本发明实施例涉及车辆跟踪定位、多数据融合、高频通信、车辆信息综合管理领域，具体涉及一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置、系统及方法。
背景技术：
电子不停车收费系统(etc，electronictollcollection)，是智能交通系统的服务功能之一，它特别适合在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下使用。目前高速公路收费处，有专门的etc收费通道。车主只要在车辆前挡风玻璃上安装感应卡并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，也无须停车，高速通行费将从卡中自动扣除，即能够实现自动收费。这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5至10倍。使用全自动电子收费系统，可以使公路收费走向无纸化、无现金化管理，从根本上杜绝收费票款的流失现象，解决公路收费中的财务管理混乱问题。另外，实施全自动电子收费系统还可以节约基建费用和管理费用。
etc系统是采用车辆自动识别技术完成车辆与收费站之间的无线数据通讯，进行车辆自动感应识别和相关收费数据的交换。采用计算机网络进行收费数据的处理，实现不停车、不设收费窗口也能实现全自动电子收费系统。
etc系统通过安装于车辆上的车载装置和安装在收费站车道上的天线之间进行无线通信和信息交换。主要由车辆自动识别系统、中心管理系统和其他辅助设施等组成。其中，车辆自动识别系统有车载单元又称应答器或电子标签、路边单元(roadsideunit，rsu)、环路感应器等组成。obu中存有车辆的识别信息，一般安装于车辆前面的挡风玻璃上，rsu安装于收费站旁边，环路感应器安装于车道地面下。中心管理系统有大型的数据库，存储大量注册车辆和用户的信息。当车辆通过收费站口时，环路感应器感知车辆，rsu发出询问信号，obu做出响应，并进行双向通信和数据交换；中心管理系统获取车辆识别信息，如汽车id号、车型等信息和数据库中相应信息进行比较判断，根据不同情况来控制管理系统产生不同的动作，如计算机收费管理系统从该车的预付款项账户中扣除此次应交的过路费，或送出指令给其它辅助设施工作。
etc具有种种的优势为智慧交通快速通行带来可行性解决方案，但是现有etc系统仍具有各种缺点使得交通的车辆通行量无法得到质的提升，主要在于安装有obu车辆快速通过以及变道通过rsu路侧单元所覆盖的数据读写区域时无法进行信息的读写。其次，etc系统无法对车辆进行远距离长途精准定位及路径再现功能；再者，etc系统无法对车辆行驶在道路上发生的任何异常进行为进行监督和处罚，包括：车辆调换车牌、车辆中途折返、车辆长期超速、车辆长期占用紧急停车道、违停、逆行、货车长期占用快速车道等。另外、rsu路侧单元由于是无线电高频短程发射单元本身存在波瓣问题，因而无法实现对车辆进行短距精准定位、数据信息快速准确的读写，而造成收费信息不完整或错误，而使车辆收费交易失败。由于以上种种原因，使得etc获取的车辆信息不够精准，降低了收费成功率。从而无法使etc系统得到高效的应用，提高车辆通行速度和道路通行率。
技术实现要素：
为此，本发明实施例提供一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置、系统及方法，以解决现有高速公路etc收费不准、错误读取数据造成收费失败、车辆无法快速通行造成的收费节点拥堵、无法对车辆精准定位、无法复原车辆精确行驶的路径、不能完全有效规避逃费现象、无法实现高速运动状态下自由流收费、不能对车辆存在异常行为提前预警的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，公开了一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置，所述装置包括：雷达传感器、rsu路侧单元和数据采集处理器，其中rsu为etc不停车收费系统的车辆数据写入读取的通信单元，所述雷达传感器等间距设置在道路侧边或道路中间，所述rsu路侧单元分别设置在电子不停车收费系统etc专用收费车道或匝道出入口的主线车道以及互通不同方向的车道上方，根据车道的数量设置对应数量的rsu路侧单元，所述数据采集处理器采用与雷达设备同点安装的方式，安装在道路侧边分别与雷达传感器以及rsu路侧单元通过网络相互连接，所述雷达传感器通过扫描的方式，采集雷达检测区域范围内所有的静止目标和运动目标的原始数据，并送至数据采集处理器进行数据的分析处理来获得的车辆动态数据，并依照预先设定的规则对进入雷达检测范围的车辆进行跟踪监控，生成与车辆对应的唯一id身份编号，所述rsu路侧单元与数据采集处理器连接后，当雷达跟踪车辆进入预先设定与rsu读写obu车标信息重叠的区域时，数据处理器同时获取车辆的obu身份信息、车辆特征信息、rsu节点信息、通过对雷达数据处理后获得车辆动态信息及雷达系统内车辆唯一id身份信息，数据采集处理器将同一辆车的以上数据信息按照预先设定好的规则进行关联融合完成车辆整体数据整合工作，数据采集处理器的处理结果发送至中心数据管理服务器进行存储。
进一步地，所述雷达传感器通过高速扫描的方式，获取检测范围内的所有的目标物体的雷达波反射信号信息，其中包括静止目标的信息、运动目标的信息以及干扰信号信息，通过数据采集处理器进行分析处理后获得车辆的动态信息。
