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摘要：随着社会的发展与进步，重视高速公路自动化收费系统设计具有重要的意义。本文主要介绍高速公路自动化收费系统设计方案的有关内容。
关键词 高速， 公路， 自动化， 系统 ，设计
Abstract: along with the development of social development and progress, and pay attention to the highway automation fee system design is of great significance. This paper mainly introduces the highway automation system design scheme of charge related content.
Key words high speed, road, automation, the system, the design
中图分类号：U412.36+6文献标识码：A 文章编号：
引言
高速公路通行费收缴工作是高速公路管理的一项重要内容, 而收费工作的自动化又是高速公路管理工作“四化”目标的关键一環, 收费实现自动化势在必行。目前, 大部分高速公路通行费收费仍采用人工方式, 存在三个弊端: 其一, 车辆通行的记录方式落后, 在出入口记载不完善, 给逃票和作弊留有空隙;其二, 收费站收费情况的人工统计, 效率低,易出差错, 不易核对; 其三, 车辆出入收费口流量的统计, 采取人工填写卡片方式, 即不准确, 也不好处理（现在已经没有人工填写卡片了）。总之人工方式收费难以适应交通量不断增长的需要, 必须从根本上有所改变。为此, 提出本设计方案。
1、自动化收费系统的目的
( 1) 利用电子设备对过往车辆通行情况进行详细记载, 并自动进行分类统计分析。
( 2) 对收费员、收费站、管理所、管理局的收费情况, 采用电子计算机进行方便、快捷、准确的查询和统计, 堵塞票款流失的漏洞。
( 3) 对通行在高速公路上的车辆进行定期和不定期的OD 流量调查, 提供自动化手段。
2、收费分中心系统构成
（此图不代表某条高速公路，只作为图例）
2. 1 系统管理模式
某高速公路收费系统采用五级管理模式。即由收费总中心、收费线路中心、收费分中心、收费站和收费车道五级构成的计算机局域网, 收费系统可以降级使用, 即收费车道、收费站可以独立工作,上一级设备故障不影响其下一级系统设备工作, 从而保证了收费系统的可靠性。兴城管理处做为该高速公路收费系统的一个组成部分由收费分中心、收费站和收费车道组成。其中兴城收费站为二类收费站, 10条车道, 四入六出配置, 日均出口车流量为825辆/日, 日均入口车流量为775辆/日; 沙后所收费站为三类收费站, 7条车道, 三入四出配置,日均出口车流量为275 辆/日, 日均入口车流量为308辆/日。其结构图如图1所示。
2. 2 系统硬件及软件
作为一个应用计算机技术建成的收费系统, 它和计算机系统一样由硬件资源和软件资源构成收费系统资源。硬件资源是由物理上可见, 实际存在的相关硬件设备构成。软件资源是由收费系统软件、程序及其有关文档资料, 它看不见、摸不着, 可又离不了, 好比收费系统的灵魂。二者相辅相成、互相渗透。
( 1)收费系统硬件
收费系统硬件由以下设备构成: 车道设备、收费站设备、分中心设备、中心设备、收费供电设备、计算机网络通信设备。其中在兴城管理处涉及的设备有车道设备、收费站设备、分中心设备、收费供电设备和计算机网络通信设备。
a.车道设备
