具有电磁干扰的情况下的车辆监测方法和路网监测系统
技术领域
本发明涉及ETC监测领域，具体为一种具有电磁干扰的情况下的车辆监测方法和路网监测系统。
背景技术
东南大学于2015年提出了一项发明专利申请CN 201510824599.5，公开了一种ETC系统中车型识别方法，包括：利用多普勒雷达装置获取待识别车辆的感应数据，进行车型识别；获取待识别车辆的电子标签内对应的车型信息和待识别车辆的图片；将获取的车型信息与多普勒雷达装置的车型识别结果进行比对，得到车型比对结果；根据所述的车型比对结果，执行相应的操作。通过该方法，能够及时的发现电子标签对应的车型信息与车辆不对应的情况，提高了工作人员的工作效率，能够有效避免车辆的偷逃费。
该方法通过电子标签记载的车型信息和雷达获取的车型信息进行比对，其对比结果虽然有一定的代表性，但是无法从跟本上避免偷逃费的问题。
现有的高速系统采用的是分段计费、出闸口收费的模式。在出闸口进行计费主要依靠OBU设备(On board Unit，车载单元，与RSU进行通讯的微波装置，现有的ETC设备即为典型代表)的里程记录来进行收费。在实际应用中，经常存在的非法操作为：在路途中进行信号屏蔽，使RSU设备无法读取OBU设备的信号，在临近出闸口，停止屏蔽设备运行。这样在出闸口就只收取非常少的费用。
所以，本案所解决的技术问题是：如何对尽最大可能的防止车辆在高速上逃费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有电磁干扰的情况下的车辆监测方法，同时本案还提供了一种路网监测系统。
该方法基于在途车牌和OBU设备识别，判断在途车辆是否隐藏了OBU设备或者干扰RSU设备通信或者采用其他OBU设备替换了与车牌对应的真实的OBU设备。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种在具有电磁干扰的情况下的车辆监测方法，包括如下步骤：
步骤1：通过高速路网的同一龙门架所架设的摄像头和RSU设备(路侧单元)读取车辆的车牌号和OBU设备的设备号码或CPC卡(高速公路复合通行卡)的卡号；
步骤2：将摄像头所读取的车牌号码发送到服务器，从服务器获取该车牌号码所对应的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号；
步骤3：从摄像头所在的同一龙门架上的RSU设备在预设时间段内所读取的一个或多个设备号码或卡号中寻找，判断是否存在步骤2所获得的设备号码或卡号，若不存在，则发出告警信息。
需要说明的是，虽然现有的摄像头可能无法100％的准确识别车牌号码，但是其可以达到至少95％的识别率。本案并不需要对所有可能的偷逃费的情况予以识别，本案的核心关键在于，通过上述的方法能够在抽查过程中，能够有效的发现偷逃费的行为。
在上述的具有电磁干扰的情况下的车辆监测方法中，还包括步骤4：判断是否存在干扰信号，通过架设在同一龙门架上的抗干扰设备检测是否存在干扰信号，若存在干扰信号，则将干扰信号的信号特征加入到告警信息中。
本改进方法中的干扰信号的判断有两层用途：1、可更为确定的发出告警信号，因为上述方法中，如果摄像头读取车牌号码错误，有可能发生误判，虽然这不影响偷逃费的行为的发现，但是这可能会增加警察的工作量，如果在基于摄像头、RSU进行确定告警的时候同时或设定的时间段比如车牌拍照的前后1-3分钟时间段发现了干扰信号，则该告警信息更为确定，警察可以更确定的进行行动；2、干扰信号可被获取特征，为违法行为的破获、证据锁定提供有力支持。
同时，干扰信号的发现和判断的另外一个用途在于，如果这种情况发生在收费站，及时的发现干扰信号可以避免大规模拥堵。
我们需要明白和注意的是：大部分实施于高速公路上的技术方案的实施不能阻碍交通的通行，如果该技术在不阻碍交通通行的前提下，能够查获偷逃费行为，还同时能够避免和解决特定情况下的拥堵，则该方案的实施意义更为有价值。
在上述的具有电磁干扰的情况下的车辆监测方法中，所述步骤4具体为：
S41：通过抗干扰设备检测车道的微波信号，并对获取的微波信号的强度进行计算；当微波信号的强度大于预设值时，进行S42；若微波信号的强度小于预设值，则放弃对该微波信号的检测；
S42：发送建立握手通信连接的请求，判断握手通信能否建立，若不能建立则进行S43；若能建立则放弃对该微波信号的检测；
S43：将该微波信号的强度、频率加入到步骤3的告警信息中。
在上述的具有电磁干扰的情况下的车辆监测方法中，所述步骤3中，所述预设时间段是指摄像头所拍摄车牌号的前后1-3分钟的时间段。
