一种ETC系统的检测方法、装置、存储介质及终端

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种ETC系统的检测方法、装置、存储介质及终端。

背景技术

电子不停车收费(Electronic Toll Collection，ETC) 是利用安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间进行的专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，达到车辆通过高速公路或桥梁收费站无需停车而能缴纳高速公路或者桥梁费用的目的，从而提高通行效率。

而随着ETC技术愈加广泛地覆盖我国高速公路收费系统，系统的可靠性也越来越重要，乱收费、不抬杠等事件也时有发生，因此，如何对ETC系统的有效性进行检测，是现阶段需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种ETC系统的检测方法、装置、存储介质及终端，解决了现有ETC系统存在的不足。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种ETC系统的检测方法，所述检测方法包括数据接收步骤和数据处理步骤，所述数据处理步骤包括：

S11、将从所述数据接收步骤得到的数据通过双循环缓冲区进行数据缓存，然后过滤出数据包，并对数据包进行拷贝后用于绘图和存储；

S12、选择一个存储数据的文件，通过功率值比较的方式得到交易的数据帧，采用滑动平均的方式对每一帧交易数据的功率值进行处理，并绘制功率曲线；

S13、对交易的数据帧根据ASK信号特性获得ETC信号的实际占用宽带，根据FM0编码方式编码展示前导码，根据距离轮编码器计算ETC门架交易距离。

所述选择一个存储数据的文件通过功率值比较的方式得到交易的数据帧，采用滑动平均的方式对每一帧交易数据的功率值进行处理具体包括：

选择一个存储数据的文件并对其进行遍历，得到功率最大的那一帧数据M作为门架位置判定的基准数据；

再从头开始读取文件，将当前读取的数据帧中记录的功率值和门限唤醒阈值进行比较，当第一次出现大于等于门限唤醒阈值的数据帧时，OBU设备被唤醒，并记录当前读取的数据帧为有效信号的起始数据帧A；

在OBU设备与门架RSU设备进行交易时得到交易功率阈值，将起始数据帧A到最大数据帧M之间的所有大于等于交易功率阈值的数据帧作为可进行交易的数据帧，并对可交易数据帧进行记录；

读取可交易数据帧，并记当前读取的可交易数据帧的功率值为P，计算功率值P前N个值的数据总和，再除以总个数N，得到当前读取的可交易数据帧新的功率值Pn，并将其覆盖当前功率值P，重复此步骤得到所有可交易数据帧新的功率值Pn。

所述对交易的数据帧根据ASK信号特性获得ETC信号的实际占用宽带，根据FM0编码方式编码展示前导码，根据距离轮编码器计算ETC门架交易距离具体包括：

从记录的可交易数据帧中获得最大正负频偏值，按照ASK信号理论带宽512k再加上正负频偏值的绝对值之和获得ETC信号的实际占用宽带；

按照FM0编码方式对前导码的16个1和16个0进行编码以及图形展示；实现方式：FM0编码的特点是在一个周期内1表示不翻转，0表示翻转。因此图形的前半部分“1”的波形宽度是后半部分“0”波形宽度的两倍。

计算最大功率所在数据帧M和起始数据帧A之间的距离轮编码器脉冲个数差D，根据最开始安装设备时校准的距离轮编码器一圈产生脉冲个数J并结合车轮的周长K计算得到当前ETC门架的交易距离Q=D/J×K。

将从所述数据接收步骤得到的数据通过双循环缓冲区进行数据缓存具体包括：

在缓冲区中开辟X个大小为Y的内存空间块，空间块包括空闲的空间块和装有数据的空间块，对每一个空间块设置一个队列进行管理，初始化时全部为空闲的空间块，放在空闲的空间块队列中；

填入数据时，从缓冲区申请一个空闲的空间块，并返回空闲的空间块的首地址指针P1*，将需要存储的数据从P1*指针开始的地址进行拷贝，如果需要存储的数据大小大于Y，则数据的拷贝大小最大为Y，否则按照数据的实际大小拷贝，在数据拷贝完成后将P1*指针放入到装有数据的空间块队列中，同时写入当前拷贝数据的实际大小；

