高速公路通信收费系统解决方案文档格式.docx
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1.1高速公路交通工程机电系统的构成
高速公路交通工程机电系统由收费系统、监控系统和通信系统构成。
收费系统对道路的使用者按既定的费率征收通行费，以回收道路建设投资。
监控系统对道路交通状况进行监视、检测和控制，保证车辆运行畅通、减少交通事故、降低事故的危害性。
通信系统为收费和监控系统提供信息传输的通道。
1.2管理层次
就整个高速公路交通工程机电系统而言，可分为以下几个管理层次。
1）收费站、通信站；
2）管理分中心（含收费分中心、监控分中心、通信分中心）；
3）管理中心（含收费中心、监控中心、通信中心）；
4）管理总中心（含收费总中心、监控总中心、通信总中心）。
就具体的高速公路机电系统而言，视系统的大小可采用两级、三级或四级管理层次。
一般来说，里程短、收费站数量少的高速公路采用收费站（通信站）和管理中心两级管理；
里程较长、收费站数量多的高速公路采用收费站（通信站）、管理分中心和管理中心三级管理；
而涉及两条及两条以上高速公路的采用四级管理。
1.3系统界面划分
收费、监控和通信系统互相作用、互相牵连，在高速公路机电系统建设中，为明确责任，规范管理（尤其对于不同系统由不同承包商承建的情况），各系统间必须有明确的界面划分。
不同的高速公路机电系统的界面划分可能大同小异，通常按以下方式进行。
1.3.1收费系统与通信系统界面划分
1）在收费站内，收费系统与通信系统的视频图像传输界面在光配线架处，光配线架由通信系统负责；
数据传输界面在以太网交换机处，以太网交换机由收费系统负责。
2）对于管理分中心、中心和总中心，通信系统与收费系统的数字传输界面在路由器处，路由器由收费系统负责；
视频传输的界面在光配线架处，光配线架由通信系统负责。
1.3.2监控系统与通信系统界面划分
1）通信系统为监控系统外场设备提供图像、数据及语音信息传输用的主干线电缆，对于监控外场设备，监控系统与通信系统的界面在MODEM处，MODEM设备属监控系统。
2）对于监控分中心与外场设备的通信，监控系统与通信系统的数字传输界面在MODEM处，MODEM属监控系统；
对监控分中心、中心和总中心之间的数据传输，监控系统与通信系统的界面在以太网交换机处，以太网交换机由监控系统负责，图像传输界面在光配线架处，光配线架由通信系统负责。
3）对于紧急电话系统，监控与通信系统的界面为紧急电话控制台与监控分中心以太网交换机的连接线处，紧急电话控制台属通信系统，以太网交换机属监控系统。
1.3.3监控系统与收费系统界面划分
监控系统与收费系统的连接主要是监控分中心与收费分中心的连接，收费分中心计算机为监控分中心提供接口，以便将收费车道的分车型交通流等数据传输至监控分中心计算机系统。
两系统的界面在收费分中心以太网交换机与监控分中心以太网交换机的连接线处，传输电缆由监控系统负责。
1.3.4机电工程系统与土建、房建、供电专业界面划分
土建专业负责横穿过路钢管、路肩手孔等。
房建专业提供预留壁槽、电缆爬架、预留管箱、机房电源和接地母线端子等。
供电专业提供三个系统所用的交流电源，与通信系统的分界面在通信机房的交流配电盘的外线端子；
与收费、监控系统的分界面在每个机房内，供电专业将线路引入机房，由收费、监控系统提供专用的配电盘并安装；
另外供电专业与监控系统外场设备供电的界面设在各变电站的交流配电屏上，供电专业为监控外场设备供电预留用电负荷和空气开关。
2、收费系统
2.1概述
2.1.1收费制式及方式
目前高速公路收费一般采用封闭收费制式，即：
进入公路网行驶的车辆,在入口领取记录有其行驶特征信息的通行券，出口交回通行券并按其行驶里程及车型交纳通行费。
为准确收费，防止通行券流失，在进出高速公路的所有主线和匝道处都设有收费站，对有闭合环路且高接高立交为互通式的高速公路网，为了准确收费，应设置标车辆行驶路径识站。
