机电初步设计文件.docx
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机电初步设计文件
第一章系统综述
我所于2002年12月参加了黑龙江省高速公路联网收费管理中心初步设计的投标，并荣幸承担了本次初步设计的任务。
中标后，我单位马上组织所内技术骨干着手设计的准备工作。
2003年2月18日至2月23日，我所会同黑龙江省交通厅、黑龙江省交通科学研究所对全省各路段的交通工程机电系统进行了调查，并与相关建设、管理单位进行了沟通，同时对系统方案进行了初步探讨。
2003年3月2日至3月8日，我所主要设计人员又随同黑龙江省交通厅对山东、湖北、浙江三省的收费结算中心进行了考察。
在经过详细的调查、分析，并与业主进行了较为充分的沟通后，我所形成了本次初步设计的文件。
1.1联网收费系统的项目背景
随着国家对基础设施建设的投入，尤其对高速公路建设投资力度的加大，各省、市经过几年的建设后，均逐步形成了各省内高速公路路网的雏形。
随着路网的形成，如何最大程度地发挥整个路网的整体效益和作用，以及如何避免在路网形成之后出现的新问题成为目前的重点问题。
由于道路的建设都是分段建设完成的，而且全省没有统一的要求，各路段的交通工程机电系统也大多仅从本路段的角度出发进行设计和实施，造成的不利结果主要表现在：
第一，路段与路段之间存在过多的收费站，司机在不同路段间行驶需多次停车交费，不仅降低了道路的服务水平，而且增加了初期投资和后期运营的费用。
第二，各路段的道路监控也相互独立，相邻路段发生的情况（例如交通事故）不能及时互通，也就不能及时采取有效手段进行控制和疏导。
第三，由于通信网络、通信管道不能统一规划，各路标准不统一，无法互连或是无法达到合理配置而影响了整个系统的使用效率。
为了更好地进行全省高速公路机电系统的建设，保证高速公路网的畅通，提高服务质量和管理水平，提高社会效益和经济效益，黑龙江交通厅组织开展了全省高速公路联网收费管理中心的设计工作，这将对规范、指导、促进省内高速公路机电系统的建设起到极其重要的作用。
1.2联网收费管理系统的概念、设计范围和内容
1.2.1联网收费系统的概念
联网收费系统是运用现代交通控制、信息管理理论，综合先进的计算机网络、信息传输、图像处理、电子测控等技术，建立高度智能化的综合管理系统，对高速公路的交通监控、收费、通信等信息进行采集、处理，并且能够在一定范围进行控制和发布指令，同时具备与系统外部相关部门互通信息的功能，提高高速公路的现代化管理水平。
联网收费系统的建设，在高速公路收费方面可以实现高速公路网内的联网收费，通过拆帐功能实现路之间的拆帐，使车辆行驶可以实现“一卡通”，从而减少司机停车交费的次数,减少道路的运营成本；在高速公路监控方面，可以实现路网的交通控制，提高高速公路网的通行能力和服务水平；高速公路通信网的建设，为高速公路的信息传输提供高效、可靠的通信平台，为实现现代化的管理奠定基础。
省联网收费管理中心是联网收费系统中重要的节点，它不仅是全省高速公路机电系统信息的汇集点，同时还是管理协调的最高点，它的建设关系到整个联网收费系统的成败。
1.2.2联网收费管理系统的设计范围及内容
本次初步设计的设计范围包括省管理中心、通信主干环网、相关配套设施的设计，设计的内容由以下部分组成：
●省收费结算中心
●省监控中心
●省通信中心（包括会议电视系统、由环线至省中心的通信管道、通信主干环网）
●相关配套系统（供电、防雷、接地等）
●概算
1.3联网收费管理中心建设的目标和意义
1.3.1联网收费管理中心建设的目标
黑龙江省高速公路联网收费目标不仅是各路段进行机电系统建设的目标和指导原则，同时也是建设黑龙江省高速公路联网收费管理中心机电工程的总体依据。
黑龙江省高速公路联网收费系统近期目标是：
