使用V2X通信的各种收费应用程序的智能收费应用程序确定

技术领域

本公开的各方面总体上涉及使用车辆对外界(V2X)通信的各种收费应用程序的智能收费应用程序确定。

背景技术

V2X收费可以指代被配置用于V2X通信的车辆上的电子设备支持的电子收费(EFC)通行费收取。这些V2X通信可以包括各种基础设施元件之间的信息交换。

发明内容

在一个或多个说明性示例中，提供了一种智能收费的车辆。该车辆包括远程信息处理控制单元和处理器，该远程信息处理控制单元被配置为提供车辆对外界(V2X)通信。该处理器被编程为经由V2X通信从路边单元(RSU)接收收费通告消息(TAM)广播，所述TAM指示应缴纳通行费的道路的车道的地理位置以及穿越所述道路的所述车道的费用信息。该处理器被进一步编程为确定所述车辆相对于指示收费龙门架的地理位置的TAM参考点的航向，并且通过过滤所述TAM中的所述车道的所述地理位置以仅包括在与所述航向一致的行进方向上的那些车道来识别所述车辆的收费区边界区域。所述处理器被进一步编程为利用车道横跨算法来针对所述行进方向上的所述车道中的每个车道识别车辆正在行驶的每个车道内的相应百分比，并且经由所述V2X通信发送收费使用消息(TUM)，所述TUM向所述RSU指示所述车辆的车道使用百分比。

在一个或多个说明性示例中，提供了一种智能收费的方法。车辆经由V2X通信从路边单元(RSU)接收收费通告消息(TAM)广播，所述TAM指示应缴纳通行费的道路的车道的地理位置以及穿越所述道路的所述车道的费用信息。相对于指示收费龙门架的地理位置的TAM参考点确定车辆的航向。通过过滤TAM中的车道的地理位置以仅包括在与航向一致的行进方向上的那些车道来识别车辆的收费区边界区域。车道横跨算法用于针对行进方向上的车道中的每个车道识别车辆正在行驶的每个车道内的相应百分比。经由V2X通信发送收费使用消息(TUM)，所述TUM向RSU指示车辆的车道使用百分比。

附图说明

图1示出了用于执行V2X收费交易的示例性系统；

图2示出了由车辆执行的智能收费应用程序的各方面；

图3示出了收费道路几何形状的示例；

图4示出了不同道路拓扑的示例；

图5A、图5B和图5C共同示出了用于执行V2X收费交易的数据流；

图6示出了车辆进入龙门架附近的示例；

图7示出了确定车辆的车道的收费区边界偏移的示例；

图8示出了鉴于车道节点偏移和虚拟收费区边界偏移的车辆继续行驶到虚拟收费区边界中的示例；

图9示出了朝向收费触发线的示例性车辆接近；

图10示出了用于由车辆广播收费使用消息的示例性虚拟触发区；

图11示出了用于由车辆广播收费使用消息的替代的示例性虚拟触发区；

图12示出了用于确定车辆车道横跨的示例性数据流；

图13示出了横跨两个车道的车辆的示例；

图14示出了用于确定车辆横跨的各种测量值的示例；

图15示出了用于确定虚拟收费区边界偏移的示例性数据流；

图16示出了相对于车辆的行进方向确定车辆航向角的示例；

图17示出了鉴于收费区的车辆边界框的示例；并且

图18示出了在执行V2X收费交易中使用的计算装置的示例。

具体实施方式

本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以不同方式采用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教示一致的特征的各种组合和修改可能是特定应用所期望的。

许多电子收费系统使用射频识别器(RFID)和基于龙门架的技术平台。由于当前系统中可传输的数据的限制，可能存在现有系统由于诸如被遮挡的牌照、附接的挂车、车辆横跨车道等状况而无法正确地检测经过的车辆并对其进行收费的情况。例如，相机在龙门架上的定位可能会限制相机做出更智能的决定。作为一些示例，这些决定可以包括：(i)车辆的适当车道跟踪/识别；(ii)用于车辆操纵的通信范围；(iii)复杂的收费道路几何形状和拓扑结构的识别；(iv)车辆在车道内的精确确定；(v)车辆的收费使用消息的传送，包括可靠地传送到收费龙门架系统并且精确地传送到收费龙门架系统；(vi)针对收费(例如，开放的收费道路等)场景确定车辆的车道横跨；以及(vii)向车辆HMI传送关于被收取的收费信息的信息。

此外，现有系统可能无法提供丰富的数据来支持车载技术以提供改进的用户体验。这些车载技术可以包括(i)关于收费使用率/通行费收取率的实时信息/通知/警报以舒适的方式提前提供给驶近收费区/驶离收费区的车辆客户；(ii)向车辆客户提供车载人机界面(HMI)信息；以及(iii)将收费道路的车辆使用信息共享和/或广播到收费机构，以实现智能、简单且安全的交易。

