門架垂點前1米到15米，如圖7(a)所示。攝像機的工作頻率均為100Hz，即10ms輸出一組車輛的位置信息，每組包含0-5輛車的位置信息，該位置信息包括但不限于：同步信號序號、車輛位置信息(如左前、右后的輪廓坐標，中心點坐標等)、車輛序號(表示該攝像機檢測到的第幾輛車，之后車輛行駛過程中再次檢測到該車輛的位置信息時車輛序號不變)。車輛的實時位置檢測原理與實施例1相同。

本發明實施例兩側的攝像機可檢測同一輛車的前后車牌。對同一輛車的識別是通過兩個攝像機的位置匹配實現的，車輛從一側駛入到門架下方的兩側攝像機檢測盲區時，前車牌識別攝像機計算獲得的車輛位置和速度，估算車輛駛過門架下方時的位置和出現在后車牌抓拍攝像機檢測區域的時間，一般車輛長度超過4米，因此一般情況下對車輛位置的估算是可行的。由控制模塊將同一條車道兩個攝像機檢測到的車輛位置信息進行匹配，并將匹配的車輛序號設為相同，這樣可將一輛車從門架前15米處到駛離門架15米處的行駛軌跡信息和車速等計算出來，無論車輛正常行駛、騎線、倒車、并線還是逆行，均可識別車輛的位置信息和前后車牌信息。

從上述設備工作原理可知，本實施例的主要檢測依據是同一時刻同一位置只可能有一輛車和安裝在車輛上的電子標簽。控制模塊向視頻檢測模塊、交易模塊和位置檢測模塊發送同步信號，接收各檢測模塊的信息并進行匹配和比對。

(4)系統工作流程

當沒有車輛駛入時，視頻檢測模塊和收費交易模塊處于工作狀態，收費交易模塊下發周期性的讀寫信號。車輛進入檢測區域后，路側設備檢測車輛位置并與車載電子標簽進行交易。步驟如下：

步驟1、車載終端定位與電子收費交易

如果進入通信區域的車輛上沒有安裝電子標簽，則天線接收不到返回信息；

如果進入通信區域的車輛上安裝有電子標簽，則電子標簽返回上行信號。無線定位模塊根據收到的上行信號對車載電子標簽進行定位，路側設備的收費交易模塊與車載電子標簽進行電子收費交易，收費交易模塊將交易信息，無線定位模塊將車載電子標簽位置信息發給路側設備的控制模塊。其中定位信息以20ms的間隔發送，交易信息一般在交易結束或者異常終止時發送給控制模塊。

步驟2、視頻檢測與車輛定位

當車輛進入視頻檢測模塊的檢測區域時，視頻檢測模塊采集過站車輛的視頻和圖像信息，通過輪廓檢測算法快速識別車輛位置，并實時跟蹤車輛位置，計算其通行速度，當車輛位于抓拍識別區域時，啟動圖像抓拍，抓拍的車輛圖像再進行車牌檢測和識別。視頻檢測模塊將車輛位置信息以10ms的間隔提供給控制模塊。控制模塊根據同一輛車的軌跡信息，判斷其前后車牌信息，若前后車牌信息一致，則只保存一組車牌信息，否則一輛車的位置信息中存放兩個車牌信息(可能是套牌，也可能是車牌識別錯誤)，作為需要稽查的車輛進行后續處理。

步驟3、車輛位置實時匹配

實時位置匹配的同步信號由控制模塊發送給視頻檢測模塊和無線定位模塊。匹配頻率為20ms，匹配判斷準則如下：

如果至少在1個匹配時間點，無線定位模塊提供的車載電子標簽位置位于視頻檢測模塊檢測出的車輛輪廓內，即車載電子標簽的坐標(x1,y1)在車輛輪廓坐標(xn,yn,xm,ym)內(xn≤x1≤xm,yn≤y1≤xm)，且車載電子標簽交易正常，則確認車輛正確安裝車載電子標簽；

如果至少在1個匹配時間點，無線定位模塊提供的車載電子標簽位置位于視頻檢測模塊檢測出的車輛輪廓內，但車載電子標簽交易異常，則確認車輛未能正確安裝車載電子標簽，或者交易出現故障；

控制模塊在位置匹配成功后，還可以對交易信息中的車牌號碼信息與視頻檢測模塊識別的車輛號碼進行驗證，若交易信息中的車牌號碼信息與視頻識別的車輛號牌一致，則確認車輛正確安裝車載終端；否則，若交易信息中的車牌號碼信息與識別的車輛號牌不一致，則判斷車輛未能正確安裝車載終端，或者車牌識別出錯。