进一步地，所述动态信息包括：车辆实时的运动速度、运动方向、经纬度、车辆尺寸、车辆类型、方向角、所在车道、目标距离雷达靶面的xyz坐标值、系统中的车辆唯一id身份编号以及车辆有无异常情况出现。
进一步地，所述雷达传感器等间距设置在道路侧边或道路中间，所述rsu路侧单元分别设置在etc专用收费车道或匝道出入口的主线车道以及互通不同方向的车道上方，rsu路侧单元通过5.8g短程高频通信方式在覆盖的有效obu数据读取区域内对车辆上安装的obu电子标签进行数据读写，该区域与雷达设定的获取车辆数据需要进行数据关联融合的区域相互重叠，并通过读取obu电子便标签信息来获取车辆的信息包括：车牌信息、特征信息、车标信息、车系信息、车型信息、车辆颜色信息、生产年代信息、车辆所属人或单位信息，rsu路侧单元安装的数量与车道对应的数量一致。
根据本发明实施例的第二方面，公开了一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统，所述系统包括：车辆遮挡跟踪补偿模块、雷达数据处理同步触发rsu信息读写模块、车辆id身份编号修正模块、车辆连续跟踪信息传递交互模块、车辆完整数据信息丢失二次校准信息回溯模块、动态信息与特征信息绑定融合模块，所述车辆遮挡跟踪补偿模块根据雷达扫描汽车自丢失信息前五次点迹信息的变化规律，并依据车辆现在的运动规律以及借鉴惯性导航的思维逻辑，进行模拟点迹及动态信息补偿的一种方式，当车辆处于车辆遮挡区域而无法被雷达有效扫描到并获取车辆的动态信息时，根据雷达扫描形成车辆运动点迹时间间隔对即将出现下一个的点迹位置以及动态信息进行模拟预测和补充填点，模拟仿真汽车正常行驶在雷达检测区域内，雷达扫描形成的车辆点迹信息和车辆的动态信息，当经过多轮补点后仍未接收到雷达发送过来的最新真实的车辆点迹数据信息时则判定车辆短暂丢失，所述数据采集处理器中运行车辆遮挡跟踪补偿模块将判定为短暂丢失的车辆纳入丢失车辆列表中并在数据库中进行缓存，并继续进行模拟车辆跟踪数据补偿填点，并将模拟仿真补偿的点迹数据信息和车辆的动态数据信息不断的存入数据库中以备调用，并结合雷达实时扫描车辆点迹数据在合理偏差阈值范围内与丢失车辆列表内的车辆数据逐一匹配，直至匹配成功，匹配成功后被模拟补偿的点迹信息将被送入车辆id身份编号修正模块，进行数据信息修正输出，否则经过多轮车辆跟踪点迹数据补偿后仍无法匹配成功则判定车辆在雷达覆盖的扫描范围内永久丢失，并从丢失车辆列表中移除且停止目标车辆补偿工作。
进一步地，所述雷达数据处理同步触发rsu信息读写模块实现对雷达采集回来的原始数据进行实时的分析处理以得到车辆的动态数据信息以及唯一id身份编号信息，当系统检测到有被跟踪实时定位的车辆进入预先设定的雷达触发与rsu路侧单元读写车载obu单元的所设定的重叠区域时，数据采集处理器将车辆的动态信息转化为rsu路侧单元的触发控制信号发送给rsu路侧单元，实现车辆实时跟踪定位同步触发获取obu车载单元中的车辆信息功能。
进一步地，所述动态信息与特征信息绑定融合模块是数据采集处理器通过rsu路侧单元读取车载单元obu中的车辆身份信息及特征信息和雷达传感器获取的车辆动态信息及雷达系统中车辆唯一id编码信息通过预先设定的关联融合机制，将以上数据进行关联融合来实现同一车辆完整数据的再次整合，完整数据包括：车辆的动态数据与车辆的身份数据、车辆的特征数据。
进一步地，所述车辆id身份编号修正模块实现当车辆由于某种原因造成的短暂遮挡或车辆进入两个临近雷达检测区域时，使被跟踪的车辆的唯一id身份编号信息发生变化的一种修正机制，用来保持被跟踪的同一车辆id身份编号信息始终保持不变。
进一步地，所述车辆连续跟踪信息传递交互模块主要实现车辆从相邻两个雷达重叠区域通过时，将带有完整信息被跟踪车辆的数据通过主辅目标关联机制以及目标关联后信息修正机制，相邻的两个雷达传感器分为第一雷达传感器和第二雷达传感器，第一雷达传感器扫描第一雷达检测区域，第二雷达传感器扫描第二雷达检测区域，第一雷达检测区域与第二雷达检测区域之间有雷达重叠区域，将两个临近雷达同时扫描的同一辆的数据信息关联并融合在一起并将目标信息进行修正，修正后的目标完整信息通过数据采集处理器及通信网络传递给车辆即将经过的雷达传感器和数据采集处理器，数据采集处理器接收到此目标信息后并以此目标信息为准，将自身通过本地雷达传感器采集的原始数据处理后得到只带有动态信息被跟踪车辆，依照此目标信息进行持续修改再次形成一个目标完整数据信息，直到车辆驶入下一个雷达重叠区域并将目标完整数据信息再次传递给下一个雷达传感器以及数据采集处理器为止，来完成同一辆车在两个雷达间以及多个连续布设区域重叠雷达间的数据传递，以保证同一辆车的完整数据信息始终保持不变。
进一步地，所述车辆完整数据信息丢失二次校准信息回溯模块在车辆身份信息丢失后又被发现时，将未知的车辆动态信息列入暂存数据库中，并将其经过的点迹信息进行持续保存，持续跟踪监视该车辆，之前丢失的带有完整信息被跟踪车辆的点迹信息和车辆的完整信息，都被保存在永久数据库中以备再次被调用，在此期间系统仍然运行车辆遮挡跟踪补偿模块和车辆id身份编号修正模块以及车辆连续跟踪信息传递交互模块来做车辆数据持续传递，在此过程中系统只对车辆的动态数据信息尤其是id身份编号信息进行关注，这个过程直到车辆进入下一个数据采集处理器为止，当车辆进入下一个数据采集处理器时，rsu路侧单元会再次获取车辆的特征信息和车辆的身份信息并进行分析，系统会判断该目标信息是否完整，如不完整系统将该车辆的特征信息与动态信息存储在永久数据库中，所有丢失带有车辆完整数据信息的目标进行检索并用车辆的特征信息进行匹配。
