【正文】 nt of an intelligent fees collection system is an important segment during strengthening the expressway management. All kinds of short advantages led by hand working in the former practice of transportation fees collection can be avoided by using the system. And also the function of the expressway can be promoted as a whole. According to the development of the expressway fees collection system and the trend of today39。 在高速公路的建設(shè)上，我國普遍采用了 “貸款建設(shè)，收費償付 ”的金融和投資體系，即 通過貸款來建設(shè)高速公路，在高速公路建成投入使用后通過對通行于高速公路上的車輛收取通行費用的方式來償還貸款。另外，高速公路的養(yǎng)護(hù)與管理資金可以直接從征收的車輛通行費中提取，減少了許多中間環(huán)節(jié)，克服了多年來道路養(yǎng)護(hù)管理中的不記成本、不講經(jīng)濟(jì)核算的種種弊端。 從另外一個角度上看，高速公路收費不只是從經(jīng)濟(jì)上考慮用于還貸或開辟新的高速公路建設(shè)的資金來源，還可實現(xiàn)高速公路交通需求控制。所以，建設(shè)先進(jìn)、完善、有效的高速公路收費系統(tǒng)是整個高速公路系統(tǒng)建設(shè)和管理中不可或缺的一部份。 課題背景及來源 在長潭西線通車之前，由北到南三市之間只有京珠高速長潭段將其連接。三市之間的內(nèi)部城際高速公路網(wǎng)絡(luò)并未形成。但所謂的 “串聯(lián) ”，卻并非在一條直線上。長潭西線未通車之前，長沙至湘潭所需時間至少要 40 分鐘， “短短的 40 公里路程 ，最快都需要 40 分鐘，這肯定無法適應(yīng)三市一體化發(fā)展的需要，所以要提速三市一體化進(jìn)程，必須得構(gòu)建適應(yīng)一體化發(fā)展的快速交通網(wǎng)絡(luò)。 此外，長潭西線的建成通車，也將縮短長沙至邵陽的時間。在昨日的體驗中，本報車務(wù)部司機(jī)歐陽宏介紹，長潭西線通車后，至少可以使長沙至邵陽的時間節(jié)約 20分鐘以上。收費系統(tǒng)應(yīng)用軟件根據(jù)功能及分布主要分為以下幾個既相互獨立又彼此聯(lián)系的功能單元，由它們一起構(gòu)成了 IC 卡收費管理信息系統(tǒng)： 1. 車道級模塊，包括入口車道發(fā)卡軟件和出口車道收費軟件 ； 2. 站級模塊，包括站級財務(wù)軟件、站級監(jiān)控軟件和站級網(wǎng)絡(luò)管理軟件 ； 3. 中心級模塊，包括中心財務(wù)軟件、中心監(jiān)控軟件、中心網(wǎng)絡(luò)管理軟件、中心 POS機(jī)管理軟件及中心 IC 卡管理軟件 ； 4. 通信模塊件，包括車道通信軟件、站級通信軟件和中心通信軟件 ； 本課題主要對整個系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并實現(xiàn)車道級模塊功能 。 第二部分是論文的重點之一，通過對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，著重介紹了系統(tǒng)的設(shè)計方案實現(xiàn)內(nèi)容。 第四部分是論文的另一重點所在，從第二部分的系統(tǒng)分析和解決方案出發(fā)，以第三部分涉及到的基本知識為基礎(chǔ)，重點介紹系統(tǒng)的設(shè)計思路和實現(xiàn)方法，并闡述課題的難 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 3 點、問題所在以及創(chuàng)新思想在本設(shè)計中的體現(xiàn)。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 4 2 系統(tǒng)分析與設(shè) 計 系統(tǒng)分析 車道收費系統(tǒng)的需求分析主要以新的收費模式下高速公路的實際情況和運營管理方面的要求為基礎(chǔ)。對黑名單、白名單車輛進(jìn)行相應(yīng)的處理。并將相應(yīng)的入口描述信息寫入通行 IC 卡，發(fā)給通行車輛司機(jī)，抬起電動欄桿機(jī)。出口車道收費系統(tǒng)通過所配車道設(shè)備及收費員對駛出高速公路的車輛進(jìn)行抓拍圖像、識別車牌、讀出通行 IC 卡中存儲的信息?；厥胀ㄐ?IC 卡、收取通行費。將出口的路段、站點、車道標(biāo)識信息、收費標(biāo)識信息、車型、車種、車牌號、 IC 卡及卡盒號信息、日期時間等其他信息在車道數(shù)據(jù)庫表中寫入一條流水記錄，并在該卡中寫入使用完畢注銷信息 。 此外，車道收費軟件系統(tǒng)還應(yīng)具有下述功能 : 1. 對收費人員上下班身份驗證的功能 ； 2. 自動檢測并記錄車道設(shè)備的運行狀態(tài)功能； 3. 能夠提供一定的安全機(jī)制，防止隨意刪改數(shù)據(jù)，同時提供數(shù)據(jù)備份和在網(wǎng)絡(luò)中斷情況導(dǎo)出數(shù)據(jù)的服務(wù)； 4. 通過車牌自動識別，系統(tǒng)實現(xiàn)防換卡功能 ； 5. 