高速公路收费系统设计方案.doc
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目录
1、概述 5
2.方案设计原则和目标 6
2.1符合国情 6
2.2技术先进 6
2.3工作可靠 6
2.4车道指标 7
3.收费系统的组织和管理 7
4.收费制式 7
4.1封闭式收费 8
4.2开放式收费 8
5.收费方式 8
5.1封闭路段收费方式 8
5.2开放路段收费方式 9
6.通行卡 9
6.1纸质卡 10
6.2磁条卡 10
6.3IC卡 10
6.4非接触式IC卡的主要特点 10
7.收费车道配置 12
8.收费系统的组成 13
8.1收费车道设备 13
8.1.1入口车道设备 13
8.1.2出口车道设备 15
8.2收费站设备 15
8.2.1功能 15
8.2.2设备配置 16
8.3收费分中心设备 16
8.3.1功能 16
8.3.2设备配置 16
8.4收费中心 17
8.4.1收费中心功能 17
8.4.2设备配置 17
9.计算机网络 17
9.1收费站计算机局域网 17
9.2收费分中心和收费中心计算机局域网 18
9.3广域网 18
9.4数据传输信道 18
9.4.1专用信道 18
9.4.2公用通信 18
10.图像处理 19
10.1全视频方案 19
10.2全数字化方案 19
10.3混合方案 20
11.计算机系统软件设计 20
11.1对软件设计的要求 20
11.2收费站计算机软件配置 21
11.2.1系统软件配置 21
11.2.2应用软件功能划分 21
11.3收费分中心和收费中心计算机软件配置 22
11.3.1系统软件配置 22
11.3.2应用软件功能划分 22
12.收费处理过程 23
12.1入口车道收费处理过程 23
12.2出口车道收费处理过程 24
13.系统接地 24
14.系统供电 25
15.站区的管道和线缆 25
16.结算中心设计 26
16.1结算中心概述 26
16.2设立结算中心的目的 27
16.2.1 节省投资 27
16.2.2 保证高速公路的畅通，避免交通堵塞 27
16.2.3 提高现代化管理水平 27
16.3.结算中心的设计目标 27
16.4.结算中心必须具备的条件 28
16.5.结算中心方案设计 28
16.5.1 结算中心的功能 28
16.5.2 结算中心的设备组成 29
16.5.3 结算中心计算机网络 30
16.5.4 数据传输 30
16.5.5 结算中心软件配置 30
16.6.结算中心的运行 31
1、概述
高速公路的建设在世界各国都受到高度重视，因为它在一定程度上代表着这个国家的经济实力及其在国际市场中竞争力的大小。
高速公路在一个国家的公路网中所占的比例虽然不大，但都是联接主要城市和重要港口、枢纽，成为运输繁忙的走廊，承担者大量的客货运量。
例如，美国高速公路只占公路总里程的1.2%，却承担者美国公路运输量的21%。
其他西方国家大致也是如此。
高速公路能发挥如此重要的作用，获得很好的社会和经济效益，与他们非常重视提高高速公路的管理水平，采用先进的高速公路管理系统是分不开的。
例如，在美国从1965年—1993年期间，公路总里程只增长3%，而运输量却增加了一倍，他们采用高科技改造公路网的技术状况和完善交通管理系统，大幅度地提高现有公路网的通过能力。
我国政府非常重视高速公路的建设，据计划，到2010年我国高速公路总里程将达到30000公里，这一数字仅次于美国。
我国政府将投巨资用于公路建设，所以上述计划将提前完成。
我国的汽车拥有量目前约为1500万辆，据预测2000年我国汽车拥有量将达到2000万辆，到2010年可达到5000万辆。
