（交通运输工程专业论文）德阳市网络环境下不停车收费系统研究与应用.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 摘要 智能运输系统( i t s ，i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 足综合应用现代 高新技术于整个地面综合运输管理体系，最大限度提高整个地面运输体系的 机动性、安全性、生产效率和资源利用率，全方位发挥作用的实时、准确、 高效的综合运输管理系统。是未来交通发展的方向。不停车收费系统( e t c ， e l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t i o n ) 作为智能运输系统特殊功能之一，是现代高新技术 综合应用于道路运输系统的独特方面，是目前国际上广泛应用于公路、桥梁 等收费的管理系统，其主要特点是车辆无需停车，能以最大1 6 0 公里j 、时的 速度高速通过收费站，由计算机等设备自动完成对车辆通行费的征收。由于 不停车收费系统实现了收费过程的全自动化，完全避免了现金交易，不仅能 极大地提高现有资源利用率与道路运输生产效率、降低收费公路管理成本、 杜绝收费资金的流失、改善对收费站周边环境的影响，而且在使用中收费卡 的用量很大，将带动相关产业的发展，为交通基础建设积累资金。同时，不 停车收费系统还能为智能运输系统提供道路通行情况与车辆运行的基础数据 等，其车辆自动识别技术与收费卡也能为其它相关领域服务。 根据不停车收费系统发展现状，运用系统的观点，全面阐述不停车收费 系统( e t c ) 的作用、系统结构与运行基理。结合我国收费公路的实际，提 出了适合我国国情的不停车收费系统( e t c ) 建设管理模式、技术方案与管 理办法，并在调查分析的基础上，对德阳建设不停车收费系统进行了可行性 论证。 关键词：网络；不停车收费系统：应用 西南交通大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ( a b b r e v i a t e d t o i t s ) i s ac o m p r e h e n s i v e t r a n s p o r t a t i o n a d m i n i s t r a t i o ns y s t e m ，w h i c hf e a y u r e s a v a i l a b i l i t y , a c c u r a c ya n d h i g he f f c i e n c y b ya d o p t i n g t h em o d e r nh i g h t e c h u p o nc o m p r e h e n s i v e t r a n s p o r t a t i o na d m i n i s t r a t i o ns y s t e mo ft h ew h o l eg r o u n d ，i ti n d i c a t e st h ef u t u r e d e v e l o p m e n to ft r a n s p o r t a t i o na n di m p o r v e st h ew h o l eg r o u n dt r a n s p o r t a t i o n s y s t e m f o ri t s f l e x i b i l i t y , s a f e t y , e f f i c i e n c ya n dr e s o u r c eu t i l i z a t i o n e l e c t r o n i c t o l lc o l l e c t i o n ( a b b r e v i a t e dt oe t c ) ，as p e c i a lf u n c t i o no f i t s ，i sau n i q u ee x a m p l e a p p l i e dt or o a dt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m b ya d o p t i n gt h em o d e r nh i g h t e c h ，i ti sa n a d m i n i s t r a t i o ns y s t e mw i d e l yu s e di nt h et o l ls t a t i o no f r o a d ，b r i d g ea n ds oo ni n t h ew o r l d i t sm a i nf e a t u r ei st h a tt h ec o m p u t e r i z e df a c i l i t i e sc o u l dc o m p l e t et h e c h a r g e sf o rt h ev e h i c l e sa u t o m a t i c a l l yw h e nt h e yp a s st h r o u g ht h et o l ls t a t i o na ta m a x i m u ms p e e do f1 6 0 k m hw i t h