廣東高速公路ETC電子收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

廣州郵電通信設(shè)備有限公司 廣東廣州 510663

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)應(yīng)用普及到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，人們?yōu)榱烁咚俟烦鲂懈颖憬?，對高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)ETC 提出了更智能化，近年來，中國政府也越來越重視這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，讓該技術(shù)給予高度的推廣及應(yīng)用。ETC 系統(tǒng)的應(yīng)用，不但實(shí)現(xiàn)了車道收費(fèi)的自動(dòng)化，同時(shí)有效的提升了公路的通行能力和服務(wù)水平，有效降低了公路工作人員的勞動(dòng)量。本文通過對廣東高速公路ETC電子收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和技術(shù)原理研究，綜合該系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用的巨大效益和廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：高速公路；ETC電子收費(fèi)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)原理

前言：不停車電子自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是高速公路網(wǎng)射頻技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)。是電子技術(shù)、通信和計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、傳感技術(shù)、交通工程和系統(tǒng)工程的綜合產(chǎn)物。不停車收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于利用車載RFID電子標(biāo)簽與車輛自動(dòng)識別系統(tǒng)（Automatic vehicle Identification，簡稱AVI）的無線電收發(fā)器，通過無線電波實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)識別和數(shù)據(jù)交換，獲取通過車輛的類型和所屬用戶等相關(guān)數(shù)據(jù)，并由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制指揮車輛通行，其過路過橋費(fèi)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，從用戶所在數(shù)據(jù)庫中的專用賬戶或用戶擁有的智能儲值卡中自動(dòng)交納，從而實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收費(fèi)。

一、高速公路電子收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1設(shè)計(jì)方法

面向?qū)ο蟮能浖こ?；統(tǒng)一建模語言-UML；Rational公司及其軟件工程工具；Rational ROSE多平臺與數(shù)據(jù)庫支持；操作系統(tǒng)：Windows NT、SCO Open server、AIX；數(shù)據(jù)庫：Oracle、SQL Server、Informix、Sybase。

2三級網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

系統(tǒng)完整性不依賴于網(wǎng)絡(luò)，各級軟件可獨(dú)立運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)完整，不丟失，具備先進(jìn)的通信平臺。數(shù)據(jù)包通信，采用IBM MQ或其他中間件ZIP壓縮，減少網(wǎng)絡(luò)消耗遠(yuǎn)程控制通信TCP/IP協(xié)議超時(shí)控制 流量控制，穩(wěn)定可靠，保證24小時(shí)聯(lián)機(jī)作業(yè)，業(yè)務(wù)運(yùn)行可靠穩(wěn)定。后備電源，后備通信線路，后備數(shù)據(jù)交換手段（利用軟磁盤進(jìn)行數(shù)據(jù)交換），當(dāng)系統(tǒng)崩潰時(shí)使用預(yù)編碼卡，收費(fèi)站軟件、收費(fèi)車道軟件均可獨(dú)立運(yùn)行。

3嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目翱ㄏ涔芾砜筛櫟饺我粡埧ǖ臓顟B(tài)和位置，卡的調(diào)撥均通過卡箱調(diào)撥來實(shí)現(xiàn)，任何卡箱的調(diào)撥行為均有紀(jì)錄，非正常的卡無法進(jìn)入卡箱

安全性，數(shù)據(jù)包加密傳輸，采用DES 加密機(jī)制加密消息包，標(biāo)準(zhǔn)的ZIP 壓縮（支持密碼）

4可擴(kuò)充性

系統(tǒng)擴(kuò)充可動(dòng)態(tài)增加收費(fèi)站或車道或加入新道路，軟件系統(tǒng)的版本升級控制，用戶自定義消息類型，用戶自定義報(bào)表統(tǒng)計(jì)；

5數(shù)據(jù)庫接口

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫查詢接口，標(biāo)準(zhǔn)WEB 查詢接口。