到2004年10月，以哈尔滨为中心，以外环高速公路为枢纽，连接绥满公路哈尔滨～大庆段高速公路、哈伊公路哈尔滨～绥化段高速公路、绥满公路哈尔滨～尚志段高速公路、同三公路哈尔滨～拉林河省界高速公路、同三公路哈尔滨～方正段高速公路，形成“一环五射”高速公路网联网收费系统。
收费系统采用封闭式的半自动方式，通行券采用非接触IC卡，以现金为主要付费方式。
监控系统采用统一集中管理模式，可全天候、动态地反应高速公路的运营、收费、环境、交通事故等状态，能直接进行控制与管理。
通信系统以光纤传输为主，通过统一的宽带高速综合业务通信网，实现数据、图像、语音等多种信息的传输。
黑龙江省高速公路联网收费系统远期目标是：
在近期目标的基础上，随着哈同路、哈绥路扩幅工程的竣工，将全省高速公路联网收费的范围同步延伸到集贤和牡丹江，同时将机场高速公路也纳入联网收费；使该系统作为全国高速公路联网收费的组成部分之一，实现全国或省际间的联网收费。
对全省高速公路网进行统一管理，并逐步采用半自动收费和电子不停车收费相结合的收费方式，付费方式增加预付卡（储值卡、记帐卡）方式。
黑龙江省高速公路联网收费的目标根据路网的规划建设和机电技术的发展趋势划分为两个阶段：
近期目标和远期目标。
两个目标之间不是彼此独立、毫无关联，而是相互依存、循循渐进的关系，即近期目标是远期目标实现的基础，远期目标是近期目标的发展方向。
同时两个目标又有层次和主次之分，即以近期目标为重点，逐步升级过渡实现远期目标。
1.3.2联网收费管理中心建设的意义
通过联网收费管理中心的建设，可以加快全省联网收费建设的进度，实施联网收费系统，可以实现黑龙江省高速公路“一卡（票）通”收费，各路段公司通过拆帐系统进行通行费准确、快捷的拆分；可以对高速公路网进行综合监视与控制，提高路网的服务水平和通行能力；可以构建高效稳定的通信网络，为各种相关业务的开展奠定基础，也为管理信息系统的实施搭建通信平台。
各路段根据全省联网收费的总体要求进行设计和建设，不仅要满足本路段的业务需求，还要满足全省统一发展的需求。
总之，联网收费管理中心的实施，可以解决由于联网收费带来的各路业主之间的拆帐问题，将大大地提高黑龙江省对高速公路科学、高效的管理水平，使路网的社会效益和经济效益得到更大的发挥，为树立新时期交通系统的新形象提供保障。
1.4系统设计依据及参考规范
（1）《黑龙江省高速公路联网收费总体规划》
（2）黑龙江省高速公路联网收费管理总中心机电工程初步设计招标文件
（3）《黑龙江省高速公路联网收费技术要求（暂行）》
（4）《黑龙江省高速公路联网收费管理中心初步设计合同》
（5）黑龙江省交通厅的有关议事纪要
（6）高速公路联网收费暂行技术要求（交公路发[2000]463号）
（7）计算机软件开发规范（GB8566）
（8）计算机软件产品开发文件编制指南（GB8567）
（9）计算机软件需求说明编制指南（GB9385）
（10）计算机软件质量保证计划规范（GB/12504）
（11）计算机软件配置管理计划规范（GB/T12505）
（12）工业控制用软件评定准则（GB/T13423—92）
（13）中国金融IC卡应用规范
（14）中国金融IC卡卡片规范
（15）民用闭路监视电视系统工程技术规范（GB50198-94）
（16）公路工程技术标准（JTJ001-97）
（17）公路建设项目用地指标
（18）交通工程手册
（19）交通部批准的《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》
（20）邮电部YDJ39-90《通信管道工程施工及验收技术规范》
（21）邮电部设计院《邮电通信工程设计手册》
（22）计算机场地技术要求（GB/2887—89）
（23）等电位联结安装（97SD567）
（24）通信工程电源系统防雷技术规定（YD5078-98）
