（交通运输工程专业论文）开放式收费公路综合管理系统分析与设计.pdf

摘要 随着我国高速公路建设的不断发展，开放式收费公路的管理问题受到人们的日益关 注。由于基础及体制等原因，开放式收费公路基本上是分段建设、分散管理，管理相对 松散、滞后。规范操作流程，建立综合管理系统工作平台，通过网络将数据直接传到省 级部门，能使各级收费管理单位及时、全面、准确了解开放式公路信息，提高工作效率， 优化分析决策，使开放式收费公路的管理更加科学、先进，提高收费公路的整体管理水 平。 论文从调查开放式收费公路的管理现状出发，分析了陕西省收费管理现状和现有业 务应用系统现状，提出了系统需求和目标。从系统总体、网络、安全、软件等方面选取 典型示例进行对比分析，对现有建成系统试用情况和问题进行了说明，提出了切实可行 的设计方案，并详细设计了网络接入方案和信息管理系统软件平台。论文最后进行了总 结，对开放式收费公路综合管理系统的发展方向和拓展内容进行了展望。 论文提出的网络接入方案突出了“安全多样的网络架构、“站一省中心 两级管理 和“矩阵式权限管理一三个特点，能够直接指导后期项目开发，具有较高的应用价值。 关键词：开放式，收费公路，收费系统，综合管理，c d m a 网络 a b s t r a c t 、i n lt h ec o n s t a n td e v e l o p m e n to fc o n s t r u c t i o no fo u re x p r e s s w a y , t h ep r o b l e mo f m a n a g e m e n to ft h eo p e nt o l lw a yr e c e i v e sp e o p l e sm u c hm o r ec o n c e r nd a yb yd a y b e c a u s e o ff o u n d a t i o na n ds y s t e mr e a s o n s ，t h eo p e nt o l lw a ya l eg e n e r a l l yc o n s t r u c t e ds e g m e n tb y s e g m e n t ，a n dm a n a g e ds e p a r a t e l y t h em a n a g e m e n ti sr e l a t i v e l yl o o s ea n dl a g g i n gb e h i n d s o i no r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m sw en e e dt os t a n d a r d i z et h eo p e r a t i o np r o c e d u r e s , s e tu pa c o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n ts y s t e mw o r kb e n c h ，a n dp a s st h ed a t at ot h ep r o v i n c i a l d e p a r t m e n td i r e c t l yt h r o u g ht h en e t w o r k ，w h i c hc a l lm a k ed e p a r t m e n t sa tv a r i o u sl e v e l sg e t t h ei n f o r m a t i o no ft h eo p e nw a yi nt i m e ，i na na l l r o u n dw a ya n d a c c u r a t e l y , i m p r o v ew o r k i n g e f f i c i e n c y , a n do p t i m i z et h ea n a l y s i sa n dd e c i s i o n ，m a k et h em a n a g e m e n to ft h eo p e nt o l l w a ym o r es c i e n t i f i ca n da d v a n c e d a n df i n a l l y , w ec a ni m p r o v et h ew h o l em a n a g e m e n tl e v e l o f t h et o l lw a y s t a r t i n gw i t hi n v e s t i g a t i n gt h ec u r r e n tm a n a g e m e n ts i t u a t i o no ft h eo p e nt o l lw a y , t h e t h e s i sa n a l y z e dt h es i t u a t i o no ft o l lm a n a g e m e n ta n de x i s t i n gb u s i n e s sa p p l i c a t i o ns y s t e mi n s h a a