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技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种基于实时数据交互的高速公路智能 OBU（OnboardUnit，即车载单元）装置。

背景技术

近年来高速公路迅猛发展，给人们出行带来了极大的便利，同时助推了地区经济 的快速发展。高速公路带来好处的同时，也带来了一系列的管理问题：（1）通行费收费计算 问题。随着路网结构的不断扩大，出现了起止点相同的两点间存在多条路径的情况，这使各 条路径各道路投资者间的通行费收费和拆分成为难题。目前通行费收费主要按照最短路径 法，即按照多条路径的距离差来确定是否参与拆分，与车辆的实际行驶路径没有关系。在路 网结构越来越复杂的情况下，这种拆分方法带来的矛盾也越来越突出。近几年一些地方高 速公路在路段上安装基于RFID的射频装置，并采用同样基于RFID技术的复合通行卡，从而 利用相互之间的通信来获取车辆行驶的大致轨迹，这在一定程度上解决了路径计算问题， 但一方面相关设备耗资不菲，系统建设和维护成本高。另一方面相应的射频卡在位置不当、 司机刻意屏蔽时容易造成信息传输丢失，同时还存在高温下老化等情况，这些都使得通信 费用的征收问题依然没有得到彻底解决。（2）违章驾驶行为。众所周知，高速公路上超速行 驶、违规停车等违法行为，是高速公路交通事故的主要原因，给自身和他人带来极大的身心 伤害和经济损失。目前常见的管理手段主要包括设置超速检测装置以及采用监控摄像头， 虽然其从一定程度上约束了司机的非法行为，但是这些手段都属于定点的检测方法，无法 保证对高速全程的实时监控，同时还容易受天气、光线强度等外界因素的影响，不能从根本 上解决司机违章行为。此外，现在也有通过高速巡查来检查相应的违法行为，但这样也需要 耗费大量的人力物力，效率较低。（3）高速道路信息的交互。很多时候，一旦高速公路上发生 车祸的事故时，如果监控摄像头无法第一时间发现，那么高速管理部门需要等到发生事故 者或者事发周围司机的报警才能进行响应，一来无法及时为发生事故者提供帮助，对事故 进行处理，导致人、财、物的损失加大；二来也无法第一时间对相应高速段进行管理（例如针 对性导流，封闭入口等），导致堵车等情况的发生。就这种情况，从司机的角度来说，无法第 一时间获知相应高速公路上的路况，不仅仅是事故，还有修路、封道等情况，从而使得出行 计划受阻。

上述这些问题都使得目前高速公路的管理亟待改变，需要采集智能化的手段来针 对各类问题提供针对性的解决方案。

在利用智能化设备进行高速公路管理方面，ETC系统（即不停车电子收费系统）是 目前一种已经得到较多应用的智能化系统，该系统能够大大提高高速路口的通行效率，在 欧美等国家与地区已经得到了广泛的使用。但在我国，ETC系统的普及率仍然较低，除了北 京、上海等大城市，普通二三线城市的ETC普及率不及5%。这主要是因为之前其缴费网络在 全国尚未联通，导致无法跨省不停车缴费。依托国家交通部门的大力推广，已于近日实现了 全国联网，这使得ETC使用最大的障碍得到接触，未来必将有越来越多的车主安装ETC系统 中的OBU装置。目前ETC普及率低还有一方面的原因在于其支付体系没有跟上时代的步伐， 用户在具体使用时，往往会遇到缴费不及时导致欠费从而无法通过ETC缴费口，充值不便利 等问题。

通过以上介绍，如果对目前ETC系统中的OBU装置进行进一步的智能化设计，使其 成为高速公路使用者与各类管理者之间的信息交互桥梁，从而解决上述高速公路管理以及 用户出行中所存在的各类问题，提高管理部门的服务水平。

发明内容

本发明提供的一种基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置。目的在于：提供一 种合理的通行费精确收取和精确拆分依据和方法，保证投资者的利益不受损害；遏制超速、 非法停车等违法行为，保证高速公路行车秩序安全、文明；当公路上发生疑似交通事故，及 时通知远端管理机构，以便第一时间对事件提供救援，并对交通状况进行管理。同时当相应 事件得到确认时，能够第一时间向后方行车进行事故报警，提醒后方司机做出相应的调整。 当高速公路上存在临时卡口、封路、修路等情况时，也可以及时提醒后方司机，以便其合理 安排行程，并帮助其将相关信息传输给其他民众，最终达到缓解交通拥挤、提高出行效率， 保证高速公路的有序和畅通。

为了解决目前高速公路管理中存在的问题，本发明的技术方案是：

一种基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置，包括数据处理模块及分别与其连接 的射频计费模块、GPS模块、GPRS模块、蓝牙和WIFI模块、加速度模块、语音通话模块、显示模 块以及用户操作模块，还包括为射频计费模块中的电源进行充电的太阳能电池模块。

