一种高速公路ETC在线监测系统的制作方法

一种高速公路etc在线监测系统
技术领域
1.本发明属于etc技术领域，特别涉及一种高速公路etc在线监测系统。


背景技术：

2.随着国家取消省界收费站交通战略的实施，我国高速公路基本实现了etc车道全覆盖，面对全国路网如此数量巨大的收费站和门架系统的etc车道，其etc性能的优劣直接影响着收费系统的稳定运行，因此，掌握etc的物理性能和通信相关指标、参数是保障etc稳定运行关键。
3.目前，对于高速公路etc的在线监测主要是通过读取收费内网相关设备的在线状态，如rsu天线及控制器是否报错、抓拍摄像机运行状态、网络设备是否正常运行、读取相关的故障数据库等，但收费内网的在线监测主要是通过读取被监测设备的状态或自定义故障码来实现，而实际影响etc交易相关的技术和指标参数没有被监测，如交易数据帧内容、空中交易时间、交易过程载波频率、占用带宽等物理性能和通信相关指标和参数；再者，在收费内网与etc系统设备频繁通信可能造成各设备的计算和网络资源被占用，导致etc交易失败；另外，已有的部分etc相关的设备不支持运行状态查询功能，也会造成监测内容的确实。
4.传统对于etc相关的性能检测主要采用检测人员通过人工、单点、抽检等方式进行，该方法检测效率低，过程耗时长，并且需要进行封路处理，存在巨大安全隐患，并且采集到的etc相关数据仅仅是某一时刻的数据，不能做到实时呈现etc系统运行时的实时物理性能和交易通信相关指标。


技术实现要素：

5.本发明提供一种高速公路etc在线监测系统，不仅能够弥补etc系统收费内网在线设备监测不能采集etc系统的rsu物理性能和数据协议相关指标、参数的缺陷，而且还解决传统了etc检测仪器设备效率低下、检测过程需要进行封路、数据量少等突出问题，通过实时监测etc系统运行的相关指标和参数，还不增加原有etc系统的运行负担，可为etc的稳定运营和科学管养提供了数据来源和养护依据。
6.技术方案如下：
7.一种高速公路etc在线监测系统，包括：etc监测装置和etc监测数据云平台；
8.所述etc监测装置包括：etc空中数据监听模块、频谱传感模块、通信模块、gps模块、obu监听可变衰减器、rsu监听可变衰减器、obu监听天线、rsu监听天线和频谱传感天线，其中：
9.obu监听天线通过射频连接线经obu监听可变衰减器与etc空中数据监听模块上行etc协议解析电路的射频接口连接；rsu监听天线通过射频连接线经rsu监听可变衰减器与etc空中数据监听模块下行etc协议解析电路的射频接口连接；上行etc协议解析电路通过高速接口与主控电路连接，将监听到的etc上行交易数据发送至主控电路内的嵌入式程序进行数据处理；下行etc协议解析电路通过高速接口与主控电路连接，将监听到的etc下行
交易数据发送至主控电路内的嵌入式程序进行数据处理；主控电路经通信模块将监听的etc空中数据发送至云端etc监测数据云平台数据库；频谱传感天线通过射频连接线与频谱传感模块连接，实时获取频谱传感天线指定方向上的etc射频物理指标，频谱传感模块经通信模块将监听的etc空中数据通过网络设备发送至云端etc监测数据云平台数据库；
10.所述etc监测数据云平台对数据库里实时采集的etc系统rsu物理性能指标和etc空中数据通过数据分析和算法获取被监测etc系统载波频率、占用带宽、场强变化、etc交易信息帧数据、etc空中交易时间、帧通信时间、车道类型、车载单元类型信息和发生交易问题的可能地方。
11.进一步的，所述etc空中数据监听模块实时采集etc系统下行和上行交易的空中明文数据源码，通过数据处理程序源码解析成bst或vst类型帧数据形成数据组帧，通过通信模块的等接口经公网或收费内网的网络设备发送至云端etc监测数据云平台数据库。
12.进一步的，所述上行etc协议解析电路用于对obu发射的信号进行接收解析成etc数据源码；所述下行etc协议解析电路用于完成对rsu发射的信号的接收解析成etc数据源码。
