設計報告一：高速公路收費系統(tǒng)的設計與實現

設計報告一：高速公路收費系統(tǒng)的設計與實現?-==>TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1系統(tǒng)分析12系統(tǒng)總體設計22.1系統(tǒng)目標2\o"CurrentDocument"2.2系統(tǒng)設計基本原則2\o"CurrentDocument"2.3系統(tǒng)結構體系設計3\o"CurrentDocument"2.4網絡傳輸方案設計3\o"CurrentDocument"2.5模塊和子系統(tǒng)設計3\o"CurrentDocument"2.6硬件配置4\o"CurrentDocument"2.7軟件配置4\o"CurrentDocument"2.8用戶界面設計43功能設計53.1數據輸入子系統(tǒng)5\o"CurrentDocument"3.2收費子系統(tǒng)5\o"CurrentDocument"3.3結算子系統(tǒng)6\o"CurrentDocument"3.4客戶杳詢子系統(tǒng)6\o"CurrentDocument"3.5電子賬戶管理子系統(tǒng)6\o"CurrentDocument"3.6充值子系統(tǒng)7\o"CurrentDocument"4數據庫設計7\o"CurrentDocument"4.1路網數據7\o"CurrentDocument"4.2用戶信息數據7\o"CurrentDocument"4.3消費記錄數據8摘要：隨著高速公路以及計算機網絡、通訊等高新技術的發(fā)展，高速公路向智能化發(fā)展，并將最終發(fā)展為智能交通系統(tǒng)。相應地，高速公路的收費技術呈現出網絡化和智能化的趨勢。文中介紹了一種融合了半自動收費方式和自動收費方式的收費系統(tǒng)的設計及實現，同時提供了與半自動收費系統(tǒng)的有效接口，是實現向不停車收費系統(tǒng)轉變的有效過渡方式。關鍵詞：高速公路；收費系統(tǒng)；ETC;C/S1系統(tǒng)分析高速公路業(yè)務的不斷增長為經濟的發(fā)展提供了一條方便、快捷的運輸通道，但是由于高速公路的收費業(yè)務量大，實時性較強，隨著在路車輛的不斷增長，傳統(tǒng)的人工收費和半自動收費已無法滿足收費公路運營與管理的要求，部分地區(qū)也因此而出現堵塞現象。在一些發(fā)達國家和地區(qū)，因收費公路出入口收費效率低下而引起嚴重的交通堵塞和車輛延誤，造成經濟損失的事件時有發(fā)生。電子不停車收費(ETC)是90年代后迅速發(fā)展的一項新的收費技術，對提高收費效率，提高收費道路通行能力等有明顯的效應。在一些發(fā)達國家和地區(qū)，ETC技術已被廣泛引入到交通收費領域。但是，目前該系統(tǒng)在我國推廣還有一定的難度：①系統(tǒng)成本高，設備投入大，遠遠高于傳統(tǒng)收費車道的投資；②由于我國的銀行信用消費制度并不完善，消費者的認同度較低，無法迅速普及；③相應的配套法規(guī)不完善，尚無法對逃費現象進行有效的懲罰。

針對以上情況，目前迫切需要一種既能符合我國現行運營機制，又能有效提高收費效率的收費系統(tǒng)的引入，該系統(tǒng)應能實現如下功能：①同時提供半自動收費和自動收費兩種計費方式；②實現對收費資料、數據的統(tǒng)一的有效管理；③實現不同道路運營商間的拆借賬業(yè)務;④具有高效的網絡傳輸速率和全天候工作能力;⑤支持客戶的有效查詢，使運營管理透明化。2系統(tǒng)總體設計2.1系統(tǒng)目標利用先進的GIS技術、計算機網絡和通訊技術，實現公路收費系統(tǒng)的聯(lián)網管理和自動化服務，有效提高現有收費系統(tǒng)的運行效率，提高道路通行能力。