Etc路侧设备场强测量及通信区域标定装置、系统及方法
【专利摘要】本发明涉及测量【技术领域】，公开了一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置，包括：射频信号测量模块、测量控制模块、自主定位模块和运动控制模块，所述射频信号测量模块、自主定位模块和运动控制模块均连接所述测量控制模块；所述自主定位模块用于将当前位置发送至所述测量控制模块；所述测量控制模块用于控制射频信号测量模块与所述路侧设备进行通信，以测量路侧设备发出的射频信号在当前测量点的信号强度，并控制所述运动控制模块驱动所述标定装置自动运动到下一个测量点。还公开了一种标定系统及方法。本发明实现了RSU信号测量及区域标定自动化，减轻了ETC车道工程实施劳动强度。
【专利说明】ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置、系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量【技术领域】，特别涉及一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置、系统及方法。
【背景技术】
[0002]电子不停车收费系统ETC是指车辆通过高速公路收费广场时不需停车即可实现非现金自动缴费的收费系统。所述ETC系统中包括路侧设备RSU及车载设备OBU，RSU与OBU之间通过5.8GHz射频信号进行双向数据通信。RSU与OBU之间的通信范围需控制在与RSU相对应的ETC专用收费车道内，通信区域一般宽度为3.5m?4m，长度为6m?15m。通信区域控制依靠调制RSU定向天线辐射功率及辐射角度实现。在ETC工程施工过程中需要对RSU有效通信区域进行测量和标定。目前常用的RSU通信区域测量方法有以下几种。
[0003]第一种方法，使用OBU对RSU进行通信区域标定:
[0004]使用三脚架固定住0BU，保证OBU处于正常工作状态；移动三脚架使OBU从不同方向由RSU通信区域外向通信区域中心挪动，记录OBU从开始稳定与RSU交易的位置点；测量并记录若干个位置点，一般为12个，将这些位置点描绘出来构成RSU通信区域图。RSU通信区域图可作为RSU参数调整的依据。
[0005]调整RSU参数并重复以上测试过程，直至RSU通信与区域满足工程应用要求，即完成RSU通信区域标定。
[0006]此方法的缺点在于:
[0007]I)使用OBU产品作为测试装置，OBU个体差异引入了很大测试误差；
[0008]2)仅能概要描述RSU通信区域边缘，无法描述通信区域内场强分布情况；
[0009]3)仅能进行定性测量，不能实现量化描述。
[0010]第二种方法，使用频谱仪对RSU场强分布进行通信区域测量并实现通信区域标定:
[0011]使用5.SG专用天线板连接频谱仪，移动频谱仪和天线板到被测RSU天线下方的标定点上，测量不同标定点的载波信号强度。标定点一般成网格状分布，并覆盖完整RSU通信区域。测试过程中逐点记录标定点坐标及信号强度，完成所有标定点测量后形成场强数据表。通过数据表可分析RSU场强分布，计算通信区域范围，并作为RSU参数调整依据。
[0012]调整RSU参数并重复以上测试过程，直至RSU通信与区域满足工程应用要求，即完成RSU通信区域标定。
[0013]此方法的缺点在于:
[0014]I)依赖专用设备，成本高，操作难度大，不易推广；
[0015]2)人工逐点测量，劳动强度大；
[0016]3)后续数据处理过程繁琐。
【发明内容】
[0017](一)要解决的技术问题
[0018]本发明要解决的技术问题是:如何实现自动化的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定。
[0019](二)技术方案
[0020]为解决上述技术问题，本发明提供了一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置，其特征在于，包括:射频信号测量模块、测量控制模块、自主定位模块和运动控制模块，所述射频信号测量模块、自主定位模块和运动控制模块均连接所述测量控制模块；
[0021]所述自主定位模块用于将当前位置发送至所述测量控制模块；所述测量控制模块用于控制射频信号测量模块与所述路侧设备进行通信，以测量路侧设备发出的射频信号在当前测量点的信号强度，并控制所述运动控制模块驱动所述标定装置自动运动到下一个测量点。
[0022]其中，所述射频信号测量模块包括:测试标准天线、测量单元和通讯单元，所述测试标准天线和测量单元之间通过射频连接线相连，所述测试标准天线用于接收路侧设备发出的射频信号，通过射频连接线传输给所述测量单元；所述测量单元将传输过来的射频信号转换为数字信号进行测量并将测量结果传输给通讯单元；所述通讯单元接收测量控制模块的控制命令以将测试结果传输出去。