n x ip r o v i n c e ，a n dh a dp u tf o r w a r dt h es y s t e md e m a n da n dg o a l b ya n a l y z i n gt y p i c a l c a s e sc o m p a r a t i v e l yf r o ms u c hr e s p e c t sa st h ew h o l es y s t e m ，n e t w o r k , s e c u r i t y , s o f t w a r e ，e t c ， t h et h e s i sh a sg i v e ns t a t e m e n t sa b o u tt h er e a ls i t u a t i o na n dp r o b l e m so ft h ee x i s t i n gs y s t e m ， a n dh a sp u tf o r w a r daf e a s i b l ed e s i g np l a n t h et h e s i sh a sa l s od e s i g n e dt h en e t w o r ka c c e s s p l a na n dt h es o f t w a r ep l a t f o r mf o ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi nd e t a i l a tl a s tt h et h e s i s m a d eas u m m a r y , a n dl o o k e di n t ot h ef u t u r eo ft h ed e v e l o p i n gd i r e c t i o na n de x p a n s i o n c o n t e n to ft h eo p e nt o l lw a y c o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n ts y s t e m t h en e t w o r ka c c e s sp l a np u tf o r w a r db yt h et h e s i sh a st h r e eh i g h l i g h t s ，w h i c ha r es a f e a n dv a r i o u sn e t w o r ks t r u c t u r e ，t w og r a d e sm a n a g e m e n to fs t a t i o n - p r o v i n c i a lc e n t r e ，a n d m a t r i xa u t h o r i t ym a n a g e m e n t i tc a ng u i d et h el a t e rp r o j e c td e v e l o p m e n td i r e c t l y , a n dh a sa c o n s i d e r a b l eu s i n gv a l u e k e yw o r d s ：o p e n ；t o l lw a y ；t o l ls y s t e m ；c o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n t ；c d m an e t w o r k 论文独创性声明 本人声 ! j i ：_ 丈人研。i ；父的。产f 移论丈足在导师的指导下，独立进行 研究i ：作所耿列韵成粜。除沦义t 一已经注| 1 月引用的内容外，对论文 的研究做出霞要矽i 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本沦丈q ，不包含f r 川i 圳i j 确沣明的jl 他个人或集体己经公开发表 的成果。 本声明的法律责仃山：体人承担。 论义作苏签弘：吒疼j 1 j & 缸 潮年。月力日 论文知识产权权属声明 本人在导师指i 、子l - 所完成的论文及相关的职务作品，知识产权 归属。、等校。，、：j ：佼亭f j 以f 肼，j 力j = 发表、复制、公开阅览、借阅以及 申i 寿专+ 利等权利。小人。f 爻后发表或使j l i 。位论文或与该论文直接 相炎的丫：术论史域f 戊心m 料私单位仍然为长安大学。 ( 伤：密彤j 沦爻e 囊乍：孛jj ；jj 遁遵。、 二j i 匕觇定) 论之作，栉攀彩灰脑数 圳币猢：咿研 彦刀滞月j 彦日 矽锣年r 月以日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景及现状 我国收费公路( 含桥梁、隧道) 制度起始于广东，2 0 世纪8 0 年代初期，广深公路 率先进行”贷款建路、收费还贷“的尝试【1 1 。随着高速公路建设高速发展，截至2 0 0 7 年底， 全国高速公路通车里程已达5 - 3 6 万公里，居世界第一【2 1 。