同時提供與現有的半自動化收費系統(tǒng)的有效接口，通過聯(lián)網管理，實現對現有收費系統(tǒng)的優(yōu)化，并使之與自動收費系統(tǒng)有效融合，實現系統(tǒng)的高效、良好運轉。2.2系統(tǒng)設計基本原則系統(tǒng)性原則。系統(tǒng)中各子系統(tǒng)及應用模型有機結合，實現子系統(tǒng)和應用模型間的有效調用和參數傳遞?？煽啃栽瓌t。系統(tǒng)數據庫數據的可靠性，能為系統(tǒng)的計費和收費提供可靠的保障；同時，系統(tǒng)還具有強大的容錯能力和處理突發(fā)事件的能力，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效運行。通用性原則。實現與原有系統(tǒng)的有效融合，保證多種收費方式的同時實現，能同時滿足不同地區(qū)、不同用戶的需求。安全性原則。采用穩(wěn)定性好、安全性能高的非接觸式ID卡技術，有效保證用戶的信息安全性。在根據實際需求的基礎上緊密結合當前技術的圖1系統(tǒng)結構體系圖⑤可擴展性原則。采用模塊化設計方法發(fā)展趨勢，實現了向上及向下的雙向兼融。在根據實際需求的基礎上緊密結合當前技術的圖1系統(tǒng)結構體系圖2.3系統(tǒng)結構體系設計系統(tǒng)采用VisualBasic6.0結合MapX5.0進行集成開發(fā)?？紤]到系統(tǒng)效率和信息安全性方面的要求，系統(tǒng)主體上采用通用的C/S(Client/Server)結構體系，由控制中心的服務器和分布在各個收費站點的客戶端組成收費系統(tǒng)的主體框架，實現協(xié)同辦公。其結構體系如圖1所示。

2.4網絡傳輸方案設計（1）性能要求分析系統(tǒng)有以下要求：①穩(wěn)定性，要滿足晝夜通行的24小時不間斷工作需求，具備全年度、全天候持續(xù)工作能力，因此應具有技術上的穩(wěn)定、可靠的保障。②高效性，道路系統(tǒng)是一個高負荷運轉的系統(tǒng)，必然要求傳輸網絡具備海量數據的傳輸能力，同時要求其高速率、低延時。③可擴展性，路網系統(tǒng)是個高速增長的產業(yè)，因此，系統(tǒng)設計應為今后的發(fā)展留出足夠的容量余額和可擴展空間。（2）網絡方案設計通訊網絡技術飛速發(fā)展，當前流行的SDH、ATM、寬帶IP技術都各有其優(yōu)缺點，道路收費系統(tǒng)通訊網屬于專用網絡，針對以上技術的特點，選用IPOverATM的集成網絡技術，利用ATM端口的高速率、大吞吐量、低延時和面向連接等特點，實現服務器和客戶機間信息的高速實時傳遞。2.5模塊和子系統(tǒng)設計根據道路收費系統(tǒng)的具體要求，結合MapX二次開發(fā)平臺的特點，采用面向對象的方式，將系統(tǒng)分成6大功能子系統(tǒng)：數據輸入子系統(tǒng)，收費子系統(tǒng)，結算子系統(tǒng)，客戶查詢子系統(tǒng)，電子賬戶管理子系統(tǒng)，充值子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)由數個模塊組成，如圖2所示。沮裾瑜史干杲笛收資干呆魏常卻干呆笛客產皆詢干呆琉電干賤戶皆曜干果乾沮裾瑜史干杲笛收資干呆魏常卻干呆笛客產皆詢干呆琉電干賤戶皆曜干果乾充值干呆筑2.6硬件配置服務器：目前主流的高端應用程序服務器、數據庫服務器和Web服務器。網絡設備：網絡交換機，網卡，網線。微機：Pentium4以上CPU，主存256MB以上，硬盤40GB。其它：磁卡讀寫外設和微波天線。