国内高速公路大都采用半自动收费方式，即收费员人工判别车型、发通行券、收通行券、收费，计算机对收费信息进行校验和管理，闭路电视系统监视。
随着智能运输技术的发展，我国某些高速公路的部分收费车道采用了全自动的电子收费方式，某些城市道路和桥梁收费也已采用了电子收费。
但由于电子收费系统建设费用高，通行费支付、闯关车辆追踪困难，目前世界上仅有一条高速公路全路采用电子收费。
2.1.2通行券
作为高速公路收费通行券的信息记录载体有纸质通行券（打印票、条形码）、磁性通行券（磁票、磁卡）和IC卡等。
纸质通行券由于设备廉价，有相当一部分高速公路在使用。
纸质通行券的最大缺点是容易伪造。
目前有京津塘、环胶州湾和广州北环高速公路等使磁性通行券。
磁性通行券读写设备复杂，价格和运行费用高，维护量大，磁卡记录没有安全保障，磁卡本身易受电磁等影响。
IC卡可重复性使用，具有较强的保密能力，处理效率高，设备价格较低，使用成本低，维护量小。
而IC卡家族中的非接触IC卡处理时间短的特点使得国内的许多封闭式收费高速公路采用非接触工C卡作为通行券。
具体说采非接触IC卡具有以下优势：
1）安全性高
非接触IC卡从多方面实施其安全保密策略，卡内有严密的访问控制策略，可以控制卡内不同区域的存取特性，其安全性比磁卡高得多。
2）可靠性高，寿命长
IC卡防磁、防一定强度的静电，抗干扰能力强。
一般至少可重复读写十万次以上，可以节省大量的运营成本。
IC卡的读写器具比磁卡的读写器具简单可靠，造价便宜，容易推广，维护方便。
3）数据交换时间短，存储量大
采用非接触式射频技术进行数据交换缩短了卡片操作时间，提高了收费车道的通行能力；
非接触IC卡存储容量高达1024字节，可满足多种应用。
2.1.3付款方式
目前高速公路收缴通行费的付款方式以现金为主，随着交通量的增加，以及金融系统的金卡工程逐渐普及，将储值卡作为通行券和付款手段是一种趋势（不停车收费是预付方式的一种），从而形成以现金和储值卡并行的通行费付款方式。
2.2收费总中心业务
收费总中心是收费系统的最高管理机构，其主要业务如下：
1）接收、显示和存储下级管理单位（收费站、收费分中心和收费中心）上传的数据信息和图像信息；
2）对整个收费系统的运转情况进行监督稽查和统计，并定期生成报表；
3）下发系统运行的参数；
4）管理系统运行所需的各种票证；
5）对通行费进行拆帐和清算，通过银行划拨资金。
根据工作性质，收费总中心可分为三部分：
1）清算中心：
负责全省的清帐结算、帐务分割；
2）发卡中心：
负责IC卡发行、调配及日常管理；
3）业务管理中心：
负责收费管理、收费稽查、票证调配等。
2.3收费中心业务
对于两级和三级管理层次的收费系统，收费中心均是整个系统的最高管理机构，由于不涉及通行费的拆分问题，收费中心要承担除了管理总中心的清算业务（即收费总中心第5）项）以外的所有业务。
对于四级管理层次的收费系统，收费中心负责管理其管辖区域内即某路段管理处的收费业务，主要包括
1）接收收费总中心下发的清帐结果、系统运行参数；
2）接收、显示和存储下级管理单位（收费站、收费分中心）上传的数据信息和图像信息；
3）向收费总中心上传统计数据；
4）向下级管理单位（收费站、收费分中心）下发系统运行参数；
5）对其管辖范围内的收费系统运转情况进行监督稽查和统计，并定期生成报表；
6）管理收费系统运行所需的各种票证、通行券。
2.4收费分中心业务
收费分中心是处于收费中心和收费站之间的一层管理机构，其业务与收费中心
相类似，只是管辖的范围较小，其主要业务为：
1）接收收费中心下发的清帐结果、系统运行参数；
2）接收、显示和存储收费站上传的数据信息和图像信息；
3）向收费中心上传统计数据；
4）向收费站下发系统运行参数；
5）对其管辖范围内的收费系统运转情况进行监督稽查和统计，并定期生成报表；
6）管理所属收费系统运行所需的各种票证、通行券。
2.5收费站业务
2.5.1原始收费数据采集和统计
1）收费站实时搜集每一辆车的收费数据，并储存到数据库中
2）对原始收费数据进行统计并形成以下报表：