车道控制器是收费系统底层控制核心, 主机为一台工控机, 可脱离上端网络进行收费工作, 通过CXP检测: 检测线圈、手动栏杆、红外车辆分离器、收费键盘等, 控制收发卡机、自动栏杆、摄像机、费额显示器等, 并与收费站服务器进行数据交换。收发卡机: 通行卡的发放、收取设备。内有卡箱、读写天线、传动机构和传感器等。车道显示器: 放置在收费桌上, 用来显示收费操作界面、设备状态、车道实时动态图像、维护界面等。收费专用键盘: 特制的键盘, 收费员通过它输入控制命令, 完成收费操作。内部对讲机: 独立对讲系统, 用于收费员与监控员之间通话、联系。采用二线通信方式。票据打印机: 安装在出口, 用来打印通行费收据。
自动栏杆: 车辆正常领卡或交费后, 栏杆自动打开, 允许车辆进入或驶出, 车辆驶过红外分离器(通过线圈)后, 栏杆自动落下。车道摄像机: 安装在车道出入口处, 为车道显示器提供车道上的实时动态图像, 车辆进入到达线圈和收费员完成收费操作, 视频捕捉卡捕捉一张车辆照片, 存储后传到站服务器。红外车辆分离器: 安装在出口, 用来检测车辆的通过情况, 快速关闭自动栏杆, 防止车辆跟车闯口。它由发射器和接收器组成。解除遮挡16ms后自动栏杆落下。遮挡时间至少是555us(微秒)。费额显示器: 安装在出口, 用来向司机显示当前车辆的车型和应收通行费数额。它采用单片机结构, 与车道机的通信为串行方式。闪光报警器: 对非正常情况进行声光报警, 如:闯口、欠款等。
检测线圈: 分为到达线圈和通过线圈, 用于检测车辆的到达和通过。线圈埋设在收费车道上, 接入车道机为检测器提供车辆或金属物压在线圈上产生的电磁信号。检测器检测出车辆到达、通过情况, 为车道摄像机提供触发信号, 为车道机提供车辆计数信号。
车道信号灯: 用于向司机提示车道的开关情况。
地灯: 用于增强夜间摄像的照明度。
b.收费站设备
收费站作为收费系统中的重要组成部分, 其设备构成如下: 收费站服务器、TCO 工作站、OPE 工作站、CCM 工作站、TOD 工作站、内部对讲机主机、打印机和硬盘录像机及监视屏等。
c.分中心设备
分中心作为承上启下的中间环节, 其设备构成如下: 分中心服务器、维护终端、收费业务终端、稽查业务终端和打印机等。
d.收费供电设备
由于收费系统要求极高的稳定性, 因此收费的供电系统就显得尤为重要, 在我们这套系统中采用梅兰日兰的不间断电源(UPS) 和威尔逊柴油发电机, 为收费系统的安全稳定运行提供了基本保障。
e.计算机网络设备
交换机、光纤收发器、集线器和网卡构成了自动化收费系统的网络通信系统, 为收费数据共享提供了可能。
( 2)收费系统软件
收费软件采用W indow sNT 做为网络操作系统,ORACLE大型数据库存储收费数据。法国GEA 公司的车道软件、收费站软件, 东软股份的分中心软件、中心软件的操作系统采用W indow s2000。收费站软件由以下模块构成: CCM (卡和卡箱管理应用程序)、OPE (收费业务管理应用程序)、TCO(收费监控管理应用程序)、IOU (欠款管理应用程序)、TOD(交班缴款应用程序)。分中心软件由以下模块构成: OPE、PTM (参数表管理应用程序)、IOU、CCM。中心软件由以下模块构成: OPE、PTM、CCM。上述软件构成了一个完整的自动化收费软件系统, 为各种设备的正常运行提供了有力的保障。
3、系统运行过程及设计方案
3. 1车辆通行过程相关信息处理过程
3. 1. 1正常情况
( 1) 车辆进入入口, 通行卡内输入入口时间, 入口地点信息, 并交给司机。计算机记录发“无源卡”数。
( 2) 车辆达到出口, 读卡机卡中读出信息, 计算机结合车型, 确定应缴通行费及现金额。对“有源”卡, 从卡中存额中扣除通行费,不足部分, 在显示屏上显示现金额; 对“无源”卡, 通行费等于现金额。打印机打印收据。免费车辆, 事先凭证明在售卡站领取有特殊标志的“有源”卡, 出口计算机自动识别, 确定通行费为零。计算机记录到达“无源”卡数。