图1示出了用于执行V2X收费交易的示例性系统100。如图所示，系统100包括启用无线的车辆102，该车辆被配置为沿着道路110行驶。车辆102包括远程信息处理控制单元(TCU)104和HMI 114。系统100还包括收费龙门架112或包括路边单元(RSU)108的其他收费设施。RSU 108通过安全信道(诸如有线连接)与通行费收取装置116通信，该通行费收取装置进而与通行费支付中心118通信。通行费支付中心118还与收费机构枢纽120和客户账户系统122通信。使用TCU 104，车辆102通过广播对等协议(诸如PC5)与RSU 108通信，并且通过网络协议与通信网络106通信，这允许车辆102与例如客户账户系统122进行通信。应当注意，图1所示的系统100仅为示例，并且可使用具有更多、更少和不同配置的元件的系统。例如，RSU 108、通行费收取装置116、通行费支付中心118和收费机构枢纽120中的一者或多者可组合成单个装置。此外，虽然仅示出了沿着一条道路110的一个车辆102，但是可设想，系统100将包括许多车辆102和要穿越的道路110。

车辆102可包括各种其他类型的乘用车辆，诸如轿车、跨界多功能车辆(CUV)、货车、运动型多功能车辆(SUV)、卡车、休闲车(RV)、滑板车或用于运送人员或货物的其他移动机器。在许多情况下，车辆102可由内燃发动机提供动力。在此类情况下，燃料源可为汽油或柴油燃料。作为另一种可能性，车辆102可为由内燃发动机和一个或多个电动马达两者提供动力的混合动力电动车辆(HEV)，诸如串联式混合动力电动车辆(SHEV)、并联式混合动力电动车辆(PHEV)、或并联/串联式混合动力电动车辆(PSHEV)。作为又一种可能性，车辆102可为由电动马达提供动力而没有内燃发动机的电动车辆(EV)。由于车辆102的类型和配置可变化，因此车辆102的能力可对应地变化。作为一些其他可能性，车辆102在载客量、牵引能力和容量以及存储量方面可具有不同能力。出于所有权、库存和其他目的，车辆102可与唯一标识符(诸如车辆识别号码(VIN))相关联。

TCU 104可被配置为向车辆102提供远程信息处理服务。作为一些非限制性的可能性，这些服务可包括导航、分路段指引、车辆健康报告、本地商业搜索、事故报告和免提呼叫。TCU 104可相应地被配置为通过各种协议进行通信，诸如通过网络协议(诸如Uu)与通信网络106通信。另外，TCU 104可被配置为通过广播对等协议(诸如PC5)进行通信，以促进与诸如RSU 108的装置的C-V2X通信。应当注意，这些协议仅仅是示例，并且可使用不同的对等和/或蜂窝技术。

通信网络106可向连接到通信网络106的装置提供通信服务，诸如分组交换网络服务(例如，互联网接入、互联网语音协议(VoIP)通信服务)。通信网络106的示例为蜂窝电话网络。例如，TCU 104可经由连接到一个或多个蜂窝塔来接入蜂窝网络。为了促进通过通信网络106的通信，TCU 104可与唯一装置标识符(例如，移动装置号码(MDN)、互联网协议(IP)地址等)相关联，以将TCU 104在通信网络106上的通信识别为与车辆102相关联。

RSU 108可为具有处理能力和联网能力的装置，并且可被设计成放置在道路110附近以用于与车辆102通信。在一个示例中，RSU108可包括硬件，所述硬件被配置为通过广播对等协议(诸如PC5)进行通信，以促进与车辆102的C-V2X通信。RSU 108还可具有有线或无线回传能力，以允许与通信网络106的其他元件(诸如通行费收取装置116)进行通信。

收费龙门架112可为横跨道路110安装的框架。收费龙门架112可用作安装硬件的位置，以使硬件清晰地看到道路110。在一个示例中，RSU 108可安装到收费龙门架112。应当注意，在其他示例中，RSU 108可沿着与道路110相邻的地面定位，并且可省略收费龙门架112。

HMI 114可包括被配置为向用户提供信息的各种输出装置，以及被配置为从用户接收信息的输入装置。作为一些示例，输出装置可包括显示屏、触摸屏、投影仪、灯、扬声器、蜂鸣器和触觉反馈传感器。作为一些示例，输入装置可包括触摸屏、键盘、按钮、旋钮和传声器，作为一些可能性。

全球导航卫星系统(GNSS)115控制器可由车辆102用于为车辆102提供自主地理空间定位。作为一些示例，GNSS 115控制器可以允许车辆102使用一个或多个卫星导航系统(诸如GPS、GLONASS、伽利略、北斗和/或其他)来确定其位置。

通行费收取装置116是被配置为执行支持RSU 108的功能的操作的联网计算装置。在一个示例中，通行费收取装置116可与RSU108通信，并且可被编程为作为RSU 108与通行费支付中心118之间的网关操作。通行费收取装置116可负责管理RSU 108操作的广播性质与系统100的其余部分之间的操作。这些操作可包括例如验证由RSU 108从车辆102接收的消息、证书验证和识别以及与通行费支付中心118通信以通过安全线路执行进一步操作。在许多示例中，每个RSU 108可由其自己的对应的通行费收取装置116支持。然而，在其他示例中，单个通行费收取装置116可被配置为处理多个RSU 108，诸如覆盖道路110的操作的一组RSU 108。

