淺談高速公路收費系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
汪先德
摘要：高速公路收費系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的一個重要的研究課題，是實現(xiàn)高速公路收費從人工到半自動再到全自動過程的發(fā)展方向。一個收費系統(tǒng)通常由收費車道、收費站、收費管理中心三部分組成。本文主要討論高速公路收費系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：高速公路收費系統(tǒng) 總體設(shè)計 系統(tǒng)硬件設(shè)計
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)用于交通運輸網(wǎng)絡(luò)中。它與傳統(tǒng)的交通管理系統(tǒng)一個最顯著的區(qū)別是，將服務(wù)對象的重點由以往的管理者轉(zhuǎn)向道路使用者，即用先進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，從而提高道路通過能力的目的。
1 收費監(jiān)控室的遠程主機組成
遠程監(jiān)控中心管理機構(gòu)可以通過網(wǎng)絡(luò)對一線收費工作進行了解，在遠程監(jiān)控中心可以完成對以建立了計算機收費監(jiān)控的收費站實施遠程圖像監(jiān)控、遠程數(shù)據(jù)傳輸、遠程報表打印、遠程軟件設(shè)計修改等工作任務(wù)。高速公路運營普遍存在的路費漏收和流失的問題也通過系統(tǒng)對出入口車輛的車牌進行識別、匹配，判斷是否為同一車牌等方式解決了。同時，系統(tǒng)還可以通過對高速公路的車輛進行監(jiān)控來協(xié)助公安、公路稽查部門發(fā)現(xiàn)可疑、黑名單車輛等。
2高速公路收費系統(tǒng)總體設(shè)計
2.1設(shè)計思想
高速公路收費系統(tǒng)的總體設(shè)計要充分利用現(xiàn)有條件，考慮未來發(fā)展的原則，提高收費的自動化程度。將電視機監(jiān)控及計算機網(wǎng)絡(luò)逐步擴充到整個地區(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
為使系統(tǒng)滿足要求，提出以下指標：
（1）實時性：系統(tǒng)具有快的時鐘頻率，計算機收費的票據(jù)數(shù)能立刻完整不漏的送往收費站保存。
（2）準確性：系統(tǒng)的自動化程度高，減少人為操作過程來避免人為錯誤的發(fā)生。同時，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小時連續(xù)工作，提高系統(tǒng)容錯能力。
（4）安全性： 系統(tǒng)要有較強的安全措施，針對可能存在的漏洞進行相應(yīng)的處理，并設(shè)立嚴格的權(quán)限管理，防止人為的破壞。
（5）可擴展性：留有充足的界面來擴展外圍設(shè)備，應(yīng)對不時之需。
2.3 系統(tǒng)構(gòu)成
高速公路收費系統(tǒng)主要由收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三部分組成。
（1）收費系統(tǒng)
收費系統(tǒng)是高速公路機電工程中效益發(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7個省市高速公路的調(diào)查表明，目前約有30%的高速公路是人工收費，其余基本上實現(xiàn)了半自動收費；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)
計算機收費機自動根據(jù)輸入的車型信息往數(shù)據(jù)庫里添加收費額等信息，然后通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控室。如果上級主管部門需要對收費站實施統(tǒng)一管理和實時監(jiān)控，還設(shè)計了遠程監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)有遠程監(jiān)控中心和各收費監(jiān)控室的遠程主機組成。有效的將計算機網(wǎng)絡(luò)的智能化控制管理與閉路電視監(jiān)控理論有機的結(jié)合起來，在該領(lǐng)域是一項最有效的管理手段。
（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，目前全國高速公路通信線路已達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)展過程，目前主干均采用了光纖通信。
3高速公路收費系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件設(shè)計
3.1 收費車道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于入口車道與出口車道所完成的功能差別很大，這樣所配備的車道設(shè)備也有差異，下面從入口車道和出口車道兩個方面介紹收費車道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.1.1入口車道系統(tǒng)
入口車道由車道控制器、收費員終端、車輛檢測器、手動欄桿、自動欄桿、雨棚信號燈、黃色閃光報警裝置及多路數(shù)字控制單元和車道CCTV系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成，還包括相應(yīng)的電力電纜和信號電纜。