2.7軟件配置操作系統(tǒng)為Windows2000AdvanceServer,Windows2000Professional。數據庫管理系統(tǒng)采用MicrosoftSQLServer2000服務器版。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境為VisualBasic6.0+MapX5.0。其它輔助軟件有MapInfoProfessional5.0,AutoCAD2002。2.8用戶界面設計在總體界面的設計上，遵循標準化和易用性原則，建立起既符合用戶操作習慣，又能使系統(tǒng)高效運轉的圖形化用戶界面。針對不同子系統(tǒng)的不同需求，分別為其設計了符合其需求的個性化界面：數據輸入、編輯界面:采用熟悉的菜單一工具條模式，同時在界面的布局上參考MapInfo的圖形操作界面，操作人員只需具備相關的工作經驗即可較快的上手，無需專門培訓。電子賬戶管理系統(tǒng)界面：根據其工作流程的特點，采用表單化的操作界面，編輯框與列表框相結合。對一些具有相對確定性的選項，如車型，采用列表框的形式，方便操作人員的操作，提高效率。系統(tǒng)的其他子系統(tǒng)基本上實現自動化操作，無需操作界面的要求，但為了便于對系統(tǒng)運行狀況的有效監(jiān)控和管理，有必要為系統(tǒng)設計一個監(jiān)控界面，實時的顯示系統(tǒng)進程和操作信息。3功能設計3.1數據輸入子系統(tǒng)提供系統(tǒng)路網空間數據、屬性數據的建庫功能，同時提供良好的編輯操作界面，方便用戶對數據的更新與維護。路網空間數據庫的建立與維護?？紤]到路網屬性數據的特點，采用綁定式的數據結構；提供對MapInfo格式數據的直接讀取接口、其它常用空間數據格式的導入接口；提供可視化的空間數據編輯操作界面。用戶屬性數據庫的建立與維護。通過電子賬戶管理子系統(tǒng)的圖形操作界面，實現對用戶電子賬戶信息的采集、錄入和建庫工作。3.2收費子系統(tǒng)該子系統(tǒng)是收費系統(tǒng)的主體部分，它由入口收費車道、出口收費車道、收費控制中心三大的功能模塊組成，這三個模塊協(xié)同工作，共同完成對通行車輛的自動收費與半自動收費功能。入口收費車道。這是個相對獨立的模塊，它由計算機系統(tǒng)、微波天線、磁卡讀寫裝置和自動控制欄桿組成。對已開設電子賬戶的用戶，當車輛經過車道時，微波天線自動掃描安裝在擋風玻璃前的電子標簽，經信息核對后，向電子標簽中寫入入口站點信息，并向自動控制欄桿發(fā)送指令，核準通行；對未開設賬戶用戶，當經過收費車道時，收費人員根據車型發(fā)放寫有入口站點信息的通行卡，核準通行。出口收費車道。讀取通行車輛電子標簽的基本信息和入口站點信息，將其ID和兩個站點信息傳給收費控制中心，并根據控制中心的反饋信息來確定收費操作狀況，確認核準通行或其它操作，完成本收費流程。對非電子賬戶用戶，讀取通行磁卡信息，并將信息反饋給收費控制中心，等待收費控制中心的計費信息，進行相應收費操作后，核準通行。同時，該系統(tǒng)還將為每位收費人員開設專用賬號，用于對工作人員收費狀況的管理與存檔，并將存檔資料定期的上傳給控制中心入庫存檔，便于結算。收費控制中心。接收收費站點發(fā)送過來的信息，并對信息做出實時的響應，進行相應的信息驗證、計費、扣款和發(fā)送確認信息或收費信息等操作。系統(tǒng)接收到信息后，先對其進行驗證，在確認無誤后，由GIS空間數據分析系統(tǒng)迅速做出響應，計算相關的費用，并在該用戶賬戶中進行相應的扣款操作，同時發(fā)送確認信息給相應收費站，核準通行。此外，系統(tǒng)還自動生成消費記錄條目，加入到消費記錄數據庫中，供結算和查詢之用。