基于gps的高速公路收费系统设计与制作(附件)【字数：7529】
摘 要随着我国经济、社会的发展，公路基础设施建设规模不断扩大，很多省（市、自治区）内的高速公路已经形成了较为复杂的路网结构，同一OD（origin destination交通出行量）对间可能会产生路径不唯一的现象，对现在的联网收费造成了很大的挑战。路径识别有很多种技术方法，其中有些比较成熟的已经在实际收费中得到了良好的应用。本设计采用并实现了STM32单片机与RC522射频IC卡模块相结合的方案，设计了上位机测试软件用来模拟收费车道系统。最后通过发卡时写入起点信息、行驶时记录路径信息、读卡时显示路径信息的实验流程并最终进行费用的结算。
目录
一、 引言 1
（一） 公速公路收费系统的发展背景 1
（二） 高速公路收费系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 路径信息获取方案 3
1. 复合通行卡方案 3
2.OBU 与 IC 卡相结合方案 4
（二） 技术方案的实施 4
1.车载单元的设计 4
2.通行卡信息文件与数据格式的更新 5
3.收费车道通行卡读写器的更新 5
（三） 路径识别原理 5
1.GPS 坐标的获取 5
2.高速公路地理信息系统数据库 5
3.GPS 坐标与路径的匹配 5
三、 系统硬件设计 6
（一） OBU 架构设计 6
（二） 主控单元设计 6
（三）时钟电路 7
（四）GPS 模块电路 7
（五）电源管理单元电路 8
四、 系统软件设计 9
（一） OBU 系统软件总流程 9
五、 实物制作与安装 11
总结 12
参考文献 13
致 谢 14
附录一 原理图 15
附录二 PCB图 16
附录三 实物图 17
附录四 元件列表 18
附录五 程序 19
引言
公速公路收费系统的发展背景 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
随着我国的经济建设越来越快，运输行业也在蓬勃发展，公路的基础建筑设施也在不断地扩大，全国的大规模道路网络已经逐渐形成。那么对于出行从出发地到目的地的出行方案也越来越多。据去年年底，我国的高速公路总里程数已经超过了14万公里，就目前在世界上位居第一。我国的公路建设规模之所以宏大得益于响应了国务院的“贷款修路，收费还贷”政策。但是随着高速公路的发展那么出行对于路径的选择也是越来越多，2007年交通部发布的《收费公路联网收费技术要求》已经采用了很多方法，比如最短路径法、标识站法、出口确认法等等，没有特殊情况一般选用最短路径的方法；费用的拆分大都是基于协商法等基础上复合拆分结算的方法计算。它有两个缺点：其一：基于协商法等基础上确定的多义性路径联网收费，不精确且不合理。其二：随着路网越来越发达，为一些恶意逃费的U型、J型行驶提供路径。于是车道收费系统的设计如何合理准确成为一大解决的难题。
本文通过研究以上的这些问题，发现路径的精准识别是解决问题的关键，并具有一下这些意义：对于消费者也就是道路的使用者，他们可以做到行驶了多少公里数的路也就缴了多少的费用。而不是以前的那种最短的路径方法，实际走了多少公里数就收相应的钱。以后如果出现了收费与免费的路径交错时，就只需要将免费路段设置成0就是了。那么有一类情况就可以避免了就是最短的路程与高的隧道与桥产生的费用。二：如果收费站把每一段路的通行费都计算的很精确的话，承包商其实是可以不定期的收回道路的使用费用。于是业主就会主动去管理，形成良好的竞争机制，服务道路使用者。三：对于恶意行驶U型，J型等的恶意驾驶行为有很好的抑制作用。
高速公路收费系统的国内外发展现状
国外的高速公路是采用了投资的那种方式来判断收费方式，据相关调查美国虽然有十万多公里，但是他们的收费才8000多公里，只占3%左右，并且他们具有多义性的路段并不多，没有什么路径的识别问题，法国超过百分之九十的收费路段是由特许的经营方式来建设维护，并没有采用联网收费的方式。对于日本，他们的9126.8公里的高速公路全是收费，征收标准全国统一，除了固定路程的收费方式主线也有收费站，出口基本都是ETC方式，来完成识别的车辆行驶路径。
相比较与国外，我国的公速公路网络错综复杂，且形式多样业务繁多。道路使用者如果按照最短路径来收费可以节省很多费用，那么对于道路承包商们他们的利益与收入怎么能够被合理安排这将是个很重要的问题，路段的确定是解决问题的关键。总体上，我们有两种分法，第一是根据概率的情况来分，第二个是很准确的拆分法。概率的那种方法是我们道路收费很早以前就开始了，他的限制条件是路况不能过于复杂，车流其实也是均衡的情况，那么我们用最短路径是特别科学的。
图1 高速公路路径图
如图所示的高速公路，如果想要从A到B，他的最短路径是ADDEEB如图1所示。那么我们就把费用均衡在三个路线上，我们将路段的长短和资金的收入均衡给相应路段的承包商；但是我们如果从A到C的话，相对应的最短路径就有三段AD，DF，FC，按照同样的方法将费用拨给这三个业主。这样的计算方法简单，而且投资也少，容易实施。但是他也有缺点，如果DE交通量很大的话，而DEEC却很少，那么A 到 C从就会有司机选择ADDEEFFC 路径，不选最短，产生了一种叫按交通量分配到路段中，从而有了新的最短路径的设计。我们设计的最短路径是动态变化的，它是根据了交通量的动态变化，体现了实际的路径分配。这种多义性的路径，需要与业主商量沟通，综合各类情况最终确定拆分方法。在协商法中又需要考虑自动车型的分类，根据二义性路径中每条路径的各类车型进行费用拆分，从长远来看，是可以实现拆分平衡的。概率拆分比较容易建立数学模型，比较好实现，同时也公平合理。但是随着路网结构的错综复杂，概率拆分的方式就显得不那么合理了。所以精确的拆分方式就产生了。其中主要有下面的几种方法，比如出口确认法、比如RFID 标识站法、比如车牌识别法。这些方法的实现原理如下：
