一种高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统与方法，系统包括全国收费公路联网结算管理中心、省联网结算管理中心以及设置在收费站和ETC门架的边缘计算单元；全国收费公路联网结算管理中心和省联网结算管理中心用于路网数据结构表COO统一生成、调整及维护，并通过通信系统将COO数据实时传输至边缘计算单元；边缘计算单元采用并行异构最短路径寻路方法实时对收费通行介质记录缺失路段的最少费用进行计算。本发明专利技术能满足高速公路路网日益复杂和差异化收费条件下，差异化收费和特殊情况收费的实时性要求，进一步优化了高速公路取消省界收费站后的收费工作。高速公路取消省界收费站后的收费工作。高速公路取消省界收费站后的收费工作。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统与方法


[0001]本专利技术属于高速公路管理
，具体涉及一种高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统与方法。

技术介绍

[0002]2021年6月15日，交通运输部等部门印发《全面推广高速公路差异化收费实施方案》要求进一步优化完善分路段差异化收费模式，稳步扩大差异化收费实施范围，在普通国省干线公路或城市道路拥堵严重但平行高速公路交通流量较小的路段、平行高速公路之间交通量差异较大的路段以及交通量明显低于设计能力的路段，实施灵活多样的差异化收费，将实施对高速公路上所有车辆(包括ETC车辆和MTC车辆)分路段、分车型、分时段、分方向、分收费站、分支付方式差异化计费，达到利用价格杠杆，均衡路网交通流量分布，提高区域路网整体运行效率，促进区域物流运输降本增效目标。
[0003]目前，高速公路上实施的“分段计费”技术方案是建立在能实行车辆行驶路径精确识别的技术路线，但由于恶意偷逃费、无线通行计费设备被屏蔽、ETC门架等设备识别存在遗漏等情况，仍有相当一部分车辆存在路径信息部分缺失及多义性路径的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统，其特征在于，包括全国收费公路联网结算管理中心、省联网结算管理中心以及设置在高速公路出入口的收费站和主线ETC门架的边缘计算单元；全国收费公路联网结算管理中心和省联网结算管理中心用于路网数据结构表COO统一生成、调整及维护，并通过通信系统将COO数据实时传输至边缘计算单元；边缘计算单元采用基于CUDA的SSSP算法实现对收费通行介质记录缺失路段的最少费用进行实时计算。2.根据权利要求1所述的高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统，其特征在于，边缘计算单元包括CPU、GPU、安全认证模块以及数据存储模块，用于实现数据存储、加密认证、数据保密、密钥分散、数字签名以及传输线路保护。3.根据权利要求1所述的高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统，其特征在于，收费通行介质具体为CPC以及OBU；通信系统具体由收费公路专用网络和基于运营商通信的公网组成。4.根据权利要求1所述的高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统，其特征在于，COO路网数据结构表示路网每个元素
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路段的起点站编码、终点站编码、起点与终点距离和该路段费用，用一个四元组来表示，具体为：起点编号、终点编号、距离以及差异化收费费用；起点编码和终点编码为路网中收费站和ETC门架的统一站点编码号，距离为相邻的站点间的实际路段长度，费用为该路段根据车型、车种、时段、方向以及支付方式计算的差异化收费费用；通过收费公路专网或专网断网的情况下通过基于公网将COO表变化列部分可实时传输到收费站和ETC门架边缘计算终端；COO路网数据生成表示为：对路网中的收费站、ETC门架进行编码，相邻的站点间形成一个个路段，路段的起终点编号、距离、费用组成一个四元组，将所有路段的四元组整合生成完整的COO路网数据；COO路网结构数据表的更新方式为：某路段封闭，注销表中该路段对应列数据；某路段封闭解除，恢复表中该路段对应列数据；新开通某站点、路段，在表中增加一列表示相应路段的数据；某路段费用改变，改变表中该路段对应列中的费用。5.根据权利要求1所述的高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统，其特征在于，运用CPU加GPU的异构并行计算方法，将最短路径算法中密集的大量节点、边数据的比较计算工作负载转移到GPU，由GPU并行处理路径数据，同时仍由CPU运行其余程序代码；边缘计算单元的GPU含有p个处理器，首先将GPU的每个处理器分派n个节点分别求局部最小值，然后在GPU的p个处理器合作求全局最小值，最后再将这一最小值广播出去；p个处理器合作方法如下：当p为偶数时，后p/2个处理器将自己的局部最小值分别发送到对应的前p/2个处理器中，由前p/2个处理器比较出2个局部最小值中相对较小者并保留；当p为奇数时，设p＝2h+1，则后h个处理器的值分别发送到前h个处理器中，比较并保留当前最小值；如此一层一层的比较，logp次循环后，就可以得出唯一的全局最小值。6.根据权利要求5所述的高速公路差异化收费的通行费用实时计算系统，其特征在于，单源最短路径算法的具体步骤为：
首先定义一个大小为|V|的数组paths，映射到从源顶点s到v每个顶点v的最短路径估值；并定义一个顶点的更新集E，其最短路径的估值在之后每单个程序执行，并且这些顶点之后的最短路径的估值也可能需要随时更新；为了确定在程序执行期间顶点的最短路径估值是否已更改并避免读写不一致，该算法还需要再定义另外一个更新数组bpaths；该算法实现操作过程如下：首先，在初始化过程中，将源顶点s的path[s]值和bpaths[s]值定义为0，同时将其余顶点v的初始化paths[v]值和bpaths[v]定义为∞，表示在开始时，从源点s都无法到达其他顶点v；更新集E最初是源点s，下一步，该算法在逻辑上分为两个过程：松弛和检查；在松弛过程中，更新集E中的每个顶点v持续对其直接后继u执行松弛，即是bpaths[u]与paths[v]+w(v,u)两者之间比较大小，如果bpaths[u]较大，则使用paths[v]+w(v,u)的值更新bpaths[u]，然后从更新集E中删除v自身；在检查过程中，每个顶点v对bpaths[v]与paths[v]进行大小比较，如果bpaths[v]小于paths[v]，则用前者更新后者，并应用顶点v本身，添加到更新集E；不断重复执行松弛和检查两个操作，直至更新集E为空，这时从源点s到目标v的最短路径值就存储在paths[v]中。7.基于权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟铭，李承远，邝雨婕，刘瑞康，杨代鑫，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：