1.5黑龙江省高速公路路网概况
目前全省已投入使用的高速公路有6段，共约402公里，详见下表：
序号
路段名称
竣工时间
里
程
收费制式
通行券
业主
备注
1
哈尔滨～大庆
1997
133
封闭式
非接触IC卡
东北高速
机电系统陈旧需改造
2
呼兰～绥化
2000
79
封闭式
非接触IC卡
交通厅
部分设备需更新
3
哈尔滨～阿城
1989
30
封闭式
纸券
交通厅
机电系统需重建
4
机场路
2000
26
开放式
纸券
工大集团
中远期纳入联网收费
5
哈尔滨～拉林河及东南环
2002
99
封闭式
非接触IC卡
交通厅
机电系统情况较好
6
鹤岗～佳木斯
2001
35
封闭式
非接触IC卡
交通厅
暂不纳入
7
总计
402
哈双路哈尔滨～拉林河段机电系统已于2002年9月建成开通，现采用两级管理，全线设1个中心、8个收费站。
现中心设在哈尔滨市内，距环线上瓦盆窑互通约20公里。
该路设置了完善的机电系统。
干线敷设1根24芯光纤，其中干线传输使用4芯、接入网用4芯、监控外场图像用2芯、上传图像用1芯。
从瓦盆窑到哈双中心租用10芯光纤，干线用4芯、接入网用4芯、图像用1芯。
干线敷设10孔硅芯管，已用2孔、出租2孔，进各收费站管道余8孔。
哈大路机电系统于1998年4月开通，现采用两级管理，全线设1个中心、5个收费站。
中心设在肇东。
本路大部分设备已老化，计划改造机电（其中通信系统仅保留光纤），采用全线集中监控管理的方式，各收费站不再设置监控室，并将中心移到哈尔滨市环线附近大耿家处。
哈伊路机电系统于2000年10月开通，该路与环线之间有9公里道路正在修建，并将与西环环线同步开通。
全线采用两级管理，全线设1个中心、5个收费站。
中心现设在赵家收费站附近，业主计划把中心移到环线哈伊互通处附近，但未最后确定，本设计在路中心位置没有明确之前暂按原位置设计。
通信系统采用SONET设备，交换机没有NO.7信令。
哈同路1998年按半幅路收费系统实施。
现本路正在进行扩建，哈尔滨到方正段2004年10月扩建开通，方正到佳木斯段2005年10月扩建开通。
佳木斯到集贤段道路改造工程的工可报告交通部未批。
本路采用三级管理，全线设1个中心、5个管理所、17个收费站。
现中心设在金家收费站，业主计划将其改建在哈尔滨市内，距环线东风互通10公里，本设计在路中心位置没有明确之前暂按原位置设计。
业主提出管理所负责收费图像监控和道路监控，收费数据由收费站直接传到哈同路中心。
哈尔滨到方正段2004年10月开通要设方正临时主线站，方正到佳木斯段2005年10月纳入联网，如果佳木斯到集贤段的土建和机电工程能于2005年10月改造完工，则也可纳入联网，否则应在佳木斯设临时主线站。
哈绥路哈尔滨到尚志段2004年10月扩建开通，尚志到亚布力段2005年10月扩建开通，亚布力到牡丹江段2006年10月扩建开通。
本路采用四级管理，全线设1个高速公路公司、2个管理处、5个管理所、16个收费站。
高速公路公司是否负责数据和图像管理未定，暂按不管理数据和图像考虑。
管理处暂按两个路中心进行设计。
绕城公路西段计划与2004年10月建成通车，采用两级管理，由哈双路中心负责管理，沿线设置2个收费站。
绕城公路东北环正在做工可，将纳入哈双的统一管理。
近期2004年10月之前纳入联网收费系统的规模，详见下表：
序号
路段名称
里程
（公里）
收费站数
（个）
备注
1
哈尔滨～大庆
133
5
简称哈大
2
哈尔滨～绥化
88
5
简称哈伊
3
哈尔滨～尚志
116
9
4
哈尔滨～拉林河、东南环及西环
136
10
简称哈双
5
哈尔滨～方正
157
6
6
总计
630
35
中远期联网收费系统的规模，详见下表：
序号
路段名称
里程
（公里）
收费站数
（个）
备注
1
哈尔滨～大庆
133
5
2
哈尔滨～绥化
