流程驅(qū)動型高速公路聯(lián)網(wǎng)收費車道平臺架構(gòu)設(shè)計

曾 勇， 徐延軍，2

（1.中海網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司，上海200135；2.同濟(jì)大學(xué)，上海200092）

0 前 言

高速公路收費系統(tǒng)作為回收高速公路建設(shè)投資的主要工具，一直被業(yè)主高度關(guān)注。其中，車道軟件作為系統(tǒng)交易的數(shù)據(jù)源，是高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)的基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，車道軟件主要面向收費流程的自動化，隨著新技術(shù)、新功能、新需求及新的收費模式的不斷涌現(xiàn)，其局限性越來越明顯。

1.車道設(shè)備廠家、品牌眾多，硬件設(shè)備升級換代快，業(yè)主因管理提升不斷調(diào)整需求，各省之間業(yè)務(wù)流程差別巨大等因素，導(dǎo)致現(xiàn)有車道軟件大都通過修改核心代碼進(jìn)行定制開發(fā)，版本更新頻繁，可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、兼容性和穩(wěn)定性都很差。

2.隨著新功能、新技術(shù)的不斷應(yīng)用，收費流程日益復(fù)雜，需要進(jìn)一步整合優(yōu)化。

3.不停車電子收費系統(tǒng)（Electr onic Toll Collection，ETC）、自助刷發(fā)卡、便攜機(jī)等新的收費模式不斷出現(xiàn)，車道軟件整合困難，造成多套軟件并行，維護(hù)成本極高。

為滿足高速公路運營管理不斷發(fā)展的需求，基于流程驅(qū)動的思想，設(shè)計并開發(fā)一套擴(kuò)展靈活、穩(wěn)定性強(qiáng)、兼容性好、易維護(hù)的車道平臺軟件，顯得尤為迫切。

1 需求分析

目前，國內(nèi)高速公路收費模式主要包括公路半自動車道收費系統(tǒng)（Manual Toll Collection，MTC）和ETC兩種。

1.MTC出入口車道軟件需要對各類車輛進(jìn)行入口發(fā)卡、出口收費處理，同時需要接收各類收費參數(shù)、上傳收費流水。其軟件功能需求見圖1。

圖1 MTC出入口車道軟件功能需求圖

2.ETC出入口車道軟件主要用于滿足電子不停車收費的要求，即通過RSU和OBU之間的通信來代替MTC車道入口發(fā)卡和出口收卡的過程。車輛可在車道快速通過，實現(xiàn)入口自動刷卡、出口自動收費。其軟件功能需求見圖2。

圖2 ETC出入口車道軟件功能需求圖

2 架構(gòu)設(shè)計

2.1 總體目標(biāo)

1）擴(kuò)展靈活：在新技術(shù)出現(xiàn)時，允許導(dǎo)入新技術(shù)，從而對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行功能和性能上的擴(kuò)展。軟件必須能夠在用戶的使用率、用戶的數(shù)目增加很快的情況下保持合理的性能。

2）基于軟件平臺模式的定制開發(fā)：在軟件平臺的基礎(chǔ)上進(jìn)行業(yè)務(wù)流程的定制開發(fā)，新的業(yè)務(wù)流程模塊要能通過插件方式注冊和應(yīng)用于軟件平臺，降低軟件設(shè)計和開發(fā)的技術(shù)難度，縮短項目開發(fā)周期，降低系統(tǒng)錯誤率，提升軟件質(zhì)量，維護(hù)、升級方便。

3）分層設(shè)計：分散關(guān)注、松散耦合、邏輯復(fù)用、標(biāo)準(zhǔn)定義。

4）穩(wěn)定可靠：在軟件發(fā)生故障時，把故障造成的危害限制在模塊內(nèi)；建立進(jìn)程運行狀態(tài)監(jiān)控機(jī)制，可以及時發(fā)現(xiàn)程序異常，以使系統(tǒng)恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。

5）良好的用戶體驗：采用WPF進(jìn)行全新的界面開發(fā)，分離開發(fā)與設(shè)計人員的工作，利用多媒體交互用戶圖形界面，增強(qiáng)展示效果。

2.2 邏輯架構(gòu)設(shè)計

基于車道軟件自身的特點，綜合傳統(tǒng)的“客戶端—服務(wù)器”以及3層架構(gòu)（UI－BLL－DAL，表示層－邏輯層－數(shù)據(jù)層）2種軟件設(shè)計模式，車道軟件架構(gòu)采用5層架構(gòu)（第1層為表示層、第2層為業(yè)務(wù)邏輯層、第3層為數(shù)據(jù)層、第4層為設(shè)備接口層、第5層為數(shù)據(jù)傳輸層）。該軟件邏輯架構(gòu)見圖3。

2.2.1 表示層

系統(tǒng)的UI部分負(fù)責(zé)用戶與整個系統(tǒng)的交互。在該平臺軟件中，UI采用WPF繪制，實現(xiàn)了UI邏輯的真正分離，為用戶創(chuàng)建更好的視覺效果。

2.2.2 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)架構(gòu)中最核心的部分，與系統(tǒng)所對應(yīng)的領(lǐng)域邏輯有著密切的關(guān)系。其關(guān)注的重點主要集中在業(yè)務(wù)流程的實現(xiàn)、業(yè)務(wù)規(guī)則的制定等與業(yè)務(wù)需求有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計上。該邏輯層處于分層架構(gòu)的中間位置，在數(shù)據(jù)交換中發(fā)揮承上啟下的作用。對于數(shù)據(jù)層而言，它是調(diào)用者；對于表示層而言，卻是被調(diào)用者。