随着国家加大基础设施投资力 度和西部大开发的顺利进展，我省公路建设再上新台阶，截至2 0 0 7 年，陕西省建成收 费公路5 7 9 7 公里，其中开放式收费公路3 8 6 3 公里，经省政府批准设立开放式收费站点 共计1 1 6 个( 其中政府还贷公路3 5 9 3 公里，站点1 0 5 个) ，共由4 2 家收费管理单位经 营管理，2 0 0 7 年完成通行费征收2 1 5 2 亿余元【3 】。 由于地理空间、投资及管理体制等多方面原因，开放式收费公路( 下或简称开放式 公路) 基本上是分段建设、分散管理、独立行事，管理工作相对滞后，难于协调【4 】。在 公路里程不断增加j 贯通成网的情况下，分割式管理严重影响了路网的协作性和一致性， 其社会经济效能无法充分发挥。如何规范管理我省的开放式公路收费站点，做到“应征 不漏，应免不收”，杜绝收费过程中的漏洞，提高工作效率和管理水平，为科学决策提 供参考，为公众提供良好的服务，就成为一个困扰问题摆在了我们面前，建立全省开放 式收费公路综合管理系统，有效解决以上诸多问题，显得更为必要。 随着信息、通信及计算机技术的极大发展，公路管理部门按业务操作类型，分别开 发和建立了各种计算机信息管理系统，对提高公路管理的工作效率和管理的科学化、规 范化、信息化起到了较大的作用，也从一定程度方便了各个工作部门的具体工作。 近年来，陕西省收费公路交通信息化建设迅速发展，开放式收费公路信息化管理已 初具规模。目前，开放式公路收费系统、通行费票证管理系统、财务预决算报表管理系 统以及通行费缴拨清算报表系统正在使用中，这些系统对开放式收费管理起到了良好的 促进作用，实现了省内开放式公路收费数据传输，省内四级单位票证、财务数据按照统 一格式分级上传、汇总，起到了一定的统一、规范和科学管理的作用。 但系统目前基本上是面向部门事务处理的分散数据库，分别处理不同业务，使得各 部门的数据分散独立，时效性差，共享困难，难以为收费公路各级管理单位全面、及时、 准确地提供数据资源的查询及分析；再者因传统的沟通方式( 收费站一管理单位一分中 心一省中心四级管理) 一定程度上造成了收费公路各级单位之间数据报送和反馈信息的 迟缓。因此，开发开放式收费公路综合管理系统十分必要。 第一章绪论 1 2 国内综合管理系统现状 随着收费公路信息化建设的推进，各收费公路先后建成通信、收费、监控系统，部 分高速公路还建成了路政、养护、财务、资产、人事等业务管理业务子系统，各系统独 立运行5 1 6 1 。如何整合现有系统资源，实现收费公路各业务管理系统数据共享和信息实 时沟通也成了实实在在的需求。 随着省级收费公路管理部门的相继成立和计算机技术、网络技术的不断发展和完 善，建立省级行业内共享数据平台和综合管理系统呼声越来越高。2 0 0 0 年来，依托高速 公路专用通信网络，广东开阳等几段高速公路分别进行了综合管理系统的试点【7 1 ，随着 路网的建成，多个省份对高速公路综合管理提出了思路和构想，并在部分路段进行了试 点【8 】【9 】【1 0 】【l l 】，但限于管理体制等诸多因素未全省推广。 2 0 0 5 - - 0 6 年交通部选择北京、浙江、江苏、山东、成都等地开展了信息化示范工程 试点工程，旨在有效提升交通行业的监管、安全运营和公共信息服务的能力，推动交通 行业实现新的跨越式发展。其中选定了“省级公路交通信息资源整合工程”等三个项目为 切入点，本着“整合信息资源，实现资源共享”的原则，规范行业管理和优化流程，使交 通管理部门能够在更高的起点上为行业管理、领导决策和社会公众提供服务，该试点工 程取得了较圆满成功，目前正在第二批1 4 个省份逐步推行【1 2 】。 开放式公路收费站点分布广泛，地理位置错综复杂，投资主体和管理单位种类繁多， 网络硬件条件参差不齐，受当地经济发展条件制约，能实现较好网络通信服务的站点较 少【1 3 】。从全国范围看，能够实现全省开放式收费站全部数据上传省级中心的省份几乎没 有，陕西省自2 0 0 6 年建成全省开放式收费站统一收费软件的收费系统以来，采用电话 拨号的方式将收费站每日收费汇总信息传送至省级收费中心，实现了对基本收费数据统 计和简单分析的目标。 1 3 研究内容和意义 本系统的建立将极大提高开放式收费公路的管理水平，杜绝收费过程中的漏洞，能 使各级收费管理单位全面、准确、及时了解开放式公路基础信息、交通流量、车辆分类 以及通行费征收和管理情况，为管理人员决策提供第一手的资料；通过数据传送系统， 能直接将收费站点的数据快速、准确的传送到省级管理部门，建立一个统一工作查询平 台，提高工作效率，优化决策分析。 2 长安大学硕士学位论文 通过系统的建立，改变传统的收费方式，使收费公路的管理更加先进、科学，整体 提高收费公路的管理水平，为车辆提供方便、优质的服务，从而迅速推动我省开放式收 费公路信息化建设步伐，同时也具有良好的社会效应。 1 3 1 研究内容 结合目前使用的业务管理系统，加强资源整合，突出对收费公路基础工作、重点业 务的管理，规范工作流程和需求，建设一个以数据资源为核心的开放式收费公路数据资 料库。重点解决通信网络和数据传输渠道的问题，做好数据格式、采集、转换、统计， 通过相应的分析展现工具，最终形成一套完整的开放式公路数据中心和工作平台。 1 3 2 研究思路 全面了解国内发展现状，立足工作流程摸清业务管理需求，通过对现有管理模式和 应用系统现状的调查分析，提出总体设计思想、原则、目标，确定建设范围及深度。