淺談高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
汪先德
摘要：高速公路收費(fèi)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要的研究課題，是實(shí)現(xiàn)高速公路收費(fèi)從人工到半自動(dòng)再到全自動(dòng)過(guò)程的發(fā)展方向。一個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)通常由收費(fèi)車(chē)道、收費(fèi)站、收費(fèi)管理中心三部分組成。本文主要討論高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：高速公路收費(fèi)系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
引言
智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System），就是集信息處理、通訊、控制、以及高科技的電子技術(shù)等最新的科研成果，應(yīng)用于交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中。它與傳統(tǒng)的交通管理系統(tǒng)一個(gè)最顯著的區(qū)別是，將服務(wù)對(duì)象的重點(diǎn)由以往的管理者轉(zhuǎn)向道路使用者，即用先進(jìn)的科技手段向道路用戶提供必要的信息和便捷的服務(wù)，以減少交通堵塞，從而提高道路通過(guò)能力的目的。
1 收費(fèi)監(jiān)控室的遠(yuǎn)程主機(jī)組成
遠(yuǎn)程監(jiān)控中心管理機(jī)構(gòu)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)一線收費(fèi)工作進(jìn)行了解，在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心可以完成對(duì)以建立了計(jì)算機(jī)收費(fèi)監(jiān)控的收費(fèi)站實(shí)施遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程報(bào)表打印、遠(yuǎn)程軟件設(shè)計(jì)修改等工作任務(wù)。高速公路運(yùn)營(yíng)普遍存在的路費(fèi)漏收和流失的問(wèn)題也通過(guò)系統(tǒng)對(duì)出入口車(chē)輛的車(chē)牌進(jìn)行識(shí)別、匹配，判斷是否為同一車(chē)牌等方式解決了。同時(shí)，系統(tǒng)還可以通過(guò)對(duì)高速公路的車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控來(lái)協(xié)助公安、公路稽查部門(mén)發(fā)現(xiàn)可疑、黑名單車(chē)輛等。
2高速公路收費(fèi)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)思想
高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要充分利用現(xiàn)有條件，考慮未來(lái)發(fā)展的原則，提高收費(fèi)的自動(dòng)化程度。將電視機(jī)監(jiān)控及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)逐步擴(kuò)充到整個(gè)地區(qū)，以滿足現(xiàn)代化城市在高新技術(shù)條件下的交通管理的需要。
2.2系統(tǒng)目標(biāo)
為使系統(tǒng)滿足要求，提出以下指標(biāo)：
（1）實(shí)時(shí)性：系統(tǒng)具有快的時(shí)鐘頻率，計(jì)算機(jī)收費(fèi)的票據(jù)數(shù)能立刻完整不漏的送往收費(fèi)站保存。
（2）準(zhǔn)確性：系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，減少人為操作過(guò)程來(lái)避免人為錯(cuò)誤的發(fā)生。同時(shí)，提高系統(tǒng)的精度。
（3）可靠性：系統(tǒng)要能在較惡劣的環(huán)境下24小時(shí)連續(xù)工作，提高系統(tǒng)容錯(cuò)能力。
（4）安全性： 系統(tǒng)要有較強(qiáng)的安全措施，針對(duì)可能存在的漏洞進(jìn)行相應(yīng)的處理，并設(shè)立嚴(yán)格的權(quán)限管理，防止人為的破壞。
（5）可擴(kuò)展性：留有充足的界面來(lái)擴(kuò)展外圍設(shè)備，應(yīng)對(duì)不時(shí)之需。
2.3 系統(tǒng)構(gòu)成
高速公路收費(fèi)系統(tǒng)主要由收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三部分組成。
（1）收費(fèi)系統(tǒng)
收費(fèi)系統(tǒng)是高速公路機(jī)電工程中效益發(fā)揮最大、最為成熟的系統(tǒng)。目前高速公路信息化建設(shè)的程度不一。根據(jù)交通部近期對(duì)7個(gè)省市高速公路的調(diào)查表明，目前約有30%的高速公路是人工收費(fèi)，其余基本上實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)收費(fèi)；部分高速公路建立了監(jiān)控中心和通信中心；高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的使用周期不一，目前一般為4-5年。