优选的，所述射频计费模块，包括控制模组及分别与其连接的射频模组、IC卡读写 模组和交易模组，实现相应OBU装置在进出高速公路收费口时费用的自动结算。

优选的，所述大阳能电池模块，由太阳能电池片构成，用于对射频计费模块中的电 源进行充电。

优选的，所述数据处理模块，由超低功耗的MCU处理器、内存、数据通讯接口以及相 应外围电路组成，数据处理模块接受来自GPS模块、加速度模块以及射频计费模块、用户操 作模块的相应实时数据，将相关数据进行分析处理之后进行储存、传输至GPRS模块进行发 送、传输至显示模块进行显示。

优选的，所述GPS模块，用于采集车辆的行驶位置信息以及对应的时间信息，同时 将相应信息传输至数据处理模块。

优选的，所述GPRS模块，用于将数据处理模块中所得到的处理与分析数据，利用 GPRS网络传输至远端高速管理中心，同时也接受远端管理中心的提醒信息，建立管理者与 车辆之间的数据连接。

优选的，所述蓝牙和WIFI模块，用于与用户移动终端设备或者其他具备蓝牙和 WIFI功能的装置建立联系。

优选的，所述加速度模块，包括一个三轴加速度传感器，用于实时采集行驶车辆的 加速度信息，并将相应信息传递至数据处理模块；数据处理模块综合加速度信息与车速信 息，利用相应的碰撞算法来判断车辆是否发生事故。

优选的，所述语音通话模块，接受数据处理模块的语音命令，将高速管理部门的提 醒内容进行播放，此外通过语音通话模块还用于播放设备自身的提醒内容，例如故障、电力 不足、系统升级；最后，通过用户操作模块上的按钮控制，用户直接和远端管理后台建立实 时对话。

优选的，所述显示模块，包括两块单色液晶显示器LCD与显示控制模组，接受数据 处理模块的信息，其中一块LCD为长方形，用于显示用户历次出行过程中的相应信息，另一 块LCD显示器为正方形，主要用于显示二维码。

本发明的优点是：

1．本发明根据记录的车辆的行驶轨迹和行驶里程，可以提供精确的通行费收费和拆分 依据和方法，根据记录的车辆的位置与行驶速度信息，可以对车辆诸如超速、违规停车、倒 车等违法行为进行全程监控，进一步保障高速道路的交通安全。

2．本发明根据记录的车辆的加速度和速度信息，可以第一时间发现车辆的疑似交 通事故，并通过语音系统或者道路监控摄像头予以确认，从而及时提供后续支援服务以及 管理，这对于保证高度道路有序、通畅运行具有重要意义。

,3．本发明通过远程数据传输与语音通话模块为司机与远端管理方之间建立了一 条信息交互的通道，从而使得两者之间实现全程在线的动态交互模式，极大提高了高速公 路的使用效率与服务效率。

4．本发明通过显示二维码，使得司机在实际使用ETC服务时，不用再担心支付问 题，从而进一步提高了ETC系统的使用便利性。

5．本发明通过蓝牙与WIFI模块建立了OBU装置与移动终端之间的联系，从而使得 用户可以获取自身的高速出行履历以及分享相关的信息，提高了用户使用ETC系统的积极 性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的所述的基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置的模块原理图；

图2为本发明的一种基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置的正面示意图；

图3为根据本发明的一种基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置的反面示意图；

图4为根据本发明的一种基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置的另一角度的反 面示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明 本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做 进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例

图1为根据本发明的一种基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置的原理图，包 括数据处理模块101、GPS模块102、加速度模块103、射频计费模块104、太阳能电池模块105、 用户操作模块106、蓝牙与WIFI模块107、GPRS模块108、显示模块109、语音模块110共十个部 分。其中数据处理模块是实现本智能OBU装置的核心模块，可以与其他九个部分进行信息交 互，并对所获得的数据进行计算与分析，从而为高速公路的管理与司机个人的出行提供数 据支撑。其他各个模块分别实现各自功能，并与数据处理模块进行数据传递。其中GPS模块 实现对车辆位置的定位；加速度模块实现对车辆三轴加速度的获取；射频计费模块通过与 路基射频装置的通信实现自动计费；太阳能电池模块实现对装置电池的充电以及作为备用 电池；用户操作模块实现用户与本装置之间的人机交互；蓝牙与WIFI模块实现本装置所采 集信息与用于移动终端之间的信息交互；GPRS模块实现本装置所采集的信息与远端管理中 心的信息交互；显示模块实现本装置相关信息的显示，以供用户查阅使用；语音模块用于实 现本装置信息、远端管理中心信息与用户之间的交互。

具体的，图2为根据本发明的一种基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置的正 面示意图。装置整个分为上下两部分结构，上半部分主要为太阳能电池模块与射频计费模 块，也与传统ETC系统的OBU装置类似，可以保证本发明实现传统ETC系统的自动计费功能， 表现在外观上，太阳能电池模块中的太阳能电池片201放置在最上层，射频计费模块中的IC 卡卡槽202设置在侧方，以便IC储值计费卡插入。下半部分是本发明装置的核心功能部分， 主要为数据处理模块、GPS模块、加速度模块、用户操作模块、蓝牙与WIFI模块、GPRS模块、显 示模块和语音模块。表现在外观上，主要是用户操作模块中的控制按钮组206与报警按钮 205放置在下半部分的侧面，同时还有语音模块中的喇叭203和204。

