关于高速公路联网收费系统相关问题的探讨

关于高速公路联网收费系统相关问题的探讨 张学军 甘肃紫光智能交通与控制技术有限公司 经过多年公路建设的大发展，至 2006 年我国高速公路已建成 45300 公里， 以纵贯南北和横贯东西的“五纵七横“国道主干线的主骨架的高速公路格局已初 具规模，许多省的高速公路网也已经基本形成。随着各省高速公路网的形成， 对监控、收费、通信的建设要求也不局限于一条路的范围，而是要从全省范围 规划联网监控、收费及通信建设。甘肃、江苏、浙江、广东、山东、四川、湖 南等省高速公路都已实施或正在实施部分区域或全省的联网收费。交通部也于 2000 年颁发了高速公路联网收费暂行技术要求，对各省、自治区、直辖市 的高速公路联网收费的规划、设计、建设和运营管理起到了规范指导作用。本 文只是对联网收费建设中的一些问题进行探讨，供实施联网收费、监控、通信 及省交通信息系统时参考。 一、收费管理体制 初期的高速公路某路段收费系统管理一般都采取收费站、收费所、收费分 中心三级管理或者收费站、收费分中心二级管理的方式。二级管理的方式，具 有机构简化、节省管理人员、房建与设备投资少的优点，收费系统网络构成层 次简化、可靠性提高的优点，因此，是收费系统管理宜推荐的方式。一路一公 司管理方式的推行，使业主愈来愈明确要求在能防止逃费保证正常收费的前提 下尽量减少收费系统的建设投资，降低运营管理费用。在已建的收费系统中， 出现了由于出入交通量较少使该站收费金额不能维持该站正常运营的现象；在 经济发达、交通量较大路段的管理公司，要求减少收费运营管理人员、降低成 本提高经济效益。这些都要求收费系统的管理和建设者思考新的管理方式和系 统结构。在收费系统设计中就出现了减少收费站控制室人员的方式。结合部分 省市高速公路网具有互通立交间距较近，收费站点多，各路段分中心管理范围 较小的特点，采用弱化原模式收费站的功能，加强收费分中心管理功能的新思 路，集中在收费分中心进行收费业务的管理。也就是说，取消了原收费站控制 室的值班人员，实现站控制室无人值守，路段内各收费广场各车道收费员在分 中心的直接监督下进行收费业务与数据的采集和处理，对各个站收费车道和广 场的视频监视也是采用集中至分中心进行监视。这种方式可以称其为部分集中 式或集中式。上述二种收费管理新模式和收费系统结构，与原有设站控制室值 班人员模式相比，其优点是减少了收费站控制室的值班人员，简化了收费系统 的网络结构，降低了运营管理费用，便于分中心集中监督管理。但是，当管理 多站的控制室或分中心某些设备或传输通道出现故障时，影响收费系统运行的 范围要广一些，为了适应此种模式，对收费员的交接班业务的管理要进行相应 的调整。由上分析可见，集中或部分集中方式的优点是明显的，建议在设计收 费系统时应根据路网的情况和特点，优先采用。此外，在采用上述方式时，除 了管理上进行调整以外，要加强分中心或集中站控制室的可靠性设计有相应的 技术措施，例如采取服务器集群或双机与存储器冗余的方式，传输通道冗余保 护等技术来提高系统的可靠性。 二、联网收费结算中心的建设 省收费结算中心是省域三级联网收费机构中的最上层，也是最重要的一层。 结算中心要公正、准确地进行收费交易数据、通行费等的采集、结算及账务分 割，要将通行费的拆分结果数据下传给每个收费中心，或者要对分中心的拆分 和结算结果进行校核审定，要与指定的结算银行进行账目信息的交换与结算， 建设收费结算中心是实现联网收费最重要的项目工作，也是要优先实施的工程。 下面就收费结算中心的功能和网络系统构成要点进行说明。 1 收费结算中心功能 收费结算中心的基本功能有： （1）确定收费系统运行参数，并下传给各分中心、收费站。包括费率表、 车型分类、黑名单、同步时钟等系统参数。 （2）接收收费站上传的收费交换原始数据和通行费拆分数据。 （3）接收收费分中心上传的收费交易统计数据及管理数据。 （4）按规定的原则进行通行费的拆分与结算，并下传拆分结算的结果，或者对 分中心提交的拆分与结算进行校核、审定。 （5）与指定结算银行进行账目信息的交换和结算。 （6）对通行券收费票证等进行管理。 （7）具有收费数据、交通量及各种管理报表的统计与打印。 （8）具有查询功能。值班员或分中心管理人员可随时查询当天或历史数据，并 按要求进行显示和打印。 （9）系统具有自动数据备份功能，一旦系统受到破坏或停止运行时，可以尽快 地恢复系统运行。 （10）系统具有自诊断功能。能自动测试中心系统的工作状况，包括与各 收费分中心、收费站的通道的连接状况，并且在检测到异常时自动显示和打印 诊断报告。 （11）安全功能：系统能对不同层次和职责的使用及管理人员，分别设置 不同的访问操作使用权限，设置不同的操作口令和密码，防止越权存取和修改， 保障数据的完整性，并对值班员的操作进行存贮、记录、打印。与指定银行的 数据交换或有通过公用电信网与中心进行数据通信的要有安全技术防范措施， 保证数据的安全。 （12）提供内部系统及上级管理部门有关信息，实现信息共享，但与办公 管理系统要有安全隔离措施。 2 结算中心系统构成 结算中心的系统构成因根据高速公路网络规模 的大小、交通量大小、采用的收费技术来决定。系统的规模要以近期（一般按 开通后五年）为主，并结合远期的发展，系统应具有良好的开放性和可扩展性。 网络设计应注意以下几点： （1）目前结算中心局域网宜采用千兆以太网，服务器宜采用企业级小型机 组成双机冗余系统，或者由多台服务器组成的集群系统，操作系统宜采用 UNIX 或 WIN2000Server。 （2）本地网络系统的设计宜结合监控系统并考虑本地办公自动化的需求， 为办公自动化等管理应用提供网络支持。通常结算中心是和监控、通信中心同 址，甚至是在一个楼的相邻楼层，当该处又有一些上级管理部门时，则收费结 算中心核心交换机宜为办公管理的需求留有接口。 （3）应根据不同的业务划分子网。例如办公自动化子网应该与收费网络、 监控网络隔离，结算中心的结算业务宜与通行券、票证业务用虚拟局域网分开， 监控的数据宜和视频应用以 VLAN 分离等，这样可以提高安全性，并减少子网间 不必要的信息交换。 （4）结算中心网络要高可用性，其网络宜进行冗余设计，尽量避免单点设 备故障影响系统的正常运行。 （5）结算中心与各路收费分中心组成收费网络的逻辑拓扑结构应采用有备 用通道的星形结构，或者是不完全的网状结构，或者是采用两个环的自愈保护 结构，才能保证收费网络的可靠性。 3 结算中心位置的选择 一个省域联网收费区域内宜有一个结算中心， 通常是在省会所在市，其物理位置的选择宜从以下几方面考虑。首先，结算中 心应在高速公路通信干线光传输网上，只有这样才能得到通信网络的可靠支持， 以及满足不断增长的信息传输；其次，收费结算中心宜和高速公路的管理公司 在一起，这样相互之间的数据交换与信息共享较易实现，其初期投资也较少， 否则两者之间的通信投资会加大或增加工程的复杂性。当租用公用电信网来解 决连接通道时，应考虑长期运行费用。此外，交通通利、周围无环境污染、供 水供电可靠等因素也是需要考虑的。总之，结算中心位置的选择要结合本地区 的实际情况，经过技术经济比较后因地制宜地确定。 三、网络管理系统 1网管系统的必要性 全省高速公路联网收费、监控系统等组成的信息 网是一个较大的专用网络，监控、通信及收费中心、分中心、收费站、通信站 与各级管理中心等分布省内各处，网络的规模也会随着高速公路的建设增大， 设备增多，监控、通信、收费及办公自动化应用中数据、话音、图像及视频等 多媒体信息急剧增长，网络也愈来愈复杂，对网络的性能要求也越来越高，管 理上也会更困难。因此，为了保证网络的可靠和运行质量，满足联网收费、监 控系统和办公自动化的需要，应该建设一个全省的网络管理系统，对监控、收 费、通信及办公自动化等网络系统进行统一管理。 建立网管系统就可以查 看全网的网络连接关系，检查各种设备可能出现的故障，检测网络性能瓶颈及 时作出报告，并进行自动处理或远程修复，使网络正常、高效运行。 