（2）監(jiān)控系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)收費(fèi)機(jī)自動(dòng)根據(jù)輸入的車(chē)型信息往數(shù)據(jù)庫(kù)里添加收費(fèi)額等信息，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控室。如果上級(jí)主管部門(mén)需要對(duì)收費(fèi)站實(shí)施統(tǒng)一管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，還設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)有遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和各收費(fèi)監(jiān)控室的遠(yuǎn)程主機(jī)組成。有效的將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的智能化控制管理與閉路電視監(jiān)控理論有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，在該領(lǐng)域是一項(xiàng)最有效的管理手段。
（3）通信系統(tǒng)
通信系統(tǒng)是高速公路信息化建設(shè)的傳輸載體，目前全國(guó)高速公路通信線路已達(dá)6700多公里。高速公路通信系統(tǒng)的傳輸媒介經(jīng)歷了從電纜到光纜的發(fā)展過(guò)程，目前主干均采用了光纖通信。
3高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 收費(fèi)車(chē)道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于入口車(chē)道與出口車(chē)道所完成的功能差別很大，這樣所配備的車(chē)道設(shè)備也有差異，下面從入口車(chē)道和出口車(chē)道兩個(gè)方面介紹收費(fèi)車(chē)道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.1.1入口車(chē)道系統(tǒng)
入口車(chē)道由車(chē)道控制器、收費(fèi)員終端、車(chē)輛檢測(cè)器、手動(dòng)欄桿、自動(dòng)欄桿、雨棚信號(hào)燈、黃色閃光報(bào)警裝置及多路數(shù)字控制單元和車(chē)道CCTV系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成，還包括相應(yīng)的電力電纜和信號(hào)電纜。
由計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)建立收費(fèi)車(chē)道與收費(fèi)站之間的通訊，將收費(fèi)車(chē)道狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、車(chē)輛信息等傳到收費(fèi)站。收費(fèi)車(chē)道與收費(fèi)站還有獨(dú)立的對(duì)講電話網(wǎng)絡(luò)和CCTV系統(tǒng)(詳見(jiàn)CCTV系統(tǒng)描述)，可由收費(fèi)站值班員直接命令或指導(dǎo)收費(fèi)員的操作。入口車(chē)道各設(shè)備的聯(lián)動(dòng)使得當(dāng)車(chē)輛駛?cè)敫咚俟�路時(shí)，入口站、車(chē)道、車(chē)型、收費(fèi)員及日期、時(shí)間等信息傳輸?shù)绞召M(fèi)站服務(wù)器計(jì)算機(jī)。入口車(chē)道設(shè)備如圖1：
圖1 入口車(chē)道設(shè)備構(gòu)成圖
（1）車(chē)道控制機(jī)
車(chē)道每天采集的原始數(shù)據(jù)所需存儲(chǔ)空間較大，特別是收費(fèi)站網(wǎng)絡(luò)通信故障時(shí)，車(chē)道計(jì)算機(jī)還應(yīng)該能存儲(chǔ)一段時(shí)間的原始數(shù)據(jù)，并保證此期間車(chē)道仍能獨(dú)立工作。所以車(chē)道控制機(jī)應(yīng)是具有較大容量的存儲(chǔ)設(shè)備。同時(shí)，硬件應(yīng)能適應(yīng)大量重復(fù)性操作，具有穩(wěn)定、持久工作的能力。因此車(chē)道控制機(jī)一般采用工業(yè)控制機(jī)。
車(chē)道控制機(jī)配置有信號(hào)采集卡、以太網(wǎng)網(wǎng)卡、視頻捕捉卡、字符迭加器、外設(shè)控制器等，主要完成入口收費(fèi)信息的迭加；通行車(chē)輛的圖像抓拍；入口信息和圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳送；接收處理數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)下傳的收費(fèi)員工號(hào)、姓名、班次安排、口令等資料；控制車(chē)道各外部設(shè)備的運(yùn)行。
車(chē)道控制系統(tǒng)具有收費(fèi)車(chē)道關(guān)鍵設(shè)備的自診斷功能，可采集網(wǎng)絡(luò)通訊卡、多串口通訊卡、數(shù)據(jù)采集卡等相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信息，負(fù)責(zé)將故障信息顯示在收費(fèi)車(chē)道顯示屏,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳監(jiān)控室。另外，顯示屏上實(shí)時(shí)顯示收費(fèi)車(chē)道外圍設(shè)備的狀態(tài)和收費(fèi)情況等資料。