具体的，图3和4为本发明的一种基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置的两 个角度的反面示意图。可以看到上述显示模块中的两块单色液晶显示器LCD。其中第二单色 LCD-208专用于显示二维码，第一单色LCD-207则用于显示OBU装置其他信息。同时在装置的 底部侧面，还安置属于语音模块的麦克风209、SIM卡插槽210和SD卡插槽211。

下面给出本发明的一种基于实时数据交互的高速公路智能OBU装置的具体实施过 程：

（1）本装置通过粘贴于装置正面四周的粘性材料粘贴于车辆前挡风玻璃的角落处（以 不遮挡105太阳能电池模块为准），当车辆驶入高速公路入口处时，置于收费站处的射频信 号收发装置将通过射频信号与本装置中的射频计费模块104产生联系，从而读取本装置中 车辆的基本信息，并传递到高速收费系统后台。

（2）车辆在高速公路上行驶的过程中，所述的102GPS模块，不断的采集行驶车辆的 即时位置信息，所述的103加速度模块也不断的采集车辆即时的加速度信息，两者都实时将 这些信息传递到101数据处理模块，由数据处理模块根据GPS模块输入的信息即时计算出本 车目前的车速信息、行驶轨迹，根据加速度模块输入的信息即时计算出本车目前的运行状 态危险程度。这些信息都将预先储存在数据处理模块中的储存器上，以便后用。

（3）在行驶过程中，数据处理模块101将基于高速公路管理条例中对于关于超速、 倒车等违章行为的认定原则，结合车速信息、位置信息的综合判断来得到车辆是否发生超 速、倒车等可疑违章驾驶情况，并将这些信息一方面通过日志记录在模块中的存储器上，一 方面通过GPRS模块108发送到远端管理后台，以便对相应责任人进行管理与处罚。

（4）在行驶过程中，数据处理模块101还将基于以加速度为核心计算要素的碰撞算 法来判断车辆是否发生交通事故，当判断发生交通事故的概率大于设定值时，则即时触发 报警行为，主要是通过GPRS模块108即时向远端管理后台发送报警提示，并将通过日志记录 在数据处理模块中的存储器上。当远端管理后台接收到报警提示之后，可由相关工作人员 利用GPRS网络与本车建立即时通话，利用110语音模块中的喇叭发出询问。司机可通过209 麦克风与管理人员通话，对是否发生事故以及事故后果等进行交流。高速管理人员可以根 据可能发生的交流情况种类，设计相应的紧急预案，以便对高速交通事故做出及时响应。

（5）在行驶过程中，一旦车辆发生除事故之外需要援助的其他情况，例如燃油耗 尽、车胎漏气、突然发病需要救治等，驾乘人员可以通过用户操作模块106中的报警按钮 205，利用GPRS模块108实时呼叫远端管理中心，并同样建立起两者之间的即时通话，从而请 求帮助。同时，一旦高速公路上出现了事故、修路、临时封道等特殊情况时，远端管理中心也 可以通过GPRS模块108和语音模块110与司机建立联系，及时告知相应道路状况，以便司机 做好驾驶准备以及合理安排自身的后续出行。

（6）用户在使用时，还可以通过自身的移动终端或者带有蓝牙和WIFI功能的设备 与本发明装置通过蓝牙和WIFI模块107建立联系，从而获取存储在本装置存储器上的有关 行驶信息，例如累计高速行驶里程、高速行驶平均车速、某次行驶路径等一系类信息。以便 用户整体把握自身的出行状态，同时也可以用于公务用车的绩效统计。相应一系列信息也 可以通过本发明装置自带的显示模块109中的显示器207进行查询显示，私人用户可以通过 用户操作模块106中的控制按钮组来设置查询密码以及显示内容的选择。

（7）当用户行驶出高速的时候，在高速公路出口处，置于收费站处的射频信号收发 装置将通过射频信号与本装置中的射频计费模块104再次产生联系，从而读取本装置中车 辆的基本信息以及本次行驶过程的路径信息，从而通过高速收费系统后台进行费用计算， 并自动扣除用户储值IC卡中相应的金额。一旦用户储值IC卡中的余额不足，则可以通过显 示模块中的显示器208实时生成一个缴费二维码，以便用户及时缴纳不足费用。该功能的实 现，需要用户在移动终端上进行与储值IC卡联动的缴费机制设置。利用该功能，高速管理部 门也可以建立快速过卡机制与诚信机制，以便高速公路ETC路口的通行畅通，以及欠费的追 缴。利用该功能，高速管理部门还可以推广与自身管理服务相配合的各类移动服务软件，使 得用户在生活的任何时刻都可以随时了解高速通行情况，以便合理安排自己的出行。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主 要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。