对获取的微波信号的强度进行计算包括以下步骤，
S411、获取微波信号的强度曲线；
S412、对强度曲线进行平滑处理，对平滑处理后的强度曲线进行分段，每个曲线段的强度偏差小于曲线段强度平均值的10％；
S413、计算每个曲线段的后验概率密度函数，根据后验概率密度函数求得曲线段的最大似然估计值；
S414、使用全部的最大似然估计值进行线性同归，拟合得到最终的微波信号强度。
步骤S413中，使用曲线段的极点对曲线段的后验概率密度函数进行修正，使极点对应后验概率密度函数的概率大于后验概率密度函数的平均值。
同时，本发明还公开了一种具有电磁干扰的情况下的路网监测系统，包括设置在高速路网上的一个或多个龙门架、服务器，所述龙门架上设有监测单元，所述监测单元包括控制器、摄像头、RSU设备、通信模块；
所述摄像头用于读取车辆的车牌号；
所述RSU设备用于读取经过该龙门架的车辆所搭载的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号；
所述控制器用于通过通信模块将车牌号发送至服务器，并从服务器接收与车牌号对应的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号，还用于在RSU设备在预设时间段内所读取的一个或多个设备号码或卡号中寻找是否存在服务器所发送的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号，若不存在，则发出告警信号；
所述服务器用于根据所获得的车牌号发送至服务器找到预存的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号，并发送至监测单元。
在上述的具有电磁干扰的情况下的路网监测系统中，还包括设置于龙门架上的抗干扰设备，所述抗干扰设备用于检测车道是否存在干扰信号，若存在，则将干扰信号的信号特征发送给控制器。
在上述的具有电磁干扰的情况下的路网监测系统中，所述抗干扰设备包括如下子模块：
信号检测子模块：用于检测车道的微波信号，并对获取的微波信号的强度进行计算；
通信连接建立子模块：用于对信号检测子模块筛分出来的强度过大的微波信号发送建立握手通信连接的请求，判断握手通信能否建立；
信号处理子模块：在通信连接建立子模块不能和微波信号建立通信连接的时候，发送该该微波信号的强度、频率至控制器。
在上述的具有电磁干扰的情况下的路网监测系统中，所述告警信息包括摄像头所读取的车牌号码、下一龙门架的位置，所述告警信息还包括RSU设备所获取的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号、通过摄像头所获取的车辆的型号或外观。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过摄像头获取车牌号，并通过RSU设备获取OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号；通过车牌号从后台获取OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号，并将该OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号从RSU所获取的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号池中搜寻，可确定该车辆是否屏蔽了OBU或CPC卡或是否套牌了其他车牌或者用了其他的OBU或CPC卡来掩饰该车辆本来真实搭载的OBU或CPC卡。
由于微波信号的强度一直处于快速波动中，如果简单对其进行取点求值，会导致计算值与实际值偏差较大。为了克服这一技术问题，本发明通过改进微波信号强度的计算方法，通过分段求取最大似然估计值，然后进行线性回归拟合的处理方式，将强度信号中存在的大量波动分量进行消峰融合，进而提高计算值与实际值的一致性。在计算后验概率密度函数时，利用曲线段的极点对曲线段的后验概率密度函数进行修正，可以保证后验概率密度函数的模拟精确度。
总之，本方法可以准确的判断车辆是否涉及逃费，如果逃费，则可以准确识别。
同时，本案还提供了一种基于上述方法的路网监测系统。
附图说明
图1为本发明的实施例1的方法的流程图；
图2为本发明的实施例1的方法的流程图；