进一步地，所述丢失带有车辆完整数据信息的目标进行检索并用车辆的特征信息进行匹配过程中，检索的目标中匹配成功，则系统会调取该目标车辆的动态信息以及特征信息和最后一次出现的点迹信息，并将现在持续跟踪定位车辆的信息进行修正和补充完善，其修正内容为车辆动态信息中的id身份编号，补充内容为该车辆的特征信息以及车辆在丢失区域模拟填充的点迹信息，在此期间系统会将该车辆存在临时数据库中的信息全部与存在永久数据库中的信息进行合并，保存在永久数据库中，从而让该车辆所经过路径的点迹信息变的完整，系统会将该目标重新列为正常跟踪的目标进行持续跟踪定位，如被跟踪信息不完整的车辆在下一个数据采集处理器未能匹配成功寻回时，则该车辆将会赋予全新的完整的数据信息并被持续关注，其所经过的点迹信息继续保存在临时数据库中已被调用，直至该车辆信息被正确修正或驶离连续雷达所覆盖的区域为止。
根据本发明实施例的第三方面，公开了一种基于多数据融合的自由流车辆收费方法，所述方法为：利用雷达传感器采集雷达检测区域范围内所有的静止目标和运动目标的原始数据，并送至数据采集处理器进行数据的分析处理来获得的车辆动态数据，并依照预先设定的规则对进入雷达检测范围的车辆进行跟踪监控，并生成与车辆对应的唯一id身份编号，所述rsu路侧单元与数据采集处理器连接后，当雷达传感器检测到有车辆进入预先设定好的rsu路侧单元触发读写车辆安装的obu车载单元信息区域时，数据采集处理器将带有车辆对应的唯一id身份编号的动态跟踪信息作为触发信号，发送给与触发区域上对应的rsu路侧单元进行同步触发完成对obu车载单元信息的读写工作，来获取车辆的特征数据和车辆身份数据信息，数据采集处理器将同一辆车的动态数据与特征数据以及车辆身份信息按照预先设定好的规则进行关联融合完成车辆整体数据整合工作，数据采集处理器的处理结果发送至中心数据管理服务器进行存储，当带有包括车辆的动态数据信息以及车辆的特征数据信息的车辆驶入到两个雷达相互重叠的区域时，两个相邻的雷达会对该车辆进行同时扫描，并在雷达传感器以及数据采集处理器中生成各自对应同一辆的车辆动态数据，该数据通过网络进行两个相邻数据采集处理器之间的相互传递与通信，并以生成带有车辆身份信息的一端数据为主另一端数据为辅，通过预先设定好的跨雷达车辆数据融合传递的规则，将被跟踪的同一辆车的身份信息按照车辆所经过的雷达覆盖区域以对应的数据采集处理器为节点逐个传递下去，直到车辆驶离连续布设雷达传感器所覆盖的区域范围，期间数据采集处理器将车辆的特征信息以及身份信息结合本地雷达所采集并形成的车辆动态信息进行关联与数据的修正输出工作，以保持同一辆车无论经过多少个连续布设的雷达传感器所覆盖的范围其身份信息始终保持不变，当车辆由于某种原因处于遮挡区域时而导致雷达传感器无法扫描到车辆而无法获取其动态数据信息时，数据采集处理器马上启动动态补偿功能以保证车辆因为短暂的遮挡而造成的数据丢失和系统不稳定的问题出现，通过这种方式可以实现多个雷达传感器覆盖的范围内对同一车辆的全程连续跟踪实时定位的功能，当车辆驶离道路时再通过雷达对车辆进行跟踪定位并按照时间节点获取的车辆的行驶详细轨迹和路径信息进行精准收费。
进一步地，所述方法包括：通过全程等距离的布设雷达设备对车辆的全程跟踪定位以及通过rsu路侧单元对车辆信息的连续获取，结合时间节点如一分钟一次对车辆进行一次定位获取车辆行驶的点迹信息，再结合车辆的出入站点点迹信息，通过点迹连线的方式就可以获取车辆行驶的精准路径以及里程和车辆平均行驶的速度信息，再按照国家高速公路收费标准或路段收费标准进行精准收费。
进一步地，所述方法包括：通过全程等距离的布设雷达设备对车辆的全程跟踪定位，并通过对车辆的行驶轨迹以及行为状态进行实时分析，判断被跟踪的车辆有无异常行为的存在，rsu路侧单元对车辆信息的连续获取来进行数据补充和完善，当车辆存在以上行为时系统会向管理人员、行政处罚人员以及部分发出告警，并对相关车辆进行警告和行政处罚。
进一步地，所述方法包括：通过全程等距离的布设雷达设备对车辆的全程跟踪定位以及轨迹再现时，即使车辆高速通过或变道通过rsu路侧单元无法读取或错误读取车辆上安装的obu车载单元信息时，可以通过雷达系统内部跟踪机制以及轨迹回溯机制将车辆的行驶信息以及节点信息补全。
本发明实施例具有如下优点：
本实施例公开了一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置、系统及方法，通过雷达传感器跟踪车辆获取雷达跟踪数据，当雷达跟踪车辆进入预先设定与rsu读写obu车标信息重叠的区域时，数据处理器同时获取车辆的obu身份信息、车辆特征信息、rsu节点信息、通过对雷达数据处理后获得车辆动态信息及雷达系统内车辆唯一id身份信息。实现对车辆行驶全程路线的跟踪，精准定位车辆位置，当车辆存在异常行为时系统会向管理人员、行政处罚人员以及部分发出告警，并对相关车辆进行警告和行政处罚；准确计算实际产生的费用，实现全开放式道路的车辆自由流收费功能的要求，降低环境因素对系统的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置连接示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统数据感应融合示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统跟踪信息传递交互原理示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统二次校准信息回溯原理示意图。