二、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式

在高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，有2種基本模式：局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)均工作在鏈路層及其以下，其采用的是051的7層模式。廣域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，其工作在網(wǎng)絡(luò)層之上。由于在通過三層交換或路由設(shè)備時(shí)，經(jīng)過了IP數(shù)據(jù)包的打包及解包，在此期間是工作于TCP/IP的交換傳輸模式之上。由于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是建立在高速公路通信系統(tǒng)體系之上，其可供使用的傳輸帶寬不是很充裕，所以其傳輸速率不是很高，并且高速公路呈現(xiàn)出的是單向放射型的路徑。所以在聯(lián)網(wǎng)的過程中出現(xiàn)了多級路由器級聯(lián)復(fù)用的方式。數(shù)據(jù)在傳輸中，會(huì)出現(xiàn)多次的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程，將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸效率下降。

2.2高速公路的局域網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

高速公路的局域網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫螒B(tài)，應(yīng)當(dāng)采用星型或樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并與廣域網(wǎng)絡(luò)的路由器或交換機(jī)接駁?！靶切徒Y(jié)構(gòu)”是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng)。星型結(jié)構(gòu)是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)有中央節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)（工作站、服務(wù)器）都與中央節(jié)點(diǎn)直接相連，這種結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點(diǎn)為中心，因此又稱為集中式網(wǎng)絡(luò)。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便于集中控制。因?yàn)榭蛻舳擞脩糁g的通信必須經(jīng)過中心站。

2.3高速公路系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在星型網(wǎng)中任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行通信都必須經(jīng)過中央節(jié)點(diǎn)控制。因此，中央節(jié)點(diǎn)的主要功能有三項(xiàng)：當(dāng)要求通信的站點(diǎn)發(fā)出通信請求后，控制器要檢查中央轉(zhuǎn)接站是否有空閑的通路，被叫設(shè)備是否空閑，從而決定是否能建立雙方的物理連接，在兩臺設(shè)備通信過程中要維持這一通路。當(dāng)通信完成或者不成功要求拆線時(shí)，中央轉(zhuǎn)接站應(yīng)能拆除上述通道。由于中央節(jié)點(diǎn)要與多機(jī)連接，線路較多，為便于集中連線，目前多采用一種稱為集線器（HUB）或交換設(shè)備的硬件作為中央節(jié)點(diǎn)。

三、電子標(biāo)簽管理設(shè)計(jì)

電子標(biāo)簽在收費(fèi)系統(tǒng)中作為認(rèn)證身份的標(biāo)志，它將標(biāo)簽編號和出入口信息傳給車道計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)不能立即從用戶賬戶扣錢，記錄傳給結(jié)算中心后根據(jù)記錄從用戶的計(jì)算機(jī)賬戶扣款，若超支，則以黑名單形式發(fā)送給收費(fèi)車道，禁止此類車輛通行。其ETC儲值卡收費(fèi)流程圖如圖1所示，其流程為ETC客戶首先到銀行辦理開戶手續(xù)，然后到ETC支付發(fā)行服務(wù)代理商處辦理ETC用戶開戶手續(xù)，申請電子標(biāo)簽。ETC客服中心通知結(jié)算中心有效賬戶信息，并向?qū)I公司發(fā)送用戶信息；用戶出行生成使用記錄，車道向收費(fèi)站和專營公司發(fā)送使用記錄。專營公司向結(jié)算中心發(fā)送該記錄，結(jié)算中心對其進(jìn)行結(jié)算后向清算中心發(fā)送劃賬指令。銀行把費(fèi)用和賬戶信息劃撥到對方機(jī)構(gòu)或公司賬戶上，同時(shí)，銀行對用戶余額信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；結(jié)算中心生成無效賬戶以黑名單形式發(fā)至ETC專營公司，停止該用戶使用ETC系統(tǒng)。

四、收費(fèi)站及收費(fèi)車道的設(shè)計(jì)

4.1收費(fèi)站及收費(fèi)車道系統(tǒng)組成

ETC電子收費(fèi)系統(tǒng)主要由工控機(jī)、車道控制器（NSLC-0105）、電子標(biāo)簽讀寫天線、車輛檢測器（抓拍線圈以及落桿線圈）、抓拍攝像機(jī)、費(fèi)額顯示器、通行信號燈、聲光報(bào)警器、自動(dòng)欄桿和字符疊加器組成。在各個(gè)設(shè)備中，電子標(biāo)簽讀寫天線通過RS232串行電纜線直接連接到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上，由應(yīng)用程序直接控制；其他設(shè)備如自動(dòng)欄桿、費(fèi)額顯示器、車輛檢測器等都通過車道控制器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接，由應(yīng)用程序控制。字符疊加器則將過車信息疊加在視頻信號上后傳至收費(fèi)站監(jiān)視器。