13.进一步的，所述频谱传感模块采集rsu物理性能指标，包括：载波频率、占用带宽、场强，根据数据和接口协议进行指标和参数数值的读取，并通过通信模块的等接口经公网或收费内网的网络设备发送至云端etc监测数据云平台数据库。
14.进一步的，所述通信模块用于将etc空中数据监听模块、频谱传感模块和gps模块的数据发送至云端etc监测数据云平台数据库，包括交换机、路由器、串口转网口模块和4g/5g模块。
15.进一步的，所述obu监听可变衰减器是在6ghz范围内可调整obu监听射频链路增益的射频衰减器，通过调整衰减增益使上行obu监听天线仅能接收目标etc车道车辆上电子标签发射的射频信号，不接收其他车辆电子标签的信号；所述rsu可变衰减器是在6ghz范围内可调整rsu监听射频链路增益的射频衰减器，通过调整衰减增益使rsu监听天线仅能接收目标车道或一定车道范围rsu射频信号。
16.进一步的，所述obu监听天线是在5.79ghz
‑
5.80ghz载波频率下具有稳定增益的定向天线，并满足规范gbt 20851.1上行链路技术要求，并通过选用不同类型半功率波瓣宽度垂直和水平面角度的定向天线达到不同覆盖范围，并通过控制上行obu监听可变衰减器调整到合适增益和安装位置，使该天线仅能接收目标etc车道车辆上电子标签的射频信号，不接收其他车辆电子标签的信号；所述rsu监听天线是在5.83ghz
‑
5.84ghz载波频率下具有稳定增益的定向天线，满足规范gbt 20851.1下行链路技术要求，通过选用不同类型半功率波瓣宽度垂直和水平面角度的定向天线达到不同覆盖范围，并通过控制下行rsu监听可变衰减器的调整增益范围和安装位置，使该天线仅能接收目标车道或一定车道范围rsu射频信号。
17.进一步的，所述频谱传感天线是在5.83ghz
‑
5.84ghz载波频率下具有稳定增益的定向天线，通过选用不同类型半功率波瓣宽度垂直和水平面角度的定向天线达到不同覆盖范围为频谱传感模块提供稳定etc射频信号增益，通过特定安装位置使其对目标车道etc系统的rsu进行频谱数据物理性能指标进行数据采集，而对于非目标车道的rsu天线的增益急剧衰减，且不影响被测车道rsu天线测量结果。
18.所述一种高速公路etc在线监测系统的etc监测数据云平台及相关的配套的软件，是架设与公网、收费网或其他网络上的能够提供计算、网络和存储能力的云计算平台，安装etc监测数据监控软件和数据库等相关配套软件，用于能够对采集的rsu物理性能指标和etc空中数据进行数据处理、存储和应用的可视化展示，并支持pc端、移动端等多端访问。
19.本发明可实时监测etc系统的rsu物理性能和数据协议相关指标，数据量大且完整，能够有效反映etc系统性能真实状况；监测过程不受交通状况影响，不需要封路和现场操作，有效降低安全隐患；能够对已发生交易(成功、失败等)的进行数据分析，可追溯可能存在系统性缺陷漏洞或缺陷问题。
附图说明
20.图1为本发明所涉及的一种高速公路etc在线监测系统原理框架示意图。
21.图2为本发明所涉及的一种高速公路etc在线监测系统结构连接示意图。
22.图3为本发明所涉及的一种高速公路etc在线监测系统的应用实例1示意图。
23.图4为本发明所涉及的一种高速公路etc在线监测系统的应用实例2示意图。
24.图5为本发明所涉及的一种高速公路etc在线监测系统的应用实例3示意图。
25.上述附图中的各标记意义如下：
[0026]1‑
etc监测装置；2
‑
网络设备；3
‑
云平台；4
‑
rsu天线；5
‑
车载电子标签；101
‑
etc空中数据监听模块；102
‑
频谱传感模块；103
‑
通信模块；104
‑
gps模块；105
‑
obu监听可变衰减器；106
‑
rsu监听可变衰减器；107
‑
obu监听天线；108
‑
rsu监听天线；109频谱传感天线。
具体实施方式
[0027]
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种高速公路etc在线监测系统进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
[0028]