图中：1-rsu路侧单元、2-数据采集处理器、3-obu数据读取区域、4-雷达重叠区域、5-车辆遮挡区域、6-中心数据管理服务器、7-第一雷达传感器、8-第一雷达检测区域、9-第二雷达传感器、10-第二雷达检测区域、11-带有完整信息被跟踪车辆、12-只带有动态信息被跟踪车辆、13-预设目标关联融合区域。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例公开了一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置，所述装置包括：雷达传感器、rsu路侧单元1和数据采集处理器2，所述雷达传感器等间距设置在道路侧边或道路中间，所述rsu路侧单元1分别设置在电子不停车收费系统etc专用收费车道或匝道出入口的主线车道以及互通不同方向的车道上方，根据车道的数量设置对应数量的rsu路侧单元1，所述数据采集处理器2采用与雷达设备同点安装的方式，安装在道路侧边分别与雷达传感器以及rsu路侧单元1通过网络相互连接，所述雷达传感器通过扫描的方式，采集雷达检测区域范围内所有的静止目标和运动目标的原始数据，并送至数据采集处理器2进行数据的分析处理来获得的车辆动态数据，并依照预先设定的规则对进入雷达检测范围的车辆进行跟踪监控，生成与车辆对应的唯一id身份编号，所述rsu路侧单元1与数据采集处理器2连接后，当雷达跟踪车辆进入预先设定与rsu读写obu车标信息重叠的区域时，数据处理器同时获取车辆的obu身份信息、车辆特征信息、rsu节点信息、通过对雷达数据处理后获得车辆动态信息及雷达系统内车辆唯一id身份信息，数据采集处理器2将同一辆车的以上数据信息按照预先设定好的规则进行关联融合完成车辆整体数据整合工作。数据采集处理器2的处理结果发送至中心数据管理服务器6进行存储。
所述雷达传感器通过高速扫描的方式，获取检测范围内的所有的目标物体的雷达波反射信号信息，其中包括静止目标的信息、运动目标的信息以及干扰信号信息，通过数据采集处理器2进行分析处理后获得车辆的动态信息。
所述动态信息包括：车辆实时的运动速度、运动方向、经纬度、车辆尺寸、车辆类型、方向角、所在车道、目标距离雷达靶面的xyz坐标值、系统中的车辆唯一id身份编号以及车辆有无异常情况出现。
所述雷达传感器等间距设置在道路侧边或道路中间，所述rsu路侧单元1分别设置在etc专用收费车道或匝道出入口的主线车道以及互通不同方向的车道上方，rsu路侧单元1通过5.8g短程高频通信方式在覆盖的有效obu数据读取区域3内对车辆上安装的obu电子标签进行数据读写，该区域与雷达设定的获取车辆数据需要进行数据关联融合的区域相互重叠，并通过读取obu电子便标签信息来获取车辆的信息包括：车牌信息、特征信息、车标信息、车系信息、车型信息、车辆颜色信息、生产年代信息、车辆所属人或单位信息，rsu路侧单元1安装的数量与车道对应的数量一致。当车辆同时通过预先设定的雷达获取车辆动态信息及雷达系统内车辆唯一id身份信息和rsu路侧单元1读取obu车辆电子标签数据信息的重叠区域时，数据处理器会同时获取以上的车辆相对应信息，在预设目标关联融合区域13内按照预先设定的关联数据融合规则对来自两个不同设备的同一车辆信息进行绑定及融合，完成车辆在系统中的全部数据的整合工作。
实施例2
本实施例公开了一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统，所述系统包括：车辆遮挡跟踪补偿模块、雷达数据处理同步触发rsu信息读写模块、车辆id身份编号修正模块、车辆连续跟踪信息传递交互模块、车辆完整数据信息丢失二次校准信息回溯模块、动态信息与特征信息绑定融合模块，所述车辆遮挡跟踪补偿模块根据雷达扫描汽车自丢失信息前五次点迹信息的变化规律，并依据车辆现在的运动规律以及借鉴惯性导航的思维逻辑，进行模拟点迹及动态信息补偿的一种方式，当车辆处于车辆遮挡区域5而无法被雷达有效扫描到并获取车辆的动态信息时，根据雷达扫描形成车辆运动点迹时间间隔对即将出现下一个的点迹位置以及动态信息进行模拟预测和补充填点，模拟仿真汽车正常行驶在雷达检测区域内，雷达扫描形成的车辆点迹信息和车辆的动态信息，当经过多轮补点后仍未接收到雷达发送过来的最新真实的车辆点迹数据信息时则判定车辆短暂丢失，所述数据采集处理器2中运行车辆遮挡跟踪补偿模块将判定为短暂丢失的车辆纳入丢失车辆列表中并在数据库中进行缓存，并继续进行模拟车辆跟踪数据补偿填点，并将模拟仿真补偿的点迹数据信息和车辆的动态数据信息不断的存入数据库中以备调用，并结合雷达实时扫描车辆点迹数据在合理偏差阈值范围内与丢失车辆列表内的车辆数据逐一匹配，直至匹配成功，匹配成功后被模拟补偿的点迹信息将被送入车辆id身份编号修正模块，进行数据信息修正输出，否则经过多轮车辆跟踪点迹数据补偿后仍无法匹配成功则判定车辆在雷达覆盖的扫描范围内永久丢失，并从丢失车辆列表中移除且停止目标车辆补偿工作。
所述雷达数据处理同步触发rsu信息读写模块实现对雷达采集回来的原始数据进行实时的分析处理以得到车辆的动态数据信息以及唯一id身份编号信息，当系统检测到有被跟踪实时定位的车辆进入预先设定的雷达触发与rsu路侧单元1读写车载obu单元的所设定的重叠区域时，数据采集处理器2将车辆的动态信息转化为rsu路侧单元1的触发控制信号发送给rsu路侧单元1，实现车辆实时跟踪定位同步触发获取obu车载单元中的车辆信息功能。
rsu共有两种工作状态，一种是触发式工作，即通过外部触发使其内部链路接通处于工作状态，进行对检测区域内的obu车载单元进行数据读写，其他时间为常闭状态。一种是常开工作方式，即rsu路侧单元1一直处于常开工作状态，只要有安装有obu车载单元的车辆进入rsu路侧单元1数据读写区域时，就对obu车载单元进行数据的读写。本实施例以触发式工作方式做说明，对于常开式工作方式则是其流程的反向工作模式，不在进行详细描述。