（2）外設(shè)控制器
取代原有的車(chē)道控制接口板，外設(shè)控制器內(nèi)含多路光電隔離輸入(8-16路)、8路繼電器輸出、通訊接口板、散熱風(fēng)扇、開(kāi)關(guān)電源、電源開(kāi)關(guān)及終端接口航空插頭。
外設(shè)控制器通過(guò)50芯扁平電纜及雙絞線與車(chē)道控制機(jī)內(nèi)的輸入輸出控制板及通訊板相連。外設(shè)控制器安裝在收費(fèi)員操作臺(tái)下面。
（3）車(chē)輛檢測(cè)線圈
此線圈埋設(shè)在車(chē)道的水泥路面下，位于自動(dòng)欄桿之后。當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)時(shí)，線圈的電感變化，使車(chē)道控制機(jī)內(nèi)的I/O卡中的某一位信號(hào)變?yōu)楦�，直至�?chē)輛通過(guò)以后，I/O卡中的那一位信號(hào)變低。這一特性可幫助車(chē)道控制機(jī)進(jìn)行車(chē)輛計(jì)數(shù)和違章車(chē)輛圖像抓拍及自動(dòng)欄桿的聯(lián)動(dòng)。
（4）字符迭加器
在有CCTV監(jiān)控要求的情況下，需要把有關(guān)的收費(fèi)信息同步迭加到屏幕上一定位置，便于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控及事后的查核，字符迭加器就是為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的而設(shè)計(jì)的。
（5）頂棚燈
頂棚燈安裝在每一車(chē)道上方的雨棚上，在車(chē)道迎車(chē)流行駛方向的雨棚上安裝紅色和綠色的一組信號(hào)燈，用來(lái)表示當(dāng)前車(chē)道是否開(kāi)放。
（6）自動(dòng)欄桿
安裝在每個(gè)收費(fèi)車(chē)道的收費(fèi)亭的出口，當(dāng)發(fā)卡操作完成后，車(chē)道軟件控制車(chē)道控制機(jī)內(nèi)的I/O卡，由車(chē)道控制機(jī)控制外設(shè)控制器打開(kāi)欄桿，放行車(chē)輛，車(chē)輛通過(guò)后自動(dòng)放下。
（7）黃色閃光報(bào)警器
處于車(chē)道自動(dòng)欄桿的旁邊，由車(chē)道控制機(jī)通過(guò)外設(shè)控制器控制，用于提醒收費(fèi)站注意，有違章情況發(fā)生。
（8）圖像捕捉器
圖像捕捉器的功能是將某一路視頻信號(hào)的最近一幀固定，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，迭加上車(chē)輛信息和收費(fèi)員信息，經(jīng)過(guò)壓縮后，作為文件保存到計(jì)算機(jī)硬盤(pán)上。
（9） 車(chē)型顯示器
車(chē)型顯示器位于收費(fèi)亭的頂端，用于及時(shí)顯示車(chē)道收費(fèi)員所判斷的來(lái)車(chē)車(chē)型，以利于收費(fèi)站監(jiān)控，防止收費(fèi)員作弊。
（10）車(chē)道UPS
高速公路覆蓋的范圍比較大，一旦供電出故障，將導(dǎo)致車(chē)道工作癱瘓。所以車(chē)道收費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)具有穩(wěn)定的電力供應(yīng)設(shè)施，同時(shí)為保證系統(tǒng)的可靠性，收費(fèi)系統(tǒng)的各個(gè)重要的有源設(shè)備都應(yīng)配備獨(dú)立的不間斷電源(UPS)。若經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，UPS也不能支持車(chē)道的工作，車(chē)道系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)報(bào)警，使操作員有足夠時(shí)間保存數(shù)據(jù)并關(guān)機(jī)。
（11）交通指示燈
交通指示燈位于車(chē)道出口旁邊，有紅、綠兩色燈，用以指示車(chē)輛駕駛員是否可以通行。
3.1.2 出口車(chē)道系統(tǒng)
出口車(chē)道具有入口車(chē)道的所有設(shè)備，并增加了票據(jù)打印機(jī)、費(fèi)額顯示器等設(shè)備。

圖2 出口車(chē)道設(shè)備構(gòu)成圖
車(chē)輛駛出高速公路時(shí)，收費(fèi)員復(fù)核車(chē)型，收繳費(fèi)額，打印票據(jù)并放行。所有的操作信息傳輸?shù)绞召M(fèi)站計(jì)算機(jī)。
接下來(lái)只介紹入口車(chē)道沒(méi)有的票據(jù)打印機(jī)、費(fèi)額顯示器設(shè)備。
(1) 票據(jù)打印機(jī)
票據(jù)打印機(jī)是用來(lái)打印收費(fèi)專(zhuān)用發(fā)票的，由于打印的速度問(wèn)題，極大的影響了過(guò)車(chē)速度。通過(guò)多串口卡，采用異步通信的方式與車(chē)道控制機(jī)通信。
(2) 費(fèi)額顯示器
安裝在收費(fèi)亭的窗口下，以LED數(shù)組的形式向車(chē)輛行駛員顯示收費(fèi)額、余額和幣種等信息。費(fèi)額顯示器通過(guò)RS232接口與車(chē)道控制機(jī)連接。
4 結(jié)語(yǔ)
高速公路收費(fèi)系統(tǒng)是整個(gè)高速公路系統(tǒng)中不可或缺的一部分。車(chē)輛通行費(fèi)的征收及收費(fèi)制的逐步完善，給高速公路發(fā)展注入了生機(jī)和活力，具有十分重要的意義。
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