分 析网络现状，通过对比选择进行网络系统详细设计，细化软件需求，举例说明软件功能 和性能设计，围绕系统安全，制定详细可行的系统安全保障措施，最终建立一个开放式 公路省级信息资源中心，为大家提供一个协同工作的平台，为管理和决策提供服务。 1 3 3 预期目标和研究意义 1 、收费管理规范化 建立全省开放式公路综合管理系统，解决各管理系统的规范标准不统一的问题。通 过对用户和数据的统一管理，提高数据的系统安全性。做到业务流程透明化、收费网络 完善化、数据监控动态化、收费财务一体化，减少数据处理环节和人为差错。 2 、信息共享，提高工效 在管理手段上，从人工管理或半人工管理( 运用了电子表格等软件) 变为计算机管 理。在数据的采集上，系统中间件可以随时随地的采集收费系统和相关数据，直接从综 合管理系统获取所关心的数据，减少采集环节，数据真实性、及时性得到保障，管理更 精确及时。采用b s 结构的应用，将目前应用系统的执行效率大幅提高，系统实现后， 文件上传下发及数据查阅将实时完成，全省开放式公路收费管理办公效率将大大提高。 + 系统中基础信息管理、办公管理的子系统设置将实现数据共享，避免一处调整需在 不同应用系统分别更新的问题，各部门根据权限可访问不同数据，此外本系统还可以实 现数据的积累，为以后管理提供宝贵的历史数据。 3 第二章开放式收费公路管理系统需求分析及总体设计 第二章开放式公路管理系统需求分析及总体设计 2 1 开放式公路管理现状 2 1 1 收费管理现状 收费站通过收费系统完成人工半自动收费，用计算机通用软件进行记帐和票证记 录，各系统的数据存储独立，数据存储格式也不尽相同，系统数据无法共享。各收费站 将各类报表进行人工汇总并报送到收费管理单位，再经地市分中心( 交通局) 汇总后报 送省收费中心。省收费中心对各个管理单位，建立了纸质的联系档案，通过纸制文档进 行信息查阅，以电话、信件、传真等递送方式，进行数据的传递及业务的办理。地市分 中心的工作模式与省收费中心类似。现有业务应用系统主要为客户端服务器端( c s ) 结构，数据交换方式是逐级向上报告，具体实现方式如图2 1 所示。 图2 1 收费管理现状 收费站为数据来源，将数据提交收费管理单位后，由其做出统计，再向上级地市分 中心上报，分中心把处理后的将最终结果提交给省收费中心，省中心再将数据录入到应 用系统或数据库中进行管理。数据的处理经过了四级单位逐级提交，数据及时性难以保 证，上级单位对下级单位管理任务的下达和决策严重滞后。 收费管理中还普遍存在着纸制文档查询统计困难，信息存放分散，按需汇总、统计 困难等问题。信息沟通、数据传送方式落后，严重影响工作效率 2 1 2 网络现状 1 、省收费中心 4 长安大学碗士学位论文 省收费中心内部分为2 个网络：高速公路收费专网、开放式收费公路专网和办公局 域网( 2 m 光纤宽带与互联网链接) 。高速公路收费专网不予考虑，办公局域网和开放 式收费公路专网通过防火墙相连。开放式收费公路专网接入联通2 m 宽带。电话拨号 m o d e m 池1 个，还有8 个拨号接收模块，提供4 条拨号线路( 可扩充到8 条) ，用于 开放式收费系统向省收费中心传输收费系统数据，网络结构如图2 2 所示。 冒显 蓑。 互联日 一。 互联网 矽 国2 2 现有网络结构图 2 、地市分中心 各自组成独立的局域网，基本实现宽带或专线接入互联网，和省收费中心、管理 单位、收费站未连接。 3 、收费管理单位 各自独立工作或组成其内部局域网，部分实现宽带或专线接入互联网，部分仍采用 电话拨号，和省收费中心、地市分中心、收费站末连接。 4 、收费站 目前开放式收费公路内部全部建成一个独立的收费局域网，其它网络建设尚不完 整。绝大部分收费站通过电话拨号实现收费数据和省收费中心连接，由于带宽限制仅传 输少量数据，且产生大量的长途通信费用。小部分收费站个别计算机能够实现宽带接入 互联网，还有个别收费站因位置偏远等因素无法通过以上方式连接。收费站和管理单位、 地市分中心基本未连接。省收费中心一直希望能够找到一种组网方便、性价比高、随时 在线、稳定的通信方式实现开放式公路收费系统与省级互联。 第二章开放式收费公路管理系统需求分析及总体设计 2 2 现有业务管理系统应用现状 各收费站基本建成了站级开放式公路收费系统收。省收费中心建成使用的信息系统 有：开放式公路收费报表统计系统，通行费票证管理系统，收费公路财务预决算报表管 理系统，以及收费公路通行费缴拨清算报表系统等。各业务系统分别建设，各自独立， 使用用户范围和权限不完全相同，各级用户使用时，根据不同需求，须经常切换不同的 子系统。多系统运行对计算机等硬件设备的数量和性能提出了更高的要求。 2 2 1 开放式公路收费系统 我省开放式公路收费系统按照“统一标准、统一软件、统一操作流程”的工作思路， 从2 0 0 3 年开始，建立了计算机收费系统，并利用公用电话网实现了由收费站至省级中 心的数据传输。截至2 0 0 7 年底，几乎全部收费站已建成收费系统，1 0 1 站实现了收费数 据从“收费站一省中心”的传送。 1 、站级收费系统 站级收费系统主要由车道系统、站计算机管理系统、闭路电视系统、内部对讲系统、 电源系统和相关的其它系统六部分构成。