[发明专利]基于低频磁场的不停车收费系统有效

专利信息
申请号: 200810039479.4 申请日: 2008-06-25
公开(公告)号: CN101334903A 公开(公告)日: 2008-12-31
发明(设计)人: 高英 申请(专利权)人: 高英
主分类号: G07B15/00 分类号: G07B15/00;G06K7/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 201100上海市闵行*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 基于 低频 磁场 停车 收费 系统
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种汽车不停车收费系统中利用低频电磁波近区感应场中低频磁场进行信息交互的方法。这是一种具备高通讯可靠性、良好信息保密性以及突出经济性的不停车收费系统设计和实现方法。本发明内容可广泛应用于道路、停车场等处的不停车收费系统设计。

背景技术

随着车辆保有量快速增长,各种公共道路和交通设施负荷也呈持续增长趋势,拥堵现象经常发生,尤其是在普通公路收费站点、高速公路入口、出口收费站点附近拥阻问题更是非常突出。收费站点收费操作效率不高是造成附近拥阻、车辆通过率低的直接原因。虽然道路交通管理部门也试图通过多种措施简化、加快收费结算过程,例如通过使用交通IC卡、使用银行卡来避免现金结算而导致的冗长过程,甚至采取收卡免费放行来提高通过率,但这些措施都无法从根本上解决车辆通过收费站点时“停车、交卡、结算、放行”而导致的低通过率问题。受经济因素以及公路管理要求的制约,在未来很长时间内公路收费站点不可能全部取消,那么要克服收费站点造成的拥阻瓶颈问题,最有效技术手段之一就是采用不停车收费系统。在世界范围内,基于不同的技术基础提出了一些不同形式的不停车收费系统,例如基于全球定位系统(GPS)的、基于路边分布微波发射站点的、基于集成IC卡的等等,但这些系统大多没有真正投入使用,原因就在于其经济性、可靠性以及信息保密性往往无法兼顾。例如车辆使用交通IC卡或银行卡自动结算时则上述系统的保密性从原理上就无法满足要求,原因在于上述系统中收费站点固定终端和车载移动终端之间使用高频乃至微波通讯方式进行信息交互,通讯内容很容易被侦听或被干扰,而且高频收发设备相对昂贵,正是因为上述的原因虽然类似系统在欧洲高速公路收费中已经有小范围应用,但也没有普及。要实现不停车收费,车载移动终端和收费站点固定终端间就有相对运动速度要求(典型地大于10m/s),那么使用负载调制技术的IC卡自动缴费方式(如无人售票公交或地铁进出口闸机的IC卡缴费)也无法实现数据可靠交互。本专利的目的就是要提出一种能够兼顾经济性、可靠性和保密性要求的技术手段,促进不停车收费系统能够真正大规模地普及应用,有效解决道路收费站点和其他公共交通设施收费站点因收费操作效率低而导致的车辆拥阻问题。

要实现不停车收费操作,通过无线方式进行信息传递是必然的选择,但造成上述系统应用经济性、可靠性和保密性比较差的一个关键原因恰恰是它们都使用高频乃至微波信号进行全部或部分信息传输以及固定终端和移动终端间的相对运动。要解决上述的矛盾,还需要从分析电磁波空间传播特性开始。根据电磁场的工作原理,从发射源到周围空间的电磁波可分成两部分:一部分是发射源附近的近区感应场(离发射源距离r<λ/2π,λ-电磁波长),其中的电磁能量不向外辐射,而是在发射源和感应场之间通过空间往返交换;另一部分是在感应场以外的远区辐射场(离发射源距离r>λ/2π),辐射场的电磁能量是完全辐射出去的。在感应场中,占主导地位的电场强度或磁场强度的分布随距离变化非常显著,按照1/r3(60dB/10倍距离)的规律衰减,而在远区场中则是按照1/r(20dB/10倍距离)的规律衰减,即在近区场中电磁场强度衰减远比远区场要显著。根据天线理论,电磁波发射天线的电长度l/λ越小,其远区场辐射能力越差;在发射天线尺寸确定条件下,使用低频(大波长)无线信号传递信息就可有效减小远区场辐射。同时,结合近区场场强快速衰减特性(60dB/10倍距离),通过降低发射功率也可以把近区场内有效接收距离控制在一个很小的范围内(例如1米之内),这样还可进一步降低远区场辐射。从信息保密角度出发,要求远区场辐射强度应尽可能地小,使得具有常规接收灵敏度(典型地-120dBm)的无线电接收机在收费站点可控距离(典型地100m)之外无法有效接收到信号。既然要求远场信号强度微弱到不可接收,且要完成移动状态下车辆与收费站点之间的可靠信息交互,那么就考虑能否利用汽车和路面贴近的固有特性使用电磁波近区场传递信息?另外,在不停车收费系统中车辆通行速度是一个关键指标,如果要使用近区感应场可靠地进行信息传递,信息传递速率和车辆通行速度也是一对需要解决的矛盾。本发明的目的就是提出一套完全利用近区感应场在站点固定终端和车载移动终端间有效传递信息的系统设计和实现方法。

发明内容

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