如果視頻檢測模塊檢測到有車輛進入收費站通信區域，但無線定位模塊未檢測到車載電子標簽，則認為車輛未安裝車載電子標簽，或者該車輛安裝的車載電子標簽通信故障。

對于正常行駛的車輛，正向(面向車輛駛來方向)的視頻檢測模塊先檢測到車輛駛入檢測區域，背向(面向車輛駛離方向)視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域；對于逆行和倒車的車輛，背向視頻檢測模塊先檢測到車輛進入檢測區域，正向視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域。

對于正常行駛且正常安裝車載電子標簽的車輛，在正向視頻檢測模塊檢測到車輛駛入時，無線定位模塊也檢測到電子標簽的信號并對其定位，交易模塊與電子標簽進行交易通信。當車輛駛離門架時，由于定向天線的原因，前擋風玻璃上的電子標簽不再與背向的無線定位模塊通信，背向視頻檢測模塊檢測到車輛駛離時，無線定位模塊和收費交易模塊檢測不到車載電子標簽的信息。

對于逆行的車輛，背向視頻檢測模塊和無線定位模塊首先檢測到車輛信息和電子標簽位置信息，當車輛駛離門架時，正向視頻檢測模塊檢測車輛后車牌，正向無線定位模塊收不到車載電子標簽的信息。

對于倒車的車輛，背向視頻檢測模塊先檢測到車輛位置信息和后車牌，當車輛駛離門架下方時，正向視頻檢測模塊檢測車輛前車牌，正向無線定位模塊收到車載電子標簽的信息，進行定位和交易。

對于安裝車載電子標簽的車輛，控制模塊根據正向和背向的視頻檢測模塊、收費交易模塊和無線定位模塊的檢測結果輸出時序，判斷車輛是正常行駛，逆行還是倒車。

對于擁堵場景，路側設備的交易模塊在與某一輛車的車載電子標簽交易結束后，設定時間(如5分鐘)之內再收到該車輛的返回信息時，不與其發生收費交易。對于嚴重擁堵的場景，無線定位模塊和視頻檢測模塊檢測到車載電子標簽和車輛的速度低于設定值(如5公里/小時)時，即使超過設定時間，交易模塊也不與已經交易過的車載電子標簽重復交易。

步驟4、后臺數據處理

控制模塊將步驟3中的定位匹配結果發送給車道控制計算機，進行后續處理。

車道控制計算機根據控制模塊提供的信息，判斷本次交易是否正常完成，并記錄交易信息、車輛圖片、車牌識別結果。對于交易異常車輛、未能正確安裝車載終端的車輛、未安裝車載終端的車輛等情況，車道控制計算機將異常交易記錄上傳至后臺，由稽查系統進行相應處理。

實施例3：基于車牌匹配的多車道自由流電子收費系統

本實施例與實施例1的主要區別是，路側設備的天線中沒有無線定位模塊，視頻檢測模塊也不對車輛進行行駛軌跡跟蹤，只檢測其前后車牌，車輛過站信息的核對通過過站圖片、識別出的車牌與交易信息中的車牌比對來實現。控制模塊的定時精度要求低于實施例1和實施例2，例如50ms。

(1)系統配置：本實施例中，收費檢測區域為標準的3+1車道，如圖4所示，每條車道的正中安裝一套雙向輻射器，包含收費交易模塊，沒有無線定位模塊，以及1套雙向視頻檢測模塊。每個雙向收費斷面配置一臺控制模塊，控制模塊為天線輻射器和視頻檢測模塊提供同步信號并收集檢測信息。車道兩個方向的收費交易模塊集成為一體式，如圖6中(b)所示。視頻檢測模塊為兩鏡頭分離式，如圖8中(a)所示。車載終端為符合我國現有ETC技術標準的車載電子標簽，工作頻段為5.8GHz，電子標簽為電池供電或者車載供電式，安裝在車輛前擋風玻璃內側，電子標簽中寫入所安裝車輛的車牌信息，以及設備有效期等信息。路側設備的天線為工作于5.8GHz的ETC天線，路側天線與車載電子標簽交易時，可讀取車載電子標簽中寫入的車牌信息。交易方式可以是前端收費，即路側設備直接讀取車載電子標簽中的IC卡信息并從卡中扣除收費金額；也可以是后臺收費，即路側設備記錄車載電子標簽信息，通過后臺綁定該電子標簽的銀行賬戶扣款。

(2)通信接口：收費交易模塊和視頻檢測模塊的數據提供給控制模塊，控制模塊將車道數據發給車道計算機，控制模塊與其他模塊之間通過高速串行數據接口(如RS485串行接口等)或者高速網絡接口通信，數據傳輸延遲不大于50ms。

(3)工作原理

收費交易模塊集成在背靠背的雙向輻射器中，由于ETC電子標簽和路側天線均為定向天線，因此門架上只有面向車輛的輻射器能檢測到DSRC信號。如果車輛駛過門架，則背向的天線將收不到駛離車輛的車載電子標簽信息。路側設備的交易模塊與一輛車的車載電子標簽交易結束后，將交易信息發送給控制模塊，交易信息包括但不限于：交易時間、電子標簽(OBU)序列號、交易金額、電子標簽中寫入的車牌信息。