也就是说，12年以后，我国在公路总里程和汽车拥有量方面将挤身于世界前列。
为了提高高速公路的交通流量，增加高速公路的经济效益和社会效益我们必须高度重视高速公路的管理，否则就有可能出现在资本主义国家曾经出现过的问题，即随着交通量的不断增加，有些公路交通阻塞严重，拥挤现象日益增多，事故频繁，车速下降，经济效益减少。
这里不涉及高速公路管理的其他问题，只讨论收费系统，在广泛吸收国内外同类系统的先进经验的基础上，并结合我国的国情提出一个完整的方案。
2.方案设计原则和目标
2.1符合国情
2.1.1我国目前的高速公路收费只能以现金交易为主，但以磁卡和IC卡为主要形式的电子货币将得到迅速发展。
2.1.2车流量目前较小，但增长迅速。
2.1.3经济合理，节省投资。
2.2技术先进
采用同类系统目前国际上的先进技术，开放式的系统结构便于升级工作。
2.3工作可靠
把可靠性放在首要位置，且操作简单，维修方便。
2.4车道指标
系统运行不应造成不必要的交通延误，车道服务应满足下列指标：
入口平均服务时间：
6秒/车
出口平均服务时间：
14秒/车
平均等待车辆：
1辆/车道
2.5数据记录完整、准确，收费数据全部登记入帐。
统计报表及时、准确，满足系统管理要求。
2.6系统出现故障时具有后备功能以保证数据不丢失。
2.7系统有完备的监督功能，最大限度的堵塞收费流失。
3.收费系统的组织和管理
高速公路收费系统的组织和管理，根据行政区域和集资方式以及路段的里程而采用不同的形式。
一般来说，沿途重要城镇设匝道收费站。
50公里左右或3—5个收费站设一个分中心，全路段设一个收费中心。
4.收费制式
收费制式分以下两种：
封闭式和开放式，不同的要求可采用不同的收费制式。
4.1封闭式收费
这种收费制式适合于全立交、全封闭里程较长的高等级公路收费，采用入口发通行卡，出口读通行卡按车型及行驶里程（或吨.公里/车）收费。
4.2开放式收费
这种收费制式适合于短程高等级公路、普通公路以及桥梁、隧道等的收费。
不考虑行驶里程仅按车型收费。
5.收费方式
5.1封闭路段收费方式
目前可以采用的四种收费方式:
（1）人工收费方式
（2）半自动收费方式
（3）停车全自动收费方式
（4）不停车全自动收费方式
这四种收费方式的车辆通过效率如下表：
收费方式
人工方式
半自动方式
停车全自动方式
不停车全自动方式
车辆通过效率
1
1
4
10
我国目前的路桥收费只能以现金收款为主，所以只能采用半自动收费方式，在条件成熟的地方也可以专设全自动收费车道。
这里重点讨论半自动收费方式。
即采用入口发通行卡，出口读通行卡并自动计算收费金额，人工收费，车辆检测器校核，计算机管理，闭路电视监视的人机结合的半自动收费方式。
◆ 入口车道和出口车道设置收费亭，有收费员进行收费操作。
◆ 入口车辆人工分型，将信息输入车道控制机，写卡机写通行卡，人工发通行券，车辆离开车道时车辆检测器计数。
◆ 出口车道回收通行卡并由读卡机阅读，车道控制机自动计算金额并显示人工收费，车辆离开车道时，车辆检测器计数。
◆ 入口和出口车道数据实时传送到收费站计算机，出口车道摄像机监视收费全过程。
◆ 通行卡记录如下信息：
入口收费站代号；入口车道代号；入口收费员代号；车型；收费类型；入口车辆顺序号；入口日期、时间等。
5.2开放路段收费方式
采用半自动收费方式，不使用通行卡，没有发卡和读卡过程。
收费金额仅与车型有关。
6.通行卡
通行卡是车辆在高速公路通行的凭证，也是收取车辆通行费的依据。
所以通行券的选用对于高速公路收费系统是至关重要的。
半自动收费系统现在常用有三种通行卡：
纸质卡；磁条卡；IC卡（也称电子卡或集成电路卡）。
6.1纸质卡