取出数据时，从缓冲区申请一块装有数据的空间块，并返回装有数据的空间块的首地址指针P2*，从P2*开始将数据拷贝到外部需要使用数据的内存中，数据的拷贝大小为存储时的数据大小，拷贝完成后将P2*指针放到空闲的空间块队列中。

所述数据接收步骤包括：

将接收到的信号进行带通滤波处理后与频率为5833MHz的本振信号进行混频；

将混频之后的信号传递给ADC，ADC以50MHz的采样率对信号进行采样，将模拟信号转换为数字信号；

对数据信号进行采样双信道模式的DDC处理，同时检测ETC门架发射的5840MHz与5830MHz信号；

将采集的信号分为两路并分别进行包络检波，对检测到ETC信号协议头中标注的14KHz方波信号进行FFT处理，计算信号功率、信号频偏和检波门限，并对256KHz信号包络抽样判决；

对判决后的256KHz信号进行前导码、起始标志和MAC地址进行解码，如果解码的前导码、起始标志和MAC地址正确则将测得的ETC功率、频偏、信道、GPS和距离轮编码器脉冲信号进行上传。

所述检测方法还包括采用多线程运行的方式同时选择多个存储数据的文件，分别对每个文件执行S12步骤和S13步骤，获得每个文件单独的结果。

一种ETC系统的检测装置，它包括接收端以及与所述接收端建立通信连接的数据处理终端；所述数据处理终端包括：

双循环缓冲区域：用于从所述接收端得到的数据通过双循环缓冲区进行数据缓存，并通过对空间块首地址指针的移动实现对数据的填入和取出；

数据分析模块：从所述双循环缓冲区域选择一个存储数据的文件，通过功率值比较的方式得到交易的数据帧，采用滑动平均的方式对每一帧交易数据的功率值进行处理；对交易的数据帧根据ASK信号特征获得ETC信号的实际占用宽带，根据FM0编码方式编码展示前导码，根据距离轮编码器计算ETC门架交易距离；

实时绘图模块：用于根据所述数据分析模块处理得到的交易数据帧的功率值绘制功率曲线。

所述接收端包括射频模块和中频模块；所述射频模块实现信号的采集和混频，中频模块用于将所述射频模块处理后的模拟信号转变为数字信号并对其进行过滤，得到ETC信号后传递给所述数据处理终端。

所述双循环缓冲区域包括：

空间块设置单元：在缓冲区中开辟X个大小为Y的内存空间块，空间块包括空闲的空间块和装有数据的空间块，对每一个空间块设置一个队列进行管理，初始化时全部为空闲的空间块，放在空闲的空间块队列中；

数据填入单元：从缓冲区申请一个空闲的空间块，并返回空闲的空间块的首地址指针P1*，将需要存储的数据从P1*指针开始的地址进行拷贝，如果需要存储的数据大小大于Y，则数据的拷贝大小最大为Y，否则按照数据的实际大小拷贝，在数据拷贝完成后将P1*指针放入到装有数据的空间块队列中，同时写入当前拷贝数据的实际大小；

数据取出单元：从缓冲区申请一块装有数据的空间块，并返回装有数据的空间块的首地址指针P2*，从P2*开始将数据拷贝到外部需要使用数据的内存中，数据的拷贝大小为存储时的数据大小，拷贝完成后将P2*指针放到空闲的空间块队列中。

其中，对交易的数据帧根据ASK信号特征获得ETC信号的实际占用宽带，根据FM0编码方式编码展示前导码，根据距离轮编码器计算ETC门架交易距离具体包括：

从记录的可交易数据帧中获得最大正负频偏值，按照ASK理论带宽512K再加上正负频偏值的绝对值之和获得ETC信号的实际占用宽带；

按照FM0编码方式对前导码的16个1和16个0进行编码以及图形展示；

计算最大功率所在数据帧M和起始数据帧A之间的距离轮编码器脉冲个数差D，根据最开安装设备时校准的距离轮编码器一圈产生脉冲个数J并结合车轮的周长K计算得到当前ETC门架的交易距离Q=D/J×K。