◆收费员班次报表
◆收费员对帐表
◆通行费收入统计报表
◆交通流统计报表
◆通行券统计平衡报表
◆欠收款、特殊处理、设备状况等报表
2.5.2收费监视
收费站通过计算机系统和闭路电视系统对以下情况进行实时监视：
1）车辆通过车道的图像信息；
2）收费员收费操作行为和安全状况的图像信息；
3）广场交通流图像信息；
4）收费站运营管理的图像信息。
2.5.3收费员班次管理
收费班次是指收费员从开始进入收费亭进行业务操作到结束的一段连续时间班次管理主要有以下内容：
1）统计、核查每个收费员在收费班次中应收金额、实收金额
2）统计、核查每个收费员在收费班次中应收通行券、实收通行券
3）产生收费员对帐表和班次结算表
2.5.4数据上传下达
1）收费站分别向收费分中心和收费总中心上传每辆车的收费数据。
2）收费站向收费分中心上传图像监视信息。
3）向各车道下发时钟、费率、黑名单等信息。
4）接收总中心、分中心下发的时钟、费率、黑名单等信息。
5）接收各收费车道上传的车辆收费数字信息和图像监视信息。
2.5.5票证、通行券的管理
详见2．8
2.6车道收费流程
本节所描述的车道收费流程适用于封闭收费制式的半自动收费情况。
2.6.1入口车道收费流程
1）车辆驶入收费车道。
2）车辆通过收费车道第一个车辆检测器，启动车道控制器抓拍一帧图像，并将其数字化。
3）判断车辆类型：
一般车辆、公务车辆、免费车辆、紧急车辆。
4）若是一般车辆：
（1）收费员对车型进行分类后，通过键盘输入车道控制器。
（2）若使用非储值通行券，收费员将存有入口车道收费站代码、收费员代码、车型分类、时间等有关数据的通行券（如：
IC卡）发给驾驶员；
若使用储值通行券，首先核查该储值通行券是否已被登录在黑名单上；
是则收费员采取特殊措施（没收该通行券并通知收费站管理人员前来处理）；
不是，则进行正常的读写操作，余款不足的应通知驾驶员，然后将通行券还给使用者。
（3）转8）.
5）若是公务车
（1）收费员收取公务车通行券
（2）读出通行券有关数据
（3）判断通行券上所记录的车辆信息（车牌号、车型等）与来车的实际情况相符则与否
（4）情况相符，收费员可确认来车为公务车，转8）；
不相符，按一般车辆收费，转4）。
6）若是免费车辆（军车和警车等国家规定的免费车辆）
不进行发通行券等操作，直接予以放行，转8）。
7）若是紧急车辆（需进入高速公路执行紧急事务的车辆，如工程抢险车、救护车、消防车等）
8）收费员确认操作。
9）车道通行灯由当前的红灯转为绿灯。
10）自动栏杆抬起。
11）车辆通过车道上第二个环行线圈检测器。
12）车道通行灯的绿灯灭，红灯亮。
13）本次收费操作的所有原始数据上传至收费站。
2.6.2出口收费流程
1）车辆驶入收费车道。
2）车辆通过收费车道第一个车辆检测器，启动车道控制器抓拍一帧图像，并将其数字化。
3）判断车辆类型：
一般车辆、公务车辆、免费车辆、紧急车辆
4）若是一般车辆：
（2）收费员收取驾驶员的储值卡通行券，读取数据。
（3）判断入口、出口车型分类是否一致。
（4）若一致，则车道控制器根据由通行券的数据自动计算通行费。
若不一致，以出口收费员的判断为准，车道控制器以出口车道确定的车型结合由工C卡读取的其它数据计算车辆通行费。
（5）向收费员显示费额，同时在费额显示器上向驾驶员显示应付金额、车型，转（6）；
对于储值卡还应显示卡上剩余金额，转（7）。
（6）收费员收款。
（7）发放收费票据（及储值卡）。
（8）收费员确认付款，转6）。
5）若是公务车辆、免费车辆、紧急车辆
收费员确认不用收费，直接予以放行，转6）。
6）车道通行灯由当前的红灯转为绿灯。
7）自动栏杆抬起。
8）车辆通过车道上第二个环行线圈检测器，车道控制器计数车流量。
9）自动栏杆悬臂落下，车道通行灯的绿灯灭，红灯亮。
10）金额显示器的显示全部还原为0。
11）车道控制器自动将本次收费操作的所有原始数据（包括差额信息）上传至收费站。
2.7数据信息流程
2.7.1信息流程