国内有几条高速公路的收费系统采用纸质卡，卡上印有入口站名、车型等信息，在出口用键盘输入。
使用纸制卡，不用读写卡器，工程造价低。
其主要问题是纸质卡不能实时录入信息，整个收费过程人工介入太多容易作弊，收费流失较大，收费管理难度较大。
6.2磁条卡
磁条卡在国外应用的时间较长，技术比较成熟，目前国内已建成的收费系统多数都采用磁条卡。
其主要缺点是工程造价较高，磁条卡的读写机比较复杂，维护比较困难，磁条卡在司机携带的过程中容易弄脏，影响阅读的成功率。
6.3IC卡
IC卡是近期由于电子工业尤其是集成电路技术的迅速进步而发展起来的，它在许多领域得到广泛的应用。
其主要优点是：
可以非接触式读写，记录信息量大，卡可以长期重复使用，操作方便、安全、可靠。
主要问题是：
IC卡价格较贵，通行卡一次性投资较大，而且卡片容易流失，因而必须加强管理。
6.4非接触式IC卡的主要特点
以上对三种卡作了简单介绍，本方案设计首选推荐使用IC卡。
非接触式IC卡的主要特点是：
（1）可以远距离读写操作。
可以根据实际需要选择操作距离。
（2）读写操作时间短。
由于读写过程不象磁卡条读写那样有机械传动过程，读写操作只须0.1秒。
（3）可以长期重复使用。
使用无源卡，数据存储在EEPROM上，数据可以保存10年以上，每张卡的重复使用可达10万次以上。
（4）读写可靠性和安全性高。
非接触式系统采用无线电波传送信号，避免了磁卡条怕水、怕灰尘、怕污物、怕折叠等缺点，读写成功率高，提高了系统的可靠性，降低了对系统的维护要求，采用加密措施，几乎不可能破译，数据安全性好。
（5）可以一卡多用。
IC卡采用标准的信用卡尺寸，我国的金卡工程总体方案中明确了我国金融交易卡“从防伪及技术发展考虑，以IC卡为主导”的指导思想。
所以可以在高速公路收费中直接用信用卡进行交易。
采用IC卡的好处是显而易见的，特别是随着我国金融体制改革的深化以及公路运输量的迅速增加，全自动收费不会是很遥远的事情。
采用IC卡就很容易升级到全自动收费。
7.收费车道配置
车道数的配置与出入口的交通流量、收费系统操作速度以及收费员的素质有关。
上面提到出入口的平均服务时间是指熟练操作人员快节奏工作完成的情况。
这里根据下列几种情况列出三个表：
A.高峰期单位时间交通量：
300辆/小时，500辆/小时，1000辆/小时，1500辆/小时，2000辆/小时。
B.收费口平均服务时间：
入口：
6秒，8秒，10秒。
出口：
14秒，18秒，20秒。
C.车辆最大等待时间：
60秒。
交通流量
300
500
1000
1500
2000
入口车道数
0.55/1
0.43/1
1.85/2
2.77/3
3.7/4
出口车道数
1.52/2
2.54/3
5.07/5
7.6/8
10.14/11
平均服务时间（秒/辆）：
入口：
6秒，出口：
14秒。
交通流量
300
500
1000
1500
2000
入口车道数
0.77/1
1.28/2
2.56/3
3.84/4
5.12/6
出口车道数
2.14/3
3.57/4
7.14/8
10.71/11
14.25/15
平均服务时间（秒/辆）：
入口：
8秒，出口：
18秒。
交通流量
300
500
1000
1500
2000
入口车道数
1/1
1.67/2
3.34/4
5/5
6.66/7
出口车道数
2.5/3
4.16/5
8.33/9
12.5/13
16.7/17
平均服务时间（秒/辆）：
入口：
10秒，出口：
20秒。
说明：
（1）交通流量主要考虑高峰期。
（2）车道数斜线上面是计算值，下面是实际取值。
（3）各收费站的车道数应根据交通量预测，在工程设计时确定。
（4）在交通流量较小的收费站可能实际需要1进/1出，但要考虑设备