收費(fèi)車道系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

ETC車道管理由車道計(jì)算機(jī)、收費(fèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、車輛檢測器、數(shù)據(jù)檢測卡、攝像機(jī)、控制器、道閘等設(shè)備組成。ETC車道設(shè)備部署如圖3所示。

圖3ETC車道設(shè)備部署圖

Figure 3the deployment diagram of ETC lane equipments

五、收費(fèi)監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)主要由收費(fèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、CCTV監(jiān)視系統(tǒng)、內(nèi)部對講系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。下面分別描述各個(gè)子系統(tǒng)的主要功能。

①閉路監(jiān)視系統(tǒng)

閉路監(jiān)視系統(tǒng)是相對獨(dú)立的系統(tǒng)，只是和收費(fèi)系統(tǒng)存在某些關(guān)聯(lián)（如收費(fèi)數(shù)據(jù)疊加、抓拍、硬盤錄像等）。整個(gè)閉路監(jiān)視系統(tǒng)可以劃分收費(fèi)亭監(jiān)視、車道監(jiān)視、廣場監(jiān)視等幾個(gè)部分。

②輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)是確保收費(fèi)系統(tǒng)正常運(yùn)行的配套系統(tǒng)，包括內(nèi)部對講、電力供給、設(shè)備保護(hù)等多個(gè)方面。

③收費(fèi)系統(tǒng)

收費(fèi)系統(tǒng)基本上包括車道收費(fèi)控制系統(tǒng)、收費(fèi)站管理系統(tǒng)兩大部分，收費(fèi)站計(jì)算機(jī)與車道計(jì)算機(jī)組成局域網(wǎng)，采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式。根據(jù)車道到收費(fèi)站的距離遠(yuǎn)近，車道和收費(fèi)站之間采用光纖或雙絞線連接。

六、專營公司中央管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

專營公司中央管理中心是ETC系統(tǒng)的最高管理層，既要進(jìn)行收費(fèi)信息與數(shù)據(jù)的處理和交換，又行使必要的管理職能。它包括專營公司、結(jié)算中心和顧客服務(wù)中心。專營公司建立中央管理子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)采集所有收費(fèi)站管理系統(tǒng)所匯集的車道收費(fèi)數(shù)據(jù)信息。專營公司的中央管理系統(tǒng)將對ETC收費(fèi)數(shù)據(jù)和人工收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和匯總。整理完畢的ETC收費(fèi)數(shù)據(jù)清單將被轉(zhuǎn)發(fā)給結(jié)算中心請求支付。專營公司中央管理系統(tǒng)功能為：

①辦理ETC用戶電子標(biāo)簽的手續(xù)、發(fā)放電子標(biāo)簽，對標(biāo)簽進(jìn)行初始化操作、向ETC用戶提供消費(fèi)明細(xì)賬查詢、資金補(bǔ)充、打印、ETC用戶掛失、注銷等業(yè)務(wù)請求。

②分時(shí)采集收費(fèi)站暫存收費(fèi)數(shù)據(jù)。

③整理ETC收費(fèi)數(shù)據(jù)，對車道控制系統(tǒng)無法處理的違章做出相應(yīng)的處理。

④向結(jié)算中心上傳ETC收費(fèi)數(shù)據(jù)清單，請求支付。

⑤對收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種方式的匯總、打印，統(tǒng)計(jì)出各種數(shù)據(jù)指示。

⑥接收結(jié)算中心下傳的系統(tǒng)黑名單，并下傳給收費(fèi)站管理系統(tǒng)。

結(jié)束語：綜上所述，對高速公路ETC電子收費(fèi)系統(tǒng)的包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，功能設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，本文也從這幾個(gè)方面闡述了高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)所涉及到的功能模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)的功能和需求對所采用的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)也進(jìn)行詳細(xì)論述，為進(jìn)一步的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。