通行费支付中心118是同样被配置为执行支持系统100的功能的操作的联网计算装置。在一个示例中，通行费支付中心118可被编程为执行支持支付方面的操作以使车辆102使用道路110。在一些示例中，系统100可包括不同的通行费支付中心118，其中每个通行费支付中心118被配置为处理具有通行费支付中心118的账户的那些车辆102的支付。作为一种可能性，不同的车辆102制造商可各自维护其自己的通行费支付中心118。作为另一种可能性，车辆102可订阅使用各种第三方通行费支付中心118。

收费机构枢纽120是同样被配置为执行支持系统100的功能的操作的联网计算装置。收费机构枢纽120可被配置为执行操作，诸如向各种通行费支付中心118提供关于道路110的使用费用的费用信息。例如，收费机构枢纽120可提供指示穿越道路110的费用的收费明细表，所述费用包括使用不同车道(例如，快车道、拼车道、普通车道等)的费用、使用不同类别的车辆102(例如，乘用车、半挂等)的费用、一天中不同时间的使用费用，以及高交通流量情况与低交通流量情况的使用费用。收费机构枢纽120还可被配置为执行支付对账操作、报告功能，并且还可提供关于在道路110上观察到的可能尚未支付(例如，如根据基本安全消息(BSM)的无线传输、来自相机的图片等所识别的)的车辆102的信息。

客户账户系统122是同样被配置为执行支持系统100的功能的操作的联网计算装置。使用客户账户系统122，用户可设置支付账户、由通行费收取装置116扣款以使用道路110，以及请求和接收关于道路110的使用的收费收据。此类支付交易需要通过空中下载与收费机构交换PI。

可以使用系统100的元件来执行收费操作。例如，收费机构枢纽120可向通行费收取装置服务器116发送收费费率明细表。该收费费率表可包括可用于使车辆102了解穿越道路110可能产生的费用的信息。在简单的示例中，收费费率明细表可指示穿越道路110的费用是固定金额。然而，在许多示例中，穿越道路110的费用可根据各种因素而变化。例如，在第一车道中行驶可能产生第一费用，而在另一车道中行驶可能产生不同的第二费用。在另一个示例中，费用可基于车辆102的乘员的数量而变化。在又一个示例中，费用可基于车辆102的类型而变化(例如，半挂车可能产生比乘用车更大的费用)。在甚至进一步的示例中，费用可基于其他因素而变化，诸如交通量、当日时间、周中此日和/或天气。

通行费收取装置服务器116可以更新收费通告消息(TAM)的费率细节。在一个示例中，通行费收取装置服务器116接收收费费率明细表、识别当前费率，并在通行费收取装置服务器116处更新费率信息。该费率信息可以在通行费收取装置服务器116处高速缓存并发送到RSU 108。RSU 108可广播费率信息以及TAM消息中的其他信息。该广播可为周期性广播，诸如每100毫秒重播TAM。

TAM可包括可能对车辆102理解道路110的使用有用的各种信息。这可包括诸如以下各者的字段：指示创建或发送TAM的时间的时间戳、指示收费信息如何被收取的收费类型和收费金额(例如，基于收费费率表)、层类型、层标识符、通行费收取装置服务器116的标识符和通行费支付中心118的标识符。层类型可为用于唯一地识别将在诸如十字路口的地理地图片段的层中找到的信息类型的数据元素。层标识符可对应地是地图信息的标识符。标识符可为全局唯一标识符(GUID)，以允许通行费支付中心118被系统100唯一地标识。

TAM还可包括指示道路110的布局的地图信息，诸如十字路口几何形状列表和路段列表。路段列表包括道路的各种属性，包括车道描述、高占用状态等。该信息可包括例如对道路110的车道的布局的指示，所述指示可用于允许车辆102识别何时接近收费区域，以及车辆102正在哪个车道中行驶。在国际自动机工程师学会(SAE International)发布的J2735标准专用短程通信(DSRC)消息集词典(TM)中进一步定义了本文描述的地图数据的其他方面和消息元素的其他细节，所述标准以引用的方式整体并入本文。

TAM 600还可包括其他信息，诸如数据参数列表620。例如，这可包括可能与收费相关的不适合于其他类别的信息的其他信息，诸如使用收费道路110的特殊指令。TAM消息600还可包括限制列表622，所述限制列表622可包括关于进入道路110的限制的信息，诸如重量限制或对某些类别的车辆102的限制(例如，禁止半挂)。

车辆102的TCU 104可接收由RSU 108广播的TAM。车辆102可记录进入道路110。例如，响应于车辆102的地理坐标与道路110的车道中的一个匹配，TCU 104可识别到车辆102正在进入道路110的特定车道。知道进入的车道后，则TCU 104可计算车辆102将产生的费用。TCU 104还可生成收费使用消息(TUM)。