维护以及维修期间的正常通行和收费，所以尽可能配置备用车道。
8.收费系统的组成
高速公路收费系统由收费车道设备（入口和出口）、收费站设备、收费分中心设备和收费中心设备组成（对于较短的路段可以不设收费分中心）。
这四级设备都以计算机为核心。
收费站计算机和所属各车道的车道控制机组成局域网，收费分中心和收费中心的计算机分别组成各自的局域网。
这些局域网实现互连成广域网，所以整个收费系统也是一个计算机网络系统。
8.1收费车道设备
包括入口车道和出口车道。
8.1.1入口车道设备
（1）入口车道设备功能
－收费员身份识别；
－入口交通量检测；
－按规定流程发放通行卡；
－原始数据的采集、分类、统计、存储；
－实时传送信息到收费站计算机；
－异常收费处理情况报警。
（2）设备配置
① 车道控制机
它是车道设备的核心，控制所有的车道设备，并和站计算机组成局网，
车道控制机由一个功能很强的工业控制机和各种接口电路组成。
② 收费员终端
它包括显示器和专用键盘。
③ IC卡读写机
能对IC卡进行读和写。
④ 自动栏杆
受车道控制机控制而自动起落。
⑤ 车辆检测器
车辆驶离车道时控制栏杆落下并对通行车辆计数。
⑥ 声光报警器
非正常收费情况报警。
⑦ 内部对讲分机
⑧ 顶棚灯
8.1.2出口车道设备
（1）出口车道设备功能
① 收费员身份识别；
② 出口交通量检测；
③ 按规定流程读卡收费；
④ 原始数据的采集、分类、统计、存储
⑤ 对收费全过程摄像监视；
⑥ 实时传送信息到站计算机；
⑦ 异常收费处理报警。
（2）设备配置
① 包括入口车道的全部设备；
② 金额显示器
面对司机，显示车型和收费金额；
③ 增加一套车辆检测器，用于车牌信息的图像采集；
④ 票据打印机：
⑤ 车道摄像机二台，用于监视收费全过程并分别对车辆外型和车牌摄像。
8.2收费站设备
8.2.1功能
（1）汇总、分类、统计、存储入出口车道的收费和交通量数据；
（2）显示并打印报表；
（3）监视出口车道的收费过程，生成含有车辆外形，可辨认的车牌和收费数据的综合图像并记录；
（4）与收费分中心通信；
（5）提供车道设备工作电源；
（6）可与车道收费员对讲通话，对收费进行指挥；
8.2.2设备配置
收费站设备包括：
网络服务器；收费管理计算机；财务管理计算机；图像处理计算机；远程通信路由器；集线器；监视器；UPS；图像记录设备；综合控制台；内部对讲主机等。
8.3收费分中心设备
8.3.1功能
（1）汇总、分类、统计、存储各收费站的收费和交通量数据；
（2）显示并打印报表；
（3）与收费中心和收费站通信；
（4）非现金支付卡和各类身份卡的发放和管理。
8.3.2设备配置
收费分中心主要设备有收费分中心计算机、网络服务器、远程通信路器、调制解调器、打印机、UPS以及用于各类身份卡（收费员、维修人员、值班员、站长等）和非现金支付卡（记帐卡、预付款卡）的制作和管理的IC卡编码机。
8.4收费中心
8.4.1收费中心功能
（1）接收各分中心的收费和交通量数据并进行汇总、分类、统计和存储。
（2）统一发布系统时钟、收费率、黑名单。
（3）显示和打印报表。
（4）非现金支付卡的制作和管理。
8.4.2设备配置
收费中心主要设备有收费中心计算机、网络服务器、远程通信路由器、调制解调器、UPS、打印机、IC卡编码机等。
9.计算机网络
9.1收费站计算机局域网
入口和出口车道控制机、网络服务器、收费管理和财务管理计算机、图像处理计算机、远程通信路由器等组成收费站局域网。
9.2收费分中心和收费中心计算机局域网
收费管理和财务管理计算机、网络服务器、远程通信路由器、IC卡编码机等组成收费中心（分中心）计算机局域网。
9.3广域网
