高速公路收费系统课程设计.docx
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高速公路收费系统课程设计.docx
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高速公路收费系统课程设计
前言
高速公路作为现代化的公路基础设施,其生产和发展是国民经济发展的必然结果。
高速公路具有“高速、高效、安全、舒适”的优点,但也需要花费大量的资金修建和维护,因此必然就会出现收费高速公路。
当前我国高速公路发展速度很快,收费公路的出现,必然会带来收费系统的飞速发展。
目前高速公路自动化收费给系统,尤其是电子收费系统发展更是不可同日而语。
计算机技术的广泛应用正在使收费系统能够由传统人工方式向自动化、电子收费方向发展转变,它解决了很多传统收费存在的问题,如大大减少了通行费的流失,能够快速、准确、全面的查询和统计各种收费数据,降低或省去了收费员的繁重劳动,方便了用户,提高高速公路运营效率。
第一篇设计说明
一、工程概况
建设某封闭式双向十车道收费站,在此收费站不仅有人工收费车道,还设有ETC收费车道,计重收费车道及自动发卡收费车道。
二、设计内容、原则、目标
2.1设计内容
在此封闭式双向十车道收费系统中,双向各设计两条人工收费车道、一条计重收费车道、一条ETC电子收费车道和一条自动发卡收费车道。
并给出工程概况,提出设计原则、目标、依据,总体设计方案,收费系统设计方案收费系统设备技术要求。
在收费系统方案设计中,必须包括管理机构层次,收费站站点分布,业务流程,网络拓扑,设备布设,设备连接,软件功能及流程的设计。
2.2设计原则
收费系统设计一般应遵循以下原则:
●对收费路段通过的车辆(除军车、特种车外)进行可靠的监测,合理规范地运行操作,最大限度避免逃、漏通行费的现象发生。
●收费系统所有收费记录必须全部入账,所有记录完整、正确,最大限度地堵塞来自收费过程及后期管理的财务漏洞。
●车道控制系统应精确、可靠,保证各级收费业务的正常执行。
●收费系统应具备较高的服务水平,体现出收费处理的实用、易操作等特点,尽量减少由于收费系统的分人所产生的交通延误。
●收费系统应能向交通监控系统提供必要的交通数据,为道路交通管理提供帮助。
●考虑系统未来的扩展,在减少设备成本投入的同时,应充分留有余地,以便系统升级、兼容及功能的扩充。
●系统具有高可靠性及防止人为(有意无意)和自然事故损害系统的能力。
系统在运行时有完备的自愈功能,对非法操作进行监测及记录。
系统具有故障处理诊断和后备功能。
●所有收费记录实现计算机化,统计报表准确、及时,有助于实现办公自动化。
●系统设计要遵循一定的技术标准,电子元器件的要求,以及业主提出的要求。
2.3设计目标
所建的收费站,半自动收费与全自动收费相配合,提高收费的效率和减少费额的流失根据,逐步发展普及全自动收费。
设计的目标如下:
●根据车型和行驶里程进行收费,尽量做到收费公平合理。
●最大限度的杜绝少收、漏收和营私舞弊行为,保证高速公路营运取得最大的经济效益和社会效益。
●减少出入口的收费手续,提高收费的工作效益率,尽量降低由于收费过程引起的交通延误,提高高速公路的通行能力。
●与交通监测系统配合,提供交通流量数据,帮助实现线路堵塞情况下匝道控制与调节。
●对收费金额、票据、车型等信息统计完整、准确,并能帮助进行财务分析和预测,实现智能化的财务管理。
●能保证与监控系统、通信系统的一致性,实现高速公路的现代化营运管理。
●为智能运输系统的实现留有一定接口。
三、设计依据
1、《电气装置安装工程规范》GBJ232
2、《公路收费车道图像抓拍与数字化规程》JT/T605-2004
3、《公路收费制式》GB/T18277-2000
4、《公路工程技术标准》JTGB01-2003