[0023]其中，所述测试标准天线工作于符合中国ETC国家标准规定的5.8GHz频段并具备稳定增益。
[0024]其中，所述自主定位模块包括:卫星定位模块和惯性导航模块，所述卫星定位模块连接惯性导航模块，卫星定位模块用于获取所述标定装置当前位置，惯性导航模块用于获取所述标定装置自身运动引起的相对位置变化；所述卫星定位模块连接测量控制模块，用于将所述当前位置发送给测量控制模块；
[0025]其中，所述运动控制模块包括:决策模块和执行模块，所述决策模块连接测量控制模块，接收测量控制模块发送的测量路径，并控制执行模块使所述标定装置按测量路径移动；或接收测量控制模块发送的运动指令，并根据运动指令控制执行模块使所述标定装置移动。
[0026]本发明还提供了一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统，包括:测量终端及上述任一项所述的标定装置，所述测量终端发送RSU预设参数至所述路侧设备，以配置所述路侧设备，并控制所述标定装置在预设的测量点测量所述路侧设备发出的射频信号强度；所述测量终端获取测量点位置及在该测量点测量的射频信号强度，以形成通信区域范围图和场强分布图；如果得到的通信区域范围图已达到使用标准要求，在允许的偏差范围内，则完成标定，否则根据偏差大小调整RSU预设参数再次进行测量，直到达到使用标准要求。
[0027]其中，所述测量终端连接所述路侧设备，所述测量终端通过所述路侧设备转发所述测量路径至所述标定装置，以使所述标定装置按所述测量路径从一个测量点移动到下一个测量点；或转发移动控制指令至所述标定装置，控制所述标定装置从一个测量点移动到下一个测量点。
[0028]其中，所述测量终端连接所述标定装置，所述测量终端通过所述标定装置转发所述RSU预设参数至所述路侧设备。
[0029]本发明还提供了一种基于上述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统的标定方法，包括:
[0030]S1:通过测量终端设置场强测量参数和RSU预设参数，所述场强测量参数包括:待测区域边界、场强测量点分布密度、测量精度要求、通信区域场强标准、通信区域标定目标范围及允许偏差，所述测量终端根据场强测量参数选择测量点；
[0031]S2:被测路侧设备以所述RSU预设参数发射测试用的射频信号；
[0032]S3:所述标定装置根据测量点的分布逐点测量射频信号强度，并将测量结果发送至所述测量终端；
[0033]S4:测量终端对测量数据进行处理，根据测量点位置及在所述该测量点测量的射频信号强度形成完整场强分布图；在场强分布图的基础上，筛选出场强大小高于通信标准的场强分布区域，得到通信区域范围图；
[0034]S5:若得到的通信区域范围图达不到使用标准，偏差大于所述允许偏差，则根据偏差大小重新调整RSU预设参数，再重复步骤S2?S4，直到测量得出的通信区域范围图达到使用标准，偏差小于所述允许偏差。
[0035]其中，步骤S2中所述的测试用的射频信号为:载波信号、全O测试信号、全I测试信号、14kHz唤醒信号、DSRC数据帧信号中的一种信号或几种信号的组合。
[0036]其中，步骤S3中所述测量结果包括:测量点编号、测量点坐标和信号强度。
[0037]其中，步骤S3中，所述标定装置根据测量点的分布逐点测量射频信号强度测量射频信号强度的移动方式包括如下两种之一:
[0038]自主移动方式:标定装置根据所述测量终端预先规划的测量路径主动完成测量位置调整和确认；
[0039]被动移动方式:测量终端通过定位获取所述标定装置的位置，并通过命令控制标定装置移动。
[0040]其中，所述测量路径规划原则为:路径最短或中心区域优先。
[0041]其中，步骤S5所述的RSU预设参数进行调整，包括:发射功率、辐射方向和半功率角度中的一种或任意组合。
[0042]其中，若被测路侧设备的天线具备多个可配置通信区域时，按步骤SI?S5对各通信区域逐一进行测量及标定。
[0043](三)有益效果
[0044]本发明的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置实现了 RSU信号测量及区域标定自动化，减轻了 ETC车道工程实施劳动强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1是本发明实施例的一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置结构示意图；
[0046]图2是本发明实施例的一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统结构示意图；
[0047]图3是本发明实施例的另一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统结构示意图；
