模拟ETC收费系统的设计与实现设计.docx
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模拟ETC收费系统的设计与实现设计
湖南第一师范学院
毕业论文（设计）
题目
模拟ETC收费系统的设计与实现
学生姓名
于兴连
学号
11403090218
指导教师
洪伟
院部名称
信息科学与工程学院
专业班级
11计科2班
完成时间
2015年5月
湖南第一师范学院教务处制
本科毕业论文（设计）
模拟ETC收费系统的设计与实现
学生姓名：
于兴连
院部名称：
信息科学与工程学院
专业名称：
计算机科学与技术
指导教师：
洪伟
毕业设计作声明
1．本人提交的毕业论文（设计）是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。
除文中特别加以标注的地方外，本文不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的成果。
对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中明确标明。
2．本人完全了解湖南第一师范学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学院保留并向国家有关部门或机构送交本文的复印件和电子版，允许本文被查阅、借阅或编入有关数据库进行检索。
同意湖南第一师范学院可以采用影印、打印或扫描等复制手段保存和汇编本文，可以用不同方式在不同媒体上发表、传播本文的全部或部分内容。
3．湖南第一师范学院在组织专家对毕业论文（设计）进行复审时，如发现本文抄袭，一切后果均由本人承担，与学院和毕业论文指导教师无关。
作者签名：
日期：
二Ｏ一五年月日
摘要
ETC（ElectronicTollCollection）收费系统是一种利用安装在ETC车辆上的车载装置自动识别车辆的现代化收费系统。
ETC自动化收费方式能减少基建投入和提高道路通行能力，同时降低收费站口的噪声和减少汽车尾气排放。
本模拟ETC收费系统选用B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）体系架构，开发环境选用Eclipse工具，后台选用MySQL开源数据库，Web服务器选用tomcat容器，网页实现选用JSP，结合Struts2和MVC（Model-View-Control）设计模式、Java、JS技术进行开发。
本模拟ETC收费系统的主要功能有用户管理、车道管理、车辆管理、车主管理、费率管理、黑名单管理、模拟收费等功能。
其核心功能ETC模拟收费通过模拟车辆驶入、驶出ETC收费站，综合车辆信息、车道信息、收费站信息计算车辆的行车费用以实现自动收费。
本模拟ETC收费系统为实际的ETC收费提供了参考数据和实践方案。
关键词：
ETC；ETC车道管理；ETC车辆管理；不停车收费
ABSTRACT
TheETC（TollCollectionElectronic）isatollsystemwhichautomaticallyidentifiesthevehicle'smoderntechnologybyusingthevehiclemountedontheETCvehicle.ETCautomaticchargingmethodcanreducecapitalinvestmentandimprovingthetrafficcapacityoftheroad,whilereducingthetollstationnoiseandreducevehicleexhaustemissions.
ThissimulatedETCtollsystemchoosesB/S（Browser/server）architecture,andthedevelopmentenvironmentselecteclipsetool,andbackgroundusingMySQLdatabaseandwebserverusingTomcatcontainer,webpageusingJSP,combineStruts2andMVC（modelviewcontrol）designpattern,Java,javascripttechnologyfordevelopment.
ThemainfunctionsofthesimultedETCareusermanagement,lanemanagement,vehiclemanagement,vehicleownermanagementandratemanagement,blacklistmanagement,simulatedcharge,etc.ThecorefunctionisETCsimulatedchargesautomaticbysimulatingthevehicleentering,pulledoutofetctollstation,integratedvehicleinformation,laneinformation,chargingstationinformationvehiclecostcalculation.ThissimulatedETCchargingsystemprovidesthereferencedataandpracticalschemefortheactualETCcharge.