5、《高速公路联网收费暂行技术要求》交公路发【2000】463号
6、《公路收费非接触IC卡收发卡机》JT/T603-2004
7、《公路收费车道控制机》JT/J602-2004
8、《陕西省公路计重收费技术要求》(暂行)2006.4
四、总体设计
在此次设计中,我们不仅设有人工收费车道,还有ETC车道,计重收费车道和自动发卡收费车道。
针对不同的车辆采取不同的收费方式。
4.1.收费方式
在我国高速公路收费方式主要分为三种,人工收费,半自动收费,电子不停车收费。
●人工收费
所谓人工收费,就是指不需要使用电子和机械设备,收费过程由人工完成,即人工判车,人工套用收费标准,人工收钱、找零、给发票。
这种方式需要较多的收费人员与单调繁琐的程序,采用人监督人的方式。
此种收费方式中,由于整个过程为人工处理,收费员的工作量相当大,而且增加了车辆在收费车道的延误,降低了运行效率。
●半自动收费
半自动收费是收费过程由电子机械设备和人共同完成的收费方式,他通过使用电子计算机、电子收费设备、交通控制和显示设施代替人工收费的一部分工作。
它包括计算机管理通行券(条形码)收费、磁卡(IC卡)收费、投币式收费、动态称重收费、红外线收费等收费方式。
半自动收费方式的出现,大大减少了收费员的工作量,使收费道路的收费管理系统化和科学化,通行费流失大大减少,漏洞得到了一定程度的改善,而且也在很大程度上提高了高速公路的运营速率。
但投资不较大,造价比较高。
●全自动收费
它又叫做不停车电子收费。
它利用电子通信和计算机技术实现收费功能,在整个过程中操作者不直接介入收费环节,只需对设备进行管理监督以及处理特别事件。
每辆车都有其唯一的标识卡,安装在汽车前挡风玻璃上。
车型判别是在车辆静态下预先审定并与汽车牌照号一一对应地记入其标识卡,这种标识卡内的数据可以被数米远以外的微波设备读取,也可以被修改。
在收费的全过程都是由电子通信和计算机进行处理,不必人工介入,也不用停车交款,其费用是用户提前预缴赋值在卡上,或存在银行的专门账户内。
由于无需人工参与和无现金交易,可完全避免收费过程中的舞弊和贪污现象,同时也解决了交通堵塞而引起的能源消耗和环境污染。
在此次设计中,我们采用人工半自动收费方式和全自动收费方式。
4.2收费制式
高速公路收费制式,一般采用以下几种:
全线均等收费制(简称均一制)、按路段收费制(简称开放式)、按实际行驶里程收费制(简称封闭式)、开放式与封闭式结合的混合式收费制式。
各种收费制式的特点比较见表1。
表1收费制式比较分析表
收费
制式
特点
描述
收费合
理性
建设
投资
运营
费用
停车
次数
兼顾交
通管理
交通情报采集
使用
道路
均一式
匝道入口收费统一收费标准,不计行驶里程
很不合理
低
低
一次
入口
管理
仅入口
情报
路程短
开放式
主线收费,多次收费,不严格按里程收费
不合理有漏费
低
低
一次多次
不利
管理
仅主线
情报
路程短,立交少
封闭
式
匝道收费,入口发卡,出口车型里程收费
最合理,
无漏收
高
高
两次
出入口管理
入出口和路段情报
路程多,立交多
收费制式的选择,主要根据道路的特点,要对收费的合理性、工程建设费用、管理费用、对其他沿线设施的影响、对停车次数的影响、对服务水平的影响等多方面进行综合分析。
此次设计的是封闭式收费系统,它的主要特点在上述表一中已经先介绍过,不再赘述。
4.3电子标签、通行费收据
●电子标签的工作原理及功能
电子标签又称射频识别,是一种安装在车辆上的在车辆上一次性粘贴一张电子标签,并在数据库中将电子标签号和车牌号绑定,同时为该标签在银行开立一个信用卡账户或储蓄卡账户。
当该车驶入不停车收费车道时,车道读头从电子标签中读取车辆的识别信息,按照收费要求控制车道控制器将车辆放行,同时将该车的识别信息和车道信息(如收费站名称或编号、车道、通过时间等)上传到管理中心;途中车辆经过标识站时,标识站读取电子标签信息并将车辆的通行信息上传至管理中心。