( 3) 交款完成之后, 收费员发放行信号,栏杆抬起。车辆离开之后, 回落。
3. 1. 2非正常情况
( 1) 如果未交费, 车辆强行离开, 车辆觸动栏杆或收费员启动报警按钮, 记录中存入闯口标记, 录像机自动进行现场实录, 收费员下岗时与值班人员核对录像。
( 2) 如果收费员不收费( 票款不入帐) 私自放行, 下岗时, 根据收费情况统计清单, 应缴现金额与之不相符, 应补交差额部分。( 根据是计算机自动形成了该车的通行记录, 栏杆开启时记录存入数据库。)
3. 1. 3下岗缴卡数= 领出卡数+ 收到卡数- 发出卡数。把车辆本次通过高速公路的有关一切信息归结在一起, 作为车辆通行的一个记录。车辆通行记录是整个自动化收费系统信息处理的核心与关键, 一切收费及有关的信息的查询、统计形成的来源就在于此。因此, 车辆通行记录的内容与形成方式至关重要。车辆通行记录格式设计如下:
( 1) 入口地点( 计算机内用代码表示各收费站)
( 2) 入口时间( 年、月、日、时、分、秒)
( 3) 出口地点( 方式同入口表示)
( 4) 出口时间( 方式同入口时间)
( 5) 收费员代码( 出口处的)
( 6) 本车车型( 大、中、小、特)
( 7) 本次通行费( 由入口、出口、车型确定)
( 8) 应缴现金额( 等于通行卡中余额减本次通行费, 如果是负数, 就采用)
( 9) 出发地O( OD 调查时、输入数据、可用代码)
( 10) 目的地D( 方式同出发地O)
以上各项信息可以满足自动化收费系统信息处理的需要。
记录内容填写过程如下:
( 1. 2. 3. ⋯⋯ 10 分别表示对应记录项,< 表示填入)
在出口处:
a.当收费员完成一项收费之后, 打开栏杆, 放行车辆的通行记录存入数据库, 并且在计算机又准备一条新记录, 并填入出口地点、收费员代码。
b.当有车辆到达时, 通过读卡机、车型识别系统的信息, 在记录内填写入口地点、入口时间、车型。
c.计算机根据入口地点、出口地点、车型, 计算出本次通行费填入记录; 并从通行卡存款余额中扣除, 如果差值< 0, 则把差值( 即不足部分) 填入应交现金额项。如果是免费卡, 计算机识别之后, 将本次通行费、应交现金额部置O。
d.如果进行OD 调查, 放行之前调查人员通过问询车主之后, 通过键盘输入出发地O 项和目的地D 项。收费员发出放行信号, 栏杆抬起, 出口时间填入记录, 并将记录存入数据库。
3. 2车辆通行记录数据文件在系统中存放位置及处理方式
( 1) 收费站计算机保留当日及前6 日内的记录, 并且每天对6 日之前的数据自动更新, 每日向管理所追加一次当日通行记录。站每天生成有关报表。
( 2) 管理所计算机室, 充分利用网络数据库Sy base 客户/ 服务器体系结构优势, 将各站原始数据存入管理所计算机中, 并且定期自动备份。根据需要, 在所系统管理员干预下, 可随时备份。管理所计算机室, 每日生成本所各种有关收费的业务报表, 并且向局计算中心提交。根据需要, 生成不定期业务报表。
( 3) 局计算中心, 对各管理所通过网络传递的数据报表进行分类汇总, 形成当日报表,定期报表及不定期报表。收集到的数据每周备份一次, 也可进行不定期备份。利用网络数据的优势, 对分布各所计算机中的数据进行各种方式的查询、统计。
结束语
计算机技术的广泛应用正在使收费系统由传统的人工方式向自动化方式转变, 计算机收费系统解决了传统的人工收费中存在的许多问题, 大大减少了通行费的流失, 能够快速、准确、全面的查询和统计各种收费数据, 降低了收费人员的劳动强度, 方便了用户, 使高速公路的管理更加合理、更加科学。
参考文献
[1] 陈晓辉.高速公路不停车收费管理系统[J].中国公路工程,2011(4).