收费系统信息流程如下图所示。
2.7.2信息分类
按信息传输的时间要求可将信息分为实时传输数据和定时传输数据。
1）实时传输数据
◆车道发生的收费交易数据实时上传收费站计算机；
◆收费车道的数字化帧图象传站计算机；
◆收费站接收到收费交易数据实时上传总中心计算机；
◆班次结束后班次统计数据实时上传收费站；
◆车道的设备故障信息实时上传收费站计算机；
◆收费车道、收费亭、收费广场、收费监控室的视频图像实时上传收费站CCTV监控系统；
◆上述视频图像可被上级系统切换监视；
◆收费总中心产生的系统运行参数实时下传各级计算机，直至收费车道。
系统运行参数包括：
系统时钟、费率表、人员名单、IC卡黑名单等。
2）定时传输数据
◆收费站、收费分中心定时向上传收费交易数据；
◆收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传特殊处理的数字化帧图像数据；
◆收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传收费班次统计数据；
◆收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传收费员对帐数据；
◆收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传辖区内的小时、日、周、旬、月、年交通量统计数据；
◆收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传辖区内的小时、日、周、旬、月、年收入统计数据；
◆收费站、收费分中心、收费中心定时向上一级上传辖区内的小时、日、周、旬、月、年IC卡流通统计数据；
◆收费总中心定时下传清帐结果数据。
2.8通行券与票证的发行、配给和管理
在这里以使用最普遍的IC卡为例，说明其发行、配给和管理。
收费系统IC卡有通行卡、公务卡、身份卡和管理卡。
2.8.1卡的发行
IC卡的发行包括从采购、接收、主密钥创建和密钥卡生成、应用卡初始化等基本环节。
IC购买后，所接收IC卡的序列号等标志应由计算机IC卡数据库管理程序进行管理。
lC卡发行前应确定系统主密钥，由发卡系统创建系统全部密钥卡和IC卡访问密钥。
系统主密钥创建后存放在专用密钥箱中，该密钥箱由总中心负责人保管。
系统密钥卡分为发行卡密钥卡、应用密钥卡和测试密钥卡三种。
系统密钥卡创建须由发卡中心发卡负责人或授权的操作人员完成，所创建密钥卡种类及数量须全部登记归档。
所创建的系统密钥卡由发卡中心发卡负责人进行保管。
IC卡数据格式文件由业主会同IC卡设备提供商和系统集成商共同确定。
IC卡数据格式配置文件创建后，应列入高级安全文件，并在系统内配置操作权限。
lC卡初始化的类型为：
应用卡（通行卡、人员身份卡）和系统用卡（测试卡），IC卡初始化流程如下。
1）递交IC卡初始化申请表；
2）收费中心批准申请；
3）发给申请人发卡密钥卡；
4）卡片始初化，登记卡片数量、类型及卡号；
5）交回发卡密钥卡，已初始化的卡片交专人管理。
损坏的1C卡经收费站确认后，将损坏说明及原卡，经收费分中心负责人签批后按月上交收费中心，由收费中心统一核销。
2.8.2通行卡
2.8.2.1通行卡数量
为保证系统正常运转，应确定好通行卡的以下参数。
由于交通量随时间而变化，通行卡总额及初始分配额应每半年～1年调整一次。
1）全路通行卡总量：
为保证各收费站正常运转，收费站的通行卡应有一定的冗余，同时要应避免购置过多储备卡造成太大的浪费。
2）通行卡的初始分配包括收费总中心、中心和分中心的备用卡数量、收费站通行卡数量、每班次各入口车道通行卡数量的初始分配。
2.8.2.2通行卡的监测与调配
1）收费总中心、中心和分中心通过收费数据对通行卡的流向，流量及分布状况进行监测，各收费站监测通行卡的发放和回收情况。
2）通行卡按收费总中心、中心、分中心和收费站分级调配。
3）当收费站通行卡数量下降至初始分配量的一定比例（如：