Keywords:
ETC；ETCLaneManagement；ETCVehicleManagement；NoParkingCharge
第1章绪论
1.1课题背景与现状
目前大部分高速公路都是采用传统的人工收费，当高速公路上的车流量急剧增加时，人工收费方式车辆通行的效率低，造成通行缓慢，堵塞严重、增加交通事故等问题[1]。
通过相关部门长期而且广泛的研究，结果表明：
如果仅仅只是依靠修建更多的基础设施，增加更多的高速公路来解决目前急剧增长的车辆通行需求是不可取的，也是不科学的。
所以现代社会高性能、高速度的电子计算机和通信技术的迅猛发展，能够促进我国高速公路收费向不停车自动收费的方式发展[1]。
所以好好利用现代的高科技水平，能够帮助人们方便快捷的出行，同时解决高速公路路口收费拥堵的问题。
国外很多国家比如说日本、欧洲各国以及美国等发达国家很早以前就开始对ETC收费方式中的关键技术和标准规范做了大量的深入研究[2]。
由于国内对ETC收费方式研究的起点低和研究时间较晚，再加上国内相关的电子技术和国际水平有很大的差距，所以ETC收费在我国还没有进行大规模的应用[3]。
有些地方还只是出于实验阶段，目前还不能解决中国日益增加的交通流量，所以在这方面的研究和应用还有很长的路要走，所以研究ETC收费方式是重要的，同时也是必要的。
1.2课题研究与解决的问题
传统的收费模式主要存在以下问题：
高速公路上面存在换卡/倒卡作弊的问题，长途汽车司机在中途换；长时间将车辆逗留在告诉公路，高速公路各联网单位之间的联系相对来说比较少，管理方面存在严重脱节[4]。
所以导致超时车辆和无牌照车辆无法进行查找，对这些违规车辆不能进行及时的处罚和处理，造成高速公路上不安全因素的提高，给其他的司机带来危险，同时也给高速公路的管理带来麻烦和困扰。
还有免费车辆对通过的收费站点要求非常高，如果对这些免费车辆的不严监管，当收费站车辆非常多时，这会带来管理造成混乱、用于通行的IC大量流失问题、额外增加管理费用。
另外各个地方的收费标准也不统一，收费标准的随意性较大，差别较大，存在胡乱收费，存在人情收费，存在不开具发票和出具废旧的发票问题，所以高速公路管理方面出现的这些亟待解决的问题。
以上这些种种是目前传统收费方式不能解决的问题。
ETC收费系统能很好的解决全部或部分问题，所以ETC收费的研究与设计，能给目前高速公路的管理带来极大的方便。
1.3课题研究的内容与意义
模拟ETC收费系统实现的主要功能模块有：
ETC用户管理、系统参数管理、车ETC车道管理、ETC车辆管理、ETC车主管理、费率管理、ETC黑名单管理、ETC模拟收费等主要功能。
其中ETC用户管理包括后台管理员对用户的添加，修改，删除，查询；系统模块包括菜单维护，角维护，权限维护，数据表维护，系统日志；ETC车道管理包括车道和收费站的查询，添加，修改和删除；ETC车辆管理包括对ETC车辆基本信息和机动车辆类型的查询，添加，修改和删除；ETC车主管理包括车主信息、驾驶证类型和身份证件类型的查询，添加，修改和删除；收费费率管理包括费率的查询，添加，修改和删除；ETC黑名单管理是对车辆违规行驶后的惩罚管理；ETC模拟收费功能包括模拟驶入和模拟驶出，车辆驶出收费站时系统计算消费金额并模拟自动扣费。
ETC模拟收费是当安装有车载装置的车辆进入、离开ETC高速公路上的收费站时，系统通过车辆上的车载装置读出车辆信息，驶入时记录车辆的驶入信息，驶出时计算车辆本次的行车费用。
本次研究可以提升了高速公路的车辆通行能力，减少了基建投入降。
模拟ETC收费主要是为了实际的ETC收费系统提高参考数据，降低高速公路的各种管理成本，同时可促使公路管理提高到一个更高的层次，减少噪声和尾气而保护环境。
1.4课题研究的思路和方法
首先通过互联网和图书馆等路径查阅相关数据了解目前主流的B/S开发基本模式和各类开发实践经验。
然后回顾软件工程，软件项目管理，数据库原理等相关理论知识。
再结合国内外目前研究现状、课题背景、高速公路收费基本情况，整理出系统新的需求分析。
再进一步确定设计开发策略和最佳路径。
逐步完善模拟ETC收费系统的设计与开发。
具体研究方法如下。
准备阶段：
主要采用调查法，包括查阅文献数据、查阅实例，查阅实际情况等。
实施阶段：
查阅数据法、循序渐进法（确定需求、数据字典，详细设计实施步骤，逐步测试实施）、请教老师与同学。
成果形成阶段：
完整测试法、总结法（回顾、反省、总结自己的研究之路）。
第2章相关开发工具与技术介绍