一种用于ETC系统检测的存储介质，它包括存储有计算机可读取的计算机程序指令，所述计算机程序指令运行时执行所述数据处理步骤的内容。

一种用于ETC系统检测的智能终端，它包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算机程序指令，所述处理器用于读取所述存储器内存储的计算机程序指令，并在运行时执行所述数据处理步骤的内容。

本发明具有以下优点：一种ETC系统的检测方法、装置、存储介质及终端，将多种仪器的功能集成在一个设备中，更轻巧，可固定于车顶行李架，经过优化设计防尘防水防震动，配合距离轮可以不受车速快慢影响，检测更安全，效率更高，通过研究ETC通信协议，找到ETC信号的前导码和唤醒码，可以过滤所有不符合条件的信号，能快速得到ETC信号进行检测。

附图说明

图1 为本发明装置的结构示意图；

图2 为接收端的工作流程示意图；

图3 为双循环缓存区域的数据填入工作流程示意图；

图4 为双循环缓存区域的数据取出工作流程示意图；

图5 为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，本发明由接收端和数据处理终端组成，采用百兆网实现接收端和数据处理终端的双向通信；其中，接收端包括射频模块和中频模块，射频模块负责信号的采集和混频工作，中频模块负责将射频模块传输的模拟信号转变为数字信号，并按照要求对信号进行过滤，最终得到ETC信号后传输给数据处理终端。

数据处理终端接收到数据之后采用双循环缓冲区域进行数据缓存，然后过滤出数据包，将数据包进行拷贝后分别用于绘图和存储，存储下来的文件可以进行在线和离线分析，进而获得被检测ETC门架的测量参数。

如图2所示，图中射频模块包括BPF（带通滤波器）、混频和ADC（模拟数字转换器）包括，其余部分为中频模块，主要采用FPGA芯片进行数字信号处理，具体处理步骤如下：

A1、将接收到的信号进行带通滤波器处理，然后与频率为5833MHz的本振信号进行混频；

A2、混频之后将信号传递给ADC，ADC以50MHz的采样率对信号进行采样，将模拟信号转换为数字信号；

A3、数字信号进行DDC(数字下变频)处理。DDC采用双信道模式，同时检测ETC门架发射的5840MHz与5830MHz信号；

A4、将采集的信号分为两路，两路信号分别进行包络检波，检测ETC信号协议头中标注的14KHz方波信号，如果检测到14KHz方波信号则进行FFT（快速傅里叶变换）处理；

A5、FFT处理用于计算信号功率、信号频偏与检波门限等信息，检波门限设定为大于等于-70dB（ETC交易所需信号正常情况在-65dB以上，因此设置-70dB可以过滤掉很多无效信号），用于对256KHz信号包络的抽样判决；

A6、解码用于对判决后的256KHz信号进行前导码、起始标志、MAC地址等解码；

A7、如果前导码、起始标志、MAC地址正确则触发通信模块将测得的ETC功率、频偏、信道、GPS、距离轮编码器脉冲信号等信息通过百兆网口进行上传。

在整个检测流程中，所需时间大概在4ms，而实际中的ETC门架信号发射间隔在6ms左右。因此，一个完整的检测流程所用时间是小于发射间隔时间的，设备能够接收到所有完整的ETC信号。

进一步地，数据处理终端的整体流程是从接收端获取数据，然后用双循环缓冲区域来缓存数据，子线程从缓冲区获取数据进行处理，数据拷贝一份，分别进行绘图和存储到文件。从文件中读取数据进行分析，获得ETC门架测量参数值。