在非主要設(shè)各出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)亦能夠完成收費處理； 6. 盡量減少設(shè)備各故障對車道收費的影響。入口車道流程分析和出口車道流程分析 [3]，主要以流程圖的形式來體現(xiàn)。 1. 車道處理主控流程分析 圖 車道處理主控流程分析 2. 上班校驗流程分析 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 6 圖 上班校驗流程分析 3. 入口發(fā)卡處理流程分析 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 7 圖 入口發(fā)卡處理流程分析 4. 入口車情流程分析 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 8 圖 入口車情流程分析 5. 出口車情處理流程 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 9 圖 出口車情處理流程 解決方案設(shè)計 總體設(shè)計 1. 基本設(shè)計概念和處理流 在收費系統(tǒng)中，存在著各種數(shù)據(jù)，其中有些是與收費相關(guān)的，如收費流水?dāng)?shù)據(jù)、運營參數(shù)數(shù)據(jù)、各類相關(guān)的查詢數(shù)據(jù)等 [5]。 根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和需求分析，整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向如下圖所示 [7]： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 10 圖 基本設(shè)計概念和處理流程 2. 程序組成與結(jié)構(gòu) 區(qū)域管理點 路段中心級 收費站級 車道級 運營參數(shù) 時鐘同步 卡調(diào)撥指令 收費數(shù)據(jù) 卡調(diào)撥數(shù)據(jù) IC 卡查詢 圖象查詢 運營參數(shù) 時鐘同步 卡調(diào)撥指令 收費數(shù)據(jù) 報警信息 運營參數(shù) 時鐘同步 短消息 收費數(shù)據(jù) 報警數(shù)據(jù) IC 卡查詢 圖象查詢 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 11 根據(jù)數(shù)據(jù)的流向以及需要做的處理工作，系統(tǒng)被設(shè)計成許多個子系統(tǒng)和子程序構(gòu)成。通常，可采用文本文件、數(shù)據(jù)庫等各種形式 。 日志文件的主要用途包括： (1) 在系統(tǒng)調(diào)試、試運行以及正式使用等期間記錄系統(tǒng)的使用情況； (2) 記錄系統(tǒng)運行過程中發(fā)生的故障和異常情況； (3) 記錄系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的調(diào)試信息 。 根據(jù)本系統(tǒng)中各個組成部分的規(guī)模和特點，各程序可以選用以下各種日志處理方式： (1) 單文件集中型日志：程序的所有日志放在一個文本文件中； (2) 多文件分散型日志：根據(jù)日期，將日志分別放在對應(yīng)于日期的日志文件中?？梢圆扇∑渌胧?，限制日志數(shù)據(jù)的數(shù)量，例如： (1) 限制日志文件的數(shù)量； (2) 限制日志文件的大小； (3) 采用分級控制措施，定制那些類型的信息需要保存到日志中 。根據(jù)湖南省有關(guān)聯(lián)網(wǎng)收費標(biāo)準(zhǔn)和接口規(guī)范，通過安裝在車道工控機(jī)上的收費系統(tǒng)和相應(yīng)的場外設(shè)備來有效完成數(shù)據(jù)采集工作。 出口流程包括出口通行卡收費流程、出口公務(wù)車收費流程、出口修改收費流程、出口壞卡收費流程、出口丟卡收費流程、出口回頭車收費流程、出口車型不符收費流程、出口車型不符操作流程、出口車種不符收費流程、出口車牌收費流程、出口未付車收費 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 14 流程、出口車隊收費流程、出口粵通卡收費流程、出口免費車收費流程、出口掛車收費流程、出口手工收費流程等。 同時車道收費系統(tǒng)的工作方式是 完全獨立的，當(dāng)收費站計算機(jī)不工作或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題時，不影響車道系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)參數(shù)，數(shù)據(jù)記錄均存儲在本地。當(dāng)車道長期獨立工作時，可以通過人工的方式用其他存儲介質(zhì)將數(shù)據(jù)上傳到收費站 [9]。 車道收費系統(tǒng)有無人職守功能，當(dāng)車道上無人上班時，以 “無名氏 ”身份監(jiān)視車道運行 [10]。 車道收費系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)存 儲在本地數(shù)據(jù)庫 LaneDB 相應(yīng)的數(shù)據(jù)流水表中，原始流水?dāng)?shù)據(jù)在車道保留 40 天。 2. 