o u ts t o p d u et oac o m p l e t ea u t o m a t i o no f t o l l p r o c e s s ，i ta v o i d st h ec a s ht r a n s a c t i o n t h i sg r e a t l yi m p r o v e st h ec u r r e n tr e s o u r c e u t i l i z a t i o na n dt h er o a dt r a n s p o r t a t i o n p r o d u c t i v i t yw h i l ec u t t i n gd o w nt h e a d m i n i s t r a t i o nc o s tf o rt o l lr o a d p r e v e n t i n gt h et o l lc a p i t a lf r o ml o s sa n d r e d u c i n g t h ei n f l u e n c eu p o nt h ee n v i r o n m e n ta r o u n dt h et o l l s t a t i o n s i m u l t a n e c u s l y , t l l e g r e a tc o n s u m p t i o no ft o l l c a r dw o u l dr e s u l ti nt h e d e v e l o p m e n to fr e l e v a n t i n d u s t r i e ss oa st oa c c u m u l a t et h e c a p i t a lf o rt r a n s p o r t a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ，e t c c o u l dp r o v i d et h er o a dt r a f f i ci n f o r m a t i o nf o ri t sa n dt h eb a s i cd a t ao fv e h i c l e r u n n i n g m o r e o v e r , t h ea u t o m a t i cr e c o g n i t i o nt e c h n o l o g yo fv e h i c l ea n dt o l lc a r d c o u l ds e r v et h eo t h e rf i e l d sr e l e v a n t a c c o r d i n gt o t h ec u r r e n td e v e l o p i n gs i t u a t i o no fe t c ，a d o p t i n gas y s t e m a t i c p o i n t ，t h i s a r t i c l et h e f u n c t i o n ，s y s t e mc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i n g p r i n c i p l e o f e t c c o m b i n i n g w i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o no fo u rt o l l r o a d ，i t p u t s f o r w a r da c o n s t r u c t i o na n d m a n a g e m e n tm o d e ，t e c h n o l o g i c a lp r o p o s a la n d m a n a g e m e n t m e t h o df o r e t c f u r t h e r m o r e ，i tm a k e sa l l o p e r a t i v ea r g u m e n t a t i o no ne t c c o n s t r u c t i o ni nd e y a n go nt h eb a s i so f i n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i s k e yw o r d s ：n e te t or e s e a r c h 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 第一章绪论 1 。1 概述 进入九十年代，正值我国经济高速发展时期，交通需求越来越高，车辆 和道路需求间的矛盾越来越大，交通曾一度成为制约我国经济发展的“瓶颈”。 为加速我国国民经济的快速发展，创造良好的投资环境，我国把交通运输作 为国民经济发展的重点，以发展综合运输体系为目标，长期致力于交通基础 设施建设。1 9 8 4 年底，我国将“贷款修路，收费还贷”作为促进我国高等级 公路建设事业发展的优惠政策之一，以促进我国高等级公路建设事业的发展。 “贷款修路，收费还贷”这一举措掀起了道路基础设施建设的高潮，各地纷 纷投入大量的人力和财力用于高速公路建设与道路的改造上，道路基础设施 得到了长足的发展。 