摘要:伴随着交通网络体系的完善,高速公路为人们出行提供了便利条件且促进了交通运输业的发展。随着高速公路的发展,一些问题也逐渐暴露出来,尤其是收费处科学征收过路费,怎样保证公平、公正性成为主要研究问题。由此,GPS技术得到了重视,科学的应用在路径识别保证公路网科学收费,提高收费公路服务质量与顺利通行。
关键词:GPS路径识别技术;高速公路;收费系统;应用研究
近几年,我国公路事业发展迅速,大规模路网初步形成,而传统的收费系统已经无法满足现代公路发展需求,主要集中于公路的收费与拆分费用,有待进一步完善。由此,提出应用了GPS路径识别技术应用到公路收费系统中,实现了自主计算汽车缴费费用,这对公路收费智能化发展、推动公路事业发展具有现实意义。
一、GPS技术
(一)GPS技术分析
GPS系统是由地面控制部分、空间部分、用户设备部分组成,依次对应GPS空间卫星、地面监控系统、GPS信号接收机。GPS定位主要是通过延时测距原理,也就是结合接收信号和卫星发送信号的时间差乘以光束测量距离。GPS用户设备收到卫星发射的导航信号后,结合星历表掌握每一颗卫星发射信号的位置与时间。由于用户接收机内装备中有精密钟,能够根据接收时间和星历时间获得延迟时间,再乘以光束得到卫星和用户的距离。
(二)RFID技术
RFID指的是无线射频识别,它是一种自动识别技术,在无线射频信号内获得物体信息并对物体加以识别的一种非接触式的识别技术。将识别物体的信息储存到电子数据载体内,也叫做标签,标签内储存的识别经过阅读器读取,阅读器和标签之间的读写过程就是经过双方的无线通信完成。运行过程中,阅读器和标签的识别较近距离为1cm以内,较远距离则可以达到上百米,二者之间可以为相对静止的状态或高速移动状态。RFID技术具有不受空间就影响、摆脱了人工干预、非接触性优势,现已得到了广泛应用,如:交通运输、机械制造、物流等不同行业。
二、高速公路收费系统应用精确路径识别技术
(一)复合通行卡
复合通行卡收费系统分为读写器、通行卡、路侧标识单元、收费软件。当汽车进入公路入口后先领取复合通行卡,然后读写器记录车辆信息,路侧标识单元发送路径信息。汽车行驶时利用复合通行卡判断路径状态并储存,当行驶到出口位置后,读写器将之前收录的信息统计分析,再利用收费软件得出汽车需要缴纳的费用。复合通行卡设计还可以兼容Mifare卡收费方案,这也是一种新型非接触式IC。Mifare具有加密性,把芯片的数据通过相同的频率输送。根据运行过程分析,当汽车处于行驶状态时复合通行卡为路上模式,当达到出口后处于睡眠模式。受到路径信息后,信息储存到复合通行卡储存器内。事实上,Mifare与13.56MHz射频标签是两个独立的系统。写入卡信息还有收费信息优先录入并发送工作命令。而复合通行卡则属于封闭的总体式系统,要求通过节能方案保持长时间应用。通常主要利用应用程序避免干扰,如:控制器自动切断开关电路等。
(二)车载单元OBU和通行卡
现阶段,高速公路主要采用非接触式IC卡,即利用车载单元搜集汽车信息并录入通行卡中内其余字节内,使通行卡涵盖路径识别信息与基础收费信息。简而言之,IC卡ETC车道中的微波设备实现通信,汽车支付公路通信费用功能的自动收费系统。OBU把GPS定位技术与通行卡读写联系在一起,在入口位置发放通行卡后,全部信息已经被搜集到系统内。汽车行驶过程中,OBU定期分析GPS状态并计算与上一个GPS位置距离,然后将其录入系统内。当汽车达到出口后,路径信息利用IC卡记录信息,让信息记录更加精准。
(三)方案设计
想要达到联网收费下多义性路段收费与拆分计算,首先设计车载单元,分为GPS与Mifare读写单元,其作用是定位信息搜集与数据更新。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前,通行卡包括基本信息与附属信息,GPS技术的路径识别能够在剩余的扇区获取空间,储存路径识别信息。但是,当系统中增加路径识别后,数据处理与软件实现同步化,结合具体应用制定管理环节。
三、GPS路径识别技术的高速公路收费系统的应用
(一)OBU设计
OBU包含GPS定位搜集单元、读写单元、主控、电源管理、BSL下载,各单元之间功能不同。电源管理主要提供稳定电压;主控单元则是对GPS单元的管理与控制,科学分配参数,接受与分析通过GPS搜集的数据;BSL单元则是车辆电子结构的中央控制计算机,是一种开放性的检测配置管理系统。
(二)控制单元
控制单元分为主控芯片、复位电路、时钟电路,有着数据储存量大、容量多的优势,乘法计算快速。其中,复位电路功能体现在系统紧急事故停止运行处理中。系统通电过程中,电容两端电压无法突变,当结束充电后按下开关电容放电,该不过不会受到电阻影响而出现POR信号。时钟电路则是对系统硬件请求的处理设备,能够降低系统消耗。不过,通过数字控制振荡器用于时钟源时,系统时钟就会受到影响。所以,结合运行状态与消耗会通过低/高频振荡同时利用的模式,再安装20pF电容调整频率。
(三)GPS电路
根据定位芯片与其他电路共同安装再PCB中,全部组件外部都具有金属屏蔽壳。电源与数据输送通过焊盘引出器件表面,无需较多元器件,有助于后续进一步研发应用。同时,还具有高使用率的定位单元。
(四)BSL下载单元
为保证用户代码不被泄露,通过烧断保护熔丝拒绝访问。引导加载也是通过BSL代码实现,在联合其他时序将单片机程序指针指向BSL RESET矢量,引导程序。BSL口具有下载功能,与仿真器使用的JTAG口相同,要求编程设备支持。然后,把BSL连接至430编程器对应的BSL口中,利用编程器把变程序录入芯片内。
(五)电源管理
电源管理主要作用是提供稳定的直流电源电路。很多电子组件为不影响使用效果多会选择低能耗设计方案,芯片工作无需较高电压。单元为USB电源提供5V输入电压,稳压精度较好且使用简单,只要电容滤波去耦。结合现阶段高速公路收费情况引出路径识别方法。此外,也可以结合车辆行驶路径GPS位置为参考,应用到GPS中设计出了2种设计方案。使用高度通行卡搜集路径信息,相对于传统无线通讯可以节约无线信道申请,应用难度耕地。为确保通行卡储存量满足众多路径信息,需要科学预留空间并对储存格式定量证明。
结语
现如今,我国高速公路联网收费已全面实现普及,伴随着公路网的迅速发展,多义性路径引起了重视。传统协商法、交通流分配法的复合拆分已经落后现代公路网络体系,难以高效、合理的展开服务。对此,GPS技术的出现有效解决了这一问题,通过对多义性路径问题分析制定设计方案,现已取得了显著成果。
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论文作者:郭远锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签:路径论文; 单元论文; 技术论文; 信息论文; 高速公路论文; 多义性论文; 收费系统论文; 《基层建设》2019年第1期论文;