主要完成对收费过程、收费广场情况进行监督、 管理，并对通过车辆进行图像抓拍和录像取证。较好地实现了实时监控、通行费征收、 数据查询统计、报表打印、数据上传等收费业务流程【1 4 】。当日汇总的收费数据实现了“收 费站一省级中心”的传送。 2 、省级中心系统 省级中心系统完成开放式收费数据接收、统计、查询和备份等功能。主要设备包括 数据库服务器、m o d e m 池、路由器、防火墙、数据备份系统及管理计算机等，并配置 数据接收系统、数据统计查询系统等软件。网络连接方式采用电话拨号，网络拓扑图见 2 3 。 6 长立大学顽学位论文 t ；j + 一“ 图2 3 计级中心系统网络图 2 22 通行费票证管理系统 通行费票证管理系统的建设内容是以通行费票证的印刷、领用、发放、缴销等业务 为线索，全面管理通行费票证流通的各个环节，建立通行费票证的电子账务。 该系统的目标是建立省中心、地市分中心、收费管理单位、收费站四级应用网络， 实现通行费票证管理的规范化和科学化。由于采用移动介质传输，使用情况受限，该系 统在部分收费站和管理单位试用，未全面普及。 2 23 收费公路财务预决算报表管理系统 该系统依据收费公路财务管理暂行规定及会计核算办法建立，借助绝大部分单 位安装的“用友”会计电算化系统通过移动介质实现收费还贷公路预决算数据在各级管 理单位中准确接收、校验、统计、汇总、报送功能。是一个简单的将预决算数据格式化、 电子化，便于统计_ 总的统计小程序，该系统主要在地市分中心和省收费中心内使用。 2 24 收费公路通行费缴拨清算报表系统 该系统在省收费中心内部使用，借助绝“用友”会计电算化系统开发，实现了通行 费拨款、预算台账与财务系统总账的自动链接，能准确从账套中读取数据，减少手工录 入和统计差错。能够自动生成通行费缴拨清算报表和拨款凭证，通行费缴拨清算查询、 第二章开放式收费公路管理系统需求分析及总体设计 打印，对数据进行合法性检查及凭证的审核，统计预算执行情况。通过完成编制、查询、 汇总和打印等功能，大大提高了会计电算化使用效率和会计信息准确性。 2 3 现有系统分析及需求 。 2 3 1 软件应用结构分析及需求 1 、系统间操作独立 各级系统用户使用时，根据操作需求不同，需要经常切换不同的子系统。这使得操 作人员的办公效率低下，系统设计未达到人性化。多系统的同时运行也使电脑硬件要求 增高，否则运行效率缓慢，甚至无法并发运行。 2 、系统间数据独立 以上各系统有各自数据库，数据存储独立，存储格式也不尽相同，造成各系统的“孤 岛效应”。无法进行数据共享，且易产生数据冗余，造成数据库资源大量浪费，对系统 运行也是很大的负担，积累一定时期后，烦乱的数据结构根本无法进行海量处理。 3 、系统维护繁杂，投入大 c s 架构模式使得各系统维护让人头痛：每个子系统都需要单独安装，每新增一名 用户，需要在几个相关的系统中同时增加，才能保证该用户的正常使用。分系统越多， 维护工作量就越大。由于系统的维护繁杂，工作量庞大，造成系统维护投入过大。随着 数据量的不断增加，这种投入将呈几何级数增加。 4 、整体扩展性差 目前存在的几个系统均是独立开发，普遍采用c s 架构模式，开发语言却不相同， 系统设计基础完全不同，系统间也不可能建立数据交互。如果需要在此基础上增加新的 系统，或对原有系统进行扩展，可想而知，也是不可能完成的。 目前各系统的数据完全独立，而省收费中心由于工作和管理需要数据进行交互和汇 总，因此本系统旨在建设一个访问操作简便、数据集中存贮、维护方便低廉和易于拓展 的软件应用平台。 2 3 2 网络应用结构分析及需求 目前，除开放式公路收费系统实现了由站至省级中心的数据传输外，各应用系统仍 采用传统的移动介质等较为原始( 软盘、u 盘和纸质报表) 的方式，不仅时效差，而且 一旦介质发生损害，将对省级中心以及相关部门的工作进度和安排产生影响。 8 长安大学硕士学位论文 即使开放式公路收费系统数据采用公了共电话交换网( p s t n ) 传输( 参见图2 3 ) ， 也同样存在传输速率较慢，费用高等缺点。部分收费站无线路或线路不好无法进行数据 传输，使得数据不完整；客户端很难保证全天候与服务器连接，使得系统使用交互性差； 此外，由于上传的是各站收费汇总数据而非全部原始数据，数据的应用范围和深度非常 有限。 由此可见，通讯网络的建设是本系统建设核心内容之一，结合各级单位的网络实际 情况，须首先建成一个汇集多种接入方式的网络系统。 2 3 系统总体设计思想、原则及目标 2 3 1 设计思想 建立全省收费公路的信息采集传递网络，建立开放式公路基础数据库，以各类专业 应用系统为基础，建立全省开放式公路档案、计划、统计、收费、票证、预决算、通行 费缴拨、人员、文件等业务管理系统，通过系统的实施，全面提高我省收费公路管理的 信息化及规范化水平。在现有数据上实现资源共享，逐步建立决策分析系统，实现收费 公路管理的数字化。 2 - 3 2 设计原则 根据收费公路管理信息化现状和需求分析，设计遵循以下原则： 1 、总体规划，分步实施。采用从上到下规划设计，逐步实施。 2 、效益驱动，重点突破。从主要业务入手，确定近期目标，选择急需解决又能较 快取得效益的环节突破。 3 、从关键业务出发，细化主要业务的实施。 4 、采用成熟技术和管理方式。 