TUM包括由车辆102提供给RSU 108的指示车辆102对道路110的使用的各种信息。该信息可包括诸如消息计数的字段，所述消息计数指示TUM的用于交易的唯一号码。消息计数可用于帮助识别是否已经发生了任何分组丢失。TUM还可包括唯一随机标识符，所述唯一随机标识符可用作临时账户标识符，以跟踪车辆102与RSU108的广播消息接口之间的消息传递交易，同时保持车辆102的相对匿名。

TUM还可包括关于车辆102进入收费区域的信息。例如，TUM可包括时间戳(创建TUM的时间)；车辆102的纬度、经度和海拔；纬度、经度和海拔的位置精度；车辆102的速度；以及车辆102的航向。TUM还可包括其他信息，诸如车辆102的类型、通行费收取装置服务器116的标识符和通行费支付中心118的标识符。标识符可为GUID，以允许唯一地识别通行费收取装置服务器116和通行费支付中心118。TUM还可包括车辆102通过其进入道路110的十字路口的十字路口标识符，其中十字路口标识符由车辆102接收在TAM中(例如，经由十字路口几何形状列表和/或路段列表)。TUM还可包括在收费区域中行驶的收费金额，如由车辆102使用TAM中的信息确定的。其他信息也可包括在TUM中，诸如车辆102行驶的距离830、车辆102中的乘客数量以及车辆102的牌照号码或其他标识符。

TCU 104可更新HMI 114，以使HMI 114显示指示车辆102进入收费区的消息。HMI114还可指示将向车辆102收取针对车辆102所在的车道所指示的金额。

TCU 104可以将TUM发送到RSU 108。在一个示例中，TUM可用密钥编码和/或使用证书签名，并且RSU 108可利用密钥或其他信息来解密和/或确认TUM的发送者是TCU 104。RSU108可将TUM转发到通行费收取装置服务器116。通行费收取装置服务器116可将TUM转发到对应于车辆102的通行费支付中心118。通行费支付中心118可用客户账户系统122验证车辆102账户并完成交易。支付中心118可相应地生成收费收据消息(TRM)以返回到车辆102。

在一些示例中，广播TUM的车辆102可以创建作为智能合约实施的TUM的区块链记录。RSU 108可操作为来自由车辆102通过交换智能合约广播的TUM信息的交易数据库。RSU108处的交易数据库可以更新所接收的TUM的分布式区块链分类账，以用于RSU 108和龙门架112处的收费执行。

TRM可包括由通行费支付中心118确定的各种信息，以支持完成与车辆102执行的收费交易。该信息可包括消息计数(以帮助识别是否已发生任何分组丢失)、来自TUM的账户标识符、时间戳(创建TUM的时间)、通行费收取装置服务器116的标识符以及通行费支付中心118的标识符(例如，GUID)。TRM还可包括车辆102通过其进入道路110的十字路口的十字路口标识符(例如，如由通行费支付中心118处理的TUM中所指示的)、车辆102通过其进入道路110的车道的车道识别符(例如，如由通行费支付中心118处理的TUM中所指示的)、车辆102通过其离开道路110的十字路口的十字路口标识符，以及车辆102通过其离开道路110的车道的车道标识符。TRM还可包括车辆类型和针对进入道路110收取的金额。

通行费支付中心118可将TRM转发到通行费收取装置服务器116。进而，通行费收取装置服务器116可将TRM转发回到RSU 108。RSU 108可广播TRM，该TRM可由车辆102的TCU104接收。TCU104可更新HMI 114，以显示指示过程完成和最终收取的金额的消息。

图2示出了由车辆102执行的智能收费应用程序(STA)202的各方面。智能收费应用程序202可以被编程为允许车辆102执行本文详细讨论的各种智能收费操作。在一个示例中，智能收费应用程序202可以由TCU 104的一个或多个处理器执行。

智能收费应用程序202可以接收各种数据元素作为输入。在一个示例中，这些输入可以包括TAM 204(如上所述)、来自GNSS 115控制器的位置信息、来自车辆控制器局域网(CAN)或其他车辆102总线的车辆总线数据206、车辆辅助208信息、内置地图210以帮助沿着道路110定位车辆102，以及TRM 212(也如上所述)。

智能收费应用程序202也可以提供各种输出。在一个示例中，这些输出可以包括提供给HMI 114以供车辆102的乘员使用的HMI反馈214，以及用于经由上述收费系统100的远程方面对车辆102进行收费的TUM 216。

为了执行将输入处理为输出，智能收费应用程序202可以包括各种部件。这些可以包括用于处理TAM 204和TRM 212的收费数据聚合器218、算法分类器220、用于确定沿道路110的收费范围的收费区域确定器222、用于将车辆102与收费范围匹配的收费车道匹配器224、用于确定车辆102是否横跨车道的车道横跨算法226、用于处理GNSS偏移和其他置信因子的位置置信度228部件、用于估计车辆102位置的位置估计器230、用于使用车辆102的位置来估计车辆102的路径的路径估计器232、用于帮助提供HMI反馈214的算法迭加234，以及用于提供TUM 216和其他输出的算法决定236部件。