虽然长足的发展使交通供需矛盾得到一定程度上的缓解，使我国成为道 路基础设施增长最快的国家之一，也使我国道路运输发展正从“限制型”向 “适应型”转变，基本形成了道路网络，带动了人流、物流、商流、信息流 等的发展，极大地促进了我国经济的发展和社会的进步。但是，在道路基础 设施快速发展的同时，我们不得不面对这样一个现实： 1 、长期以来，我国主要沿用的是大量消耗资源和粗放经营为特征的传统 发展战略，重速度，轻效益，重数量，轻质量，重外延，轻内涵，这显然违 背了经济和自然发展规律。 2 、大量的高速公路建设与道路的改造不仅给社会带来了新的问题环 境污染与大量的耕地流失，同时也形成了目前多路段、多业主的管理局面， 造成了各收费路段收费方式各不相同，收费体系互不兼容的格局。 3 、传统的停车收费方式越来越难以满足收费公路营运和管理的需求，伴 随而来的也给道路的发展带来了新的阻碍，停车收费造成的交通堵塞已成为 制约提高道路通行能力和使用效率的新的“瓶颈”。严酷的现实使我们不得不 从全新的角度进行思考道路运输不仅仅只是混凝土、沥青和钢材，单靠 修建更多的道路，扩大路网络规模显然是不可能解决问题的。而且道路运输 需求本身在很大程度上还要依靠先进的通信技术、信息技术和电子技术等来 满足。尽管我国仍将大力发展交通基础设施建设，但这已不是解决上述矛盾 的唯一办法。在社会主义市场经济条件下，经济发展的原则是效率优先兼顾 公平，效率的高低是衡量道路运输系统发达与否的重要标志，没有效率的道 路运输系统是不可能发展下去的。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 一 1 2 不停车收费系统建设的意义 八十年代以来，发达国家虽然己基本建立了四通八达的现代化公路网， 但随着经济的发展和社会的进步，道路通行能力与使用者之间需求的矛盾日 益突出，路网的通行能力1 7 t 益满足不了交通量增长的需求，交通拥挤、堵塞 和交通污染与事故日渐严重。经过长期的实践和广泛的研究，发达国家已从 单靠修建更多的公路，扩大路网规模来解决e 1 益增长的交通量的需求，转移 到利用高新技术来发展现有的道路运输系统及管理体系，从而达到大幅度地 提高路网的通行能力和服务质量的目的。 随着电子信息技术的飞速发展，世界正进行一场电子信息技术的新革命， 应用电子信息技术于交通领域在部分发达国家不但解决了上述问题，同时还 取得了巨大的社会效益和经济效益。网络环境下不停车收费系统的提出正是 基于应用电子信息技术来发展现有道路运输系统、提高道路通行能力的考虑。 不停车收费系统是利用车辆自动识别技术，车辆在高速行驶过程中自动完成 收费业务，从而达到提高收费车道的通行能力与使用效率和整个路网的通行 能力。以下为国内外研究对比资料： 表卜1 通行能力对比表 收费系统类别可能的交易数目( 车辆d 时) 人工收费系统 2 5 0 单车道不停车收费系统 1 2 0 0 多车道自由流2 0 0 0 ( 每车道) 表l _ 2e t c 与人工收费系统建设费用对比表( 美元，j 、时) 花费项目名称人工收费单车道不停车收费多车道自由流( 每车道) 收费站设备 0 ，4 71 0 2 1 9 0 基础设施 1 4 9 41 3 8 01 4 7 收费员 1 4 8 7 1 5 11 2 1 技术人员 3 0 75 9 66 0 3 维护 0 0 40 0 8o 0 9 总计 3 3 3 42 2 3 71 0 7 0 表卜3 交易对比表 收费系统类别交易费用( 美元交易) 人工收费系统 0 1 3 3 单车道不停车收费系统 0 0 1 9 多车道自由流0 0 0 7 ( 每车道) 注：设备和基础设施的花费分别根据1 0 年、2 0 年分期付款标准得出 通过研究资料表明：不停车收费系统不仅能大幅度提高收费车道的通行 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 能力，提高道路的通行能力与使用效率，同时能提高现有资源的利用率。 1 3 国内外不停车收费系统发展现状 早在8 0 年代初期，发达国家就开始对不停车收费系统进行研究与开发。 9 0 年代初，发达国家公路网收费已经开始大规模地应用不停车收费系统。而 我国，从9 0 年代中期，国内部分地区才陆续引进不停车收费系统。具有代表 意义的项目如下： 1 、意大利a u t o s t r a d e 公司经营的全国联网自动收费系统，支持e t c 、i c 卡收费、人工现金等多种付费手段。覆盖2 7 0 0 公里的联网高速公路，到1 9 9 9 年3 月，在用的e t c 车载电子标签己超过2 7 0 0 万个，而且以每月3 万个左 右的速度递增，e t c 日交易量达3 0 万笔。 2 、加拿大4 0 7 全电子收费高速公路，该路长6 7 公里，有2 8 个出入口， 要求所有进入该路段的车辆必须安装不停车收费专用的电子标签。 3 、美国不停车收费发展也十分迅速，以d a l l a s 地区e z p a s s 系统为代表， 其主要目的是为了调节交通量，付费方式有两种：信用卡付费和e t c 自动收 费。e t c 收费比信用卡付费要优惠得多，有的甚至只有l 3 ，从而吸引大量用 户采用e t c 付费方式，高峰时段e t c 交易高达9 0 。 4 、日本不停车收费系统发展稳健，由日本道路公团统一协调实施。