2.1Java言介绍
Java语言是面向对象编程的高级语言，拥有许多其他语言没有的特性，并且非常适合企业级应用的开发[5]。
Java是具有多种功能的语言，开发Web程序和应用程序都可以选用Java语言。
也可以用于Web服务器、嵌入式系统和智能设备中，还可以用于智能手持设备上的APP（应用程序，Application的缩写），Java语言成为目前Web应用的主流语言。
Java拥有简单，面向对象，解释型，可移植，多线程的特点。
而且Java语言的语法与C和C#的语法接近，另一方面Java语言也丢弃了C++中的重载、多继承、指针的特点[5]。
特别地Java语言提供了自动垃圾回收，使得程序员在开发过程中无需像C那样手动的去管理内存的申请与内存的释放。
JVM（Java虚拟机，JavaVirtualMachine的缩写）也让用户可以做到了“一次编译，到处运行”，做到真正的跨平台运行。
2.2MySQL和Eclipse简单介绍
Eclipse是一个面向所有用户的开源的开发集成平台。
对于Eclipse本身来说它是框架和多种服务，通过许多不同的插件组件成功能强大的开发平台，而且Eclipse自己本身也附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具[5]。
而且Eclipse也是一个非常优秀的跨平台的集成开发环境。
也支持显示语言Html（超级文本标记语言，HyperTextMarkupLanguage的缩写）、CSS（层叠样式表，CascadingStyleSheets的缩写）、JSP（Java服务器页面，JavaServerPages的缩写）和控制语言Javascript、和Struts2、Spring、Hibernate等框架的集成。
它同时也集成了数据库、JavaWeb开发、发布和应用程序服务器，是Web开发的免费的而且比较好的开发工具，对于本次开发要求不是特别高的模拟ETC收费系统来讲我没有必要去选择付费工具MyEclipse，而且Eclipse基本能满足我这次的开发需要。
因为eclipse可以集成实现编码、调试、测试、发布等众多功能，所以在实际的开发过程中也大大提高了开发的整体工作效率。
模拟ETC收费系统采用的是2012年6月发布代号为Juno的4.2版本。
MySQL是一个目前非常被很多公司和个人用户广泛使用的开源数据库，很多大型网站都使用MySQL作为他们的后台数据库[5]。
在被Oracle收购之后，MySQL也吸收了许多Oracle的长处，比如说体积变得更小、速度变得更快、成本变得更低和性能变得更高。
正是因为这些优点所以很多中小型网站会选择MySQL。
2.3Tomcat服务器介绍
Tomcat服务器是一个阿帕奇免费开放的Web应用中的服务器容器，尤其应用在中小型系统、并发访问用户多的服务器上，是Web应用开发的常用服务器[6]。
Tomcat是Apache服务器独立运行的一个扩展，所以Tomcat可以作为一个独立的进程在机器中单独运行。
Tomcat的WebContent根目录下包含有Html和Jsp文件、WEB-INF目录和WEB-INF目录。
WEB-INF目录下有一个web.xml文件和一个lib目录。
其中web.xml是Web应用的配置文件。
通常Web应用所依赖的类和引入的jar文件都到WEB-INF下的lib目录下。
而且WEB-INF目录是一个安全且只能够让服务器访问的目录。
客户端是不能对这个目录进行访问的，所以通常Web应用的一些对于安全性要求相对来说比较高的文件都会放在这个目录下面。
2.4MVC设计模式与Struts2框架介绍
MVC即模型——视图——控制模式，它是一种利用模型驱动的设计模式，它能提高程序的维护性，减少各个模块之间的相互耦合程度，而且有助于管理比较复杂的程序，同时提供对网页开发技术JSP、Html、CSS和JavaScript的控制。
MVC主要分为Model（模型）——View（视图）——Controller（控制器）三个部分[7]。
其中Model（模型）是主要负责处理数据库中数据部分。
View（视图）是主要负责处理接口显示数据的部分。
Controller（控制器）是主要负责处理使用者交互的部分，通过从视图读取数据，控制用户输入，然后模型发送数据。
Struts2是在WebWork和Struts1的基础上结合成了一个全新的后台框架。