60%）时，向所在的收费分中心申请配卡。
收费分中心先在所辖范围内的收费站间进行调配，调配卡可以是收费分中心的备用卡，也可以是其所属收费站中，现有通行卡超过初始分配额以上的部分。
若收费分中心调配发生困难，则向收费中心申请调配。
4）若收费中心调配发生困难，则向收费总中心申请调配。
5）通行卡使用到一定时限由发卡中心统一淘汰更换。
2.8.2.3公务卡
1）公务卡的发放由发卡中心负责，每张公务卡必须进行登记。
2）公务卡应规定有效期，有效期满后。
用户到发卡中心重新确认，使卡继续有效。
2.8.2.4身份卡
1）身份卡由收费中心统一发放，其发放对象为IC卡管理人员，发卡人员和收费员，上述人员凭身份卡进入相应的系统进行操作。
2）所有身份卡应进行登记。
3）身份卡遗失后必须立即报告主管单位，以便主管单位迅速采取措施，防止他冒用身份卡，以保证系统正常运行。
4）身份卡应规定有效期，有效期满后。
2.9通行费清算
两条及以上高速公路联网收费时，需要进行通行费清算。
高速公路收费清算模式借鉴银行轧差清算、帐务分割的处理模式。
2.9.1帐户设置
1）清算中心在指定银行开设一集中清算帐户，用于存放各路公司清算备付金及核算各路公司备付金的上划与下调。
2）各路公司在清算中心开设清算备付金帐户，用于路公司收费资金的日常清算。
3）各路公司在清算中心放置备付金。
4）各收费站在收费总中心（清算中心）指定的银行开设存款帐户，用于存放收费金额。
5）发卡单位在收费总中心（清算中心）指定的银行开设存款帐户，用于存放储值卡发卡所得资金，并负责统计清算收费中使用储值卡的情况。
2.9.2清算模式
1）每辆车的收费交易数据由收费站实时上传收费总中心。
2）清算中心根据车辆的入出口地址，路径标识，对收费金额进行拆分。
3）清算系统在规定时间（轧帐时间），如凌晨交通量最低的时段，进行日终结算处理。
4）清算中心通知银行实行资金划拨。
5）对帐务处理系统中帐务之间的平衡关系进行检查。
6）形成当日清算处理结果文件以及相关收费数据，发送给各收费中心。
2.10系统性能要求
高速公路收费系统对系统建设性能方面有以下要求。
1）完善性
收费体系和收费业务计算机管理、图象监视系统应尽可能减少通行费漏收和作弊行为。
2）建设规模适度
符合高速公路道路、交通流特性，与道路其它系统协调一致，与运营管理体制协调一致。
3）兼顾收费系统的开放性和安全保密性
保护投资者利益，做好与金融、电信等相关行业的衔接。
4）可靠性
收费系统具备高可靠性、容错能力和后备功能。
在上级机构故障或与其通信中断后或局部故障时，收费站和收费车道仍能完成收费业务；
5）技术先进
采用成熟的设备和技术，并具有一定的技术先进性和可扩充性。
3、监控系统
3.1监控系统目标
高速公路交通状况受交通时空分布特性、气候、道路设计、地形等的影响。
一般来说，高速公路监控系统需要解决的主要问题有三个方面：
气候异常、事故和车辆故障、交通拥挤和阻塞。
监控系统由中央监控室和外场设施组成。
高速公路监控的主要目标如下：
1）准确统计道路交通数据；
2）有效监视道路的交通、气候情况，及时掌握道路运营状况；
3）及时发现和处理交通事故，减少交通事故，降低事故的严重性；
4）减少偶发事件、交通事故及恶劣气候对道路交通的影响；
5）当交通量达到饱和时，对交通流进行引导和控制，以提高道路网通行能力。
3.2中央监控系统
监控总中心、监控中心和监控分中心构成了中央监控系统。
3.2.1监控分中心
监控分中心的主要业务如下。
1）通过通信系统汇集、显示各种外场设施传送来的各种（交通量、气象、事故及控制等）数据。
2）监视高速公路的视频监视图像。
3）接听紧急电话。
4）将上述数据、图像等信息上传监控中心。
5）根据各类信息判断交通现况，预测发展趋势，制定控制方案。
6）对各外场设施进行控制。
7）数据统计、查询、存储、备份，图像存储，制作、打印各类报表。
8）对控制方案做出可信服的评价，提供方案改进的依据。
9）执行监控中心下达的指令。
3.2.2监控中心
升级会员 