如图3和图4所示，双循环缓冲区原理是先开辟X个Y大小的内存空间块，空间块分开空闲的空间块和装有数据的空间块，每一种空间块都有一个队列进行管理，初始化时全部为空闲的空间块，放在空闲队列中。

填入数据时，从缓冲区申请一个空闲块，如果有空闲的空间块，则申请成功，返回空闲的空间块的首地址指针p1*。将需要存储的数据从p1*指针开始的地址进行拷贝，拷贝大小最大为初始空间Y。如果数据小于初始空间，则实际拷贝大小为数据大小N。数据拷贝完成之后，将p1*指针放入到装有数据的空间块队列中，同时写入当前拷贝数据的实际大小。

取出数据时，从缓冲区申请一块装有数据的空间块，如果申请成功，返回装有数据的空间块的首地址p2*。从p2*开始，将数据拷贝到外部需要使用数据的内存中，拷贝大小为之前存储时的数据大小N。拷贝完成之后，将p2*指针放到空的空间块队列中，供后续循环使用。

整个双循环缓冲区的设计，只有在拷入数据和拷出数据时进行深度拷贝。从空的空间块队列到装有数据的空间块队列，和从装有数据的空间块队列到空的空间块队列这样的转换操作都只是移动首地址的指针，这样避免了多次拷贝，减少了时间和开销。

进一步地，如图5所示，数据处理步骤包括如下内容：

选择一个存储数据的文件，先将文件遍历一次，找出功率最大的那一帧数据M作为门架位置判定的基准数据。然后再从头开始读取文件，将当前读取数据帧中记录的功率值和唤醒门限的阈值进行比较，其中，OBU（车载单元）唤醒门限的阈值设置为-45dB。当第一次出现大于等于-45dB的数据帧时，记录当前数据帧为有效信号起始帧A，此时OBU设备已经被唤醒。OBU设备被唤醒之后，可以与门架RSU（路侧单元）设备进行交易，此时交易所需的功率为大于等于-65dB。因此，从数据帧A到最大帧M之间的所有数据，只要大于等于-65dB，均视为可进行交易的功率数据，将可交易数据记录下来，用作后续的绘图数据和分析数据。

因为无线电在空中传输受各种因素影响较大，所以在采集到数据进行数据分析时，功率值的计算可采用滑动平均的方式来降低一些异常数据带来的影响。

读取可交易数据，记当前读取的可交易数据帧的功率值为P，取当前值往前推N个值的数据总和，除以总个数，得到一个新的功率值Pn覆盖当前值P。即Pn=(P+P_N-1+ P_N-2+P_N-3+… ) /N。以此方式获得每一帧数据的功率值，就是绘制功率曲线的值。

最后生成结论时，从记录的数据帧中获得最大正负频偏值，按照ASK信号理论带宽512k再加上正负频偏值的绝对值之和获得ETC信号的实际占用带宽。按照FM0编码方式，对前导码的16个1和16个0进行图形展示。从上述最大功率所在数据帧M和起始帧A之间的距离轮编码器脉冲个数差D。按照最开始安装设备时校准的距离轮编码器一圈产生J个脉冲，结合车轮的周长为K。计算获得当前ETC门架的交易距离Q=D/J*K。结合数据帧中记录的频率信息，最终可给出ETC门架交易距离、工作频率、工作信号强度、占用带宽、前导码等信息，进而可帮助公路养护人员快速了解ETC系统的工作状态。

本发明的方法还可以支持多个文件同时分析，可在后台子线程中采用循环的方式分别对每个文件执行上述步骤，获得每个文件单独的结果和结论。

本发明的另一实施例涉及一种用于ETC系统检测的存储介质，它包括存储有计算机可读取的计算机程序指令，所述计算机程序指令运行时执行所述数据处理步骤的内容。

本发明的再一实施例涉及一种用于ETC系统检测的智能终端，它包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算机程序指令，所述处理器用于读取所述存储器内存储的计算机程序指令，并在运行时执行所述数据处理步骤的内容。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。