但Struts2仍然是以WebWork为核心，通过利用拦截器的机制来接收和处理用户的各种请求，这样的设计方式能够使得实际项目中的业务逻辑和ServletAPI（API，应用程序编程接口，ApplicationProgrammingInterface的缩写）进行全的分离，所以给给开发者提供了极大的方便，Struts2在MVC模式项目中处在控制层。
2.5B/S结构介绍
B/S模式是在Web2.0之后流行起来的程序设计结构[7]，代表浏览器和服务端进行交互，结果直接在浏览器上显示。
能够把客户端统一定位为浏览器这个特点，让开发者能够更好的开发服务端程序，而不需要关注操作系统的版本，降低开发成本。
第3章模拟ETC收费系统分析
3.1可行性分析
3.1.1技术可行性
模拟ETC收费系统所需的关键技术要求，以及现有掌握程度，存在的差距等方面进行分析如表3-1所示。
表3-1模拟ETC收费系统的技术可行性分析
关键技术项
要求
现有水平
对照分析
J2EE
熟练
熟练
可以满足要求
MySQL
熟练
精通
可以满足要求
Struts2
熟练
精通
可以满足要求
esayUI
熟练
熟练
可以满足要求
JS技术
熟练
熟练
可以满足要求
ZUI
熟练
熟练
可以满足要求
SQL语句
熟练
精通
可以满足要求
从表中所示的信息，可以看到在技术方面，本系统的可行性要求是可满足的。
3.1.2经济可行性
综合现有高速公路的各方面信息，总体来说，虽然对检测硬件性能的要求较高，但是经过一定的研究，硬件技术已经有了很大的飞跃，能够满足ETC的收费硬件检测方面的要求[8]。
采用ETC收费方式产生的效益主要体现在如下所示三个方面：
1）ETC车道的通行能力会比传统的收费方式提高4-6倍，收费站入口处的车辆通行水平会提高4倍左右，收费站出口的车辆通行水平会提高6倍左右；2）ETC车道的建设会节约很多用于基础设施建设的成本，而且占用土地面积少，全国的高速公路收费站的数量很庞大，如果全国的高速公路都采用ETC收费方式，那么节省下来的土地面积会是非常庞大的资源；3）节省因车辆进入或离开高速公路因排队的时间，排队等待的时间减少了，那么汽车因少时间停留甚至是不停留，同时也会节省很多的燃油，减少燃油燃烧产生的废气，保护环境，因此在经济可行性方面的要求也是可以满足的。
3.1.3社会可行性
随着国家对ETC收费方式的应用，社会对ETC收费方式有了更加明确的了解，
ETC收费方式在未来的高速公路上的应用具有良好的应用前景。
所以，ETC收费系统的研究和开发是非常必要的。
不停车收费技术极其适合用在高速公路、交通比较繁忙的桥梁和隧道下使用。
实施不停车收费，可以让车辆高速通过收费站，大大提高公路的通行能力，同时高速公路的收费方式进入电子化，也可以降低收费的管理成本，有利于提高高速公路的运营效率，降低收费站的噪声和尾气排放水平[9]。
提高了公路的通行能力，所以公路管理部门在就建立收费站时，可以缩小规模，从而节约了基础设施建设的成本和公路运营时的管理成本[9]。
而且，ETC收费系统对城市而言，它就不简简单单的仅仅只是一项先进的收费技术，它更是一种对交通高效管理的手段。
3.2模拟ETC收费系统需求分析
3.2.1模拟ETC收费系统功能需求分析
本系统的用户角色分为管理员人员、车主。
下面将按照系统功能以及用户角色进行用例图分析。
用例图是软件产品外部特性描述的视图，它从用户的角度而不是开发者的角度来描述软件产品的需求，分析软件产品所需的功能和行为[8]。
用例图用于对系统、子系统或系统的行为进行可视化的表示，以方便系统的使用者更清晰地理解这些元素的用途，也便于系统的开发人员最终实现这些元素。
图3-1所示的是系统的总用例图。
图3-1系统的总用例图
车道管理功能：
首先系统管理员登录系统根据实际情况对ETC进行增删改。
图3-2所示的是具体的用例情况。
图3-2车道管理和站点信息管理用例图
车辆管理功能：
首先系统管理员登录后台根据实际情况对车辆类型，ETC车辆信息进行增删改查，然后向ETC系统注册车辆信息后，车辆就能在高速公路上使用ETC收费方式。
图3-3所示的是具体的用例情况。
图3-3车辆类型管理功和车辆信息管理用例图
高速公路收费费率管理：
首先系统管理员登录系统根据实际情况车辆收费费率信息进行增删改查，车辆在高速公路上使用ETC收费方式通过费率计算车辆行车费用。
驾驶证信息的管理功能：
系统管理员登录后台向系统初始化基础数据，在此不再做详细的说明。
行车记录信息的查询功能：
系统管理员登录后台可以查询所有的行车记录信息，车主登陆后台只能查询自己在高速公路上的行车记录信息。