[2] 黄今,苏华友.基于计算机网络的高速公路电子自动收费系统[N].西南科技大学学报,2010,19(1).
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词 高速， 公路， 自动化， 系统 ，设计
Abstract: along with the development of social development and progress, and pay attention to the highway automation fee system design is of great significance. This paper mainly introduces the highway automation system design scheme of charge related content.
Key words high speed, road, automation, the system, the design
中图分类号：U412.36+6文献标识码：A 文章编号：
引言
高速公路通行费收缴工作是高速公路管理的一项重要内容, 而收费工作的自动化又是高速公路管理工作“四化”目标的关键一環, 收费实现自动化势在必行。目前, 大部分高速公路通行费收费仍采用人工方式, 存在三个弊端: 其一, 车辆通行的记录方式落后, 在出入口记载不完善, 给逃票和作弊留有空隙;其二, 收费站收费情况的人工统计, 效率低,易出差错, 不易核对; 其三, 车辆出入收费口流量的统计, 采取人工填写卡片方式, 即不准确, 也不好处理（现在已经没有人工填写卡片了）。总之人工方式收费难以适应交通量不断增长的需要, 必须从根本上有所改变。为此, 提出本设计方案。
1、自动化收费系统的目的
( 1) 利用电子设备对过往车辆通行情况进行详细记载, 并自动进行分类统计分析。
( 2) 对收费员、收费站、管理所、管理局的收费情况, 采用电子计算机进行方便、快捷、准确的查询和统计, 堵塞票款流失的漏洞。
( 3) 对通行在高速公路上的车辆进行定期和不定期的OD 流量调查, 提供自动化手段。
2、收费分中心系统构成
（此图不代表某条高速公路，只作为图例）
2. 1 系统管理模式
某高速公路收费系统采用五级管理模式。即由收费总中心、收费线路中心、收费分中心、收费站和收费车道五级构成的计算机局域网, 收费系统可以降级使用, 即收费车道、收费站可以独立工作,上一级设备故障不影响其下一级系统设备工作, 从而保证了收费系统的可靠性。兴城管理处做为该高速公路收费系统的一个组成部分由收费分中心、收费站和收费车道组成。其中兴城收费站为二类收费站, 10条车道, 四入六出配置, 日均出口车流量为825辆/日, 日均入口车流量为775辆/日; 沙后所收费站为三类收费站, 7条车道, 三入四出配置,日均出口车流量为275 辆/日, 日均入口车流量为308辆/日。其结构图如图1所示。
2. 2 系统硬件及软件
作为一个应用计算机技术建成的收费系统, 它和计算机系统一样由硬件资源和软件资源构成收费系统资源。硬件资源是由物理上可见, 实际存在的相关硬件设备构成。软件资源是由收费系统软件、程序及其有关文档资料, 它看不见、摸不着, 可又离不了, 好比收费系统的灵魂。二者相辅相成、互相渗透。
( 1)收费系统硬件
收费系统硬件由以下设备构成: 车道设备、收费站设备、分中心设备、中心设备、收费供电设备、计算机网络通信设备。其中在兴城管理处涉及的设备有车道设备、收费站设备、分中心设备、收费供电设备和计算机网络通信设备。
a.车道设备