由計算機局域網(wǎng)絡(luò)建立收費車道與收費站之間的通訊，將收費車道狀態(tài)、設(shè)備運行狀態(tài)、車輛信息等傳到收費站。收費車道與收費站還有獨立的對講電話網(wǎng)絡(luò)和CCTV系統(tǒng)(詳見CCTV系統(tǒng)描述)，可由收費站值班員直接命令或指導收費員的操作。入口車道各設(shè)備的聯(lián)動使得當車輛駛?cè)敫咚俟�路時，入口站、車道、車型、收費員及日期、時間等信息傳輸?shù)绞召M站服務(wù)器計算機。入口車道設(shè)備如圖1：
圖1 入口車道設(shè)備構(gòu)成圖
（1）車道控制機
車道每天采集的原始數(shù)據(jù)所需存儲空間較大，特別是收費站網(wǎng)絡(luò)通信故障時，車道計算機還應(yīng)該能存儲一段時間的原始數(shù)據(jù)，并保證此期間車道仍能獨立工作。所以車道控制機應(yīng)是具有較大容量的存儲設(shè)備。同時，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。因此車道控制機一般采用工業(yè)控制機。
車道控制機配置有信號采集卡、以太網(wǎng)網(wǎng)卡、視頻捕捉卡、字符迭加器、外設(shè)控制器等，主要完成入口收費信息的迭加；通行車輛的圖像抓拍；入口信息和圖像數(shù)據(jù)的存儲和傳送；接收處理數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)下傳的收費員工號、姓名、班次安排、口令等資料；控制車道各外部設(shè)備的運行。
車道控制系統(tǒng)具有收費車道關(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，負責將故障信息顯示在收費車道顯示屏,并通過網(wǎng)絡(luò)上傳監(jiān)控室。另外，顯示屏上實時顯示收費車道外圍設(shè)備的狀態(tài)和收費情況等資料。
（2）外設(shè)控制器
取代原有的車道控制接口板，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、散熱風扇、開關(guān)電源、電源開關(guān)及終端接口航空插頭。
外設(shè)控制器通過50芯扁平電纜及雙絞線與車道控制機內(nèi)的輸入輸出控制板及通訊板相連。外設(shè)控制器安裝在收費員操作臺下面。
（3）車輛檢測線圈
此線圈埋設(shè)在車道的水泥路面下，位于自動欄桿之后。當有車輛通過時，線圈的電感變化，使車道控制機內(nèi)的I/O卡中的某一位信號變?yōu)楦撸�直至車輛通過以后，I/O卡中的那一位信號變低。這一特性可幫助車道控制機進行車輛計數(shù)和違章車輛圖像抓拍及自動欄桿的聯(lián)動。
（4）字符迭加器
在有CCTV監(jiān)控要求的情況下，需要把有關(guān)的收費信息同步迭加到屏幕上一定位置，便于現(xiàn)場監(jiān)控及事后的查核，字符迭加器就是為了實現(xiàn)這個目的而設(shè)計的。
（5）頂棚燈
頂棚燈安裝在每一車道上方的雨棚上，在車道迎車流行駛方向的雨棚上安裝紅色和綠色的一組信號燈，用來表示當前車道是否開放。
（6）自動欄桿
安裝在每個收費車道的收費亭的出口，當發(fā)卡操作完成后，車道軟件控制車道控制機內(nèi)的I/O卡，由車道控制機控制外設(shè)控制器打開欄桿，放行車輛，車輛通過后自動放下。
（7）黃色閃光報警器
處于車道自動欄桿的旁邊，由車道控制機通過外設(shè)控制器控制，用于提醒收費站注意，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的最近一幀固定，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，迭加上車輛信息和收費員信息，經(jīng)過壓縮后，作為文件保存到計算機硬盤上。
（9） 車型顯示器
車型顯示器位于收費亭的頂端，用于及時顯示車道收費員所判斷的來車車型，以利于收費站監(jiān)控，防止收費員作弊。
（10）車道UPS
高速公路覆蓋的范圍比較大，一旦供電出故障，將導致車道工作癱瘓。所以車道收費系統(tǒng)應(yīng)具有穩(wěn)定的電力供應(yīng)設(shè)施，同時為保證系統(tǒng)的可靠性，收費系統(tǒng)的各個重要的有源設(shè)備都應(yīng)配備獨立的不間斷電源(UPS)。若經(jīng)過一段時間，UPS也不能支持車道的工作，車道系統(tǒng)應(yīng)能及時報警，使操作員有足夠時間保存數(shù)據(jù)并關(guān)機。
（11）交通指示燈
交通指示燈位于車道出口旁邊，有紅、綠兩色燈，用以指示車輛駕駛員是否可以通行。
3.1.2 出口車道系統(tǒng)
出口車道具有入口車道的所有設(shè)備，并增加了票據(jù)打印機、費額顯示器等設(shè)備。

圖2 出口車道設(shè)備構(gòu)成圖
車輛駛出高速公路時，收費員復(fù)核車型，收繳費額，打印票據(jù)并放行。所有的操作信息傳輸?shù)绞召M站計算機。
接下來只介紹入口車道沒有的票據(jù)打印機、費額顯示器設(shè)備。
(1) 票據(jù)打印機
票據(jù)打印機是用來打印收費專用發(fā)票的，由于打印的速度問題，極大的影響了過車速度。通過多串口卡，采用異步通信的方式與車道控制機通信。
(2) 費額顯示器
安裝在收費亭的窗口下，以LED數(shù)組的形式向車輛行駛員顯示收費額、余額和幣種等信息。費額顯示器通過RS232接口與車道控制機連接。
4 結(jié)語
高速公路收費系統(tǒng)是整個高速公路系統(tǒng)中不可或缺的一部分。車輛通行費的征收及收費制的逐步完善，給高速公路發(fā)展注入了生機和活力，具有十分重要的意義。
參考文獻
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