当车辆行驶至不停车收费出口车道时,则通过标签信息获得车辆经驶的入口和标识站,形成车辆行驶的精确路径并收费放行,完成一次不停车收费。
电子标签具有身份能证明、通行劵或兼用替代现金付账等功能其体积小、质量轻、如同一张一张标签贴在汽车前挡风玻璃上,多用于开放式或封闭式不停车收费。
当用户在设有不停车收费系统的公路上行驶时,可不停车通过收费站,收费系统设备自动完成通行费征收,极大地提高了收费站的通行能力,减少了污染,节约了能源,避免了收费贪污等问题。
●电子标签的分类
电子标签分为被动,半被动(也称作半主动),主动三类。
被动式
被动式标签没有内部供电电源。
其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动,这些电磁波是由RFID读取器发出的。
当标签接收到足够强度的讯号时,可以向读取器发出数据。
这些数据不仅包括ID号(全球唯一标示ID),还可以包括预先存在于标签内EEPROM中的数据。
由于被动式标签具有价格低廉,体积小巧,无需电源的优点。
目前市场的电子标签主要是被动式的
一般而言,被动式标签的天线有两个任务:
接收读取器所发出的电磁波,藉以驱动标签IC标签回传信号时,需要靠天线的阻抗作切换,才能产生0与1的变化。
问题是,想要有最好的回传效率的话,天线阻抗必须设计在“开路与短路”,这样又会使信号完全反射,无法被标签IC接收,半主动式标签就是为了解决这样的问题。
半主动式
半主动式类似于被动式,不过它多了一个小型电池,电力恰好可以驱动标签IC,使得IC处于工作的状态。
这样的好处在于,天线可以不用管接收电磁波的任务,充分作为回传信号之用。
比起被动式,半主动式有更快的反应速度,更好的效率。
主动式
与被动式和半被动式不同的是,主动式标签本身具有内部电源供应器,用以供应内部IC所需电源以产生对外的讯号。
一般来说,主动式标签拥有较长的读取距离和较大的内存容量可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息。
4.4付款方式
支付通行费的方式是影响车道通行能力的一种重要因素,同时也会是解决收费系统结构和功能的一种重要因素。
目前支付通行费的方式有:
现金支付、预付款、预付卡、后付款、银行转账、电子钱包、信用卡、现金卡等付款方式。
下面主要介绍现金支付和预付款方式,其它不再做一一介绍。
●现金支付
现金支付通行费是最常用的一种付款方式。
当车辆经过收费站时需要将车停在收费亭前,将现金交给收费员,收费员收费找零和发放收据或发票。
现金支付的特点是操作简单,收费车道配备的设备少。
从实际情况看,将来即便是高度自动化收费系统普遍使用后现金支付仍会占有一定比例。
但它也有一定的缺点,它需要在个收费亭或出口收费亭备足大量零钱,收费找零延长了服务时间,降低了车道通行能力,造成收费站车辆排队,交通拥挤。
现金缴费还容易造成费额的人为流失,给资金管理带来困难。
●预付款
预付款方式是收费方式中的一种常用的方式。
用户在收费道路管理部门预先支付一定数量的金额,购买使用收费道路一段时间内的权力或一定次数的次数票,例如月票、季票、年票,也可是使用多少次的次数票。
该票据一般印有使用收费道路的名称、使用的期限、使用车型、车牌号等一些必要信息,这样车辆经过收费站时不必缴纳现金,只需验证票据的有效性。
可就可以免去收费过程中现金缴费所带来的麻烦,减少了收费服务时间,提高了收费车道的通过率。
但这种方式有一定的缺陷,例如有些拥有月票的用户使用道路少一些,有一些可能使用多一些,这样就出现了用户之间付费的不公平性,收费部门无法控制拥有月票的用户使用次数和行驶里程,影响了收费道路公司的收入。
同时,月票和次数票容易伪造,收费人员容易用月票和次数票作弊,需要一套完善的监督设备。