所述动态信息与特征信息绑定融合模块是数据采集处理器2通过rsu路侧单元1读取车载单元obu中的车辆身份信息及特征信息和雷达传感器获取的车辆动态信息及雷达系统中车辆唯一id编码信息通过预先设定的关联融合机制，将以上数据进行关联融合来实现同一车辆完整数据的再次整合，该完成数据包括：车辆的动态数据与车辆的身份数据、车辆的特征数据。
车辆id身份编号修正模块实现当车辆由于某种原因造成的短暂遮挡或车辆进入两个临近雷达检测区域时，使被跟踪的车辆的唯一id身份编号信息发生变化的一种修正机制，用来保持被跟踪的同一车辆id身份编号信息始终保持不变，除非出现车辆id身份编号无法修正的情况。
车辆连续跟踪信息传递交互模块主要实现车辆从相邻两个雷达重叠区域4通过时，将带有完整信息被跟踪车辆11的数据通过主辅目标关联机制以及目标关联后信息修正机制，相邻的两个雷达传感器分为第一雷达传感器7和第二雷达传感器9，第一雷达传感器7扫描第一雷达检测区域8，第二雷达传感器9扫描第二雷达检测区域10，第一雷达检测区域8与第二雷达检测区域10之间有雷达重叠区域4，将两个临近雷达同时扫描的同一辆的数据信息关联并融合在一起并将目标信息进行修正，修正后的目标完整信息通过数据采集处理器2及通信网络传递给车辆即将经过的雷达传感器和数据采集处理器2，数据采集处理器2接收到此目标信息后并以此目标信息为准，将自身通过本地雷达传感器采集的原始数据处理后得到只带有动态信息被跟踪车辆12，依照此目标信息进行持续修改再次形成一个目标完整数据信息，直到车辆驶入下一个雷达重叠区域4并将目标完整数据信息再次传递给下一个雷达传感器以及数据采集处理器2为止，来完成同一辆车在两个雷达间以及多个连续布设区域重叠雷达间的数据传递，以保证同一辆车的完整数据信息始终保持不变。车辆连续跟踪信息传递交互模块需要与车辆id身份编号修正模块协同运行以保证同一辆车的id身份编号信息和车辆特征信息也保持不变。
车辆完整数据信息丢失二次校准信息回溯模块在车辆身份信息丢失后又被发现时，车辆经过数据采集处理器2时，车辆将带有完整车辆数据信息经过连续区域重叠的多个雷达传感器，当被跟踪的车辆在行驶过程中因某种原因被遮挡的时间超过五秒钟或两个雷达间信息传递交互失败，导致车辆的完整信息丢失而采取另一种补偿方式，在被跟踪车辆被遮挡又重新出现被雷达传感器扫描到后以及两个雷达传感器间信息传递交互失败被另一个雷达扫描到后，车辆的特征信息和车辆的身份信息已经丢失无法补偿，而车辆的特征信息和车辆的身份信息因为又被雷达传感器扫描到又重新获得了新的车辆动态信息，而该动态信息中的唯一id身份编号同样发生变化已经无法进行补偿。
将这个不知名的车辆动态信息列入暂存数据库中，并将经过的点迹信息进行持续保存，持续跟踪监视该车辆，之前丢失的带有完整信息被跟踪车辆11的点迹信息和车辆的完整信息，都被保存在永久数据库中以备再次被调用，在此期间系统仍然运行车辆遮挡跟踪补偿模块和车辆id身份编号修正模块以及车辆连续跟踪信息传递交互模块来做车辆数据持续传递，在此过程中系统只对车辆的动态数据信息尤其是id身份编号信息进行关注，这个过程直到车辆进入下一个数据采集处理器2为止，当车辆进入下一个数据采集处理器2时，rsu路侧单元1会再次获取车辆的特征信息和车辆的身份信息并进行分析，系统会判断该目标信息是否完整，如不完整系统将该车辆的特征信息与动态信息存储在永久数据库中，所有丢失带有车辆完整数据信息的目标进行检索并用车辆的特征信息进行匹配。
丢失带有车辆完整数据信息的目标进行检索并用车辆的特征信息进行匹配过程中，检索的目标中匹配成功，则系统会调取该目标车辆的动态信息以及特征信息和最后一次出现的点迹信息，并将现在持续跟踪定位车辆的信息进行修正和补充完善，其修正内容为车辆动态信息中的id身份编号，补充内容为该车辆的特征信息以及车辆在丢失区域模拟填充的点迹信息，在此期间系统会将该车辆存在临时数据库中的信息全部与存在永久数据库中的信息进行合并，保存在永久数据库中，从而让该车辆所经过路径的点迹信息变的完整，系统会将该目标重新列为正常跟踪的目标进行持续跟踪定位，如被跟踪信息不完整的车辆在下一个数据采集处理器2未能匹配成功寻回时，则该车辆将会赋予全新的完整的数据信息并被持续关注，其所经过的点迹信息继续保存在临时数据库中已被调用，直至该车辆信息被正确修正或驶离连续雷达所覆盖的区域为止。
实施例3
本实施例公开了一种基于多数据融合的自由流车辆收费方法，所述方法为：利用雷达传感器采集雷达检测区域范围内所有的静止目标和运动目标的原始数据，并送至数据采集处理器2进行数据的分析处理来获得的车辆动态数据，并依照预先设定的规则对进入雷达检测范围的车辆进行跟踪监控，并生成与车辆对应的唯一id身份编号，所述rsu路侧单元1与数据采集处理器2连接后，当雷达传感器检测到有车辆进入预先设定好的rsu路侧单元1触发读写车辆安装的obu车载单元信息区域时，数据采集处理器2将带有车辆对应的唯一id身份编号的动态跟踪信息作为触发信号，发送给与触发区域上对应的rsu路侧单元1进行同步触发完成对obu车载单元信息的读写工作，来获取车辆的特征数据和车辆身份数据信息，数据采集处理器2将同一辆车的动态数据与特征数据以及车辆身份信息按照预先设定好的规则进行关联融合完成车辆整体数据整合工作，数据采集处理器2的处理结果发送至中心数据管理服务器6进行存储，当带有包括车辆的动态数据信息以及车