88
5
3
哈尔滨～牡丹江
302
16
简称哈绥
4
哈尔滨～拉林河、东、南西、北环
160
10
5
哈尔滨～集贤
396
17
简称哈同
6
机场路
26
2
7
总计
1079
55
1.6黑龙江省高速公路网管理机构的设置
黑龙江省高速公路联网收费管理体制本着“发挥职能、理顺关系、保持稳定、合理布局”的原则进行设置，哈大、哈双、哈伊路段采用三级管理模式：
省高速公路管理中心－路段管理处－收费站、通信站、服务区；哈同、哈绥路段采用了四级管理模式：
省高速公路联网收费管理中心－路段管理处－管理所－收费站、通信站、服务区。
黑龙江省管理中心：
位于哈尔滨东南外环内，距环线黑大收费站约4.4公里，房建为新建。
省管理中心内设省收费结算中心、省交通监控中心、省通信中心，对全省的高速公路的运营进行管理。
管理处：
黑龙江省高速公路均按路设置管理处，管理处内设路收费中心、路交通监控中心、路通信中心，对本路段的运行进行管理。
管理所：
哈同、哈绥高速公路设置了管理所。
哈同路设置了5个监控、通信管理所，该管理所的功能为监控、收费图像的管理。
哈绥路设置了5个监控、收费、通信管理所，其功能是对所辖路段的收费、监控的数据、图像等进行管理。
收费站、服务区：
在高速公路沿线设置收费站、通信站、服务区等。
此外，为协调在联网收费后各路段业主之间出现的问题，保证各业主的利益，建议成立省联网收费管理委员会。
省联网收费管理委员会是路网内每一个独立核算的高速公路运营管理单位派代表组成,主要职责是对高速公路联网收费的运营情况进行监督，参与制定联网收费的有关规章，使路网内每一个独立核算的高速公路管理单位应收取通行费的利益不受损害，并保证整个路网的畅通。
1.7系统设计原则
根据黑龙江省高速公路联网收费信息管理中心的总体需求及路网规模的需要，结合黑龙江省高速公路机电系统的现状，综合考虑机电系统的发展，制定如下设计原则：
（1）立足黑龙江省的实际情况，结合国情和省情，借鉴国内外有益的经验，将先进的设计思路和技术与黑龙江省的实际需求有机结合，突出针对性，设计出符合黑龙江实际、具有黑龙江特色的省管理中心。
（2）遵守国家/国际的有关法律和法规，贯彻交通部、交通厅的有关政策，符合国内外有关高速公路机电系统建设的标准规范，使设计尽量规范化，便于系统扩展与升级，并有利于指导本省各条高速公路的建设或改造。
（3）统一规划、一次设计、分期实施、逐步联网、不断完善。
（4）高速公路联网收费系统的实施关系到各路业主的实际收益，也关系到整个路网是否能够稳定的运行，因此从技术到设备，从软件到硬件都要具有高度的可靠性，具有较高防止各种人为和自然破坏的能力。
（5）系统应具有严格的安全管理制度和先进的安全技术，保障整个系统不受外来因素的干扰和破坏。
（6）系统应结合当今世界信息产业发展的潮流，优先选择目前具有代表性的，并具有广阔发展前景的技术，使整个系统能够具有一定的先进性和开放性，易于升级，避免淘汰过快，重复投资。
（7）系统功能模块化设计，易于升级，系统资源利用率高。
（8）在保证系统的可靠、安全、先进、开放的同时，要充分考虑系统的经济性和实用性，应尽量选用性价比最优的方案和技术，尽量选用合理的配置，避免华而不实。
（9）系统应充分考虑业主在运营期间的需求，保证系统易于维护与管理。
1.8省监控中心
1.8.1省监控中心功能
交通监控系统是保证高速公路的服务水平，充分发挥其舒适、快捷、安全、高效特点的主要手段。
因此，及时了解道路交通运行情况、制定控制设计将是交通监控系统的主要职能；在道路成网的情况下，如何充分利用交通监控系统的技术手段来保证每条道路的畅通、使路网整体通行能力达到最大将是交通监控系统所要解决的主要问题。
省监控中心可接收各路监控中心上传的数据、图像，进行全省高速公路交通状况的监视、汇总、统计，同时协调各路监控中心之间的交通管理和应急救援工作。