虽然 日本现仅开通了东京首都圈地区的不停车收费系统，但却是全国大规模推广 应用不停车收费系统的启动标志。 5 、我国在九十年代中期也陆续开展了不停车收费系统的开发和应用，广 东省从1 9 9 6 年陆续在佛山、南海、顺德等1 5 个开放式收费站安装了2 3 条不 停车收费车道，并联网运行。 一、国外不停车收费系统建设分析 9 0 年代初，虽然发达国家已经开始在已形成的四通八达的公路网上推广 应用不停车收费系统了，但通过i t s j o u m a l l l 9 9 8 对国外已开通的不停车收费 系统调查资料表明，国外的不停车收费系统建设往往局限于一条或多条高速 公路上，没有在一定区域范围内形成网络，而不停车收费系统推广应用的前 提是在一定区域范围内形成网络，这在很大程度上限制了不停车收费系统的 发展。 二、国内不停车收费系统建设分析 为解决现行收费公路管理存在的不足，我国于9 0 年代中期开始陆续引进 不停车收费系统，1 9 9 6 年，交通部公路科学研究所与日本丰田汽车公司就智 能运输系统和不停车收费系统进行了技术交流和现场演示。广东佛山市通达 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 高技术实业公司引进美国t i 公司的e t c 设备，开发了e t c 收费系统软件， 在佛山、顺德、南海等地建立了e t c 收费车道并投入使用。1 9 9 6 年底，北京 首都高速公路发展有限公司与美国a m t e c h 公司在首都机场高速公路签订了 为期三个月的e t c 收费系统实验，并拟定于1 9 9 8 年对收费系统进行改造。 1 9 9 8 年，江苏沪宁高速公路采用m i c r o d e s i g n 公司的e t c 收费技术实现了不 停车收费。然而令人遗憾的是，虽然有国外不停车收费系统建设经验可以借 鉴，但我国不停车收费系统的推广应用还是没有从不停车收费系统的使用社 会环境与人们的意识等层次进行全面深入细致的研究，也仅仅局限于在一条 或多条高速公路上进行不停车收费系统建设，也没有考虑我国收费公路的实 际，我国收费公路不仅仅只有高速公路，同时也涵盖地方等级公路，而且地 方等级收费公路的里程较高速公路更长，更没有在一定区域范围内形成网。 通过分析，我们可以看到，虽然不停车收费系统已逐渐成为用于公路、 桥梁、隧道等收费的热门话题，但其整体建设进程却比较缓慢。究其主要原 因是国内外不停车收费系统的推广应用往往都局限于一条路或者多条路上的 应用，没有在一定区域内形成网络，导致了不停车收费系统推广应用进展的 缓慢，而不停车收费系统的根本优势在于在一定区域内形成网络与区域内的 兼容性。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 第二章德阳市网络环境下不停车收费系统建设 2 1 德阳市网络环境下不停车收费系统建设模式 由于我国现在处于社会主义初级阶段，要在路网上全面实现不停车收费， 还需要一段时间。主要有以下几个方面的原因：一是我国的信息化水平较低， 还远远没有达到为不停车收费开发和应用提供全面联网收费的条件；二是我 国交通参与者的购买力、素质和活动范围都无法与发达国家相比：三是各收 费业主的意识还没有从自我保护意识提高到从全局利益出发的高度来认识， 决策者还没有从以前的交通发展战略扩展到可持续发展战略的高度来认识。 四是要全面彻底地改造现有的收费方式，在一段时间内是收费道路管理者思 想认识与人力、财力都无法实现的；五是电子货币在我国还未大规模的使用， 同时人们的意识也还未彻底接受银行信用卡服务。 通过分析，结合德阳市收费公路管理体制与路网实际，德阳市网络环境 下不停车收费系统建设模式为：在德阳市区域范围内，采用银行结算中心一 清算中心一路公司收费中心一收费站一收费车道五级收费管理体制，将开放 式与封闭式收费方式和不停车收费系统、半自动收费系统有机地集成在一起 的混合收费模式。这种混合收费模式既符合收费公路管理实际，也符合收费 公路管理今后发展的方向。 2 2 德阳市网络环境下不停车收费系统建设规模 由于不停车收费系统优势的发挥根本在于在一定范围内形成网络与区域 内的兼容性，因此，德阳市不停车收费系统必须依托其行政区域内的路网， 根据德阳路网实际，德阳市网络环境下不停车收费系统建设规模为：在“一 纵一横两环”线上即在广汉一黄许( 经德阳市区) 、德阳一中江、德阳一绵竹、 德阳一什邡、绵竹一什邡、什邡一广汉、罗江一中江等七条主干线公路上建立德 阳市网络环境下不停车收费系统。 2 3 德阳市网络环境下不停车收费系统总体原则 根据所提出的德阳市网络环境下不停车收费系统建设模式与规模，在吸 收国内外不停车收费系统推广应用经验的基础上，结合德阳市路网建设规划 与收费公路管理的实际，建设德阳市网络环境下不停车收费系统。 l 、在政府的统一领导下建立有效的合作机制，打破部门界限，按照r 统 一规划、统一标准、统一管理、统一结算”的思路制定德阳市网络环境下不 停车收费系统科学的发展规划，充分发挥不停车收费技术的综合优势。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 、依托德阳市路网建设，在其行政区域内“一纵两外环”路网上统一建 立网络环境下不停车收费系统。 3 、结合德阳实际，通过专用通信网络、共用电话网、广播电视有线网等 通信网络，构建统一的德阳市网络环境下不停车收费系统网络平台。 