5 、充分利用现有软硬件和数据资源。 6 、优化设计，操作简便，减轻工作量。 2 3 3 设计目标 以现代网络技术为依托，形成结构合理、技术先进、扩展性强和内外沟通的网络系 统，建设以基础数据、收费管理、数据查阅为主的综合系统，在此基础上建立能够满足 数据汇总、收支管理、票证和报表统计等业务管理子系统需要的软件环境，开发各类信 息库和应用系统，为收费公路管理单位各级人员按权限提供如下各种信息： 1 、收费公路基本信息； 9 里三要茎苎茎坚翌竺墅笪里墨苎篓垄坌堑壁些丝墨生 2 、交通流量和通行费数据； 3 、收费票证； 4 、预决算和通行费缴拨； 5 、人员和相关文档； 6 、其它相关业务应用 采集来自收费系统、财务系统及其它管理系统数据，通过系统平台整合各业务操作 流程，给大家提供一个综合应用系统平台，向收费管理用户提供多种形式的展示，总体 目标示意图见图2 4 。 t i h - 1 蕞暗ir l 、 教制传铀膳 i uuu3 _ l 一_ 9 再秘啦似雠台艟川幕缝 陶2 4 总体目标示意圈 长安大学硕士学位论文 2 4 系统总体设计 2 4 1 网络方案设计 1 、数据集中存贮。 为了保证数据来源一致、准确，便于维护，采取在省收费中心建立数据中心。 2 、接入线路的选择 ( 1 ) 无线网络接入。收费站采用联通的c d m a l x 网络无线接入，同时出差在外的 用户也可使用此方式。 ( 2 ) 宽带接入。这种方式能够最大限度的利用现有资源，许多单位不许增加新的 投资。但由于是在i n t e m e t 上，而收费系统的业务数据是保密的，需要对安全方面采取 措施，选用“宽带+ v p n 的方式。 ( 3 ) 电话拨号接入。此种方式可作为系统接入的一种备用方式。 2 4 2 系统功能设计 基础信息输入管理：数据字典、收费公路、管理单位基础信息管理 数据采集系统：来自收费、财务、票证等其它应用系统等的数据初始化和实时采集， 用户权限管理：用户单位和权限管理 业务应用系统：票证、报表、人事、文件、交通信息服务等应用业务管理系统，这 属于整个系统的核心应用。 前三个属于支撑模块，业务系统的运行必须依赖这三个模块，保证综合管理系统基 础数据标准相同，底层功能接口相同，管理与维护的统一。 2 4 - 3 系统性能设计 l 、程序性能设计原则 程序性能设计的主要原则有：在对数据进行操作时，合理使用限制性条件：在程序 中不能出现导致死循环的现象；在程序设计中，避免对大型表的顺序及全部数据的存取。 2 、数据库性能优化设计方案 前期设计先使用存储过程，进行系统各类报表的设计。考虑到使用情况比较复杂， 所以需要进行数据的性能优化。 2 4 4 系统接口设计 1 、数据接口范围 ( 1 ) 与现有各系统间的数据接口 第二章开放式收费公路管理系统需求分析及总体设计 ( 2 ) 与其他应用系统的接口 ( 3 ) 各层分布数据库系统接口 ( 4 ) 各子系统之间的数据接口 2 、遵循原则 ( 1 ) 授权访问 ( 2 ) 数据一致 ( 3 ) 网络协议兼容 ( 4 ) 极小通讯量 3 、软件接口 系统通过中间件和收费系统、财务系统关联。在数据采集页面中设置驱动事件，在 用户激活事件后，通过p 地址、数据签名和流文件从收费站收费系统中采集原始收费 数据，并且其中数据提取到综合管理系统中来。 4 、用户接口 采用b s ( 浏览器h i 务器) 结构，用户接口使用浏览器访问模式，通过表单提交数 据和访问请求，系统将结果通过浏览器展示给用户。其特点是：应用的覆盖面广，可以 覆盖广泛地域的用户；使用方便，本地不需要安装专门的客户端，直接使用浏览器即可； 负载能力强，能够同时支持大量用户使用；对应用程序的响应速度没有非常严格的要求； 对使用界面没有非常复杂的要求；对数学计算没有复杂的要求。 用户接口的设计中尽量采用用户熟悉的机构树模型，方便用户的理解和日常工作习 惯。在界面的设计中，为提高系统的访问速度，页面尽量避免采用图片或其他插件，以 提高访问速度。 2 4 5 数据字典设计 数据字典是整个系统的基础库，主要包括：用户( 单位) 数据、道路技术数据、交 通流特征数据、征费额数据和其它数据等，其应满足交通信息基础数据元集的要求。 2 4 6 系统安全设计 1 、系统层安全 系统层安全对数据库管理的数据和资源提供安全保护，包括以下几点： ( 1 ) 逻辑完整性 ( 2 ) 元素完整性 1 2 长安大学硕士学位论文 ( 3 ) 用户鉴别 ( 4 ) 可获得性 ( 5 ) 可审计性 2 、应用层安全 在软件功能模块设计时，需在应用层设计并通过如下方式解决： ( 1 ) 细分模块的访问权限 ( 2 ) 操作日志记录 ( 3 ) 权限监控 ( 4 ) 数据一致性检查 2 4 7 系统运行环境的选择 l 、网络环境 系统基于t c p i p 的网络技术和开放的网络应用平台，这种方式是目前国际上企业 内部网中广泛采用的成熟技术，它基于国际通行的i n t e m e t 技术，以经济、可靠的方式 将企业内部各部门、各站点连接起来。 网络操作系统用来管理和控制计算机系统的软件和硬件资源，使它们得到有效的利 用，以增强系统的处理能力；它还担负着和计算机之间的接口作用，用户通过操作系统 来对计算机进行管理和发挥各种资源的效能。