图3示出了收费道路几何形状的示例300。如图所示，龙门架112跨道路110的车道延伸。道路110的车道包括例如在第一行进方向上的路肩、第一车道、第二车道、第三车道和路肩。所示的道路110还包括中央分隔带和第二行进方向上的车道，即第四车道、第五车道、第六车道和路肩。应当注意，特定道路布局仅仅是示例。RSU 108在操作中控制龙门架112。

在道路110中还示出了车道节点偏移302。这些车道节点偏移302指示沿着道路相对于指示龙门架112的地理位置的参考点304的地理位置。使用哪个车道节点偏移302可以取决于车辆102的行进方向。例如，车辆102A在第一行进方向上行驶，并且因此可以参考其相对于该行进方向上的车道(例如，车道一至三)的车道节点偏移302的位置。这些车道节点偏移302可以构成第一行进方向的收费通告区308A。每个车道的最终车道节点偏移302可以共同限定车辆102可以被配置为在该处支付通行费的收费触发线306。由于车辆102B在第二行进方向上行驶，因此其可以参考其相对于该第二行进方向上的车道(例如，车道四至六)的车道节点偏移302的位置。这些车道节点偏移302可以构成第二行进方向的收费通告区308B。

图4示出了不同道路拓扑的示例400。在(A)处示出了笔直道路拓扑，在(B)处示出了弯曲道路拓扑，并且在(C)处示出了多边形道路拓扑。笔直道路拓扑和弯曲道路拓扑可以表示为沿行驶路径的一系列线节点偏移302。多边形道路拓扑可以表示为在行驶路径边界处的一组线节点偏移302。无论如何表示道路拓扑，都可以由RSU 108在TAM 204中广播偏移的信息。

图5A、图5B和图5C共同示出了用于执行V2X收费交易的数据流500。数据流500开始于车辆102进入龙门架112附近并从RSU108接收TAM 204。图6中示出了此类车辆102的图示。继续参考图5A，响应于接收到TAM 204，车辆102保存TAM 204以供进一步参考。

车辆102还从GNSS 115控制器接收位置数据以识别车辆102的位置，以及从车辆总线206接收总线数据以确定车辆移动方向和/或其他车辆102行驶特性。这些输入被接收到智能收费算法202。

车辆102可以采用包括车辆定位数据的这些输入，并且开始将位置从数据的大地坐标转换为公共xy轴平面坐标。

车辆102可以使用HMI 114提醒驾驶员前方的收费区。这可以基于预期到达时间(例如，提前五分钟、提前一分钟等)或前方距离(例如，前方1000英尺、前方500英尺等)在足够的时间内提供。可以基于具有车辆的大地坐标、航向、速度等的TAM大地坐标来提供警报。

除了到车辆102的公共xy轴平面的坐标转换之外，车辆102还可以计算收费车道的虚拟收费区边界偏移以及TAM车道节点偏移和TAM参考点。这可以鉴于车辆102的航向来完成，以仅寻址与车辆102具有相同行进方向的车道中的点，并且滤除车辆102行进方向之外的方向上的车道(例如，高速公路的相反方向车道)。例如，对车辆102方向的这种确定可以考虑诸如侧滑角的因素。

如图7的示例700所示，除了基于TAM 204中的数据确定车辆102的车道的虚拟收费区边界偏移702之外，还创建虚拟收费区边界704。对于n条收费车道中的每一者，虚拟收费区边界704可以具有各种形状。可以鉴于图3所示的各种类型的道路几何形状来执行该确定。

继续参考图5A，算法鉴于虚拟收费区边界704利用车辆102的大地xy轴转换来计算车辆102是否在TAM 204车道中的哪个收费区车道内。

除了车辆102确定车辆102在哪个车道中位于相应的虚拟收费区边界704内之外，车辆102还根据车辆102的GNSS天线的GNSS定位偏移和车辆102的尺寸来计算车辆102在xy轴平面坐标内的位置。图8示出了鉴于车道节点偏移302和虚拟收费区边界偏移702的车辆102继续行驶到虚拟收费区边界704中的示例800。关于图15讨论了虚拟收费区边界偏移702的确定的其他方面。

更具体地参考图5B，基于车辆102在车道内的行为，可以在HMI114上突出显示车辆102的行驶车道。例如，这可以被提供为HMI114屏幕上的覆盖物，其指示从TAM 204消息的信息识别的即将到来的通行费的详情。

另外，当车辆102接近收费龙门架112时，车辆102继续跟踪车辆102在虚拟收费区边界704内的位置。这种跟踪可能涉及来自车辆总线数据的跟踪因素，诸如时间、距离、车辆速度等。

如果从车辆102的乘员接收到反馈(例如，通过驾驶行为或经由HMI 114的反馈)或在自主情况下从车辆102本身接收到反馈，则车辆102继续朝向收费触发线306前进以继续交易。图9示出了车辆102接近收费触发线306的示例900。

