工硕论文开题报告一种无人值守的入口ETC车道系统.docx
《工硕论文开题报告一种无人值守的入口ETC车道系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工硕论文开题报告一种无人值守的入口ETC车道系统.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
工硕论文开题报告一种无人值守的入口ETC车道系统
四川大学
工程硕士专业学位生
学位论文开题报告
院、系（所）工商管理学院
工程领域软件工程
研究方向管理信息化
姓名
指导教师
四川大学研究生院
年月
论文题目
一种无人值守的ETC入口车道系统设计与实现
课题的目的，国内外研究现状和发展趋势：
目前，国内很多省市对高速公路ETC收费系统的实施进行了研究，相关部门也积极地进行了ETC收费系统的应用和推广，大大提高了收费站的通行能力，也降低了高速公路的运营管理成本。
鉴于ETC收费系统具有的一系列优势以及能够解决的问题，可以认为ETC代表着收费技术的发展方向，作为一种先进的收费技术越来越多地受到国内有关部门和机构的关注，值得普及和推广。
但是，在ETC收费系统应用和推广期间，也面临着一些困难，尤其是ETC车道控制系统的可靠性问题越来越受到公众的关注。
目前在ETC专用车道模式下，对于一些由于ETC系统设备失效引起的未交易车辆，需要在ETC车道配专人进行辅助处理，交由人工收费系统进行后续处理。
在这种处理模式下，导致了未交易车辆不能正常地快速通过收费站，从而增加了车辆通过收费站的时间，降低了车辆通行速度，甚至有可能造成收费站拥堵，也提高了ETC车道的运营成本。
在这种情况下，有必要设计一个具备充分容错能力和快速处理异常交易的ETC车道收费模式，从而保证ETC用户在系统设备失效时也能自主刷卡或者无法自动放行车辆可以实现自助或人工放行，从而实现未交易车辆可以及时完成收费交易，快速地通过收费站。
课题基于北京栏杆后置的ETC车道布局，对原有有人值守的ETC系统进行分析，研究一种在正常情况下车辆以ETC方式快速通行，ETC交易失败后或误入的非ETC车辆由司机自助刷卡或打印入口条码通行券完成交易而通行的入口ETC车道系统，实现无人值守情况下车辆交易，减少有人值守情况下的收费亭、取暖和制冷设备、电力、人员等投入成本，实现节能减排。
1.国内研究现状
我国ETC的发展相对较晚，但是最近几年进行了大量的实验、研究与应用工作，取得了一定的成绩。
自1996年北京首都高速公路发展有限公司与美国Amtech公司在首都机场高速公路进行ETC试验起，我国的ETC系统也逐步开始建设。
1999年，广东省路路通公司和美国的TI公司在佛山、顺德、南海等地建成了40条ETC车道。
2001年12月深圳市外围高速公路路网（梅观、机荷两条路）成功实现了路网不停车电子收费。
2002年4月在天津津滨高速公路开通了华北第一个ETC收费系统，11条ETC车道。
2004年底，广东省高速公路ETC收费系统于2004年12月全面正式开通投入使用。
截止2010年12月，在北京，首发集团共建成ETC车道365条，实现了收费站全覆盖，用户达到37万，电子收费通行比例达到18%，成为国内规模最大的不停车收费系统。
以上ETC收费系统大多是采用ETC专用车道的形式，ETC交易失败后，在本车道由人工处理或车辆由ETC专用车道驶入人工收费车道，转由人工处理。
目前国内大多采用双片式ETC技术，采用双片式电子标签，其中的IC卡是支付介质，采用了CPU卡，具有较高的安全级别。
能够兼容IC卡收费和ETC电子收费的两片式电子标签及其组合式电子收费技术方案将成为公路网自动化收费技术发展的探索和关注焦点。
在以IC卡收费为基础的系统中开展ETC电子付费较为容易，仅需在交通拥堵的收费站或有特别需求的收费站安装ETC车道系统就可以，没有必要让ETC系统自身单独构成一个封闭式网络。