[0048]图4是本发明实施例的又一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统结构示意图；
[0049]图5是本发明实施例的一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定方法流程图。
【具体实施方式】
[0050]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0051]本发明实施例的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置100，如图1所示，包括:测量控制模块110、射频信号测量模块120、自主定位模块130和运动控制模块140。射频信号测量模块120、自主定位模块130和运动控制模块140均连接测量控制模块110。
[0052]自主定位模块130用于将当前位置发送至测量控制模块110，测量控制模块110用于控制射频信号测量模块120与路侧设备(即RSU)进行通信，以测量路侧设备发出的射频信号在当前测量点的信号强度，并控制运动控制模块140驱动标定装置100运动到下一个测量点。
[0053]本实施例中，射频信号测量模块120包括:测试标准天线、测量单元和通讯单元。测试标准天线和测量单元之间通过射频连接线相连，测试标准天线用于接收路侧设备发出的射频信号，并通过射频连接线传输给测量单元。测量单元将传输过来的射频信号转换为数字信号进行测量并将测量结果传输给通讯单元。通讯单元一方面与测量控制模块进行通信，以接收测量控制模块的控制命令，另一方面通讯单元也将测试数据测试结果传输出去，传输至用于统计结果的测量终端。其中，测试标准天线工作于符合中国ETC国家标准规定的5.SGHz频段并具备稳定增益。
[0054]本实施例中，自主定位模块130包括:卫星定位模块和惯性导航模块。卫星定位模块连接惯性导航模块，卫星定位模块用于获取所述标定装置当前绝对位置信息，惯性导航模块用于获取所述标定装置自身运动引起的相对位置变化(验证当前移动是否满足预期，是否合理)。卫星定位模块连接测量控制模块110，用于将当前位置信息发送给测量控制模块 IlOo
[0055]本实施例中，运动控制模块140包括:决策模块和执行模块。决策模块连接测量控制模块，接收测量控制模块发送的测量路径，并控制执行模块使所述标定装置按测量路径移动；或接收测量控制模块发送的运动指令，并根据运动指令控制执行模块使标定装置按照一定方向进行位置移动。执行模块可以是轮式或履带式的运动机构。
[0056]本发明还提供了一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统，包括:测量终端及上述的标定装置，测量终端发送RSU预设参数至路侧设备，以配置路侧设备，并控制所述标定装置在预设的测量点测量所述路侧设备发出的射频信号强度。所述测量终端获取测量点位置及在该测量点测量的射频信号强度，以形成通信区域范围图和场强分布图。如果得到的通信区域范围图已达到使用标准要求，在允许的偏差范围内，则完成标定，否则根据偏差大小调整RSU预设参数再次进行测量，直到达到使用标准要求。
[0057]如图2所示，为标定系统的一种连接方式，测量终端300连接路侧设备200，测量终端300通过路侧设备200转发测量路径至标定装置100，以使标定装置100按测量路径从一个测量点移动到下一个测量点；或转发移动控制指令至标定装置100，控制标定装置100从一个测量点移动到下一个测量点。其中，标定装置100通过射频信号测量模块的通讯单元接收由路侧设备200转发过来的信息。
[0058]如图3和4所示，为标定系统的另外两种连接方式，测量终端300连接标定装置100，测量终端300通过标定装置100转发RSU预设参数至路侧设备200。图3中为有线连接的方式，图4为无线连接的方式，如2.4G无线连接。
[0059]本发明还提供了一种基于上述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统的标定方法，流程如图5所示，包括:
[0060]步骤S1:通过测量终端设置场强测量参数和RSU预设参数，所述场强测量参数包括:待测区域边界、场强测量点分布密度、测量精度要求、通信区域场强标准、通信区域标定目标范围及允许偏差。所述测量终端根据场强测量参数选择测量点。。
[0061]步骤S2:被测路侧设备以所述RSU预设参数发射测试用的射频信号。其中，测试用的射频信号为:载波信号、全O测试信号、全I测试信号14kHz唤醒信号、DSRC数据帧信号中的一种信号或几种信号的组合。RSU预设参数包括:发射功率、辐射方向和半功率角度。
[0062]步骤S3:所述标定装置根据测量点的分布逐点进行场强测量，并将测量结果发送至测量终端。其中，逐点测量的测量结果包括:测量点编号、测量点坐标和信号强度。其中在测量时标定装置的移动方式包括如下两种:
[0063]自主移动方式:标定装置根据测量终端预先规划的测量路径(可以在步骤SI中测量终端根据选择的测量点规划测量路径)主动完成测量位置调整和确认。其中，测量路径规划原则为:路径最短或中心区域优先，即以最短的路径走完所选的测量点或先测量标定点区域中位于中心区域的测量点。
[0064]被动移动方式:测量终端通过定位获取所述标定装置的位置，并通过命令控制标定装置移动。
[0065]图5中示出了自主移动方式，将标定装置放置于测量路径的起点开始测量，测量一个标定点场强，并判断是否为规划的路径的终点，若不是按照规划路的径自动移动到下一个标定点，直到终点为止。
[0066]对于被动移动方式，具体步骤包括:测量终端根据标定装置的当前测量点位置和下一个测量点位置生成运动指令；标定装置根据运动指令向下一个测量点运动，并向测量终端发送运动状态数据帧；测量终端接收运动状态数据帧并更新标定装置的当前位置，判断是否达到下一个测量点，若未达到继续更新标定装置的当前位置，直到达到下一测量点。
[0067]步骤S4:测量终端对测量数据进行处理，根据测量点位置及在该测量点测量的射频信号强度形成完整场强分布图；在场强分布图的基础上，筛选出场强大小高于通信标准的场强分布区域，得到通信区域范围图。得到场强分布图之后，场强大小高于通信标准的地方就是通信区域。场强的分布图可能是O到10，但通信区域图可能只取4到10 ;即场强大于一定值才能通信。
[0068]步骤S5:若得到的通信区域范围图达不到使用标准，偏差大于所述允许偏差，则根据偏差大小重新调整RSU预设参数，再重复步骤S2?S4，直到测量得出的通信区域范围图达到使用标准，偏差小于所述允许偏差。调整RSU预设参数包括对发射功率、辐射方向和半功率角度中的一种或任意组合进行调整。
[0069]若被测路侧设备的天线具备多个可配置通信区域时，则按步骤SI?S5对各通信区域逐一进行测量及标定。
[0070]对于具备信号定位的RSU场强测量及通信区域标定，在步骤SI和S2之间还包括:RSU对标定装置的搜索和首次定位，具体搜索和定位方式属于现有方法，此处不再赘述。
[0071]使用本发明提供的ETC车道RSU设备信号场强测量及通信区域标定装置、系统和方法的还具有如下有益效果:
[0072]I)实现RSU信号测量及区域标定自动化，减轻了 ETC车道工程实施劳动强度；
[0073]2)可同时获取RSU通信区域边界信息和区域内信号强度分布特性；
[0074]3)采用定量测量，数据准确；
[0075]4)可使用不同RSU设备类型。
[0076]可见，本发明提供的ETC车道RSU设备信号场强测量及通信区域标定装置、系统和方法实现了相关过程操作的自动化，测试准确，操作方便，使用范围广，可大大降低ETC工程RSU车道实施操作难度和工作强度，有利于ETC应用推广。
[0077]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置，其特征在于，包括:射频信号测量模块、测量控制模块、自主定位模块和运动控制模块，所述射频信号测量模块、自主定位模块和运动控制模块均连接所述测量控制模块； 所述自主定位模块用于将当前位置发送至所述测量控制模块；所述测量控制模块用于控制射频信号测量模块与所述路侧设备进行通信，以测量路侧设备发出的射频信号在当前测量点的信号强度，并控制所述运动控制模块驱动所述标定装置自动运动到下一个测量点。
2.如权利要求1所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置，其特征在于，所述射频信号测量模块包括:测试标准天线、测量单元和通讯单元，所述测试标准天线和测量单元之间通过射频连接线相连，所述测试标准天线用于接收路侧设备发出的射频信号，通过射频连接线传输给所述测量单元；所述测量单元将传输过来的射频信号转换为数字信号进行测量并将测量结果传输给通讯单元；所述通讯单元接收测量控制模块的控制命令以将测试结果传输出去。
3.如权利要求2所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置，其特征在于，所述测试标准天线工作于符合中国ETC国家标准规定的5.SGHz频段并具备稳定增益。
4.如权利要求1所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置，其特征在于，所述自主定位模块包括:卫星定位模块和惯性导航模块，所述卫星定位模块连接惯性导航模块，卫星定位模块用于获取所述标定装置当前位置，惯性导航模块用于获取所述标定装置自身运动引起的相对位置变化；所述卫星定位模块连接测量控制模块，用于将所述当前位置发送给测量控制模块。