如图10和图11所示，车辆102可以相对于TUM 216的收费触发线306创建虚拟触发区1002。可以响应于车辆102在虚拟触发区1002内而收取通行费。如图10的示例1000所示，虚拟触发区1002可以是三角形的。如图11的示例1100所示，虚拟触发区1002可以是长方形的。虚拟触发区1002的特定形状可以是任何多边形形状，并且可以取决于TAM 204收费区的形状。

继续参考图5B，车辆102还可以估计车辆102在虚拟收费区边界704内的路径，参考可用于估计车辆102行为的车道节点偏移302。车辆102还可以通过空中下载发布TUM 216以发送以由RSU 108接收，以与通行费收取装置116通信。

参考图5C，相对于图5A和图5B讨论的前述程序可以针对收费通告区308中的所有行驶车道同时执行，以考虑道路110的所有行驶车道。此外，应注意，可能存在车辆102横跨道路110的多于一个车道的情况。因此，车辆102也做出该确定。

如图5C所示，对于车道横跨，车辆102利用车道横跨算法226(在图12中更详细地讨论)来考虑车辆102的尺寸(例如，长度和宽度)、具有天线偏移的车辆GNSS定位、车道的边界偏移等以确定是否发生车道横跨。车辆102触发来自车辆102的TUM 216广播被提供给RSU108。TUM 216可以在该传输中指示车辆在每个车道内的相应百分比。

在一些情况下，车辆102可以以预定义间隔发起另一个TUM 216，直到车辆102在各种标准内(诸如在预定义时间段内)都未接收到TRM 212。在龙门架112处完成TUM 216的接收和TRM 212的传输之后，车辆102可以返回到待命状态，直到接收到另一个TAM 204消息唤醒STA 202。

图12示出了用于确定车辆102车道横跨的示例性数据流1200。如图所示，车道横跨算法226可以如图5C中所示进行初始化并且可以读取GNSS天线偏移。GNSS天线偏移可以特定于车辆102收发器(和/或相对于龙门架112的位置从RSU 108接收)并且用于允许车道横跨算法226相对于龙门架112参考点304更好地定位车辆102。

车道横跨算法226还可以接收指示车辆102的位置的GNSS数据。使用该位置、生成的虚拟收费区边界704和车道宽度因子，车辆102可以使用车辆位置和车辆102宽度生成车辆102左边界和右边界，以生成虚拟车辆边界框。这可以包括确定车辆102的左侧的车辆横跨虚拟边界和车辆102的右侧的车辆横跨虚拟边界。这些车辆边界可以与车道边界进行交叉检查，以确定是否正在发生车道横跨。该确定的结果可以包括计算车辆102在道路110的每个车道中的百分比输出。该输出可以被提供给STA 202，例如，以包括在TUM 216中。

图13示出了横跨两个车道的车辆102的示例1300。如图所示，车辆102横跨车道一和二。在这样的示例中，数据流1200可以确定车辆102在车道1中占50％并且在车道2中占50％。

图14示出了用于确定车辆102横跨的各种测量值的示例1400。如图所示，GNSS数据根据针对车辆102的收发器校准的GNSS偏移来将车辆102定位在GNSS位置1402处。此外，车辆102宽度是已知的。然后使用车辆宽度除以二来确定车辆左侧和右侧余量。然后可以将这些与车道余量进行比较。可以使用已知的车辆102长度来完成类似的确定。

图15示出了用于确定虚拟收费区边界偏移702的示例性数据流1500。如图所示，虚拟收费区边界算法1502可以如图5A中所示进行初始化并且可以读取GNSS天线偏移。虚拟收费区边界算法1502还可以接收来自GNSS 115控制器的位置数据并接收总线数据，各自如上所述。虚拟收费区边界算法1502还可以访问来自TAM 204的数据。

使用所述信息，虚拟收费区边界算法1502识别车辆102的航向。为了执行虚拟收费区边界偏移计算，经由总线数据接收关于车辆航向的信息。可以在相对于收费龙门架112的参考点304使用的相同xy坐标系中以与北(或另一参考角)的相对角坐标来计算航向。图16示出了相对于车辆102的行进方向的车辆102航向角的确定的示例1600。

基于航向，虚拟收费区边界算法1502计算虚拟收费区边界偏移702。这些虚拟收费区边界偏移702由虚拟收费区边界算法1502提供给STA 202。图17示出了鉴于收费区的车辆102边界框的示例1700。

所描述的系统和方法的变化是可能的。在一个示例中，例如，当车辆102的仅一部分具有V2X连接性时，具有连接性的那些车辆102可以为缺乏连接性的那些车辆102执行TUM消息的发送。在另一个示例中，具有V2X连接性的车辆102可能由于各种原因而无法与RSU108可靠地通信，所述原因诸如数据拥塞、大气状况、视线障碍物等。在此类情况下，与RSU 108具有良好连接性的车辆102可作为另外的车辆102之间的继电器来操作。

在又一示例中，如果车辆队列102正在利用RSU 108执行收费操作，则队列长可以被配置为整体执行车辆队列102的收费消息传递。这可以提高系统效率并减少RSU 108的网络流量。