涉及的主要工作是车道改造任务．有一定的工作量，但不存在重复投资或浪费的问题。
2.国外研究现状
国外的ETC技术发展应用已近20多年，主要集中在美国、欧洲、日本等发达国家。
由于研究起步比较早，因此成果比较显著，技术的使用及系统的管理也相当成熟、完善，并且已经逐步形成规模效益。
1）美国
美国是ETC技术使用最早的国家。
不停车收费方式已经成为美国回收公路投资和养护费用的高效率手段，最著名的联网运行电子不停车收费系统是E-Zpass系统。
E-ZPass系统采用了专用车道、混合车道两种模式，都有收费员值班。
从E-Zpass系统开通起，ETC交易量持续增长，开通仅1年半的时间，共计23条专用ETC车道的不停车收费网络就承担了整个月平均交易量的43%，高峰时段甚至达到55%～60%，使网络化运行的电子收费系统效益和吸引力得到了充分体现。
目前，美国已建成3000多条ETC车道，每日交易量超过300多万笔。
2）欧洲
欧洲在80年代中期就开始实施电子收费系统（Telepass），这期间的电子收费系统一般采用第一代只读车载电子标签，使用后付款方式，但仅能在同一高速公路集团公司的路网中使用。
在1990年~1995年底，欧洲国家主要实施了第二代电子收费系统，其特征是采用欧盟推荐的5.8GHzDSRC频率和可读/可写电子标签，其功能和特性上比第一代系统更具有优势。
例如意大利的Telepass系统，被认为是目前世界上最庞大的不停车收费网络，30%多的收费站已经使用不停车收费设备，每分钟可以处理30辆车，交易次数达到50万次/日。
欧洲的单片式技术应用相对广泛，在欧洲境内多个国家被推广，其特点是车载电子标签既作为车辆标识也作为支付介质，整个系统中不使用IC卡，同时也就要求所有高速公路出入口都配备电子标签读写天线，这在中国联网收费的大环境下，会导致ETC系统的投资难以控制，也大大提高了ETC系统建设的门槛；另一方面，从安全性上讲，欧洲的ETC应用将OBU作为支付介质，其安全机制由OBU内部实现，并没有使用安全访问模块或者其他具有类似安全等级的芯片，这使得针对OBU的造价、作弊等行为相对容易实现。
当应用系统规模逐渐扩大时，这将给整个应用系统的安全性带来很大的威胁。
法国高速公路电子收费系统采用非接触式IC卡计程收费的方式，其中费率可依车辆种类、大小区分为五级。
不过目前高速公路系统仍存有两个人工收费车道、一个自动投币机专用车道和一个非接触式的IC卡专用车道。
电子收费系统收费的方式是采用每月寄发账单来缴费，与一般预付的方式有所不同。
该系统使用者比率为20％以下，且只具有道路费用的收取功能，尚无其它功能可以应用。
3）日本
日本凭借在经济实力和电子技术方面的领先地位，在政府的集中领导下，于1996年由建设省、警察厅、通商产业省、运输省、邮政省联合制定了《日本ITS综合规划》。
期间，还邀请了10家公司、集团联合进行电子收费系统的野外试验，并在1996年8月出版了《共同研究报告》。
在此报告基础上，以日立、日产/冲电气电子收费系统为原型，制定了日本统一的电子收费系统标准规范。
在1999年，日本ETC网络建设开始全国性实施，首先是东京附近的首都圈，然后是大阪、名古屋等多条高速公路，合计建设了100多个收费站，400多条ETC车道。
日本ETC系统投入营运以来，其覆盖区域不断扩大。
目前，日本全国l300多个收费站全部都安装了ETC系统。
伴随着系统的开通，ETC用户数也不断增加。
2003年初用户数不足1O0万，至2006年10月用户数量已达到1514万户，占全国车辆的20％，ETC的通车量占全国收费公路交通量的65．5％，占到东京周边收费公路圈交通量的72．8％。