辆的特征数据信息的车辆驶入到两个雷达相互重叠的区域时，两个相邻的雷达会对该车辆进行同时扫描，并在雷达传感器以及数据采集处理器2中生成各自对应同一辆的车辆动态数据，该数据通过网络进行两个相邻数据采集处理器2之间的相互传递与通信，并以生成带有车辆身份信息的一端数据为主另一端数据为辅，通过预先设定好的跨雷达车辆数据融合传递的规则，将被跟踪的同一辆车的身份信息按照车辆所经过的雷达覆盖区域以对应的数据采集处理器2为节点逐个传递下去，直到车辆驶离连续布设雷达传感器所覆盖的区域范围，期间数据采集处理器2将车辆的特征信息以及身份信息结合本地雷达所采集并形成的车辆动态信息进行关联与数据的修正输出工作，以保持同一辆车无论经过多少个连续布设的雷达传感器所覆盖的范围其身份信息始终保持不变，当车辆由于某种原因处于遮挡区域时而导致雷达传感器无法扫描到车辆而无法获取其动态数据信息时，数据采集处理器2马上启动动态补偿功能以保证车辆因为短暂的遮挡而造成的数据丢失和系统不稳定的问题出现，通过这种方式可以实现多个雷达传感器覆盖的范围内对同一车辆的全程连续跟踪实时定位的功能，当车辆驶离道路时再通过雷达对车辆进行跟踪定位并按照时间节点获取的车辆的行驶详细轨迹和路径信息进行精准收费。
通过全程等距离的布设雷达设备对车辆的全程跟踪定位以及通过rsu路侧单元1对车辆信息的连续获取，结合时间节点如一分钟一次对车辆进行一次定位获取车辆行驶的点迹信息，再结合车辆的出入站点点迹信息，通过点迹连线的方式就可以获取车辆行驶的精准路径以及里程和车辆平均行驶的速度信息，再按照国家高速公路收费标准或路段收费标准进行精准收费。
通过全程等距离的布设雷达设备对车辆的全程跟踪定位，并通过对车辆的行驶轨迹以及行为状态进行实时分析，判断被跟踪的车辆有无异常行为的存在，判断被跟踪的车辆有无异常行为的存在，如车辆调换车牌、车辆中途折返、车辆长期超速、车辆长期占用紧急停车道、违停、逆行、货车长期占用快速车道等异常行为，并通过雷达系统获取以上异常行为车辆的发生异常行驶的起始位置、结束位置、行驶里程、异常轨迹等重要信息。
rsu路侧单元1对车辆信息的连续获取来进行数据补充和完善，当车辆存在以上行为时系统会向管理人员、行政处罚人员以及部分发出告警，并对相关车辆进行警告和行政处罚。
通过全程等距离的布设雷达设备对车辆的全程跟踪定位以及轨迹再现时，即使车辆高速通过或变道通过rsu路侧单元1无法读取或错误读取车辆上安装的obu车载单元信息时，可以通过雷达系统内部跟踪机制以及轨迹回溯机制将车辆的行驶信息以及节点信息补全，配合车牌抓拍摄像机的使用便可以使信息更加的全面，通过以上功能便可以实现全开放式道路的车辆自由流收费功能的要求。
本实施例公开的一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置、系统及方法，通过雷达传感器跟踪车辆获取雷达跟踪数据，当雷达跟踪车辆进入预先设定与rsu读写obu车标信息重叠的区域时，数据处理器同时获取车辆的obu身份信息、车辆特征信息、rsu节点信息、通过对雷达数据处理后获得车辆动态信息及雷达系统内车辆唯一id身份信息。实现对车辆行驶全程路线的跟踪，精准定位车辆位置，当车辆存在异常行为时系统会向管理人员、行政处罚人员以及部分发出告警，并对相关车辆进行警告和行政处罚；准确计算实际产生的费用，实现全开放式道路的车辆自由流收费功能的要求。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
1.一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置，其特征在于，所述装置包括：雷达传感器、rsu路侧单元和数据采集处理器，其中rsu为etc不停车收费系统的车辆数据写入读取的通信单元，所述雷达传感器等间距设置在道路侧边或道路中间，所述rsu路侧单元分别设置在电子不停车收费系统etc专用收费车道或匝道出入口的主线车道以及互通不同方向的车道上方，根据车道的数量设置对应数量的rsu路侧单元，所述数据采集处理器采用与雷达设备同点安装的方式，安装在道路侧边分别与雷达传感器以及rsu路侧单元通过网络相互连接，所述雷达传感器通过扫描的方式，采集雷达检测区域范围内所有的静止目标和运动目标的原始数据，并送至数据采集处理器进行数据的分析处理来获得的车辆动态数据，并依照预先设定的规则对进入雷达检测范围的车辆进行跟踪监控，生成与车辆对应的唯一id身份编号，所述rsu路侧单元与数据采集处理器连接后，当雷达跟踪车辆进入预先设定与rsu读写obu车标信息重叠的区域时，数据处理器同时获取车辆的obu身份信息、车辆特征信息、rsu节点信息、通过对雷达数据处理后获得车辆动态信息及雷达系统内车辆唯一id身份信息，数据采集处理器将同一辆车的以上数据信息按照预先设定好的规则进行关联融合完成车辆整体数据整合工作，数据采集处理器的处理结果发送至中心数据管理服务器进行存储。
2.如权利要求1所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置，其特征在于，所述雷达传感器通过高速扫描的方式，获取检测范围内的所有的目标物体的雷达波反射信号信息，其中包括静止目标的信息、运动目标的信息以及干扰信号信息，通过数据采集处理器进行分析处理后获得车辆的动态信息。
3.如权利要求2所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置，其特征在于，所述动态信息包括：车辆实时的运动速度、运动方向、经纬度、车辆尺寸、车辆类型、方向角、所在车道、目标距离雷达靶面的xyz坐标值、系统中的车辆唯一id身份编号以及车辆有无异常情况出现。