五、收费系统设计
收费系统由人员、活动、数据、网络、技术五部分组成,在这几个部分的共同作用下,收费系统的资金流和信息流的控制与管理。
收费系统设计主要包括收费车道系统设计,收费站设计,收费系统软件设计,收费中心、分中心设计,供电、照明、接地、防雷系统设计等。
5.1收费站的设计
5.1.1收费站的组成
计算机系统是收费站的主要组成部分,它包括硬件和软件。
硬件一般指收费计算机系统及其外围设备,包括服务器、管理计算机、多媒体计算机、打印机、网络设备及其他辅助设备;软件包括操作系统、数据库系统、网络通信及收费控制、管理软件等。
5.1.2收费站的功能
收费站是收费系统的基本管理机构,其主要功能包括:
●轮询所有收费车道,实时每一条收费车道原始数据的采集。
●对收费车道的运行状况实施实时检测与监视,具有故障自动检测能力。
●向收费中心和收费结算中心传输收费业务数据。
●接受收费中心下发的系统运行参数并下传给收费车道。
●收费员录入班次的收费额。
●非接触式IC卡的管理,票据的管理。
●抓拍图像的采集和管理,包括突袭那个文档的生成上传及文档的备份、检查与打印。
5.2收费车道的设计
5.2.1收费车道的设备构成
收费车道设备包括车到控制计算机系统,收费键盘,收费显示器,网卡,非接触式IC卡读写器,雨棚信号灯,通行信号灯,黄色闪光报警器自动栏杆,车辆检测器,雾灯,脚踏报警开关,有线对讲分机,手动栏杆等。
对收费车道的设计,即是对这些设备位置的布置进行设计。
5.2.2收费车道收费过程描述
收费员人工判车型,输入车辆信息,车到控制即根据车辆信息、车型、和行驶里程计算收费金额,人工收取通行费,在此过程中,车道控制记录作业信息,并控制外围信号灯、自动栏杆机动作,完成整个收费作业。
六、收费系统设备技术要求
收费系统的技术要求首先必须符合业主提出的要求,其次要符合国家关于高速公路联网收费的技术要求和机电产品的技术要求。
●6.1收费站设备技术要求
(一)车道设备
1、车道控制机
●本系统采用研祥IPC-810A型车道控制机,技术参数如下:
●用PentiuIV以上工业控制机,24GHZCPU
●内存:
256MB以上DDR-SDRAM
●容量80GB,转速5400rpm,具有2MB缓存,支持UltyaATA/66的EIDE硬盘
●10/100MBase-TX自适应网卡
●16路数字量I/O板,8路开关I/O电流接口,32M电子盘
●RS232接口数8个,1个并行接口
●图像采集卡
●2个USB接口
●车道控制机能连接24小时工作,MTBR〉=20000小时,MTBR《=1小时
2、键盘
本系统采用宁波科野KY-53型高速公路专用键盘
●采用陕西省统一的53键专用键盘,键盘出数字键和功能键组成,数字包括0-9,功能健包括:
上班、下班、军车、公务、更改、无卡、欠费、车队、变档、确认
●防水、防尘、蜜蜂,键盘保护等级:
IP54
●操作温度:
0℃-+55℃
●存贮温度:
-30℃-+80℃
●按键式,单键使用寿命:
100,000键次
●MTBF>=10,000小时,MTBR<=0.5小时
3、收费员显示器
本系统次采用HP1502型液晶显示器
●15寸液晶显示器
●分辨率:
1024*768
●环境温度:
0℃-+50℃
●相对湿度:
5-95%
●MTBF>=15,000小时,MTBR<=0.5小时
●振动:
10-55HZ,冲击:
50g11ms
4、非接触IC卡读写器,具有写入、读出并校验功能,通过RS232接口与车道控制机进行数据传输,配电操作指示和电源指示
本系统采用北京航天金卡JK115型IC卡读写器,主要结束参数如下:
●工作频率:
13.56MHZ
●数据传输速率:
106Kbit/s
●IC卡读写操作距离:
10cm(max)
●读写时间0.08秒,可同时对多张卡操作