服务器采用w i n d o w s2 0 0 3s e r v e r 的应用 方案。客户端桌面操作系统采用w i n d o w s2 0 0 0 2 0 0 3 x p ，这是目前p c 机使用的首选操 - 作系统，与系统采用的网络操作系统配合最完整。 2 、系统硬件架构设计 蔓三童互堡墨坚里坌墅壁堡墨堑里墨量塑墨些堡堂生 数抛备份需 防火墙 磐巨j 移4 4 ”霭：i 寻 画 啦贽站 画 收坍站 图2 5 综台管理系统阿络拓扑囝 这种硬件网络拓扑结构首先是基于软件b s 架构体系的思想，将系统安全性问题作 为首要问题考虑。安全性方面要做服务器业务应用的考虑，以及数据备份丢失方面的考 虑。 3 、数据交换方式 针对原先数据交换方式存在的问题，改造成为“收费站一省中心，直连式数据交换方 式，如图2 6 所示。 图2 6 直连式数据叟换卉式 觥 一 圄 一 长安大学硕士学位论文 直连式数据交换方式将以省收费中心作为中心点，所有收费站、收费管理单位、地 市分中心与省收费中心数据中心直接连接，整体结构是一种“星型”分布。交通厅下级单 位根据其各自使用权限的不同，从省收费中心的数据库存取数据。这种方式数据传输线 路最短，交换最为直接，优点是：方便、快捷、易于管理。 收费站将基础数据上传至省收费中心数据库，收费管理单位从省收费中心数据库提 取所需数据进行处理，处理完成，仍然将数据保存在省收费中心的数据库，地市分中心 数据处理方式与收费管理单位相同。最终，省收费中心从本地即可直接查询上报数据， 执行数据管理分析。 直连式数据交换方式有利于数据及时交换，同时对数据的科学化、规范化管理也均 有很大程度的提高，所以，直连式数据交换方式将是目前收费公路收费综合管理系统的 首选。 4 、系统用户类别和特征 系统用户共分四类：省中心、地市分中心、收费管理单位、收费站。 用户使用权限：省级最高，依次递减，收费站最低。 数据审核：收费站直接向省中心上传数据，管理单位和分中心分别按照权限进行审 核确认。 2 5 本章小结 本章对陕西省开放式收费公路管理现状、网络情况以及现有系统应用情况进行了较 为详细的描述，分析了现有系统的不足，进一步阐明了本系统研究和建设的必要性和迫 切性；提出了综合管理系统总体设计的思想、原则和目标，对网络方案、系统接口、性 能、安全的原则进行了阐述；从网络环境、数据交换形式和用户分类等三方面描述了系 统的运行环境，为后期详细设计树立了目标并打下了基础。 第三章陕西省开放式收费公路综合管理系统网络设计 第三章开放式公路综合管理系统网络设计 3 1 网络设计原则 网络设计主要目标是比选出操作性强、性价比高的建设方案，建立一个基于标准的、 开放的统一应用平台，实现资源共享和信息交换，保证各级公路管理单位间的信息交流 通畅，增强各部门工作的透明度；运行各部门的业务系统；实现各网间的资源共享和信 息交换；同时建立完善的安全保障体系【1 5 】。 结合省中心的实际应用和发展要求，在进行网络设计和建设时，主要应遵循以下原 则： 3 1 1 成熟性原则 在网络设备的设计和选择上，应遵循成熟性原则。采用成熟的技术、选用成熟的产 品设备。 3 1 2 开放标准化原则 在设计时，要求提供开放性好、标准化程度高的技术方案；设备的各种接口满足开 放和标准化原则，为系统的扩展升级、与其它系统的互联提供良好的基础。 3 1 3 安全可靠性原则 省收费中心对各项数据信息的安全性要求较高，且各部门联系密切、业务相关性强。 因此，系统设计应具有高可靠性和强大的容错能力。能提供网络层的安全手段防止系统 外部成员的非法侵入及内部人员的越级操作，保护网络使用者的合法权益。另外，数据 库的多层次管理，优良的分级授权安全保密机制也非常必要。内部网络之间、内部网络 与外部公共网之间的互联，利用v l a n e l a n 、防火墙等对访问进行控制，确保网络的 安全。 3 1 4 实用性原则 系统设计既要方便用户现有的流程及习惯，又要体现出系统优化后的适用性和优越 性。网络系统的设计在性能价格比方面充分体现系统的实用性，既要采用先进的技术， 又要在经费允许的条件下实现网络建设的目标。 1 6 长安大学硪i 学位论文 3 15 先进性原则 随着省收费中心内部网上的信息应用的发展，在主机选择、网络结构设计、网络设 备配置、网络管理方式、应用开发方法等方面应该达到一定的先进性。技术先进将保证 处理数据高效、工作灵活、网络可靠，技术先进也使系统的扩充和维护变得十分简单。 3 16 可管理性原则 整个系统应操作简单，易管理，易维护，便于进行系统配置，在设备、安全性、数 据流量、性能等方面得到很好的监视和控制，并可以进行远程管理和故障诊断。 3 17 可扩充性原则 主机和网络系统应满足不断优化、平滑升级的要求，以保护用户的投资。在技术的 开放性和对相关协议的支持等方面，来保证网络系统的开放性和扩充性。 3 2 网络方案选择 网络设计中按照数据是否集中分类有数据集中式和分散式两种；按照接入方式分为 电话拨号、宽带接入、无线接入三种。本设计中推荐数据集中式、三种接入方式并存的 方案，接入方式网络如图31 。 。召一 “w - 团3 1接入方式嘲络圈 第三章陕目省开放式收费公路综。管理系统网络设计 32 1 数据部署方案 按照数据集中方式分有集中式和分布式两种，本系统中选择数据集中部署方式，如 图3 2 。 