收费中心、收费分中心、收费站局域网、由路由器实现远程互连组成计算机广域网。
9.4数据传输信道
广域网的数据传输信道。
9.4.1专用信道
有的高速公路有自己的专用通信系统，可利用其数据通道传输数据，可以实现点对点的专用信道传输，专用通信系统一般都采用数据光纤传输系统，并由同步数字系列（SDH）数字线路设备、数字同步复接设备以及各种辅助设备组成同步复接光纤数字通信系统，传输速率155.52Mbps。
通信容量较大，可以有较宽的传输频带。
9.4.2公用通信
利用我国业已存在的两个公用通信网：
公用电话交换网和公用分组交换数据网。
一般高速公路收费系统数据的传输距离都较短，可以直接利用公用电话交换网，传输速率几+kbps，可以传输数据和静态图像，也可以传输低帧率的动态图像。
10.图像处理
10.1全视频方案
现在已使用的收费系统大多在出口车道都安装有摄像机以监视收费全程，这对加强收费工作的管理防止收费的流失起到积极作用。
但目前使用的路电视监视系统存在一些缺陷：
（1）由于摄像机的分辨率比较低，只能看见车的外形，分辨不清车牌。
（2）录象机重放图像质量差。
（3）没有办法检索，不便于对图像的事后审查。
（4）不便于远程传输。
10.2全数字化方案
在车道对图像数字化后，经局域网传到收费站机房，进行实时处理显示和记录。
此方案的优点是：
不用视频电缆，简化了机房到车道的电缆敷设；直接用数字显示，避免视频显示，由于隔行扫描损失大约1/3的信息因而提高了清晰度；数字图像记录，检索非常方便，便于事后审查。
其缺点是：
技术比较复杂，工程造价高；图像不能连续记录，否则数据库容量将非常庞大。
10.3混合方案
实时图像监视仍然用视频信号，图像记录用数字信号。
这样可以节省投资。
为了节省投资又保证系统性能本方案首选混合方案。
图像记录采用数字合成方法，即车辆的外形、车牌、收费参数合成为一幅图像。
收费参数包括：
入口站址、收费员、车型、收费类型（正常收费或免费等）、日期、时间等。
加上车的外形和车牌，这样一幅图像就包括该车收费的全部信息。
可以用多种方式，例按时间段、收费员、班次、非正常收费等方式实现当地和远程检索。
11.计算机系统软件设计
11.1对软件设计的要求
（1）模块化设计。
（2）所有软件均用高级语言编制。
（3）菜单选择操作方式。
（4）系统适应性和扩展性强，方便扩展车道和工作站。
（5）分级保密，不同级别管理人员使用不同口令进入不同系统，以确保系统
的安全。
11.2收费站计算机软件配置
11.2.1系统软件配置
（1）操作系统
① 网络服务器：
windowsNT3.51（中文版）
② 工作站
－windowsforworkgroup3.11
－中文之星2.0
（2）数据库管理系统
① microsoftSQLserrer6.0－安装在服务器上作为数据库管理。
② VisaulForpro3.0－安装在工作台上作为客户界面开发工具。
11.2.2应用软件功能划分
将收费站计算机系统应用软件分成五个大的模块。
（1）通信模块：
完成收费站和车道控制机以及收费分中心之间的数据通信。
（2）系统监控模块：
完成各车道收费过程和设备运行状态的实时监控管理。
（3）收费管理模块：
完成收费数据的统计、查询、参数设置和报表打印机等。
（4）财务管理模块：
完成每日收费款的财务统计和报表。
（5）图像处理模块：
完成图像处理、合成、记录和检索。
11.3收费分中心和收费中心计算机软件配置
11.3.1系统软件配置
（1）操作系统
WindowsNT3.51（中文版）
（2）数据库管理系统
VisualForpro3.1
11.3.2应用软件功能划分
将收费分中心（中心）计算机系统应用软件分成八个大模块。