车道控制器是收费系统底层控制核心, 主机为一台工控机, 可脱离上端网络进行收费工作, 通过CXP检测: 检测线圈、手动栏杆、红外车辆分离器、收费键盘等, 控制收发卡机、自动栏杆、摄像机、费额显示器等, 并与收费站服务器进行数据交换。收发卡机: 通行卡的发放、收取设备。内有卡箱、读写天线、传动机构和传感器等。车道显示器: 放置在收费桌上, 用来显示收费操作界面、设备状态、车道实时动态图像、维护界面等。收费专用键盘: 特制的键盘, 收费员通过它输入控制命令, 完成收费操作。内部对讲机: 独立对讲系统, 用于收费员与监控员之间通话、联系。采用二线通信方式。票据打印机: 安装在出口, 用来打印通行费收据。
自动栏杆: 车辆正常领卡或交费后, 栏杆自动打开, 允许车辆进入或驶出, 车辆驶过红外分离器(通过线圈)后, 栏杆自动落下。车道摄像机: 安装在车道出入口处, 为车道显示器提供车道上的实时动态图像, 车辆进入到达线圈和收费员完成收费操作, 视频捕捉卡捕捉一张车辆照片, 存储后传到站服务器。红外车辆分离器: 安装在出口, 用来检测车辆的通过情况, 快速关闭自动栏杆, 防止车辆跟车闯口。它由发射器和接收器组成。解除遮挡16ms后自动栏杆落下。遮挡时间至少是555us(微秒)。费额显示器: 安装在出口, 用来向司机显示当前车辆的车型和应收通行费数额。它采用单片机结构, 与车道机的通信为串行方式。闪光报警器: 对非正常情况进行声光报警, 如:闯口、欠款等。
检测线圈: 分为到达线圈和通过线圈, 用于检测车辆的到达和通过。线圈埋设在收费车道上, 接入车道机为检测器提供车辆或金属物压在线圈上产生的电磁信号。检测器检测出车辆到达、通过情况, 为车道摄像机提供触发信号, 为车道机提供车辆计数信号。
车道信号灯: 用于向司机提示车道的开关情况。
地灯: 用于增强夜间摄像的照明度。
b.收费站设备
收费站作为收费系统中的重要组成部分, 其设备构成如下: 收费站服务器、TCO 工作站、OPE 工作站、CCM 工作站、TOD 工作站、内部对讲机主机、打印机和硬盘录像机及监视屏等。
c.分中心设备
分中心作为承上启下的中间环节, 其设备构成如下: 分中心服务器、维护终端、收费业务终端、稽查业务终端和打印机等。
d.收费供电设备
由于收费系统要求极高的稳定性, 因此收费的供电系统就显得尤为重要, 在我们这套系统中采用梅兰日兰的不间断电源(UPS) 和威尔逊柴油发电机, 为收费系统的安全稳定运行提供了基本保障。
e.计算机网络设备
交换机、光纤收发器、集线器和网卡构成了自动化收费系统的网络通信系统, 为收费数据共享提供了可能。
( 2)收费系统软件
收费软件采用W indow sNT 做为网络操作系统,ORACLE大型数据库存储收费数据。法国GEA 公司的车道软件、收费站软件, 东软股份的分中心软件、中心软件的操作系统采用W indow s2000。收费站软件由以下模块构成: CCM (卡和卡箱管理应用程序)、OPE (收费业务管理应用程序)、TCO(收费监控管理应用程序)、IOU (欠款管理应用程序)、TOD(交班缴款应用程序)。分中心软件由以下模块构成: OPE、PTM (参数表管理应用程序)、IOU、CCM。中心软件由以下模块构成: OPE、PTM、CCM。上述软件构成了一个完整的自动化收费软件系统, 为各种设备的正常运行提供了有力的保障。
3、系统运行过程及设计方案
3. 1车辆通行过程相关信息处理过程
3. 1. 1正常情况
( 1) 车辆进入入口, 通行卡内输入入口时间, 入口地点信息, 并交给司机。计算机记录发“无源卡”数。
( 2) 车辆达到出口, 读卡机卡中读出信息, 计算机结合车型, 确定应缴通行费及现金额。对“有源”卡, 从卡中存额中扣除通行费,不足部分, 在显示屏上显示现金额; 对“无源”卡, 通行费等于现金额。打印机打印收据。免费车辆, 事先凭证明在售卡站领取有特殊标志的“有源”卡, 出口计算机自动识别, 确定通行费为零。计算机记录到达“无源”卡数。
( 3) 交款完成之后, 收费员发放行信号,栏杆抬起。车辆离开之后, 回落。
3. 1. 2非正常情况