如图1和2所示，是本发明的原理、整体结构、硬件连接的示意图。高速公路etc在线监测系统由etc监测装置1、etc监测数据云平台及相关的配套的软件3组成，其中etc监测装置由etc空中数据监听模块101、频谱传感模块102、通信模块103、gps模块104、obu监听可变衰减器105、rsu监听可变衰减器106、obu监听天线107、rsu监听天线108和频谱传感天线109组成。
[0029]
obu监听天线107通过射频连接线经obu监听可变衰减器105与etc监测装置1的etc空中数据监听模块101上行etc协议解析电路的射频接口连接；rsu监听天线108通过射频连接线经rsu监听可变衰减器106与etc监测装置1的etc空中数据监听模块101下行etc协议解析电路的射频接口连接；上行etc协议解析电路通过网口、usb等高速接口与主控电路连接，将监听到的etc上行交易数据发送至主控电路内的嵌入式程序进行数据处理；下行etc协议解析电路通过网口、usb等高速接口与主控电路连接，将监听到的etc下行交易数据发送至主控电路内的嵌入式程序进行数据处理；主控电路外设配有时钟电路、电源转换电路、蜂鸣器、指示灯等电路；主控电路经通信模块103将监听的etc空中数据通过网络设备发送至云端etc监测数据云平台数据库3；频谱传感天线109通过射频连接线与频谱传感模块102连接，可实时获取频谱传感天线109指定方向上的etc系统rsu射频物理指标，进一步频谱传感
模块102经通信模块103将监听的etc空中数据通过网络设备2发送至云端etc监测数据云平台数据库3；etc监测数据云平台内置的相关软件3可对数据库里实时采集的etc系统rsu物理性能指标和etc空中数据，通过数据分析和算法获取被监测etc系统rsu载波频率、占用带宽、场强变化、etc交易信息帧数据、etc空中交易时间、帧通信时间、车道类型、车载单元类型等信息，以及可能发生交易问题的可能发生的地方，为etc的稳定运营和科学管养提供技术依据和解决方法。
[0030]
本发明涉及的一种高速公路etc在线监测系统的实施方法如图3、图4、图5所示。etc监测装置1安装于收费站和门架系统的固定结构上，进一步根据etc系统在线监测应用场景和用户需求，优选不同类型的半功率波瓣宽度垂直和水平面角度的obu监听天线107、rsu监听天线108和频谱传感天线109，使其天线增益方向仅覆盖被监测目标车道范围的etc系统，通过etc监测装置1的etc空中数据监听模块101和频谱传感模块102进行etc系统rsu物理性能和etc空中数据，并经通信模块103和网络设备2发送至云平台3的云端etc监测数据云平台数据库，进一步根据通过数据分析和算法获取被监测etc系统rsu载波频率、占用带宽、场强变化、etc交易信息帧数据、etc空中交易时间、帧通信时间、车道类型、车载单元类型等信息，以及可能发生交易问题的可能发生的地方。
[0031]
实施示例一：
[0032]
高速公路etc在线监测系统收费站收费单车道监测应用，如图3所示，etc监测装置1安装于天线立杆竖杆上，其中rsu监听天线108与被测rus天线4仅邻安装，使rsu监听天线108的主瓣方向覆盖被测rus天线4，调整rsu监听可变衰减器增益使etc空中数据监听模块101仅能监听被测车道rus天线发送的数据；obu监听天线107安装于立杆横杆车道中部，选择使用半功率波瓣宽度垂直和水平面角度宽度能够覆盖被测单车道范围的obu监听天线107，obu监听天线107主瓣方向调整至被测rsu天线4交易中心方向，调整obu监听可变衰减器增益使etc空中数据监听模块101仅能监听被测车道车辆电子标签发送的数据，不接收邻近车道电子标签发送的数据；频谱传感天线109固定安装于车道侧固定结构上，主瓣方向正对rsu天线4，使频谱传感模块102仅能采集被测车道rsu天线4频谱传感数据，而在相邻车道rsu天线方向上增益急剧衰减，且不影响被测车道rsu天线测量结果；通过etc监测装置1的etc空中数据监听模块101和频谱传感模块102进行etc系统rsu物理性能和etc空中数据，并经通信模块103和网络设备2发送至云平台3的云端etc监测数据云平台数据库，进一步根据通过数据分析和算法获取被监测etc系统rsu载波频率、占用带宽、场强变化、etc交易信息帧数据、etc空中交易时间、帧通信时间、车道类型、车载单元类型等信息，以及可能发生交易问题的可能发生的地方。