此外，省监控中心还要与省收费中心、相关信息中心、其它相关的部门、系统、相邻省市监控中心互连、互通。
（1）信息汇集功能
交通量数据、气象数据、各外场设备工作状况信息、事故信息等。
（2）视频监视功能
对全省特大桥、高接高枢纽立交、事故易发地点、收费广场等处的遥控摄像机实施控制，并能选择图像实时监视、记录、存贮和回放，用于事故预防和处理。
（3）信息处理、显示功能
通过对交通数据（包括路段和高速公路出入口）和气象数据进行统计、分析，提出控制设计，并通过图形界面进行显示。
（4）控制功能
根据收集的数据，系统能够提供相应的控制设计，在特殊情况下可向监控中心下达建议和指令。
（5）告警处理功能
系统可根据告警事件的严重程度分成轻故障、重故障、严重故障分别进行处理。
（6）报表统计、打印、查询功能
系统能按预先规定的格式和内容，定时进行日、周、旬、月、季、年报表的统计处理，并且进行自动打印。
报表类型主要包括：
交通量、气象、收费数据、事故记录、设备报警、设备工作情况等。
（7）自动数据备份和系统恢复功能
系统具有数据自动备份功能，系统能实时自动的将重要数据进行备份，一旦系统受到破坏，可以尽快地恢复系统运行。
（8）系统具有自诊断功能
能自动测试系统的工作状况，并且在检测到异常情况时，自动显示和打印诊断报告。
（9）安全功能
系统对不同层次和职责的人员，分别设置不同的操作使用权限，设置不同的操作口令和密码，防止越权存取和修改，保障数据的完整性，并且对值班员的操作进行记录。
（10）协调处理功能
监视、协调各路监控中心的交通控制，保证整个路网的畅通。
（11）与其它系统之间的信息提供
与相关信息中心交换交通信息，实现信息共享
向与交通信息有关的系统提供信息
向上级管理部门发送其所需的交通信息并接收其下达的各种管理指令
向相邻省份省监控中心传送相关的交通信息
1.8.2省监控中心设计内容
（1）省监控中心计算机局域网
（2）闭路电视显示子系统
（3）综合控制台
1.9省收费结算中心
1.9.1省收费结算中心的功能
省收费中心主要包括：
一般收费业务管理、收费结算管理、通行券管理、票据管理、图像管理、网络管理。
目前，省管理中心共用对外服务系统，由收费系统负责。
1、一般收费业务管理
（1）系统维护管理：
主要是统一标准、统一参数的制定。
（2）设备状态管理：
主要是对设备运行状态的监视与记录。
（3）数据采集与传输：
主要与路中心、拆账中心、外部相关系统的数据通信。
（4）数据备份与恢复：
系统对重要数据具有自动备份功能，系统受到破坏时，可尽快恢复系统的运行。
（5）报表统计与打印：
统计打印各种收费管理报表（包括交通量、通行费、票据等）
（6）IP地址及DNS域名管理：
对全省的计算机网络（包括收费系统、监控系统）的IP地址及DNS进行管理。
（7）系统安全管理：
系统对不同级别和职责的人员分别设置不同的操作权限，并进行日志记录和审查。
2、票据管理
（1）制定票据管理制度
（2）数据的录入：
登记所有有关票据申请、购买、领用、库存、核销等数据。
（3）数据的存储与备份：
及时对有关数据进行存储与备份，并定期外存。
（4）数据查询：
可实时对票据的使用情况进行查询。
（5）统计报表的生成：
可按时间、使用单位、使用情况等参数生成各种统计报表。
3、收费结算管理
收费结算中心负责处理联网收费系统的交易数据，计算拆账结果，经省收费中心汇总、确认后，借助银行系统把通行费拆分到各个路公司，完成对黑龙江省联网收费系统的拆账。
包括拆账数据采集、拆帐处理、账款不符处理、日终结算、银行划、转账处理等。
4、通行券管理
（1）报表的统计与处理：
主要针对通行券（非接触IC卡）的领用、使用等进行统计。
（2）数据查询：
可以实现对非接触IC卡（各种用途非接触IC卡）的总数、流通量、库存、坏卡量、流失量进行查询；同时可对磁券进行查询。