4 、建立统一的德阳市网络环境下不停车收费系统软件平台，统一设讨、 开发德阳市网络环境下不停车收费系统。 2 4 德阳市网络环境下不停车收费系统总体目标 通过实施德阳市网络环境下不停车收费系统，提高公路的通行能力，降 低建设管理成本，全面提高德阳市路网的整体经济效益和社会效益。 l 、提高收费路口的通行能力和道路的综合运行能力： 2 、提高工作效率，减轻工作人员劳动强度； 3 、充分利用现有路网资源，降低收费公路建设管理成本； 4 、支持多种收费方式与付费方式； j 、杜绝因停车收费少收、漏收、私收等给收费业主带来的巨大经济损失， 提高收费公路的经济效益： 6 、提供准确的车辆基础数据与运行数据，为智能运输系统( 1 1 s ) 的建 设打下良好的基础。 2 5 德阳市网络环境下不停车收费系统总体要求 1 、高安全性：设置严格的权限管理体系，防止非授权人员对系统的操 作；采用数据加密技术，保证数据的安全性；设置防火墙，防止病毒的入侵， 保障数据与系统的安全。 2 、高可靠性：由于不停车收费系统是全天侯不问断处理系统，因此整 个系统必须具备系统运行的高可靠性：保证系统在出现网络或其他意外情况 下，及时采取一系列措施，保证系统的正常运行，保证业务处理连续性，保 证数据采集、传输的可靠性( 不被更改，不被丢失等) ，并能在网络、电力恢 复时自动传输数据。 3 、准确性：不停车收费系统的收费数据不准确将给收费业主或用户带 来利益的损失，为了保证收费业主与用户的利益，整个系统必须保证数据处 理与传输的准确性。 4 、高效率：由于收费系统收费数据信息处理、传输量大，因此整个收 费系统必须具有操作简单、单笔业务处理耗时短以及整个系统处理、传输速 度快等特点，保证系统运行的高效率。 5 、先进性：整个收费系统应符合当今不停车收费系统与交通智能运输 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 系统的发展潮流，硬件平台与网络平台、系统软件平台应代表不停车收费技 术发展的方向。 6 、可扩展性：整个系统采用多层次结构设计，有利于功能的扩展与修 改，保证系统不断升级与可持续性_ 丁 ：发，有利于功能的扩展。 7 、自适应性：通过参数设计，保证系统由于经常变动无须改变系统应 用程序代码，具有较强的自适应性。 8 、通用性：整个系统应做到对常用业务的涵盖，适用采用不同收费方 式的收费道路。 9 、开放性：保证系统随着收费功能的扩展与新技术的应用，将扩展功 能与新技术集成于系统中。 1 0 、兼容性：系统必须遵循国际、国家与行业通用标准，具有良好的互 联、互操作与升级能力，具有良好的兼容性。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第b 页 第三章德阳市网络环境下不停车收费系统设计 3 1 系统设计 3 ，1 ，1 系统总体设计 1 、系统需要存储大量的收费数据和图像信息，因此系统应具有存储海量 数据的能力。 2 、系统将对大量的历史数据进行联机处理分析与数据挖掘，因此系统应 具有日后建立数据仓库的能力。 3 、系统软件具有较高的可靠性和实用性。 4 、系统具有较高的业务处理能力。 5 、由于系统主要处理资金信息，并与银行联网，因此系统应具有较高的 安全性。 6 、采用现代流行数据库管理系统对数据进行管理，方便将来系统扩展。 7 、采用分布式数掘库设计，尽可避免同样数据的重复组织( 冗余) 而导 致数据一致性和完整性上的缺失。 8 、在系统应用过程中，将不可避免地发生通信、系统等故障，造成数据 丢失与损坏，因此，系统应具备自适应恢复能力，以防止数据的丢失与损坏， 主要包括：事务机制、日志技术、数据备份、磁盘镜像能力等。 9 、支持同构、异构的网络分布操作。 1 0 、能在硬盘镜像备份的高性能主机上可靠运行。 1 l 、支持“数据仓库”便于今后功能的扩展。 1 2 、具有存储海量数据的能力。 1 3 、具有足够的并发控制、授权控制和事务处理能力与恢复能力。 1 4 、具有可靠的安全保密措施以及故障恢复能力。 3 1 2 系统安全性设计 l 、操作的安全性：操作安全性采用网络登录验证、数据库登录验证、系 统使用验证三种方式相结合的方式验证用户。网络登录验证由操作系统完成， 用于对具有数据库访问权限用户的验证：数据库登录验证由数据库服务器完 成，用于对具有数据库访问权限用户的验证；系统使用验证由系统应用软件 完成，用于对具有系统使用权限用户的验证。 2 、数据传输的安全性：采用网络加密传输、数据加密传输及系统应用软 件数据加密相结合的方式防止非法用户盗窃、更改数据，保证数据传输的 安全性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 3 、数据存储的安全性：采用加密算法对数据进行加密，防止非法用户盗 窃、更改数据。 4 、计算机网络系统设置实时防火墙，防止非法用户入侵。 3 1 3 系统的特殊处理能力设计 1 、运用日志记录合法用户与非法用户的所有操作记录，便于进行事后 分析，找出事故发生的原因、责任者和非法用户。 2 、由于系统有时将可能进行检修与维护，需对系统进行凋试，因此应采 用临时切换运行环境的方法，使系统在调试时与数据库隔离，并在系统修复 后自动恢复与数据库的连接，保障系统在维护时已有数据的安全性。 