Lane-Level Highway Tolling with GNSS Real Time Kinematic and V2X: A Feasibility Study

Abstract

Diese Arbeit untersucht die Realisierbarkeit einer spurgenauen Autobahnmaut mithilfe eines Global Navigation Satellite System (GNSS) Real-Time Kinematic (RTK) und Vehicle-to-Anything (V2X) Kommunikation. Aktuelle GNSS-basierte Systeme bieten nur Meter-Genauigkeit und sind für spurgenaue Anwendungen ungeeignet. RTK ermöglicht Zentimeter-Genauigkeit und damit eine präzise Spurzuordnung ohne umfangreiche Infrastruktur. Eine Positions-schätzung (“Fix”) gilt als spurgenau, wenn der laterale Fehler unter einem Meter liegt. Drei Auswahlkriterien für Positionsschätzungen wurden verglichen. Am effektivsten war die Nutzung der vom Empfänger gemeldeten horizontalen Genauigkeit multipliziert mit 3,5 kleiner als 1 Meter, kombiniert mit einem Spurhalteintervall von 8 Sekunden, womit eine effektive Spurerkennung von über 99,7 Prozent erreicht wurde. Simulierte V2X-basierte Korrekturdatenübertragung zeigt, dass Korrekturdaten bis zu 100 Sekunden gültig bleiben, was einem maximalen Abstand von etwa 2,2 Kilometern zwischen Roadside Units (RSU) bei ausschließlich V2X-basierter Übertragung erlaubt. Die Ergebnisse bestätigen die technische Realisierbarkeit von GNSS RTK mit V2X für skalierbare, spurgenaue Mautsysteme.

This thesis examines the feasibility of lane-level highway tolling based on Global Navigation Satellite System (GNSS) Real-Time Kinematic (RTK) and Vehicle-to- Anything (V2X) communication. Current GNSS-based systems provide meter- level accuracy, which is insufficient for lane-specific applications. RTK enables centimeter-level accuracy, allowing precise lane identification without extensive infrastructure. A position estimate (“fix”) is considered lane-accurate if its lateral error is below one meter. Three binary selection criteria were compared to identify reliable fixes. The most effective criterion, based on the receiver’s reported hor- izontal accuracy multiplied by 3.5 being less than 1 meter, achieved an effective lane determination rate above 99.7 percent when combined with an 8-second lane hold interval. Simulated V2X-based correction delivery shows that correction data remains valid for up to 100 seconds, allowing a maximum spacing of approx. 2.2 kilometers between Roadside Units (RSU) in V2X-only setups. These results con- firm the technical feasibility of GNSS RTK with V2X for scalable, lane-accurate tolling systems.