高速公路ETC车道控制系统的设计与实现

论文摘要

本文描述了电子不停车收费（Electronic Toll Collection,简称ETC）车道控制系统的设计与实现及测试情况。该系统利用车辆自动识别和收费（Automatic Vehicle Identification & Toll Collection简称AVI&TC）技术,实现车辆的自动识别、自动分割、自动交易,以达到收费车道无人值守和快速通行的目的,最大程度地利用现有交通道路资源,缓解拥堵,提高交通系统的效率。该系统遵照2007年颁布的ETC国家标准,采用5.8GHz专用短程无线通信技术（Dedicated Short-Range Communication,简称DSRC）完成路侧读写单元（Roade-Side Unit,简称RSU）与车载单元（On-Board Unit,简称OBU）之间的通信。车辆通行信息存储媒介采用现有的重庆市交通信息卡。本文设计开发的系统的技术创新之处在于:首先,系统对数据通信协议进行了有效的优化,解决了重庆市交通信息卡（Mifare I卡）复杂的数据存储格式下快速交易的问题。其次,对ETC车道中自动识别倒车问题,提出了一种采用两个车检器组合判定的识别方法,并在实验中进行了有益的尝试,对以后的实际应用奠定了基础。再次,系统采用高速栏杆机和综合显示屏都后置、高速栏杆机在成功交易状态下长举的车道布局和逻辑控制流程,使车辆通过车道成功交易的速度有了大幅度提高,车辆通行速度可达50公里/小时。最后,系统提出了以二值图编码的方式实现对综合显示屏的数据传输和数据解析,该方式的实现使综合显示屏的反应时间有了大幅度的缩短,满足了ETC车道通行的时间要求。由于设计之初就有了充分的考虑,本系统也有很好的移植性,可轻松移植到Windows CE嵌入式平台上,对界面模块稍加修改也可移植到Linux平台上。经过实验室测试和重庆市高速公路二郎、江南、西永收费站ETC实验车道的实际测试,证明了该系统工作稳定,性能可靠,即将在重庆市高速公路网中得到广泛应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文的选题及研究意义
• 1.1.1 现代交通系统面临的困境及解决之道
• 1.1.2 国际上ETC 系统的研究发展状况
• 1.1.3 国内ETC 系统的研究发展状况及本文研究意义
• 1.2 本文研究内容
• 1.3 论文结构安排
• 2 ETC 技术概述
• 2.1 ETC 技术简介
• 2.2 ETC 关键技术
• 2.3 ETC 系统核心设备技术体系
• 2.3.1 国内外相关标准化组织介绍
• 2.3.2 国际主流电子收费标准体系简介
• 2.3.3 欧洲的电子收费标准情况介绍
• 2.3.4 广东省的电子收费设备相关情况介绍
• 2.3.5 国内关于电子收费的相关标准与规范
• 2.3.6 关于单片式电子收费设备与组合式电子收费设备
• 2.4 本章小结
• 3 车道控制系统的需求分析
• 3.1 重庆市高速公路收费系统目前情况
• 3.2 技术要求
• 3.2.1 性能指标
• 3.2.2 收费制式
• 3.2.3 收费方式
• 3.2.4 DSRC 技术选择
• 3.2.5 车载单元（OBU）与交通信息卡的关系
• 3.2.6 密钥系统方案
• 3.2.7 ETC 系统与计重收费的关系
• 3.2.8 交通信息卡的支付类型
• 3.2.9 ETC 车道的设置原则
• 3.2.10 ETC 车道的工作状态
• 3.2.11 票据管理
• 3.3 重庆市高速公路ETC 系统功能需求
• 3.4 ETC 车道系统硬件需求
• 3.5 本章小结
• 4 ETC 车道控制系统的总体设计
• 4.1 车道布局设计
• 4.2 车道工作状态的划分和设计
• 4.2.1 正常工作状态
• 4.2.2 人工处理状态
• 4.2.3 系统维护状态
• 4.3 主要功能模块的划分和设计
• 4.3.1 车道系统管理
• 4.3.2 用户界面
• 4.3.3 天线交易
• 4.3.4 线圈检测
• 4.3.5 线圈沿检测处理
• 4.3.6 图像抓拍与识别
• 4.3.7 费额显示控制
• 4.3.8 界面处理线程
• 4.4 车道维护
• 4.5 应用系统开发平台
• 4.6 本章小结
• 5 ETC 车道控制系统的详细设计与实现
• 5.1 车道系统管理的设计与实现
• 5.1.1 入口车道操作流程
• 5.1.2 出口车道操作流程
• 5.1.3 入/出口车道流程中的人工处理
• 5.1.4 OBU 与交通信息卡的信息交换流程
• 5.2 倒车识别
• 5.2.1 倒车问题起因及所带来问题
• 5.2.2 车道内共3 个线圈的典型运用
• 5.2.3 两线圈方法的研究与实现
• 5.3 用户界面的设计与实现
• 5.3.1 费显控件的设计
• 5.4 天线交易的设计与实现
• 5.5 图像抓拍与识别的设计与实现
• 5.6 执行效果介绍
• 5.7 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文所完成的工作
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录