图18示出了在执行V2X收费交易中使用的计算装置1802的示例1800。参考图18，并且参考图1至图17，TCU 104、RSU 108、通行费收取装置116、通行费支付中心118和客户账户系统122可为此类计算装置1802的示例。如图所示，计算装置1802可包括处理器1804，所述处理器1804操作性地连接到存储装置1806、网络装置1808、输出装置1810和输入装置1812。应注意，这仅为示例，并且可以使用具有更多、更少或不同部件的计算装置1802。

处理器1804可以包括实现中央处理单元(CPU)和/或图形处理单元(GPU)的功能的一个或多个集成电路。在一些示例中，处理器1804是集成CPU和GPU的功能的片上系统(SoC)。SoC可以任选地将其他部件(例如，诸如存储装置1806和网络装置1808)包括到单个集成装置中。在其他示例中，CPU和GPU经由外围连接装置(诸如PCI express)或另一合适的外围数据连接彼此连接。在一个示例中，CPU是可商购的中央处理装置，其实现指令集，诸如x86、ARM、Power或MIPS指令集系列中的一者。

无论细节如何，在操作期间，处理器1804执行从存储装置1806检索到的所存储的程序指令。所存储的程序指令相应地包括控制处理器1804的操作以执行本文描述的操作的软件。存储装置1806可以包括非易失性存储器装置和易失性存储器装置两者。非易失性存储器包括固态存储器，诸如NAND快闪存储器、磁存储介质和光学存储介质或在系统被停用或失去电力时保留数据的任何其他合适的数据存储装置。易失性存储器包括静态和动态随机存取存储器(RAM)，所述静态和动态随机存取存储器在系统100的操作期间存储程序指令和数据。

GPU可包括用于将至少二维(2D)和任选地三维(3D)图形显示到输出装置1810的硬件和软件。输出装置1810可以包括图形或视觉显示装置，诸如电子显示屏、投影仪、打印机或再现图形显示的任何其他合适的装置。作为另一个示例，输出装置1810可以包括音频装置，诸如扬声器或耳机。作为又一示例，输出装置1810可以包括触觉装置，诸如可机械地升高的装置，所述触觉装置在示例中可以被配置为显示盲文或可以被触摸以向用户提供信息的另一物理输出。

输入装置1812可包括使得计算装置1802能够从用户接收控制输入的各种装置中的任一种。接收人机界面输入的合适的输入装置的示例可以包括键盘、鼠标、轨迹球、触摸屏、语音输入装置、图形输入板等。

网络装置1808可各自包括使得TCU 104、RSU 108、通行费收取装置116、通行费支付中心118、收费机构枢纽120和客户账户系统122能够通过网络(诸如通信网络106)发送数据和/或从外部装置接收数据的各种装置中的任一种。合适的网络装置1808的示例包括以太网接口、Wi-Fi收发器、蜂窝收发器、或蓝牙或蓝牙低功耗(BLE)收发器，或从另一计算机或外部数据存储装置接收数据的其他网络适配器或外围互连装置，所述其他网络适配器或外围互连装置对于以高效方式接收大量数据可能很有用。

尽管上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。如先前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场适销性、外观、包装、大小、服务能力、重量、可制造性、便于组装等。因此，就一个或多个特性而言，在任何实施例被描述为不及其他实施例或现有技术实施方式理想的程度上，这些实施例不在本公开的范围之外并且对于特定应用可能是所期望的。

根据本发明，提供了一种智能收费的车辆，其具有：远程信息处理控制单元，其被配置为提供车辆对外界(V2X)通信；和处理器，其被编程为：经由V2X通信从路边单元(RSU)接收收费通告消息(TAM)广播，所述TAM指示应缴纳通行费的道路的车道的地理位置以及穿越所述道路的所述车道的费用信息，相对于指示收费龙门架的地理位置的TAM参考点确定所述车辆的航向，通过过滤所述TAM中的所述车道的所述地理位置以仅包括在与所述航向一致的行进方向上的那些车道来识别所述车辆的收费区边界区域，利用车道横跨算法来针对所述行进方向上的所述车道中的每一者识别所述车辆正在行驶的每个车道内的相应百分比，以及经由所述V2X通信发送收费使用消息(TUM)，所述TUM向所述RSU指示所述车辆的车道使用百分比。

根据一个实施例，所述TUM还包括以下各项中的一者或多者：所述车辆的位置、所述车辆的速度、所述车辆的航向、所述车辆的充电状态、所述车辆的标识符、所述车辆的乘客数量、所述车辆的尺寸、所述车辆的牌照详情或所述车辆的挂车的牌照详情。

根据一个实施例，所述处理器被进一步编程为向所述车辆的用户界面指示所述车辆沿所述道路的所述位置，示出了所述车辆正在行驶的每个车道内的所述相应百分比。

根据一个实施例，所述处理器被进一步编程为：利用来自所述车辆的全球导航卫星系统(GNSS)控制器的GNSS数据来根据针对所述车辆的所述远程信息处理控制单元的GNSS接收器校准的GNSS偏移将所述车辆的中心定位在位置处；将车辆余量确定为以所述车辆的所述中心为中心的车辆长度和车辆宽度的边界框；以及利用所述边界框来确定所述车辆正在行驶的每个车道内的所述相应百分比。