[0033]
实施示例二：
[0034]
高速公路etc在线监测系统门架系统多车道监测应用，如图4所示，etc监测装置1门架上立杆上，其中rsu监听天线108安装于路侧某处固定结构上，使rsu监听天线108的主瓣方向覆盖被测多车道多个rus天线4，调整rsu监听可变衰减器增益使etc空中数据监听模块101能覆盖监听被测多车道rus天线发送的数据；obu监听天线107安装于门架系统横杆中部，选择使用半功率波瓣宽度垂直和水平面角度宽度能够覆盖被测多车道范围的obu监听天线107，并使obu监听天线107主瓣方向调整至被测多车道多个rsu天线4交易中心方向，调整obu监听可变衰减器增益使etc空中数据监听模块101能够覆盖被监听被测车道多经过车
辆的电子标签发送的数据，不接收逆向车道车辆电子标签的数据；频谱传感天线109固定安装于车道侧固定结构上，主瓣方向正对被测目标车道rsu天线4，使频谱传感模块102仅能采集被测目标车道rsu天线4频谱传感数据，而在非目标车道rsu天线方向上增益急剧衰减，且不影响被测目标车道rsu天线测量结果；通过etc监测装置1的etc空中数据监听模块101和频谱传感模块102进行etc系统rsu物理性能和etc空中数据，并经通信模块103和网络设备2发送至云平台3的云端etc监测数据云平台数据库，进一步根据通过数据分析和算法获取被监测etc系统rsu载波频率、占用带宽、场强变化、etc交易信息帧数据、etc空中交易时间、帧通信时间、车道类型、车载单元类型等信息，以及可能发生交易问题的可能发生的地方。
[0035]
实施示例三：
[0036]
高速公路etc在线监测系统门架系统单车道监测应用，如图5所示，etc监测装置1安装于天线门架竖杆上，其中rsu监听天线108与被测rus天线4仅邻安装，使rsu监听天线108的主瓣方向覆盖被测目标车道rus天线4，调整rsu监听可变衰减器增益使etc空中数据监听模块101仅能监听被测车道rus天线发送的数据；obu监听天线107安装于被测车道中间门架上，选择使用半功率波瓣宽度垂直和水平面角度宽度能够覆盖被测单车道范围的obu监听天线107，obu监听天线107主瓣方向调整至被测rsu天线4交易中心方向，调整obu监听可变衰减器增益使etc空中数据监听模块101仅能监听被测车道车辆电子标签发送的数据，不接收邻近车道电子标签发送的数据；频谱传感天线109固定安装于车道侧固定结构上，主瓣方向正对被测目标车道rsu天线4，使频谱传感模块102仅能采集被测目标车道rsu天线4频谱传感数据，而在相邻车道rsu天线方向上增益急剧衰减，且不影响被测车道rsu天线测量结果；通过etc监测装置1的etc空中数据监听模块101和频谱传感模块102进行etc系统rsu物理性能和etc空中数据，并经通信模块103和网络设备2发送至云平台3的云端etc监测数据云平台数据库，进一步根据通过数据分析和算法获取被监测etc系统rsu载波频率、占用带宽、场强变化、etc交易信息帧数据、etc空中交易时间、帧通信时间、车道类型、车载单元类型等信息，以及可能发生交易问题的可能发生的地方。
[0037]
本发明提供的速公路etc在线监测系统能够实现高速公路在正常交通环境下，不停车、不封路、不需要人工参与情况下，对收费站和门架系统的etc性能指标的实时监测，通过对数据进行处理和分析，如空中交易时间、帧通信时间、帧数据、交易过程数据、占用带宽、载波频率、最大场强、交易成功率等，并进一步根据监听的数据的分析和评估，以及历史积累数据的深度挖掘，实现对rsu是否正常运行、交易是否正常、交易失败原因、定位车道和门架软件漏洞和缺陷等定位和判断，为etc的稳定运营和科学管养提供技术依据和解决方法。
[0038]
上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。