3 、为保证系统收费数据的原始性与数据处理的公正性，所有收费数据一 经写入，则不能被更改，系统自动对错误的记录做标识，并采取增加一条记 录来修正的方法处理，同时修正操作应做数据修正r 志，记录修正人员相关 信息及修正原因，修正人员必须是经授权的系统管理人员。 4 、采用数据库一致性检查与控制机制( 即对所有需同步的数据设置版本 号) 或检查点机制( 即通过设定特定时刻，检查在某一时段的数据在各数据 库中的一致性) ，保证数据在整个分布式数据库以及在各级系统中的一致性。 5 、采用通讯系统校验技术保证数据传输的正确性。 6 、采用设定某一特定条件，由系统自行检测计算机网络通讯是否中断。 系统网络通讯中断后，各级系统自动切换到本地读取数据和保存数据模式状 态，并自动做系统通讯中断日志，将所有需传输的数据保存在本地数据库中， 并对这些数据做标识，一旦网络通讯恢复e 常，系统自动将通讯中断后所发 生的数据逐级上传，并由各级服务器做相应的修正。同时检查所传输数据的 一致性，对不一致的数据进行同步处理。 7 、为保证数据的安全性与各级业务处理效率，避免大量数据的重复传 输，所有数据采用多级冗余存储方式保存数据，即在数据上传之前，先将数 据保存在本地数据库中，这样既保证了数据的安全，又提高的系统的整体性 能。 8 、为防止人为或意外事故造成的数据丢失，系统应具有通过数据备份或 从相关连的数据库中读取数据进行数据恢复的能力。 9 、其它特殊业务处理( 包括：免费车处理、违章冲卡车处理、超时行驶 ( 超时处理主要针对区间运行的车辆) 处理) 等。 3 2 总体方案描述 3 2 1 系统总体结构 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 随着市场经济的发展，交通基础设施建设步伐的加快，一家办交通的格 局已经逐步被多家办交通的格局所替代。而网络环境下不停车收费系统的开 发应用必须依托一定规模的路网，因此，系统应根据德阳交通基础设施建设 的实际并考虑建设的有关背景情况与“一卡通”的兼容性。 l 、建立一个清算中心，负责本辖区范围内交易数据的清算与拆分、电子 标签的初始化与管理等。不仅便于交通主管部门统筹安排与宏观调控，同时 减少各收费公司及业主投资建设自己的收费清算中心所造成的浪费。 2 、由于我国收费公路建设资金投资渠道较多，一条收费公路可能由多家 投资商投资修建，为了保证投资者的利益，设立公司收费中心，不仅使各投 资者相对独立地对本辖区范围内收费路段实旌有效的管理，使清算中心在对 收费数据清算拆分时尽可能做到公平、合理，保护各投资者的合法利益，同 时也能防止大量的数据运算造成数据失真的可能，提高清算中心数据处理能 力与效率。 3 、使各级管理结构能在管理中分工合作，各施其责，各行其职；收费数 据信息能通过逐级上传，简化数据格式，提高数据传输的速度，提高系统处 理能力与效率，并通过多级保护提高数据的准确性，降低数据在传输过程中 的失真率。 4 、减少各收费公司及业主在收费公路上收费站的投资。 5 、进一步提高车辆通行能力，提高公路的使用效率，树立良好的高速公 路收费管理和服务形象。 6 、系统网络应考虑将来使用其他方式远程连网的可能性。 7 、系统网络应该有完善的分级安全管理机制，通过对不同操作者的权限 定义，使他们只能访问相应的资料，同时系统记录所有人员的登录情况。 8 、由于e t c 数据交换的是资金信息，因此除进行安全设置外，系统网 络还应设置实时防火墙，防止非法用户入侵。 9 、网络建设应根据自身的实际，因地制宜，充分利用现有的资源和资金， 建设计算机网络。 根据实际，德阳市网络环境下不停车收费系统总体结构如图3 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 丽西句 匡捆酉 彳_ 郾茸 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 3 2 2 数据流结构 根据德阳市网络环境下不停车收费系统功能描述，数据流结构如下图3 2 所示： 图3 - 2 数据流结构 西南交通大学硕士研究生学位论文 第13 页 3 2 3 数据传输与交换 一、数据信息的传输 由于网络环境下不停车收费系统传输的数据信息为资金信息，为防止非 法用户的入侵给收费业主、用户与银行造成经济损失，在数据传输过程中， 必须对所传输的数据进行相应加密的处理，保障收费业主、用户与银行的合 法利益。 1 、e t c 控制计算机到收费站e t c 数据采集系统的数据传送要经过加密 处理。 2 、收费站e t c 数据采集系统与路公司收费中心间的数据传送要经过加 密处理。 3 、路公司收费中心与清算中心间的数据传送要经过加密处理。 4 、清算中心与银行银行中心间的数据传送要经过加密处理。 5 、除经特许授权的管理人员外，所有收费数据只能查阅不能被修改。 二、数据信息交换 数据信息交换采用实时传输更有利于提高网络环境下不停车收费系统运 行效率但由于我国正处于社会主义建设初级阶段，信息化水平低、基础薄 弱，要建立网络环境下不停车收费系统专用计算机网络显然不现实的。因此， 应根据自身的实际，充分利用现有的通信网络进行数据信息交换。 1 收费车道实时采集原始收费数据( 包括：人工收费原始交易记录、e t c 收费原始交易记录) 。 2 收费车道控制系统实时上传数据及图像等信息至收费站。