图3为本发明的实施例2的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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
参考图1-2，一种具有电磁干扰的情况下的车辆监测方法，包括如下步骤：
步骤1：通过高速路网的同一龙门架所架设的摄像头和RSU设备读取车辆的车牌号和OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号；
摄像头读取车牌的原理在于：车道上一般埋设有感应线圈，当车辆经过触发感应线圈，则摄像头拍照，这是公知常识。
在进行收费站费用结算时，收费系统会读取ETC设备、CPC卡内所记载的反馈信号即可进行各段的收费明细并计算总费用进行收费。
需要说的是，基于OBU设备、CPC卡的质量不一样，RSU设备读取信号时的时间可能不一样，如果OBU设备、CPC卡的质量好，则RSU设备的读取时间会比较快，如果OBU设备、CPC卡的质量一般，则车辆可能得运行到龙门架下方时，RSU设备才会读取相关信号。
在步骤1进行的同时，还可优选进行干扰信号的探测，因为在大部分的逃费用户中，都是采用干扰信号，具体可参考步骤4，在进行步骤4的论述之前，先说明干扰信号干扰RSU的具体方式：干扰信号会采用高强度的无线电信号发出，RSU会优选对高强度信号进行处理，这样导致真正的OBU或CPC的信号被漏掉，这种干扰方式成本小、无需对OBU进行额外处理、可关闭藏匿，是违法者的首选。
所以，本方案还增设了步骤4：判断是否存在干扰信号，通过架设在同一龙门架上的抗干扰设备检测是否存在干扰信号，若存在干扰信号，则将干扰信号的信号特征加入到告警信息中；所述步骤4具体包括如下子步骤：
S41：通过抗干扰设备检测车道的微波信号，获取微波信号的强度和频率，并对获取的微波信号的强度进行计算；当微波信号的强度大于预设值时，进行S42；若微波信号的强度小于预设值，则放弃对该微波信号的检测；
S42：发送建立握手通信连接的请求，判断握手通信能否建立，若不能建立则进行S43；若能建立则放弃对该微波信号的检测；
S43：将该微波信号的强度、频率加入到步骤3的告警信息中。
对获取的微波信号的强度进行计算包括以下步骤，
S411、获取微波信号的强度曲线；
S412、对强度曲线进行平滑处理，对平滑处理后的强度曲线进行分段，每个曲线段的强度偏差小于曲线段强度平均值的10％；
S413、计算每个曲线段的后验概率密度函数，根据后验概率密度函数求得曲线段的最大似然估计值；
S414、使用全部的最大似然估计值进行线性回归，拟合得到最终的微波信号强度。
步骤S413中，使用曲线段的极点对曲线段的后验概率密度函数进行修正，使极点对应后验概率密度函数的概率大于后验概率密度函数的平均值。
将微波信号的信息加入告警信息中的优点在于，交警无需在下一龙门架拦截，可在两龙门架之间的任何位置拦截该车辆并在违法车辆上进行干扰信号取证。具体来说，如果交警收到告警信息，会通过车载的与步骤4同样的抗干扰设备来获取微波信号，当获取到了该信号就可以固定该证据，即使交警拦截下该车辆后车主关闭了干扰器，交警依然有足够的证据证明其通过信号干扰破坏高速设备正常运行的违法行为。
同时本步骤4还包括：检测干扰信号是否一直存在，若一直存在，则发出另一告警信息提示交警有人在龙门架或收费站附近放置了干扰源，需要排除。
干扰源的定位和排出方法为：抗干扰设备采用具有可转动的天线的结构，通过天线的转动来接收微波信号，来判断哪个方向的微波信号最强，可知干扰源的方向，干扰源一般放置在草丛中，所以这种方式是可行且有效的。
步骤2：将摄像头所读取的车牌号码发送到服务器，从服务器获取该车牌号码所对应的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号；
服务器是远程服务器，其内存有办有ETC卡的车辆的车牌、OBU设备的设备号码；车辆如果没有办ETC或者没有使用ETC，在驶入高速时，一般会领取CPC卡，此时，入闸口会将信息发送至服务器，服务器会将CPC卡和车牌号码进行关联存储。
步骤3：从摄像头所在的同一龙门架上的RSU设备在预设时间段内所读取的一个或多个设备号码或卡号中寻找，判断是否存在步骤2所获得的设备号码或卡号，若不存在，则发出告警信息。根据OBU设备、CPC卡的质量不同，所以本实施例的预设时间段一般是指摄像头读取车牌号码的前后1分钟的时间段内，RSU设备读取的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号形成的信息池，从服务器所获取的设备号码、卡号从信息池内查询是否存在一直的设备号码或卡号。