車道系統(tǒng)設(shè)計 [8] 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 15 圖 車道系統(tǒng)設(shè)計 在車道收費系統(tǒng)中，車道入口和出口的全部流程在業(yè)務(wù)邏輯單元 u_BizLogic 中處理， u_BizLogic 中還包括向場外設(shè)備發(fā)控制命令和獲取部分場外設(shè)備的狀態(tài)，通過事件通知機(jī)制出發(fā)界面顯示模塊 u_Main 單元做相應(yīng)的更新。 場外設(shè)備接口處理模塊類 THardwareManager，管理所有場外設(shè)備，所有場外設(shè)備的接口單元單獨組成一個類，這些類作為場外設(shè)備管理類 THardwareManager 的 public成員存在。 除了打印采用并口連接外，其他場外設(shè)備全部采用 RS—232 串口連接。 主界面（顯示模塊）u_Main 單元 業(yè)務(wù)邏輯處理模塊 u_BizLogic 場外設(shè)備接口處理模塊類 THardsareManager 數(shù)據(jù)庫處理模塊 u_DataModule 單元 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 16 數(shù)據(jù)上傳通信 1. 車道數(shù)據(jù)上傳收費站 程序說明： 車道數(shù)據(jù)上傳收費站服務(wù)程序負(fù)責(zé)輪詢本站的各車道數(shù)據(jù)庫，將未上傳的車道流水記錄以及抓拍圖像上傳到收費站保存。 通信系統(tǒng)設(shè)計 1. 通信系統(tǒng)概述 通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)在車道、收費站、路段中心以及區(qū)域管理點之間傳遞數(shù)據(jù)。 在各級系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)流向如下入所示： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 17 圖 聯(lián)網(wǎng)收費路段系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖 關(guān)于數(shù)據(jù)流圖說明： 在站級系統(tǒng)中，有相當(dāng)部分的數(shù)據(jù)實際上只是轉(zhuǎn)發(fā)，例如報警信息、短消息等。這主要取決于系統(tǒng)部署以及維護(hù)的情況 [12]。上圖就采用了這種方式。如果設(shè)計的不合適，對系統(tǒng)的整體運行效果和性能有較大影響 [13]。對通信系統(tǒng)的分解，可以簡化程序的復(fù)雜度，提高可維護(hù)性，避免局部的改動對整體造成較大影響。 根據(jù)通信系統(tǒng)的特點，絕大多數(shù)通信系統(tǒng)的程序都被編寫為 Windows 系統(tǒng)的服務(wù)程序沒有圖形界面。 根據(jù)前述分析機(jī)思路。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 19 (2) 短消息接受服務(wù)程序： 功能：接收上層（收費站或路段中心）發(fā)來的短消息，并顯示給收費員。 (2) 監(jiān)控圖像代理服務(wù)程序： 功能：根據(jù)路段中心收費監(jiān)控的圖像查詢要求，獲取并指定車道的圖像數(shù)據(jù)，并返回給收費監(jiān)控系統(tǒng)。 (4) 時鐘同步服務(wù)端程序： 功能：為本站車道計算機(jī)提出的時鐘同步請求應(yīng)答時鐘同步信息。 5. 路段中心： (1) 站級收費數(shù)據(jù)上傳服務(wù)程序： 功能：定時從本路段各站的數(shù)據(jù)庫中獲取需要上傳的數(shù)據(jù)，并且存儲到路段中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。 (3) 時鐘同步服務(wù)器端服務(wù)程序： 功能：為本路段下級系統(tǒng)計算機(jī)提出的時鐘同步請求應(yīng) 答時鐘同步信息。 以上各個部分歸納入下表所示： 表 車道級模塊歸納 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 20 部署位置 程序名稱 備注 車道 時鐘同步客戶端 — 車道 短消息接收 — 收費站 時鐘同步客戶端 — 收費站 時鐘同步服務(wù)端 — 收費站 報警信息轉(zhuǎn)發(fā) — 收費站 車道數(shù)據(jù)上傳收費站 — 收費站 車道圖像查詢代理 — 路段中心 時鐘同步服務(wù)端 — 路段中心 報警信息轉(zhuǎn)發(fā) — 路段中心 聯(lián)網(wǎng)通信客戶 端 含上傳數(shù)據(jù)、查詢等 6. 數(shù)據(jù)上傳通信 (1) 車道數(shù)據(jù)上傳收費站 程序說明： 車道數(shù)據(jù)上傳收費站服務(wù)程序負(fù)責(zé)輪詢本站的各車道數(shù)據(jù)庫，將未上傳的車道流水記錄以及抓拍圖象上傳到收費站保存。 (3) 時鐘同步通信 程序說明： 時鐘同步客戶端服務(wù)程序定期（時間周期可以設(shè)置）與時鐘同步服務(wù)服務(wù) 程序取得聯(lián)系，獲取服務(wù)器一端的時鐘信息，并根據(jù)該時鐘信息更新本機(jī)時鐘，達(dá)到統(tǒng) 一時鐘的目的。 路段中心局域網(wǎng)內(nèi)的所有工作站都需要安裝時鐘同步客戶端，以保證整個收費站局域網(wǎng)的計算機(jī)保持時鐘同步。 8. 部署在路段中心服務(wù)器 的時鐘同步服務(wù)端 時鐘