目录
一、 引言 1
（一） 公速公路收费系统的发展背景 1
（二） 高速公路收费系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 路径信息获取方案 3
1. 复合通行卡方案 3
2.OBU 与 IC 卡相结合方案 4
（二） 技术方案的实施 4
1.车载单元的设计 4
2.通行卡信息文件与数据格式的更新 5
3.收费车道通行卡读写器的更新 5
（三） 路径识别原理 5
1.GPS 坐标的获取 5
2.高速公路地理信息系统数据库 5
3.GPS 坐标与路径的匹配 5
三、 系统硬件设计 6
（一） OBU 架构设计 6
（二） 主控单元设计 6
（三）时钟电路 7
（四）GPS 模块电路 7
（五）电源管理单元电路 8
四、 系统软件设计 9
（一） OBU 系统软件总流程 9
五、 实物制作与安装 11
总结 12
参考文献 13
致 谢 14
附录一 原理图 15
附录二 PCB图 16
附录三 实物图 17
附录四 元件列表 18
附录五 程序 19
引言
公速公路收费系统的发展背景 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
随着我国的经济建设越来越快，运输行业也在蓬勃发展，公路的基础建筑设施也在不断地扩大，全国的大规模道路网络已经逐渐形成。那么对于出行从出发地到目的地的出行方案也越来越多。据去年年底，我国的高速公路总里程数已经超过了14万公里，就目前在世界上位居第一。我国的公路建设规模之所以宏大得益于响应了国务院的“贷款修路，收费还贷”政策。但是随着高速公路的发展那么出行对于路径的选择也是越来越多，2007年交通部发布的《收费公路联网收费技术要求》已经采用了很多方法，比如最短路径法、标识站法、出口确认法等等，没有特殊情况一般选用最短路径的方法；费用的拆分大都是基于协商法等基础上复合拆分结算的方法计算。它有两个缺点：其一：基于协商法等基础上确定的多义性路径联网收费，不精确且不合理。其二：随着路网越来越发达，为一些恶意逃费的U型、J型行驶提供路径。于是车道收费系统的设计如何合理准确成为一大解决的难题。
本文通过研究以上的这些问题，发现路径的精准识别是解决问题的关键，并具有一下这些意义：对于消费者也就是道路的使用者，他们可以做到行驶了多少公里数的路也就缴了多少的费用。而不是以前的那种最短的路径方法，实际走了多少公里数就收相应的钱。以后如果出现了收费与免费的路径交错时，就只需要将免费路段设置成0就是了。那么有一类情况就可以避免了就是最短的路程与高的隧道与桥产生的费用。二：如果收费站把每一段路的通行费都计算的很精确的话，承包商其实是可以不定期的收回道路的使用费用。于是业主就会主动去管理，形成良好的竞争机制，服务道路使用者。三：对于恶意行驶U型，J型等的恶意驾驶行为有很好的抑制作用。
高速公路收费系统的国内外发展现状
国外的高速公路是采用了投资的那种方式来判断收费方式，据相关调查美国虽然有十万多公里，但是他们的收费才8000多公里，只占3%左右，并且他们具有多义性的路段并不多，没有什么路径的识别问题，法国超过百分之九十的收费路段是由特许的经营方式来建设维护，并没有采用联网收费的方式。对于日本，他们的9126.8公里的高速公路全是收费，征收标准全国统一，除了固定路程的收费方式主线也有收费站，出口基本都是ETC方式，来完成识别的车辆行驶路径。
相比较与国外，我国的公速公路网络错综复杂，且形式多样业务繁多。道路使用者如果按照最短路径来收费可以节省很多费用，那么对于道路承包商们他们的利益与收入怎么能够被合理安排这将是个很重要的问题，路段的确定是解决问题的关键。总体上，我们有两种分法，第一是根据概率的情况来分，第二个是很准确的拆分法。概率的那种方法是我们道路收费很早以前就开始了，他的限制条件是路况不能过于复杂，车流其实也是均衡的情况，那么我们用最短路径是特别科学的。
图1 高速公路路径图
如图所示的高速公路，如果想要从A到B，他的最短路径是ADDEEB如图1所示。那么我们就把费用均衡在三个路线上，我们将路段的长短和资金的收入均衡给相应路段的承包商；但是我们如果从A到C的话，相对应的最短路径就有三段AD，DF，FC，按照同样的方法将费用拨给这三个业主。这样的计算方法简单，而且投资也少，容易实施。但是他也有缺点，如果DE交通量很大的话，而DEEC却很少，那么A 到 C从就会有司机选择ADDEEFFC 路径，不选最短，产生了一种叫按交通量分配到路段中，从而有了新的最短路径的设计。我们设计的最短路径是动态变化的，它是根据了交通量的动态变化，体现了实际的路径分配。这种多义性的路径，需要与业主商量沟通，综合各类情况最终确定拆分方法。在协商法中又需要考虑自动车型的分类，根据二义性路径中每条路径的各类车型进行费用拆分，从长远来看，是可以实现拆分平衡的。概率拆分比较容易建立数学模型，比较好实现，同时也公平合理。但是随着路网结构的错综复杂，概率拆分的方式就显得不那么合理了。所以精确的拆分方式就产生了。其中主要有下面的几种方法，比如出口确认法、比如RFID 标识站法、比如车牌识别法。这些方法的实现原理如下：
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