日本采取的是接触式CPU卡加两片式电子标签和双ETC天线的方案，该车道设双向打开的高速栏杆，无人职守，具有很高的安全性和车道通行能力，有完善的密钥扩散机制和电子标签发行流通体系，但车道系统投资和电子标签成本都高，与我国的公众消费水平有较大差距，道路运营公司难以接受。
尽管国外ETC系统运行很成功，具有一定特色，但有些技术特点和运营方法能否适合中国，需要结合我国道路使用者的行为特点深入评估分析。
以车道部分为例，有专用车道、混合车道两种模式，有收费员值班管理和无人值班管理两种模式、有设高速栏杆和不设栏杆两种模式，有低速通行模式和高速通行模式。
从违章逃费行为的处理看，有现场处理和图像抓拍事后处理两种模式。
如果ETC运营模式不能很好地提供免停车快速通行服务，不能减少收费值班员，将无法体现出明显的吸引力，推广应用的前景将无疑受到影响。
综上所述，ETC作为智能交通系统的主要服务功能之一，在国外已得到了普遍应用，且ETC应用系统和ETC用户数量呈持续不断的增长态势。
同时，在国外一些先进发达城市，例如新加坡、伦敦等，均已把ETC技术引入城市交通的范畴，进行了城市道路的电子收费工作，经验证明高速公路和城市交通都能实现ETC系统的一体化应用。
研究设计方案、预期结果：
1.研究设计方案
本课题主要是进行自动收费的混合车道系统研究，拟在高速公路MTC收费系统、ETC收费系统的基础上配置无人值守机，整合为一体化的混合车道系统。
课题关键技术主要在于：
1）该系统关键设备融合了MTC收费系统设备、ETC系统设备和无人值守机。
该系统脱离了岗亭以及部分辅助设施运行，由无人值守机代替ETC车道的收费亭，通过一台工业控制计算机作为核心设备，对ETC收费系统设备进行有效控制。
同时，无人值守机集成了非接触IC卡读写器、字符叠加器等设备，与车检器、车牌识别系统等外部机电设备组成一个有机整体，以实现对天棚灯、通行灯、栏杆等机电设备的控制，从而实现自动收费的混合车道系统无人值守的刷卡功能。
2）该系统需要紧密结合MTC收费系统、ETC收费系统和无人值守机的现有功能，在此基础之上新增一些功能。
1在ETC收费系统的基础上，新增触发无人值守机读取“速通卡”的功能。
当“速通卡”由于ETC系统设备失效而引起读取信息失败时，可以使未交易车辆的车主通过无人值守机实现手动刷卡的功能。
2ETC车道中，入口模式下，在非ETC车辆或者ETC车辆中OBU和卡失效的车辆可以自助领取通行券；出口模式在有人值守的情况下，可以实现人工收费放行。
3LED语音提示屏需要新增一些语音提示语，以实时显示无人值守机对司机的操作提示，及时引导司机进行正确的操作。
4无人值守机需要配置两套位于不同高度的非接触型IC卡读写设备，可选择是否需要具备打印通行券的功能。
在MTC收费系统、ETC收费系统的基础上配置无人值守机，整合为自动收费的混合车道系统，从而解决由于ETC系统设备失效引起的“速通卡”读取失败问题，方便交易失败车辆，利用无人值守机手动刷卡或者自助领取通行券，自主通过，从而提高收费站的通行能力，增加高速公路电子收费系统的可靠性，降低ETC车道运营成本。
2.预期成果
1）一套完善的自动收费车道系统，包括；
a）一套ETC+无人机的设备系统;
b）与以上设备方案相适应的软件系统；
2）在北京高速公路网的试点收费站进行安装试用。
所需条件和完成时间
所需条件：
设备：
◆ETC专用天线一套
◆IC卡读写器一套
◆车道外部设备1套（费额显示器、字符叠加器、自动栏杆机、车辆检测器、车间线圈等）；
◆无人值守收费机1台；
◆车道控制器一套。
◆开发用计算机三台、服务器一台；
开发环境
●开发工具：
vs2010；
●配置管理工具、测试工具、项目管理工具:
：
TFS2010；
开发团队：
◆开发负责人1名；
◆软件工程师1名；
◆测试工程师1名；
◆硬件系统工程师兼实施工程师1名；
时间安排：