5.如权利要求1所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定装置，其特征在于，所述运动控制模块包括:决策模块和执行模块，所述决策模块连接测量控制模块，接收测量控制模块发送的测量路径，并控制执行模块使所述标定装置按测量路径移动；或接收测量控制模块发送的运动指令，并根据运动指令控制执行模块使所述标定装置移动。
6.一种ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统，其特征在于，包括:测量终端及权利要求I?5中任一项所述的标定装置，所述测量终端发送RSU预设参数至所述路侧设备，以配置所述路侧设备，并控制所述标定装置在预设的测量点测量所述路侧设备发出的射频信号强度；所述测量终端获取测量点位置及在该测量点测量的射频信号强度，以形成通信区域范围图和场强分布图；若得到的通信区域范围图已达到使用标准要求，在允许的偏差范围内，则完成标定，否则根据偏差大小调整RSU预设参数再次进行测量，直到达到使用标准要求。
7.如权利要求6所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统，其特征在于，所述测量终端连接所述路侧设备，所述测量终端通过所述路侧设备转发所述测量路径至所述标定装置，以使所述标定装置按所述测量路径从一个测量点移动到下一个测量点；或转发移动控制指令至所述标定装置，控制所述标定装置从一个测量点移动到下一个测量点。
8.如权利要求6所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统，其特征在于，所述测量终端连接所述标定装置，所述测量终端通过所述标定装置转发所述RSU预设参数至所述路侧设备。
9.一种基于权利要求6?8中任一项所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统的标定方法，其特征在于，包括: 51:通过测量终端设置场强测量参数和RSU预设参数，所述场强测量参数包括:待测区域边界、场强测量点分布密度、测量精度要求、通信区域场强标准、通信区域标定目标范围及允许偏差，所述测量终端根据场强测量参数选择测量点； 52:被测路侧设备以所述RSU预设参数发射测试用的射频信号； 53:所述标定装置根据测量点的分布逐点测量射频信号强度，并将测量结果发送至所述测量终端； 54:测量终端对测量数据进行处理，根据测量点位置及在所述该测量点测量的射频信号强度形成完整场强分布图；在场强分布图的基础上，筛选出场强大小高于通信标准的场强分布区域，得到通信区域范围图； S5:若得到的通信区域范围图达不到使用标准，偏差大于所述允许偏差，则根据偏差大小重新调整RSU预设参数，再重复步骤S2?S4，直到测量得出的通信区域范围图达到使用标准，偏差小于所述允许偏差。
10.如权利要求9所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定方法，其特征在于，步骤S2中所述的测试用的射频信号为:载波信号、全O测试信号、全I测试信号、14kHz唤醒信号、DSRC数据帧信号中的一种信号或几种信号的组合。
11.如权利要求9所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定方法，其特征在于，步骤S3中所述测量结果包括:测量点编号、测量点坐标和信号强度。
12.如权利要求9所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定方法，其特征在于，步骤S3中，所述标定装置根据测量点的分布逐点测量射频信号强度测量射频信号强度的移动方式包括如下两种之一: 自主移动方式:标定装置根据所述测量终端预先规划的测量路径主动完成测量位置调整和确认； 被动移动方式:测量终端通过定位获取所述标定装置的位置，并通过命令控制标定装置移动。
13.如权利要求12所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定方法，其特征在于，所述测量路径规划原则为:路径最短或中心区域优先。
14.如权利要求9所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统，其特征在于，步骤S5所述的RSU预设参数进行调整，包括:发射功率、辐射方向和半功率角度中的一种或任意组合。
15.如权利要求9所述的ETC路侧设备场强测量及通信区域标定系统，其特征在于，若被测路侧设备的天线具备多个可配置通信区域时，按步骤SI?S5对各通信区域逐一进行测量及标定。
【文档编号】H04B17/318GK104506260SQ201410816153
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】谢仲, 陈琦, 王开然, 赵昱阳, 蒋佳男, 傅建雄 申请人:北京万集科技股份有限公司