图3-4所示的是具体的用例情况。
图3-4行车记录信息的查询功能用例图
收费功能：
模拟收费功能，模拟车辆的驶入，车辆的驶出，车辆驶出收费站时，计算出车辆本次的行车费用。
如图3-4所示的是具体的用例情况。
图3-4模拟收费（模拟驶入和驶出）功能用例图
3.2.2模拟ETC收费系统数据分析
本系统会产生数据会有车辆信息、车主信息、车道信息、收费站信息、收费费率信息、驾驶证信息、行车记录信息、车辆类型信息、车主违规信息、车主黑名单信息、用户信息、菜单信息、角色信息、角色权限信息，所以根据这些信息大致整理出的数据结构信息有如表3-2所示。
表3-2数据结构信息
1
用户信息
2
菜单信息
3
权限信息
4
车道类型信息
5
角色信息
6
车道信息
7
收费站信息
8
收费站类型信息
9
车辆信息
10
车辆类型信息
11
车主信息
12
身份证件类型信息
13
驾驶证信息
14
收费费率信息
15
行车记录信息
16
黑名单信息
第4章模拟ETC收费系统设计
4.1系统设计
模拟ETC收费系统主要包括ETC车道信息管理，包括向系统进行注册、注销、修改和条件查询车道信息等功能；ETC车辆信息管理，包括向系统进行注册、注销、修改和条件查询车辆信息等功能；ETC车主信息管理，向系统注册、注销、修改和条件查询车主信息等功能；ETC车主黑名单管理，包括把违规车辆移入、移出黑名单同时对违规车辆进行违规罚款等功能；高速公路收费费率信息管理，它包括向系统注册、注销、修改和条件查询收费费率信息等功能；模拟收费，包括模拟驶入和模拟驶出两个功能，当车辆驶入车道时系统自动记录车辆的车牌号码、驶入车道编号、驶入收费站编号、驶入时间和驶入状态等信息，当车辆驶出车道时，系统通过查询该车辆的驶入信息然后结合驶出车道、驶出收费站以及收费费率计算出车辆的过路使用费用；数据库管理，包括对数据库的参数配置、数据库的备份、数据库遇到灾难时的数据恢复、用户注册审核、用户权限管理、用户角色授权等功能；个人设置，包括退出系统时清空该用户的所有会话信息。
4.1.1系统总体结构设计
模拟ETC收费系统的设计应满足结构简洁、条理清晰的特点，而多层次结构能很好的应用到系统中，能达到要求的这些效果[6]。
模拟ETC收费系统由三部分组成:
前台模拟收费模块，系统管理模块和系统数据库。
前台访问系统进行模拟收费，车主通过前台访问登陆系统查看自己的个人信息和行车记录信息，后台管理员通过登录系统后台向系统初始化基础数据和其他基础数据的录入，管理数据库相关数据。
本系统的组成如图4-1所示。
图4-1系统关系图
根据系统关系图可以设计出模拟ETC收费系统的结构图。
下面以结构图来描述模拟ETC收费系统的总体结构，框内注明了模块的名字，方框之间的直线表示模块之间的关系。
详情如图4-2所示。
图4-2系统结构图
4.1.2系统总处理流程设计
模拟ETC收费系统处理总流程主要包括系统登录、系统识别用户类型、系统根据不同的用户类型获取不同的用户菜单、车辆管理、车道管理、车主管理、驾证管理、费率管理、行车记录查询、黑名单管理等子流程。
具体情况如图4-3所示。
图4-3系统总流程图
4.1.3系统功能模块设计
前台普通车主用户的功能主要有：
车主通过前台登录系统、退出系统、个人行车记录信息查询、个人基本信息查询、个人基本信息修改。
详情如表4-1所示。
表4-1前台车主功能模块表
功能名称
功能描述
车主通过前台登录系统
操作之前必须凭借登录名、密码、验证码进行登录。
退出系统
操作结束后可以退出系统，清除当前用户的会话信息。
行车记录信息查询
查看自己的行车记录信息
个人基本信息查询
查看自己的个人基本信息
个人基本信息修改
修改个人基本信息（更改登陆密码、联系方式、家庭住址、更换银行卡信息等）
前台模拟收费功能有模拟驶入、模拟驶出、收费模拟，详情如表4-2所示。
表4-2模拟收费功能模块表
功能名称
功能描述
模拟车辆驶入
实现模拟车辆的驶入，记录车辆的驶入信息
模拟车辆驶出
实现模拟车辆的驶出，记录车辆的驶出信息
收费模拟
模拟车辆驶出时，查询车辆的驶入信息结合驶出信息和费率信息计算车辆本次行车消费金额，保存收费信息
后台管理员的功能有登录后台管理系统、退出后台管理系统、车道管理、车辆管理、车辆类型管理、车主管理、驾驶证信息管理、收费费率管理、
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