2网管系统的主要功能 联网收费系统网管应主要包括以下管理功能： （1）故障管理：网管系统应有自动诊断功能，监控全网络的各种设备，并 能够自动发现设备的运行状况。还可以探测到位于广域网上的设备，显示哪些 设备和网段工作正常，哪些部分需要引起注意，对接收到的故障事件进行分析 和处理，并能执行诊断测试、故障跟踪以及故障修正。 （2）配置管理：能自动发现网络内的所有设备，能够正确地产生拓扑结构 图并自动更新。提供跟踪网络变化的能力，为网络上的设备配置、安装和分配 软件、修改参数，使网络管理者对网络的配置实施控制，可以改变配置以减轻 拥塞分离故障。 （3）性能管理：实时监控设备状态，获取网络运行的信息及统计数据，准 确地发现系统瓶颈和潜在的性能问题，帮助系统管理人员制订正确的解决方案。 （4）安全管理：网络管理能够提供访问保护，包括授权设施、访问控制、 加密及密钥管理、身份认证和安全日志记录等功能。根据收费、监控业务处理 的要求严格规定谁可以访问哪些数据，可以请求何种服务，可采取影响系统的 措施等，保护服务器和数据库的数据安全。 3网管系统的组成 网络管理系统主要由四部分组成：若干被管的代理， 至少一个网络管理站；一种公共网络管理协议；一种或多种类别管理信息库。 代理可以应用于多种设备上，例如路由器、交换机、服务器、工作站、打印机、 UPS 电源的后援系统等。网络管理协议是最重要的部分。当前有两种计算机网 络管理协议，一种是开放系统互连组织（OSI）提出的公共管理信息及协议 （CMIS/CMIP），另一种是 Internet 工程任务组（IETF）提出的简单网管协议 （SNMP）。SNMP 是 TCP/IP 的一个协议，是一个相当简单的请求与应答协议， 它是通过网络控制站定期轮询被管理设备的新信息来工作。网络管理站是网络 控制中心。管理信息库（MIB）是 SNMP 代理软件的存储部分，其中存储对象的 信息称为变量（或称属性），管理信息库（MIB）可以分为多种类别。OSI 提出 的方案定义了故障管理、配置管理、计费管理、性能管理和安全管理这五个网 管的功能域，对管理的框架、管理信息的定义、对象的属性与行为等都有详细 的定义，但实现起来过于复杂，在实际应用中没有得到多数厂家的支持。而 SNMP 协议由于简单实用被迅速地推广开来，得到了广泛的支持。省高速公路信 息网中宜在省中心的监控或收费 LAN 上配置一台网管工作站，安装相应的网管 软件及 SNMP 网管协议，并采用远程监视（RMONV-1、-2、）技术对网络中的路 由器、交换机等网络设备、计算机及外围设备以及这些设备上的应用程序经过 被管代理进行管理。 4网络管理方式 网管可以分成集中式与分布式管理两种方式，两种方 式的特点如下： （1）分布式 在省中心设置一个全网的网管中心对骨干网的路由器、交 换机进行控制和管理，并对省中心的收费结算、监控的服务器、数据库系统进 行管理。在各路段收费分中心设置本地网管工作站，管理分中心内的网络设备、 收费及监控的数据库、服务器和应用系统。当各节点的网络设备和服务出现故 障时，首先由分中心管理员进行处理，如出现无法处理的情况，交给省网管中 心管理员负责处理。其优点是层次分明，网络及故障处理是分级进行。在网管 中心还可以采用冗余配置，满足大型网络管理的可靠性和连续性。但是投资较 大，要与带外管理方式相结合，增加使用者的负担，不适合于中小型网络。 （2）集中式 集中式管理方式只在省中心设置一个网管中心，负责全网 的服务器、数据库等主机系统、网络设备及网络应用的管理。如果出现网络故 障，都由网管中心管理员处理。其优点是统一管理，系统的安全性高、易管理 性好，但有可能促成网络拥塞，使网管中心成为瓶颈。但是对多数省的新建高 速公路通信网来说，一般不会产生网络拥塞。 对于一个省高速公路联网收 费、监控等网络管理方式宜结合本省通信网络的规模、通信专网的性能、维护 管理人员的水平、近期远期的规划与投资来选择集中式或分布式。作者认为近 期多数省高速公路网络管理