對非電子賬戶用戶，系統(tǒng)將反饋計費信息，并將相應記錄存入數據庫，供結算之用。3.3結算子系統(tǒng)可實現對系統(tǒng)數據庫的直接操作，并提供和專業(yè)銀行的聯(lián)系，實現對用戶賬戶和路網運營商的賬戶管理和結算業(yè)務。路網運營商。對系統(tǒng)數據庫實現定期的統(tǒng)計、匯總，根據特定的分賬原則進行分賬，然后通過跟銀行間的聯(lián)系，實現資金的分流和賬目的結算業(yè)務。通過資金的統(tǒng)一管理與分流，有效地解決了不同運營商間的拆借賬問題，大大提高了運營管理的電子化程度，簡化了手續(xù)，提高了效率。用戶。實現對用戶賬戶余額的有效管理，通過與專業(yè)銀行的實時通訊，保證充值金額的實時到位于數據庫的實時更新，保證用戶的通行。收費站。采用賬戶式管理，為不同工作人員開設專用賬號，實現對收費站現金流的有效管理，采用責任到人的方式，確?，F金流的準確性和安全性。3.4客戶查詢子系統(tǒng)這是一個面向客戶和路網運營商的服務系統(tǒng)。通過系統(tǒng)提供的強大的查詢功能，客戶可實現對自己具體的通行和消費信息的自由查詢，而路網運營商也可利用系統(tǒng)提供的專用查詢系統(tǒng)實現對各自路網及運營狀況的監(jiān)控管理。查詢系統(tǒng)采用賬戶式的管理方式，系統(tǒng)為客戶和路網運營商分別開設專用的賬戶，同時對用戶賬戶采取良好的加密措施，保證用戶的信息安全。用戶只需通過系統(tǒng)的專用Web服務器登陸各自的賬戶，即可實現對相關信息的查詢。3.5電子賬戶管理子系統(tǒng)負責電子賬戶的設立、變更和注銷操作，并辦理電子標簽的發(fā)放與安裝業(yè)務。3.6充值子系統(tǒng)通過分布在各專業(yè)銀行的收費網點，受理客戶的對預付款賬戶的充值業(yè)務，并將充值

信息通過結算子系統(tǒng)，實時地反饋給數據庫，更新用戶賬戶余額，同時將資金劃入系統(tǒng)賬戶。4數據庫設計按類型劃分，本系統(tǒng)數據庫主要包括路網數據、用戶信息數據、消費記錄數據。4.1路網數據路網數據包括空間數據和屬性數據兩部分，空間數據描述了路網的空間分布狀況及其空間特性，同時也包含了各收費站點的空間信息。它是提取路網空間信息的基礎，主要應用于基于距離量算的計費功能。屬性數據則主要用以表示一些路網的附加特征，根據系統(tǒng)的實際需要，主要由如下字段構成：端點1、端點2屬性數據則主要用以表示一些路網的附加特征，根據系統(tǒng)的實際需要，主要由如下字段構成：端點1、端點2（均為唯一代號）、道路等級（可換算成單位計費標準）、運營商代號。本著便于存儲和提高效率的原則，對數據表作如表1設置。字段名稱字段類型字段長度端點1字符型12端點2字符型12道路等級字符型10運營商代號字符型10表1路網屬性數據庫結構字段名稱字段類型字段長度小數位用戶ID字符型12車型字符型字段名稱字段類型字段長度小數位用戶ID字符型12車型字符型4消費額浮點型122賬戶余額浮點型122表2用戶信息數據庫結構存儲用戶的基本信息，是純屬性數據表。此部分數據利用率高，且要求較高的相應速率，因此，數據結構的設計本著從簡原則，在滿足基本需求的情況下，盡量簡化其結構的復雜度。它包含以下字段：用戶ID、車型、消費額、賬戶余額，用以對賬號資料的管理和業(yè)務受理，各字段的設置如表2所示。4.3消費記錄數據為滿足實際應用需求，將消費記錄分為兩部分：自動收費數據記錄和半自動收費數據記錄。通過對該記錄數據的統(tǒng)計、查詢、分類，可表3自動收費數據記錄結構實現用戶消費狀況查詢、運營狀況查詢和字段名稱字段類型字段長小數位賬目資金的結算業(yè)務等。自動收費數據記錄應包