●MTBF>=20,000小时,MTBR<=2小时
●存储容量:
32K,带断电保护
●工作电压:
DC9V-36V或AC90V-250V
●工作温度:
-20℃-+50℃
5、车辆检测器
车辆检测器可以检测两轮以上各种车辆。
车辆通过检测器后,检测器向车道计算机发送信号,以控制栏杆的抬起、落下。
本系统采用U创生产VLD-24型车辆检测器,其技术参数要求如下:
●双通道车辆检测器
●车辆通过检测器的速度100公里/小时,车辆计数误差小于1*10-3
●监测器线圈的平均使用寿命大于8*10-6,两次
●各车道得监测器具有抗电磁干扰能力,互相无干扰
●环境温度:
-20℃-+50℃,环境湿度:
95%
●MTBF>=5,000小时,MTBR<=0.5小时
●环形线圈由截面积为1.5mm2的多股软铜线构成,电感量2,000uH,绝缘电阻750M,灵敏度9级可调,频率3级可调
6、自动栏杆
本系统应用河北U创生产的Q150型电动栏杆,其技术要求如下:
●栏杆断面为八角形、圆形成矩形。
杆长3米,杆体上贴由红白相同的高强度级反光膜,栏杆的更换简单、方便,现场更换时间10分钟
●由水平到竖直和由竖直到水平的运动时间1.4秒
●具有防撞结构
●电源:
AC220V±10%,50HZ±2HZ
●功耗:
60W
●MTBF>=1,500,000起落,MTBR<=0.5小时
●工作环境温度:
-20℃-+50℃
●环境湿度:
95%
8、字符叠加器(VDM)
本系统采用英沙VDM-902型VDM,其技术参数如下:
●两路视频字符叠加功能,每路视频具有2路视频输出功能(其中1路不叠加字符输出)
●与车道控制机才有TS-232串行数据通信
●叠加字符颜色为白色黑边,以保证字符清晰可见
●电源:
AC220V±10%,50HZ
●环境温度:
-20℃-+50℃
9、费额显示器
本系统采用英沙TRD9D6C-L型费额显示器,其技术参数如下:
●费额显示器除显示车型、金额、车重和超载率等信息外,还具有超高亮度LED红绿灯通行功能,与车道控制计算机才有标准TS-232接口连接,同时具有服务用于及语音报价功能,音量可调
●安装在收费岛立柱上,安装高度:
0.75米
●汉字及数字高度:
10cm
●接口:
RS-232
●工作电压:
DC12VDC5V
●环境温度:
-20℃-+50℃
●MTBF>=15,000小时,MTBR<=10小时
10、票据打印机
本系统采用STARSP320型票据打印机,其技术要求如下:
●点阵击打式打印机
●线宽76-110mm
●打印速度:
4.2行/秒
●打印头使用寿命2亿次
●整机MTBF>=10,000小时,MTBR<=0.5小时
●电源:
220VAC±100%
●环境温度:
-20℃-+50℃
11、收费广场交换机
本系统采用D-LINK1016R+型交换机,其技术要求如下:
●2个内置淡漠光接口,8或12个RJ-45接口
●具有双工和半双工转换及SMON全局网管监控
●工作状态指示
●10/100Mb自适应
●电源:
AC220V±20%,50HZ±HZ
12、雨棚信号灯
本系统采用U创V8650型雨棚信号灯,其技术要求如下:
●光源:
超高亮度红色LED和绿色LED
●尺寸:
600*600mm
●带遮阳罩、黑色迹象,防水、防尘、防锈蚀,密封性IP65
●电源:
AC220V±10%,50HZ±2HZ
●功耗:
20W
●MTBF>=10,000小时,MTBR<=30分钟
●环境温度:
-20℃-+50℃
●环境湿度:
95%
13、雾灯
本系统采用U创V8645型雾灯,其技术要求如下:
●超高亮度户外专用黄色LED,高密度阵列
●灯体结构密闭、防雨、防尘、IP65防护标准
●电源及功率:
AC220V±10%,15W
●外形尺寸:
220*165mm
●显示尺寸:
165mm
●发光强度:
200mcd