由收费站管 理系统对数据及图像信息进行处理，生成上传数据信息。 3 收费站管理系统实时或定时传输数据及图像等信息至路公司收费中 心。由路公司收费中心管理系统对数据与图像信息进行处理，生成上传的数 据信息，并将收费交易数据与图像信息按时段分类打包( 将收费交易记录按 e t c 与人工收费与路公司分类打包) 传至路公司收费中心。 4 路公司收费中心管理系统定时将分类打包的收费交易数据及图像信息 传输至清算中心，由清算中心管理系统对收费交易数据与图像信息处理进行 处理，生成e t c 收费交易转帐申请数据或者人工收费记录统计数据，图像信 息经处理后存入路公司收费中心计算机。 5 清算中心管理系统定时将收费交易数据传输至银行清算中心，银行 清算中心根据转帐申请数据划帐，按分类将e t c 通行费转至路公司收费专用 帐户中。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第14 页 一 其数据信息交换如图3 3 所示： 定时下忙系统运行参数 定时下传滑掉鲒槊数据 定时下传e t c 用户开户信 系统指夸等 实时下传系统运行参数、系统黑、 宴时下传系统指令等 实时下传e t c 用户丌户信息等b 图3 - 3 数据信息交换图 结算银行 ： h c ) i i p ；) y ) 、：信息， - 缱汁数# i 等佑包 i i 据等信息等 + 当地银行： 班冼统数捌 3 2 4 德阳市网络环境下不停车收费系统业务流程 当车辆驶入e t c 车道时，车道天线从电子标签上读取信息，通过与车型 自动识别装置判别的车型进行比较，经核实车型后，收费系统自动计算出用 户应交的通行费，自动从用户相应的帐户上扣除应交的通行费，如电子标签 无效或者车型自动分类系统所检测到的车型与电子标签中车型数据不一致， 则转入人工收费方式。其流程图如图3 - 4 所示： 采始 原等赞息收信贽像收图工传 人上与时 实传等i 息时信实等 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 图3 - # 德阳市网络环境下不停车收费系统业务流程 3 3 收费广场设计 3 3 1 收费广场规划设计 一、e t c 车道设计 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 页 根据所提出的混合收费模式，e t c 车道对误入的非e t c 车辆也可以进行 停车交费，混合式收费车道主要针对e t c 系统设置。但为减少非e t c 误入e t c 车道，应设置专用e t c 通行标志并制定相应的管理办法( 如：警告、罚款等) ， 尽量减少误入车辆。 表3 - 1 混合车道设置形式 车道设置形式车道特征 1 、符合车辆内快外慢的行驶原则 内置式 2 、有利于e t c 车辆的通行 ( e t c 车道在收费道中间) 3 、现有的收费广场改动较小 4 、误入e t c 车道的非e t c 车辆较多 1 、专用性强 外置式 2 、误入车辆少 ( e t c 车道在收费道两边) 3 、不符合道路内快外慢的行驶原则，大交通 量情况下e t c 车辆通行不便 根据德阳市当前收费公路的实际，德阳市网络环境下不停车收费系统车 道设置采用内置式不停车收费系统车道。 其车道布置图如下图3 - 5 示： 人工收费车道e t c 收费车道 口 _ _ 口 - - 口 e t c 收费车道人工收费车道 图3 - 5 德阳市网络环境下不停车收费系统车道布置图 l 、e t c 车道宽度 车道宽度与汽车宽度、汽车行驶速度、交通量、交通组成等因素有关。 由于在e t c 车道内，车辆是在行驶过程中完成收费的，因此当e t c 车道的宽 西南交通大学硕士研究生学位论文 第17 页 度与主线一条行车车道宽度保持一致时，对驾驶员产生的不良影响最小。根 据公路路线设计规范规定：高速公路、一级公路的一条行车道的设计宽 度为3 7 5 米。所以一般情况下，一条e t c 车道宽度可考虑为3 7 5 米，对于 收费广场用地紧张的地区可减少到3 5 米。对于地方收费公路，一般来说收费 广场的基础设施建设都已基本完成，为节约建设资金，e t c 车道可以在现有 的收费车道的基础上加以改造，车道宽度约3 5 米左右。而对于新建的收费站， e t c 收费车道一般至少按3 5 米设置。 2 、e t c 车道设计行车速度 当车辆驶入e t c 收费车道时，虽然可以保持高速的行车速度，但在网络 环境下不停车收费系统开发应用过渡时期，特别是建设的初期，由于驾驶员 对e t c 的认识还比较模糊，为了保证安全，e t c 系统的设计行车速度不宜过高。 虽然，大多数的车辆识别系统允许车辆最高通行速度可以1 0 0 公里4 , 时， 但过渡时期收费广场的基本结构决定了e t c 车道行驶速度会受到侧向净空、 视距等各种因素的影响。根据地方收费公路的实际情况，考虑现有车道通行 能力和服务水平以及不停车收费系统采用混合收费模式的实际，一般来说， e t c 车道设计通行速度6 0 公里小时。 3 、e t c 车道长度 在混合收费模式下，e t c 收费车道不仅供e t c 车辆通过，同时在紧急情况 下也允许非e t c 车辆通过。因此，在过渡时期我们将e t c 车道设计长度定义 为：e t c 车道中e t c 识别装置至车道自动栏杆的距离，该距离为车道读写天线 距控制自动栏杆的车辆到位检测器间的距离与控制自动栏杆的车辆到位检测 器距自动栏杆问的距离之和。