4.如权利要求1所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费装置，其特征在于，所述雷达传感器等间距设置在道路侧边或道路中间，所述rsu路侧单元分别设置在etc专用收费车道或匝道出入口的主线车道以及互通不同方向的车道上方，rsu路侧单元通过5.8g短程高频通信方式在覆盖的有效obu数据读取区域内对车辆上安装的obu电子标签进行数据读写，该区域与雷达设定的获取车辆数据需要进行数据关联融合的区域相互重叠，并通过读取obu电子便标签信息来获取车辆的信息包括：车牌信息、特征信息、车标信息、车系信息、车型信息、车辆颜色信息、生产年代信息、车辆所属人或单位信息，rsu路侧单元安装的数量与车道对应的数量一致。
5.一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统，其特征在于，所述系统包括：车辆遮挡跟踪补偿模块、雷达数据处理同步触发rsu信息读写模块、车辆id身份编号修正模块、车辆连续跟踪信息传递交互模块、车辆完整数据信息丢失二次校准信息回溯模块、动态信息与特征信息绑定融合模块，所述车辆遮挡跟踪补偿模块根据雷达扫描汽车自丢失信息前五次点迹信息的变化规律，并依据车辆现在的运动规律以及借鉴惯性导航的思维逻辑，进行模拟点迹及动态信息补偿的一种方式，当车辆处于车辆遮挡区域而无法被雷达有效扫描到并获取车辆的动态信息时，根据雷达扫描形成车辆运动点迹时间间隔对即将出现下一个的点迹位置以及动态信息进行模拟预测和补充填点，模拟仿真汽车正常行驶在雷达检测区域内，雷达扫描形成的车辆点迹信息和车辆的动态信息，当经过多轮补点后仍未接收到雷达发送过来的最新真实的车辆点迹数据信息时则判定车辆短暂丢失，所述数据采集处理器中运行车辆遮挡跟踪补偿模块将判定为短暂丢失的车辆纳入丢失车辆列表中并在数据库中进行缓存，并继续进行模拟车辆跟踪数据补偿填点，并将模拟仿真补偿的点迹数据信息和车辆的动态数据信息不断的存入数据库中以备调用，并结合雷达实时扫描车辆点迹数据在合理偏差阈值范围内与丢失车辆列表内的车辆数据逐一匹配，直至匹配成功，匹配成功后被模拟补偿的点迹信息将被送入车辆id身份编号修正模块，进行数据信息修正输出，否则经过多轮车辆跟踪点迹数据补偿后仍无法匹配成功则判定车辆在雷达覆盖的扫描范围内永久丢失，并从丢失车辆列表中移除且停止目标车辆补偿工作。
6.如权利要求5所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统，其特征在于，所述雷达数据处理同步触发rsu信息读写模块实现对雷达采集回来的原始数据进行实时的分析处理以得到车辆的动态数据信息以及唯一id身份编号信息，当系统检测到有被跟踪实时定位的车辆进入预先设定的雷达触发与rsu路侧单元读写车载obu单元的所设定的重叠区域时，数据采集处理器将车辆的动态信息转化为rsu路侧单元的触发控制信号发送给rsu路侧单元，实现车辆实时跟踪定位同步触发获取obu车载单元中的车辆信息功能。
7.如权利要求5所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统，其特征在于，所述动态信息与特征信息绑定融合模块是数据采集处理器通过rsu路侧单元读取车载单元obu中的车辆身份信息及特征信息和雷达传感器获取的车辆动态信息及雷达系统中车辆唯一id编码信息通过预先设定的关联融合机制，将以上数据进行关联融合来实现同一车辆完整数据的再次整合，完整数据包括：车辆的动态数据与车辆的身份数据、车辆的特征数据。
8.如权利要求5所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统，其特征在于，所述车辆id身份编号修正模块实现当车辆由于某种原因造成的短暂遮挡或车辆进入两个临近雷达检测区域时，使被跟踪的车辆的唯一id身份编号信息发生变化的一种修正机制，用来保持被跟踪的同一车辆id身份编号信息始终保持不变。
9.如权利要求5所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统，其特征在于，所述车辆连续跟踪信息传递交互模块主要实现车辆从相邻两个雷达重叠区域通过时，将带有完整信息被跟踪车辆的数据通过主辅目标关联机制以及目标关联后信息修正机制，相邻的两个雷达传感器分为第一雷达传感器和第二雷达传感器，第一雷达传感器扫描第一雷达检测区域，第二雷达传感器扫描第二雷达检测区域，第一雷达检测区域与第二雷达检测区域之间有雷达重叠区域，将两个临近雷达同时扫描的同一辆的数据信息关联并融合在一起并将目标信息进行修正，修正后的目标完整信息通过数据采集处理器及通信网络传递给车辆即将经过的雷达传感器和数据采集处理器，数据采集处理器接收到此目标信息后并以此目标信息为准，将自身通过本地雷达传感器采集的原始数据处理后得到只带有动态信息被跟踪车辆，依照此目标信息进行持续修改再次形成一个目标完整数据信息，直到车辆驶入下一个雷达重叠区域并将目标完整数据信息再次传递给下一个雷达传感器以及数据采集处理器为止，来完成同一辆车在两个雷达间以及多个连续布设区域重叠雷达间的数据传递，以保证同一辆车的完整数据信息始终保持不变。