圖3 車道平臺邏輯架構(gòu)圖

與大型的業(yè)務(wù)系統(tǒng)相比較，本平臺軟件的業(yè)務(wù)并不復(fù)雜，但包含了諸多的交易流程、合法性判斷流程、文件處理流程以及其他流程，比如ETC入口交易流程和出口交易流程，具體流程見圖4、圖5。

圖4 ETC入口交易流程圖

圖5 ETC出口交易流程圖

通過對比ETC入口交易、出口交易流程可知，二者相似度很高。該業(yè)務(wù)邏輯層從平臺軟件各流程的實際特點出發(fā)，采用了流程驅(qū)動的方式對各流程進(jìn)行處理，充分考慮了流程自由組合的靈活度，使其在新增流程或現(xiàn)有流程發(fā)生變化時能靈活擴(kuò)展；同時，為增加代碼的復(fù)用度，將流程中的各步驟封裝成了一個個獨立的狀態(tài)，多個狀態(tài)可以自由組合成一個新的流程，同時也可以靈活地對某個流程中的步驟進(jìn)行增加或裁剪。

流程驅(qū)動的方式在該層中具體采用狀態(tài)模式予以實現(xiàn)，封裝了對各種狀態(tài)變化的處理。狀態(tài)模式的具體實現(xiàn)見圖6。

圖6 業(yè)務(wù)邏輯層狀態(tài)模式結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的訪問，即實現(xiàn)對數(shù)據(jù)表的查詢、插入、更新以及刪除操作。在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)層通過采用開源ORM框架NHiber nate來實現(xiàn)。采用NHibemate具有以下優(yōu)點：

（1）由于ORM可以自動對Entity對象和數(shù)據(jù)庫中的Table進(jìn)行字段與屬性的映射，所以開發(fā)人員無需再編寫一個帶有大量SQL語句的龐大的數(shù)據(jù)層，加快了程序員開發(fā)系統(tǒng)的速度；

（2）采用ORM框架能夠很方便地進(jìn)行多種數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換和遷移，減少了代碼維護(hù)工作量和出錯的幾率；

（3）NHibemate通過將數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)映射到對象中、以對象作為傳輸媒介，能更好地在各層傳輸數(shù)據(jù)。

2.2.4 設(shè)備接口層

設(shè)備接口層利用簡單工廠設(shè)計模式和反射機(jī)制，采用“面向接口編程”的思想，使得每種類型的設(shè)備都會抽象出來接口，脫離了與具體設(shè)備的依賴，利于具體設(shè)備的遷移。同時，在每種類型的設(shè)備模塊中，都有一個工廠類來負(fù)責(zé)具體設(shè)備對象的創(chuàng)建，便于業(yè)務(wù)邏輯的訪問。其結(jié)構(gòu)圖見圖7。

2.2.5 數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸層在整個平臺中起著上傳下達(dá)的作用，將車道平臺產(chǎn)生的流水、圖片以及特殊事件等數(shù)據(jù)根據(jù)通信協(xié)議以TCP的方式傳輸?shù)缴霞壷行?；同時，將配置參數(shù)等數(shù)據(jù)從上級中心根據(jù)通信協(xié)議以TCP的方式下載到本地。

圖7 設(shè)備接口層簡單工廠模式結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

平臺軟件基于.Netfra mewor k4.0進(jìn)行開發(fā)，車道類型、業(yè)務(wù)流程都可以通過配置實現(xiàn)，具有靈活組合、易于擴(kuò)展、松散耦合等優(yōu)點。

MTC出口車道軟件是平臺軟件的一個主要子系統(tǒng)，這里以MTC出口車道軟件為例來闡述具體實現(xiàn)。

3.1 抽象類的定義與實現(xiàn)

3.2 具體狀態(tài)類的實現(xiàn)

抽象類定義完成后，通過創(chuàng)建不同的具體狀態(tài)類來繼承該抽象類（見圖8）。

接下來就可以實現(xiàn)對具體狀態(tài)的調(diào)用，核心代碼為：

／／創(chuàng)建MTC出口刷卡狀態(tài)對象并等待刷通行卡

Lane Context.State＝ new Exit Swipe Car d State（LaneContext）；

將App.config配置文件中的Lane Type項配置為MTC出口車道軟件，具體配置為：

＜add key ＝"Lane Type"val ue＝"2"／＞＜?。?－MTC入口；2－MTC出口；3－ETC入口；4－ETC出口－－＞

啟動平臺軟件，登錄系統(tǒng)后，其主界面見圖9。

圖8 具體狀態(tài)派生類實現(xiàn)圖

圖9 MTC收費主界面

4 結(jié) 語

針對面向收費流程自動化的車道軟件在新技術(shù)、新功能、新需求及新的收費模式不斷涌現(xiàn)的情況下存在的局限性，提出了一種基于流程驅(qū)動的高速公路聯(lián)網(wǎng)收費車道平臺架構(gòu)設(shè)計，并在.Netframewor k4.0平臺下進(jìn)行了研發(fā)。研究表明，該平臺具有松散耦合、擴(kuò)展靈活、不同類型車道軟件共享平臺資源、易維護(hù)等諸多優(yōu)勢。目前，該平臺已成功試用于寧夏高速公路電子不停車收費系統(tǒng)，效果良好。今后將根據(jù)業(yè)務(wù)特點不斷優(yōu)化平臺結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)性能更加完善、應(yīng)用更加廣泛。

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