●波长:
黄色590mm
●视角:
10度
●工作温度:
-30℃-+50℃
●工作环境:
湿度0.5%
14、双片式ETC电子标签
●支持5.8Ghz频段高速专用微波短程通信,通信距离远
●支持ISOTC204或CEN/TC278等公布的DSRC技术标准
●支持ENVISO14906电子收费应用接口规范
●支持以ISO7816-3通讯协议对IC卡的接触式访问
15车辆称重仪
根据《陕西省公路计重收费技术要求》(暂行),在所有出口车道设置称重系统,对货车进行计重收费。
本系统采用西安杰泰GTS-2000的车辆称重仪,其技术要求如下:
(1)称重平台
●静态称重精度:
OLLMIII级
●动态精度,满足下列条件:
称重车辆速度范围
称重精度
重复性变差
车速0-10km/h
优于±2%
5%
车速10-20km/h
优于±4%
5%
●速度测量精度(在没有明显加减速的前提下):
车速在1-10km/h时,最大±5km/h
●轴向距测量精度(没有明显加减的情况下):
两轴:
±0.30m
●工作环境:
温度-20℃-+50℃相对湿度0-95%
●设备的防护等级:
控制设备:
IP67称重传感器:
IP67
●称重平台能对各轴分贝进行计量,计量线性来哪个好,其标准测量范围内,标准载重30t(每轴)过载能力150%(每轴)
●称台有效尺寸(宽*长):
3200mm*800mm(标准车道),40000mm*800mm(超宽车道),称台刚度设计指标【I/f】≥1600,提供不需要大型机械可维修和清淤的机械设计和专用工具,宽度可根据车道实际宽度调整。
(2)传感器---柱式称重传感器
●额定容量:
20吨
●最大安全超载:
200%F.S
●精度:
OIMLC3
●分度值:
2±0.002mV/V
●非线性:
0.02%F.S
●滞后:
0.02%F.S
●非重复性:
0.01%F.S
●蠕变(30分钟):
0.02%F.S
●两点平衡:
1%F.S
●分度值温度系数:
0.002%F.S/℃(全温区温度补偿)
●零点温度系数:
0.002%F.S/℃(全温区温度补偿)
●输入阻抗:
1165±10欧
●输出阻抗:
100±10欧
●绝缘电阻:
5000M欧(at50VDC)
●激励电压:
6-15V(CD/AC)
●工作温度:
-30℃-+50℃
●相对湿度:
0-98%
●防护等级:
IP67
(3)光栅分车器
●在良的天气时,要求分车判断正确率99.5&
●在恶劣天气时,要求分车判断正确率98%
●要求光栅红外发射管距地面的高度:
400mm-1600mm
●两车可分离的最小间距应该200mm
●当光栅发生故障时,可以通过硬件和软件发出故障消息
●工作环境:
温度-20℃-+50℃相对湿度0-95%RH
●防护等级:
IP65
●使用寿命:
8年以上
(4)轮轴判别器
●能够正确分辨轮胎胎数,对总重5T以上的车辆判断准确度达到98%以上,由16路的应变力传感器组成,轮轴判别器的长度与称重平台适应,普通车道检测宽度1100mm,超宽车道检测宽度1500mm
●当轮轴判别器发生故障时,可以通过硬件和软件发出故障消息
●工作环境:
温度-20℃-+50℃相对湿度0-95%RH
●防护等级:
IP67
●使用寿命:
8年以上
(5)检测线圈
●在红外车辆分离器发生故障时,自动切换为使用线圈,对车辆进行分离和辅助收尾
●收尾线圈的车距不小于2m时,判别精度99%
●尺寸要求:
1m*2m
●当线圈发生故障时,可以通过硬件和软件发出故障消息
●工作环境:
温度-20℃-+50℃相对湿度0-95%RH
(6)数据采集器
●安装在收费岛适当为位置,采集基础安装方式,机箱内要有电源装置,数据处理器并配备嵌入式显示器等,称重
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