（1）安全管理模块：
负责有关人员的登录、值班员口令修改、退出登录和退出
系统工作。
（2）编码管理模块：
负责本分中心有关人员身份卡和非现金交易卡的发放和管
理。
（3）报表管理模块：
打印各种报表。
（4）系统管理模块：
负责浏览本分中心下属各站的各种参数并下达有关指令。
（5）数据备份模块：
负责将硬盘上的数据备份到光盘上或反之。
（6）随机帮助模块：
提供本系统软件的帮助信息。
（7）通信模块：
负责建立上、下级之间的通信。
（8）统一时钟模块：
负责统一收费分中心和收费站间的时钟。
12.收费处理过程
12.1入口车道收费处理过程
（1）正常处理
◆ 车辆驶入车道，停在收费亭侧，收费员按下相应车型键和“确认”键，取一张卡在读写机感应区晃一下，确认写上数据后，交给司机，自动栏杆抬起。
◆ 车辆驶出车道，通过车辆检测器环形线圈，车辆检测器计数并将信号传送车道控制机，自动栏杆落下。
（2）特殊处理
◆ 免费车（含军车）：
车辆驶入车道，司机出示由公路主管部门发的免费证（军车看车牌），收费员在输入车型后再按“免费”键，其余过程同正常处理。
◆ 紧急车：
救护车、消防车、工程抢险车等紧急车辆驶入车道时，收费员按“紧急”键，收费站控制台发出报警，经值班员确认后允许通过。
◆ 违章车：
收费员未完成收费操作而车辆驶离车道到达环形线圈感应区，被判为违章，收费员按“违章”键，车道和站机房发出报警，按违章处理。
12.2出口车道收费处理过程
（1）正常处理
◆ 车辆驶入车道,收费员输入车型,司机把通行卡交给收费员并读卡。
◆ 车道控制机计算收费金额并显示,司机付款,收费员发收据,按”确认”键,自动栏杆抬起,允许车辆通过。
◆ 车辆驶离车道,车辆检测器计数并将信息传送车道控制机,自动控制栏杆落下。
（2）特殊处理
◆ 免费车:
读卡后,收费员核对免费证,如一致按“确认”键车辆放行.如不一致,按违章处理。
◆ 紧急车:
收费员按“紧急”键,收费站控制台发出报警,经值班员允许后,收费员按“确认”键,消除报警,放行。
◆ 违章车:
收费员按“违章”键,车道和站控制台同时发出报警,按违章车辆处理.
收费数据（车型、入口站址、收费金额、处理类型等）与图像信号合成并在站控制台显示,以监视收费的全过程。
13.系统接地
系统必须有良好的接地才能保证可靠的运行。
一般情况下,接地装置设在收费站机房并由机房引到各车道。
工作接地:
≤4Ω
安全接地:
≤10Ω
防雷接地:
≤10Ω
如果采用统一接地:
≤1Ω
14.系统供电
收费站（分中心,中心）机房和各车道,由机房统一供电,各车道收费员不允许开关电源,要求每车道各自一路供电。
15.站区的管道和线缆
15.1收费机房到车道的线缆包括:
供电电缆、网络电缆、视频电缆、语音电缆。
15.2机房到车道的电缆敷设可以采用直埋方式、管道方式、架空方式。
本方案首选PVC管道方式。
15.3各车道之间的线缆敷设可以采用三种方式:
在车道之间建立人行通道,在通道壁上敷设;在收费亭下面设人井,人井之间用铸铁管（6根）敷设;在收费亭两端各设一个手孔,车道的手孔之间各埋3根钢管敷设。
具体用那种方式由土建设计确定。
16.结算中心设计
16.1结算中心概述
根据国家的长远发展计划，我国到2010年的公路总里程将达到150万公里，其中高速公路达到30000公里，占2%。
另据预测到2010年我国汽车的拥有量最高达到5000万辆。
据美国统计，高速公路单位里程的运输效率是普通公路的20倍。
照此推算到2010年我国的高速公路将承担35%的客货运量。
当然这并不是有35%的汽车都在高
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