彭r “瓷 吲 罔3 2 数据集中部署方式 采用集中式的管理方式结构简单，其它单位不需要采购设备和维护，投入少，系统 效率高：同时避免了网结建设各自为政，重复建设，结构不合理；业务系统水平低，应 用和服务领域窄；信息资源丌发利用滞后，互联不畅，共享程度低：标准不统一，存在 安全隐患等问题。 分布式系统布局，针对每个服务器都要相关的网络与之相配套。资金投入大。由于 位置分散，后期维护代价高昂，随着需要同步数据点的增多，数据冲突风险也随之增大。 在分散式布局方案中，每个有服务器的单位的网络要求与收费中心基本相同，都要接入 联通的网络。由于服务器对数据访问量和稳定性的要求，必须接入宽带，也就是接入光 纤，但1 1 个地市局所处的当地中国联通不一定能够提供此项业务。 集中式节省投资，利用的是现有资源。无数据更新冲突而且管理方便，易于维护， 也便于以后扩展应用。 3 2 2 接入方式选择 1 、无线网络接入 此种方式主要针对全省收费站。陕西省开放式收费站点众多、分布广泛、地理位置 偏远，受当地经济条件制约，能实现较好有线网络通信服务的站点是少之有少，部分地 区( 特别是一些偏远地区) 甚至连中国电信也无法接入或接入代价极高，同时还存在单 聂 长安大学硕上学位论文 点使用用户少的特点。对于此类用户可以考虑使用无线网络接入方案。无线接入可随意 分布和移动自己的网点，无需担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。新点建 设无需进行拉线、埋线等工作。较光纤或专线系统投资较少，设备安装方便。特别适合 在距离城镇较远且有信号的站点以及出差外地部分移动用户使用l i 6 。 无线网络主要有中国联通的c d m a1 x 网络和中国移动的g p r s 网络，推荐使用中 国联通的c d m a1 x 网络。因为其与g p r s 网络相比有如下优势： 保密性强：联通c d m a1 x 是第2 7 5 代通信技术，源于军网技术，采用伪随机码的 数据编码形式，编码共有4 4 万亿种可能排列，使破解或窃听变得十分困难，适于高保 密性数据传输要求。 传输速率高：联通的c d m a1 x 网络理论速率1 5 3 6 k b p s s ，实际测试速率为 8 0 1 0 0 k b p s ，超过目前普通有线电话拨号上网的5 6 k b p s ，是平均为3 0 - - 4 0 k b p s 的g p r s 数据传输的2 3 倍。特别适合像金融交易、远程监测、交通等行业的通信需求。 费用低廉：c d m a1 x 资费包月比有线电话网络资费便宜。c d m ai x 还可根据通 信的数据最和提供的服务质量进行计费。用户只需与网络建立一次连接就可长时间地保 持这种连接，只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道。这样远程网点 既不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙时的费用。 ， 安全性强：使用全国唯一的用户名；使用带有用户名、密码、手机卡号、用户i p 地 址等用户信息的多重绑定关系。无线接入的用户名结构为： a 0 1 0 1 0 1 s x s f g l 1 3 3 v p d n s i i ，结构分析表如表3 1 表3 1 c d m a l x 用户名结构 地区单位级别单位名称用户名备注 地市分中心西安市交通局 a 0 0 0 0 0 0 s x s f g l 1 3 3 v p d n j a 管理单位耿镇渭河大桥收费管委会a 0 1 0 0 0 0 s x s f g l 1 3 3 v p d n s i t 西安 一般不使用，仅作 收费项目耿镇渭河太桥改造工程 a 0 1 0 1 0 0 s x s f g l 1 3 3 v p d n $ 1 1 为收费公路项目统 计时使用 收费站点耿镇渭河大桥收费站 a 0 1 0 1 0 1 s x s f g l 1 3 3 v p d n s l l 用户编号作为用户的唯一标识。其中第一位英文字符代表地区( 按照车辆牌照划分) ，前两位数字 说明： 代表管理单位，中间两位代表收费项目名称，最后两位代表收费站名称。 用户域名： s x s f g l 1 3 3 v p d n s n 为联通总公司集中分配的用户v p n 集团专网的代，在全国的 c d m a1 x 无线网络中具有唯一性。其中s x s f g l 代表陕西收费公路。 1 9 塑三童堕堕笪丑螫! s 坚翌笪堕堡垒笪坚墨堡塑墅堂盐 联通的c d m ai x 网络是专线网络，系统全部采用v p n 方式进行连接，构建安全 的企业信息通道，保证整个系统数据的完整，快捷，无需增加其他安全设备，其v p n 认证方式如图3 1 。 q 蚺h * 懈供n 的 f 茸珥 目3 1v p n 认证方式 采用c d m a1 x 无线网络方式，解决了开放式收费系统联网中存在的地域分布广、 有线网络设备无法架设、费用控制等诸多困扰开放式公路收费系统联网等问题，相对于 应用在开放式收费公路领域中的其它有线网络通讯方式，有着不可比拟的优越性，可作 为收费站接入方式的主选。省收费中心接入中国联通的光纤宽带其他单位使用