课题起止时间：
2012年4月1日至2013年3月31日。
工作计划及分月进度：
1）可研阶段：
2012年4月，编制课题可行性研究报告；
2）调研阶段：
2012年5月至6月，调研高速公路MTC系统、ETC系统的推广应用现状，以及无人值守机的相关应用情况；
3）初步研究阶段：
2012年7月至8月，针对MTC收费系统、ETC收费系统和无人值守机的融合进行初步研究，设计自动收费的混合车道系统初步实施方案，并与专家组进行深入讨论；
4）重点研究阶段：
2012年9月至10月，在系统初步实施方案及专家组讨论的基础上，进一步细化与完善自动收费的混合车道系统关键设备构成、系统功能、车道布局等，进而编制详细的系统方案；
5）系统实现阶段：
2012年11月至12月，，并进行系统的开发、测试等一系列工作；
6）实施阶段：
2013年1月至2月，系统安装调试、培训，投入试运行；
7）项目收尾：
2013年3月，解决试运行中暴露的问题，对课题的研究成果进行结项和归档。
论文选题来源：
1．社会需求；
2.北京市首都公路发展集团有限公司出资委托研究
指导教师意见：
指导教师签名
年月日
工作单位意见：
单位负责人签名
年月日
院、系（所）意见：
院、系、所负责人签名
年月日
此表经主管院长、系主任、所长批准后复印一式两份，一份存院、系（所），一份交研究生院备案。
论文目录
目录
1概论1
1.1背景1
1.2研究的目的与意义1
1.3国内外发展概况1
1.3.1国内研究现状1
1.3.2国外研究现状1
1.4本论文的内容和结构1
2项目规划2
2.1软件工程与过程模型的选定2
2.2项目阶段计划5
2.3使用TFS进行项目的全生命周期的管理5
2.3.1进度和任务计划5
2.3.2需求管理5
2.3.3配置管理计划5
2.3.4测试和bug管理5
2.4主要技术选型6
2.4.1开发平台的确定6
2.4.2车道本地数据库的选型11
2.4.3中间件TongLQ和Socket11
2.4.4.4设备通讯方式的确定12
3系统需求分析12
3.1车道布局13
3.2系统组成13
3.3系统功能需求13
3.3.1用例分析13
3.3.2正常过车流程13
3.3.3特殊过车流程13
3.3.4车道参数设置13
3.3.5车道外设测试13
3.3.6交接班13
3.3.7交易数据上传与收费参数接收13
3.3.8车牌识别13
3.3.9图像抓拍13
3.4界面需求13
3.5性能需求13
3.6接口需求13
4系统设计13
4.1逻辑架构设计13
4.1.1架构设计图13
4.1.2各逻辑层的职责13
4.1.3关键用例的实现13
4.2逻辑层详细设计14
4.2.1展现层（UI）设计14
4.2.2业务逻辑（Business）层14
4.2.3数据访问（DataAccess）层14
4.2.4设备（Device）层14
4.2.5公共（Common）层14
4.3部署设计14
4.4数据库设计14
4.4.1数据库文件物理设计14
4.4.2参数接收生效处理机制14
4.4.3参数更新流程14
4.4.4参数更新设计方案14
4.4.5数据逻辑设计14
4.4.6数据物理设计14
4.5界面设计14
4.6接口设计14
4.7通讯设计14
5系统测试15
5.1单元测试15
5.1.1测试项目设计15
5.1.2测试用例设计15
5.1.3测试执行15
5.2实验室测试-专职测试工程师进行的测试15
5.2.1编制测试计划15
5.2.2设计测试用例15
5.2.3测试执行15
5.3现场测试15
5.3.1编制测试计划15
5.3.2设计测试用例15
5.4.3测试执行15
6总结与展望15
6.1总结15
6.2技术创新点15
6.3存在问题15
6.4展望15
参考文献16
声明18
致谢19
升级会员 