在保证行车安全的前提下，收费车道长度( s ) 晟短可以根据以下公式粗略估算： s = s 1 + 8 2 + s 3 + $ 4( 3 1 ) 式中：s l 车道读写天线距第一个车辆到位检测器距离； s 2 第一个车辆到位检测器距第二个车辆到位检测器距离： s 3 第二个车辆到位检测器距第一个车辆离位检测器距离： s 4 第一个车辆离位检测器距第二个车辆离位检测器距离： ( 1 ) s l 的计算 s l ( v ( t 晚+ t2 ) ) - - 3 6 0 0 ( 3 - 2 ) 式中：v 设计行车速度( 米秒) ； tm 电子标签最大唤醒时间： t2 电子标签最大交易时间： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第18 页 ( 2 ) s 2 的计算 s 2 ( v x t 自) 3 6 0 0 式中：v 设计行车速度( 米秒) ； t 。车道控制系统响应时间： ( 3 ) s 3 的计算 s 3 ( v x t 目) 3 6 0 0 式中：v 设计行车速度( 米秒) ； t 。车道控制系统响应时间； ( 4 ) s 4 的计算 s 4 ( v x t ) - - 3 6 0 0 式中：v 行车速度( 米秒) ： t m 自动栏杆开起闭台时间； 4 、e t c 读写天线位置确定 车辆自动识别系统( a v i ) 是不停车收费系统的关键技术，主要是通过安 装于道路上方或路侧的读写设备与安装在车辆上的车载单元，按照专用短程 通信系统( d s r c ) 进行信息交换。因此，读写天线与电子标签之间的通信性 能是影响不停车收费系统性能的至关重要的因素。为了保证不停车收费系统 通讯的准确性，必须尽量减小由于设备安装误差而引起读写天线与电子标签 数据交换的波动，以提高不停车收费系统的准确率。 ( 1 ) 读写天线安装在车道上的位置 一般来说，电子标签安装在汽车挡风玻璃汽车后视镜前，位于挡风玻璃 的中央。在无线电射频通信过程中，角度的变化将影响通信效果与准确性。 为了提高读写天线与电子标签数据交换的准确率与效率，读写天线的安装一 般以正对车流方向最好，在e t c 收费车道中间位置。这样将使读写天线与电 子标签通信效果最佳。其图示如图3 6 所示： 一一一一一一一一一一- 一一一一一一一一一一一一一一一一广一一一一一一一一一一。 车流方向 卜e t c 读写天线 一一- 一一一一一一一一_ 一一一一一一- _ 一一一一一一- - 一一一- 一一一- _ 目 图3 - 6 读写天线在车道上设置位置 ( 2 ) 读写天线距离地面高度 由于读写天线与地面存在一定的距离( f ) ，为保证读写天线与电子标签 通信效果最佳，应根据实际情况与具体的读写天线的技术参数，通过大量的 测试对该高度进行测定。一般来说，在被动方式下，读写天线与电子标签通 o q 5 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 9 页 信距离一般不超过1 5 米。其图示如图3 7 所示： - e t c 读写天线烹毫翁碍罩一 = = = = = o 一车流方向 q ：i h 一一一一一一一一一一一一一。= 二二一一一一一一一一一一l 一一一路面一一一 i 曼 ： 图3 7 不停车收费系统读写天线距地面位置 ( 3 ) 读写天线通信区域中线距离 读写天线的最佳纵向位置的确定须通过对具体的设备做大量的现场试 验后确定，一般来说，在被动通信方式下，读写天线通信区域距读写天线位 置不超过1 5 米。其图示如图3 8 所示： 车流方向2 2 2 2 2 = 卜斗读写天线 c 一一一一一一一一一一一一一- 一一一一一一一_ _ 一1 一一一_ 一一一一_ 一一一 “ 图3 8 读写天线最佳纵向位置 ( 4 ) 读写天线安装角度 当读写天线安装在车道门架上时，我们知道，读写天线激活电子标签存 在一定的角度。为使读写天线与电子标签通信效果最好，必须通过对具体设 备进行大量的测试，确定读写天线与地面的夹角，以保证通信效果最佳。如 图3 - 9 所示： 0 三i 竺一誓鎏飙| _ 一一一地 图3 - 9 读写天线安装角度 7 、自动栏杆设置 在不停车收费系统中，一般来说不需要设置自动栏杆但针对我国法制 不健全、人员总体素质较差等实际情况，在不停车收费系统推广应用初期， 可设置自动栏杆，设置位置应根据其实际情况( 如：当地人员的总体素质、 收费岛长度、收费路线型情况等) 进行具体设罱。 8 、车辆检测器 一般设置在车道读写天线前与自动栏杆后，分车辆到位检测器与车辆离 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 0 页 位检测器。车辆到位检测器用于检测车辆是否驶入e t c 车道，根据e t c 用户 电子标签的有效性通知车道控制机是否打丌自动栏杆以及抓拍图像等；车辆 离位检测器用于检测车辆是否离开e t c 车道，当车辆驶出e t c 车道时，通知 自动栏杆正常关闭，同时通知车道控制系统清除金额显示牌显示的内容等。 通常状态下，车辆到位检测器可以考虑设置两个，离位检测器同样也设置两 个，其作用及位置的确定一般应遵循以下原则： ( 1 ) 第一个车辆到位检测器的作用是：检测驶入读写天线通信范围的车 辆，通知车道读写天线进行通信，并通