( 1) 如果未交费, 车辆强行离开, 车辆觸动栏杆或收费员启动报警按钮, 记录中存入闯口标记, 录像机自动进行现场实录, 收费员下岗时与值班人员核对录像。
( 2) 如果收费员不收费( 票款不入帐) 私自放行, 下岗时, 根据收费情况统计清单, 应缴现金额与之不相符, 应补交差额部分。( 根据是计算机自动形成了该车的通行记录, 栏杆开启时记录存入数据库。)
3. 1. 3下岗缴卡数= 领出卡数+ 收到卡数- 发出卡数。把车辆本次通过高速公路的有关一切信息归结在一起, 作为车辆通行的一个记录。车辆通行记录是整个自动化收费系统信息处理的核心与关键, 一切收费及有关的信息的查询、统计形成的来源就在于此。因此, 车辆通行记录的内容与形成方式至关重要。车辆通行记录格式设计如下:
( 1) 入口地点( 计算机内用代码表示各收费站)
( 2) 入口时间( 年、月、日、时、分、秒)
( 3) 出口地点( 方式同入口表示)
( 4) 出口时间( 方式同入口时间)
( 5) 收费员代码( 出口处的)
( 6) 本车车型( 大、中、小、特)
( 7) 本次通行费( 由入口、出口、车型确定)
( 8) 应缴现金额( 等于通行卡中余额减本次通行费, 如果是负数, 就采用)
( 9) 出发地O( OD 调查时、输入数据、可用代码)
( 10) 目的地D( 方式同出发地O)
以上各项信息可以满足自动化收费系统信息处理的需要。
记录内容填写过程如下:
( 1. 2. 3. ⋯⋯ 10 分别表示对应记录项,< 表示填入)
在出口处:
a.当收费员完成一项收费之后, 打开栏杆, 放行车辆的通行记录存入数据库, 并且在计算机又准备一条新记录, 并填入出口地点、收费员代码。
b.当有车辆到达时, 通过读卡机、车型识别系统的信息, 在记录内填写入口地点、入口时间、车型。
c.计算机根据入口地点、出口地点、车型, 计算出本次通行费填入记录; 并从通行卡存款余额中扣除, 如果差值< 0, 则把差值( 即不足部分) 填入应交现金额项。如果是免费卡, 计算机识别之后, 将本次通行费、应交现金额部置O。
d.如果进行OD 调查, 放行之前调查人员通过问询车主之后, 通过键盘输入出发地O 项和目的地D 项。收费员发出放行信号, 栏杆抬起, 出口时间填入记录, 并将记录存入数据库。
3. 2车辆通行记录数据文件在系统中存放位置及处理方式
( 1) 收费站计算机保留当日及前6 日内的记录, 并且每天对6 日之前的数据自动更新, 每日向管理所追加一次当日通行记录。站每天生成有关报表。
( 2) 管理所计算机室, 充分利用网络数据库Sy base 客户/ 服务器体系结构优势, 将各站原始数据存入管理所计算机中, 并且定期自动备份。根据需要, 在所系统管理员干预下, 可随时备份。管理所计算机室, 每日生成本所各种有关收费的业务报表, 并且向局计算中心提交。根据需要, 生成不定期业务报表。
( 3) 局计算中心, 对各管理所通过网络传递的数据报表进行分类汇总, 形成当日报表,定期报表及不定期报表。收集到的数据每周备份一次, 也可进行不定期备份。利用网络数据的优势, 对分布各所计算机中的数据进行各种方式的查询、统计。
结束语
计算机技术的广泛应用正在使收费系统由传统的人工方式向自动化方式转变, 计算机收费系统解决了传统的人工收费中存在的许多问题, 大大减少了通行费的流失, 能够快速、准确、全面的查询和统计各种收费数据, 降低了收费人员的劳动强度, 方便了用户, 使高速公路的管理更加合理、更加科学。
参考文献
[1] 陈晓辉.高速公路不停车收费管理系统[J].中国公路工程,2011(4).
[2] 黄今,苏华友.基于计算机网络的高速公路电子自动收费系统[N].西南科技大学学报,2010,19(1).
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。