根据一个实施例，所述TAM指定指示沿所述道路相对于所述参考点的地理位置的车道节点偏移，并且所述处理器被进一步编程为通过利用沿所述道路的所述车道的所指定的地理位置来过滤所述车道的所述地理位置。

根据一个实施例，所述车道节点偏移将沿所述车道的所述道路的所述地理位置指示为指示所述相应车道内的行驶路径的一系列地理点。

根据一个实施例，所述车道节点偏移将沿所述车道的所述道路的所述地理位置指示为形成所述相应车道内的行驶路径的边界的多边形地理点。

根据一个实施例，所述处理器被进一步编程为将所述航向计算为由所述收费龙门架的所述参考点限定的xy坐标系中的参考角。

根据一个实施例，所述处理器被进一步编程为：基于所述TAM限定虚拟触发区，所述车辆将在所述虚拟触发区内发送所述TUM；并且响应于所述车辆位于所述虚拟触发区内而将所述TUM发送到所述RSU。

根据一个实施例，所述处理器被进一步编程为：估计所述车辆的行驶路径以在所述车辆进入位于所述虚拟触发区内之前识别所述车辆将进入所述虚拟触发区的位置；并且响应于所述车辆被估计为沿着所述行驶路径以进入所述虚拟触发区而发送估计的TUM。

根据一个实施例，所述虚拟触发区为覆盖所述道路的车道的长方形区。

根据一个实施例，所述虚拟触发区为从所述道路的车道的车道节点偏移向所述车道的边界延伸的三角形区。

根据一个实施例，所述处理器被进一步编程为将所述TUM写入区块链记录作为智能合约以自动创建由所述TUM指示的收费交易的不可改变的记录。

根据一个实施例，所述RSU被配置为保持由所述车辆广播的TUM信息的交易数据库，以保持所述收费交易的所述不可改变的记录。

根据一个实施例，所述车辆为多个编队车辆的编队分类账，并且所述车辆被进一步配置为针对所述多个编队车辆中的每一者发送TUM消息。

根据本发明，一种智能收费的方法包括：由车辆经由V2X通信从路边单元(RSU)接收收费通告消息(TAM)广播，所述TAM指示应缴纳通行费的道路的车道的地理位置以及穿越所述道路的所述车道的费用信息；相对于指示收费龙门架的地理位置的TAM参考点确定所述车辆的航向；通过过滤所述TAM中的所述车道的所述地理位置以仅包括在与所述航向一致的行进方向上的那些车道来识别所述车辆的收费区边界区域；利用车道横跨算法来针对所述行进方向上的所述车道中的每一者识别所述车辆正在行驶的每个车道内的相应百分比；以及经由所述V2X通信发送收费使用消息(TUM)，所述TUM向所述RSU指示所述车辆的车道使用百分比。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于向所述车辆的用户界面指示所述车辆沿所述道路的所述位置，示出了所述车辆正在行驶的每个车道内的所述相应百分比。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于：利用来自所述车辆的全球导航卫星系统(GNSS)控制器的GNSS数据来根据针对所述车辆的所述远程信息处理控制单元的GNSS接收器校准的GNSS偏移将所述车辆的中心定位在位置处；将车辆余量确定为以所述车辆的所述中心为中心的车辆长度和车辆宽度的边界框；以及利用所述边界框来确定所述车辆正在行驶的每个车道内的所述相应百分比。

根据一个实施例，所述TAM指定指示沿所述道路相对于所述参考点的地理位置的车道节点偏移，并且所述方法还包括通过利用沿所述道路的所述车道的所指定的地理位置来过滤所述车道的所述地理位置。

根据一个实施例，所述车道节点偏移将沿所述车道的所述道路的所述地理位置指示为指示所述相应车道内的行驶路径的一系列地理点。

根据一个实施例，所述车道节点偏移将沿所述车道的所述道路的所述地理位置指示为形成所述相应车道内的行驶路径的边界的多边形地理点。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于将所述航向计算为由所述收费龙门架的所述参考点限定的xy坐标系中的参考角。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于：基于所述TAM限定虚拟触发区，所述车辆将在所述虚拟触发区内发送所述TUM；以及响应于所述车辆位于所述虚拟触发区内而将所述TUM发送到所述RSU。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于：估计所述车辆的行驶路径以在所述车辆进入位于所述虚拟触发区内之前识别所述车辆将进入所述虚拟触发区的位置；以及响应于所述车辆被估计为沿着所述行驶路径以进入所述虚拟触发区而发送估计的TUM。

根据一个实施例，所述虚拟触发区为覆盖所述道路的车道的长方形区。

根据一个实施例，所述虚拟触发区为从所述道路的车道的车道节点偏移向所述车道的边界延伸的三角形区。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于将所述TUM写入区块链记录作为智能合约以自动创建由所述TUM指示的收费交易的不能改变的记录。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于由RSU存储由所述车辆广播的TUM信息的交易数据库，以保持所述收费交易的所述不可改变的记录。