如果步骤3的信息池中存在对应的设备号码、卡号，则不进行任何告警，如果不存在，则进行告警，告警信息的发送对象可以为服务器或者路政监管人员或交通警察。所涉及的告警信息包括步骤1所涉及的车牌号码、下一龙门架的位置，甚至于还可以包括：步骤1中所涉及的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号、通过步骤1的摄像头所获取的车辆的型号或外观。
本实施例通过摄像头获取车牌号，并通过RSU设备获取OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号；通过车牌号从后台获取OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号，并将该OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号从RSU所获取的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号池中搜寻，可确定该车辆是否屏蔽了OBU或CPC卡或是否套牌了其他车牌或者用了其他的OBU或CPC卡来掩饰该车辆本来真实搭载的OBU或CPC卡。
总之，本方法可以准确的判断车辆是否涉及逃费，如果逃费，则可以准确识别。
本实施例唯一存在无法正确告警的情况在于：在大雾、暴雨等无法识别车牌的情况，这种极端天气情况并不在本实施例的考虑范围内。
实施例2
参考图3，一种具有电磁干扰的情况下的路网监测系统，包括设置在高速路网上的多个龙门架1、服务器2，所述龙门架1上设有监测单元3，所述监测单元3包括控制器4、摄像头5、RSU设备6、通信模块7、抗干扰设备8；
所述摄像头5用于读取车辆的车牌号；
所述RSU设备6用于读取经过该龙门架1的车辆所搭载的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号；
所述抗干扰设备8用于检测车道是否存在干扰信号，若存在，则将干扰信号的信号特征发送给控制器4。
其包括如下子模块：
信号检测子模块81：用于检测车道的微波信号，并对获取的微波信号的强度进行计算；
通信连接建立子模块82：用于对信号检测子模块筛分出来的强度过大的微波信号发送建立握手通信连接的请求，判断握手通信能否建立；过大的微波信号一般是指超过OBU设备的最大信号强度。
信号处理子模块83：在通信连接建立子模块不能和微波信号建立通信连接的时候，发送该该微波信号的强度、频率至控制器。
所述控制器4用于通过通信模块7将车牌号发送至服务器2，并从服务器2接收与车牌号对应的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号，还用于在RSU设备6在预设时间段内所读取的一个或多个设备号码或卡号中寻找是否存在服务器2所发送的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号，若不存在，则发出告警信号；所述预设时间段是指摄像头5所拍摄车牌号的前后1分钟的时间段；所述告警信息包括摄像头5所读取的车牌号码、下一龙门架1的位置；在上述的具有电磁干扰的情况下的路网监测系统中，所述告警信息还包括RSU设备6所获取的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号、通过摄像头5所获取的车辆的型号或外观；
所述服务器2用于根据所获得的车牌号发送至服务器2找到预存的OBU设备的设备号码或CPC卡的卡号，并发送至监测单元3，所述服务器2还用于：若车辆在驶入高速时领取了CPC卡，则存储CPC卡和车牌号码的对应关系。
其工作过程为：高速路上有多个龙门架1，每个龙门架1上都有摄像头5和RSU设备6，摄像头5读取经过车辆的车牌号码，RSU设备6读取车辆搭载的OBU和CPC卡的号码。控制器4控制服务器2将摄像头5所读取的车牌号发给服务器2，服务器2查询车牌号对应的OBU和CPC卡的号码并发送给控制器4，控制器4从RSU设备6的号码池中去找，看能否找到匹配的OBU和CPC卡的号码，如果能，就不告警，如果不能就告警。高速警察会在下一龙门架1拦截该车牌对应的车辆进行查验。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