10.如权利要求5所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统，其特征在于，所述车辆完整数据信息丢失二次校准信息回溯模块在车辆身份信息丢失后又被发现时，将未知的车辆动态信息列入暂存数据库中，并将其经过的点迹信息进行持续保存，持续跟踪监视该车辆，之前丢失的带有完整信息被跟踪车辆的点迹信息和车辆的完整信息，都被保存在永久数据库中以备再次被调用，在此期间系统仍然运行车辆遮挡跟踪补偿模块和车辆id身份编号修正模块以及车辆连续跟踪信息传递交互模块来做车辆数据持续传递，在此过程中系统只对车辆的动态数据信息尤其是id身份编号信息进行关注，这个过程直到车辆进入下一个数据采集处理器为止，当车辆进入下一个数据采集处理器时，rsu路侧单元会再次获取车辆的特征信息和车辆的身份信息并进行分析，系统会判断该目标信息是否完整，如不完整系统将该车辆的特征信息与动态信息存储在永久数据库中，所有丢失带有车辆完整数据信息的目标进行检索并用车辆的特征信息进行匹配。
11.如权利要求10所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费系统，其特征在于，所述丢失带有车辆完整数据信息的目标进行检索并用车辆的特征信息进行匹配过程中，检索的目标中匹配成功，则系统会调取该目标车辆的动态信息以及特征信息和最后一次出现的点迹信息，并将现在持续跟踪定位车辆的信息进行修正和补充完善，其修正内容为车辆动态信息中的id身份编号，补充内容为该车辆的特征信息以及车辆在丢失区域模拟填充的点迹信息，在此期间系统会将该车辆存在临时数据库中的信息全部与存在永久数据库中的信息进行合并，保存在永久数据库中，从而让该车辆所经过路径的点迹信息变的完整，系统会将该目标重新列为正常跟踪的目标进行持续跟踪定位，如被跟踪信息不完整的车辆在下一个数据采集处理器未能匹配成功寻回时，则该车辆将会赋予全新的完整的数据信息并被持续关注，其所经过的点迹信息继续保存在临时数据库中已被调用，直至该车辆信息被正确修正或驶离连续雷达所覆盖的区域为止。
12.一种基于多数据融合的自由流车辆收费方法，其特征在于，所述方法为：利用雷达传感器采集雷达检测区域范围内所有的静止目标和运动目标的原始数据，并送至数据采集处理器进行数据的分析处理来获得的车辆动态数据，并依照预先设定的规则对进入雷达检测范围的车辆进行跟踪监控，并生成与车辆对应的唯一id身份编号，rsu路侧单元与数据采集处理器连接后，当雷达传感器检测到有车辆进入预先设定好的rsu路侧单元触发读写车辆安装的obu车载单元信息区域时，数据采集处理器将带有车辆对应的唯一id身份编号的动态跟踪信息作为触发信号，发送给与触发区域上对应的rsu路侧单元进行同步触发完成对obu车载单元信息的读写工作，来获取车辆的特征数据和车辆身份数据信息，数据采集处理器将同一辆车的动态数据与特征数据以及车辆身份信息按照预先设定好的规则进行关联融合完成车辆整体数据整合工作，数据采集处理器的处理结果发送至中心数据管理服务器进行存储，当带有包括车辆的动态数据信息以及车辆的特征数据信息的车辆驶入到两个雷达相互重叠的区域时，两个相邻的雷达会对该车辆进行同时扫描，并在雷达传感器以及数据采集处理器中生成各自对应同一辆的车辆动态数据，该数据通过网络进行两个相邻数据采集处理器之间的相互传递与通信，并以生成带有车辆身份信息的一端数据为主另一端数据为辅，通过预先设定好的跨雷达车辆数据融合传递的规则，将被跟踪的同一辆车的身份信息按照车辆所经过的雷达覆盖区域以对应的数据采集处理器为节点逐个传递下去，直到车辆驶离连续布设雷达传感器所覆盖的区域范围，期间数据采集处理器将车辆的特征信息以及身份信息结合本地雷达所采集并形成的车辆动态信息进行关联与数据的修正输出工作，以保持同一辆车无论经过多少个连续布设的雷达传感器所覆盖的范围其身份信息始终保持不变，当车辆由于某种原因处于遮挡区域时而导致雷达传感器无法扫描到车辆而无法获取其动态数据信息时，数据采集处理器马上启动动态补偿功能以保证车辆因为短暂的遮挡而造成的数据丢失和系统不稳定的问题出现，通过这种方式可以实现多个雷达传感器覆盖的范围内对同一车辆的全程连续跟踪实时定位的功能，当车辆驶离道路时再通过雷达对车辆进行跟踪定位并按照时间节点获取的车辆的行驶详细轨迹和路径信息进行精准收费。
13.如权利要求12所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费方法，其特征在于，所述方法包括：通过全程等距离的布设雷达设备对车辆的全程跟踪定位以及通过rsu路侧单元对车辆信息的连续获取，结合时间节点如一分钟一次对车辆进行一次定位获取车辆行驶的点迹信息，再结合车辆的出入站点点迹信息，通过点迹连线的方式就可以获取车辆行驶的精准路径以及里程和车辆平均行驶的速度信息，再按照国家高速公路收费标准或路段收费标准进行精准收费。
14.如权利要求12所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费方法，其特征在于，所述方法包括：通过全程等距离的布设雷达设备对车辆的全程跟踪定位，并通过对车辆的行驶轨迹以及行为状态进行实时分析，判断被跟踪的车辆有无异常行为的存在，rsu路侧单元对车辆信息的连续获取来进行数据补充和完善，当车辆存在以上行为时系统会向管理人员、行政处罚人员以及部分发出告警，并对相关车辆进行警告和行政处罚。
15.如权利要求12所述的一种基于多数据融合的自由流车辆收费方法，其特征在于，所述方法包括：通过全程等距离的布设雷达设备对车辆的全程跟踪定位以及轨迹再现时，即使车辆高速通过或变道通过rsu路侧单元无法读取或错误读取车辆上安装的obu车载单元信息时，可以通过雷达系统内部跟踪机制以及轨迹回溯机制将车辆的行驶信息以及节点信息补全。
技术总结