如果車輛騎線行駛，相鄰兩個車道的路側天線都收到車載電子標簽的上行信號，則由控制模塊根據不同車道的輻射器檢測到的車載電子標簽的信號強度，自動選擇一條車道天線與該電子標簽進行交易。如果車輛并線，則控制模塊根據相鄰兩條車道天線檢測到的車載電子標簽的位置信息和信號強度信息，分別控制信號較強的天線與電子標簽進行通信交易，實現天線與車輛所在車道的自動切換。

本發明實施例的視頻檢測模塊為兩個背靠背的分離式攝像機，分別在合適的位置抓拍識別車牌信息。視頻檢測模塊輸出的抓拍信息包括但不限于：抓拍時間、車牌信息、車輛過站照片等。兩側的攝像機可檢測同一輛車的前后車牌。

本實施例的主要檢測依據是對識別出的車輛號牌與交易記錄中的號牌進行比對，不對車輛和車載電子標簽進行位置檢測。

(4)系統工作流程

當沒有車輛駛入時，視頻檢測模塊和收費交易模塊處于工作狀態，收費交易模塊下發周期性的喚醒信號。車輛進入檢測區域后，系統工作步驟如下：

步驟1、電子收費交易

如果進入通信區域的車輛上沒有安裝車載電子標簽，則天線接收不到返回信息；

如果進入通信區域的車輛上安裝有車載電子標簽，則車載電子標簽被喚醒，返回上行信號。收費交易模塊與車載電子標簽進行電子收費交易，收費交易模塊在交易結束或者異常終止時將交易信息發給路側設備的控制模塊。

步驟2、車牌識別

當車輛進入視頻檢測模塊的檢測區域時，視頻檢測模塊采集過站車輛的視頻和圖像信息，當車輛位于抓拍識別區域時，啟動圖像抓拍，抓拍的車輛圖像再進行進一步的車牌檢測和識別。視頻檢測模塊將車牌信息提供給控制模塊。

步驟3、車牌匹配

對于識別出的車牌信息，控制模塊查詢車牌識別時間前后10秒內的交易記錄，如果有交易記錄中的車牌信息與識別出的車牌相同且交易成功，則認為車輛收費正常；如果有交易記錄中的車牌信息與識別出的車牌相同但交易未完成，則作為需要補繳的記錄，提供給車道計算機；如果沒有相應車牌的交易記錄，則將車牌信息和抓拍的照片作為需要稽查的信息發送給車道計算機。

對于正常行駛的車輛，正向(面向車輛駛來方向)的視頻檢測模塊先檢測到車輛駛入檢測區域，背向(面向車輛駛離方向)視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域；對于逆行和倒車的車輛，背向視頻檢測模塊先檢測到車輛進入檢測區域，正向視頻檢測模塊后檢測到車輛駛離檢測區域。

對于正常行駛且正常安裝車載電子標簽的車輛，正向交易模塊與電子標簽進行交易通信。對于逆行的車輛，背向交易模塊與電子標簽進行交易通信。對于倒車的車輛，正向交易模塊與電子標簽進行交易通信。

對于安裝車載電子標簽的車輛，控制模塊根據正向和背向的視頻檢測模塊的車牌抓拍時間，以及交易模塊的位置，判斷車輛是正常行駛，逆行還是倒車。

對于擁堵場景，天線交易模塊在與某一輛車的車載電子標簽交易結束后，設定時間(如5分鐘)之內再收到該車輛的返回信息時，不與其發生收費交易。

步驟4、后臺數據處理

控制模塊將步驟3中的定位匹配結果發送給車道控制計算機，進行后續處理。

車道控制計算機根據控制模塊提供的信息，判斷本次交易是否正常完成，并記錄交易信息、車輛圖片、車牌識別結果。對于交易異常車輛、未能正確安裝車載終端的車輛、未安裝車載終端的車輛等情況，車道控制計算機將異常交易記錄上傳至后臺，由稽查系統進行相應處理。

需要說明的是，在本申請的描述中，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本申請的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現特定邏輯功能或過程的步驟的可執行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本申請的優選實施方式的范圍包括另外的實現，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執行功能，這應被本申請的實施例所屬技術領域的技術人員所理解。

應當理解，本申請的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執行系統執行的軟件或固件來實現。例如，如果用硬件來實現，和在另一實施方式中一樣，可用本領域公知的下列技術中的任一項或他們的組合來實現：具有用于對數據信號實現邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)，現場可編程門陣列(FPGA)等。

本技術領域的普通技術人員可以理解實現上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中，該程序在執行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本申請的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管上面已經示出和描述了本申請的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本申請的限制，本領域的普通技術人員在本申請的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。