（3）非接触IC卡的发行与注销：
实现对卡的初始化、加密、重新生效、注销等管理。
（4）非接触IC卡的调配：
通过对卡的统计，根据用卡单位的申请对卡进行调配。
（5）预付卡管理：
主要管理预付卡的发行、充值、挂失与注销。
1.9.2省收费结算中心的构成
（1）与路管理中心之间计算机广域网构成
（2）收费结算中心内部计算机局域网构成
（3）拆帐应用软件
（4）IC卡的发行与管理
（5）网络安全与管理
（6）对外服务系统
1.10省通信中心
黑龙江省高速公路通信网是黑龙江省交通专网的重要组成部分，是全国高速公路通信网在黑龙江省的延伸，是保证高速公路快速、安全、高效运营，实现高速公路科学化管理的重要手段。
黑龙江省高速公路通信系统的建设是保证黑龙江省联网收费、路网监控、业务联系的基础通信平台，并为将来新增业务以及组织全国交通通信专网预留了条件。
作为黑龙江省高速公路专用通信平台，该系统将为黑龙江省高速公路的管理、运营提供不间断通信，为路网业务电话、指令电话提供清晰、优质的通信服务，为收费系统、监控系统的数据传输以及沿路监控图像和各收费站的监控图像提供传输通道。
该系统还将与公网相联接，利用各种传媒，将综合的交通数据、信息传递给各种道路使用者。
所以，黑龙江省高速公路通信系统应是具有管理性和开放性的“高速化、数字化、综合化、网络化”的宽带多媒体通信系统。
1.10.1省通信中心的功能
（1）为路网交通监控提供通道
根据路网交通监控信息采集和发布要求确定的数据、图像流向及层次，通信系统需在干线传输系统和用户接入网上提供相应的数据传输接口和通道。
（2）为联网收费拆帐系统提供通道
联网收费系统成功与否的关键的是收费拆帐数据传输的畅通与安全。
根据收费系统计算机网络的构成，通信系统为收费数据传输提供接口和通道。
（3）为业务电话、办公自动化提供通道
根据智能办公及相关部门的业务需要，通信系统为业务电话、办公自动化、会议电视等提供通道。
（4）实现路收费中心与省收费中心之间的会议电视功能。
1.10.2省通中心统的构成
本设计包括以下内容：
1、光纤数字传输系统
2、数字程控交换系统
3、支撑网系统
4、会议电视系统
5、通信电源系统
6、通信机房设计
7、通信主干环网
8、通信管道
1.11配套系统
由于黑龙江省高速公路联网收费管理中心的建设和运行关系到全省高速公路的运营管理，其作用和位置都非常重要，为保证机电系统能够正常、稳定地运行，要求供电、防雷、接地系统有一定的保障措施。
配套系统主要设计内容包括供电系统、防雷系统、接地系统、沟槽管洞等。
1.12概算
本设计完成了对省监控中心、省收费结算中心、省通信中心（包括会议电视系统1个主会场）、通信主干环网、相关通信管道的概算。
第二章
省收费结算中心
2.1全省联网收费系统概况
2.1.1联网收费系统总体需求
黑龙江省高速公路联网收费结算中心的建设，应吸收国内外高等级公路收费系统的建设经验，结合黑龙江省高速公路的建设规划和管理现状，按照黑龙江省高速公路的总体规划和建设进程，通过收费站、路收费中心、省收费结算中心以及各级收费系统之间联网的建设，逐步实施对高速公路联网收费。
通过全省高速公路网联网收费系统的成功实施，加强全省高速公路网收费系统的监督管理，减少投资、降低成本，提高通行能力和服务水平，方便车辆行驶，树立良好的高等级公路服务形象，最大程度的提高黑龙江省高速公路网的整体经济效益和社会效益。
联网收费系统应符合以下基本要求：
1.车型分类、车种分类、IC卡格式及管理办法、系统时间等应统一。
2．根据车型正确收取通行费，收费过程的登记、事件记录完整。
3．系统具备较高的服务水平，收费操作过程简明、实用，尽可能缩短因收费引起的交通延误。
4．采用统一的管理模式和通信协议。
5．系统具备高可靠性和全天候不间断工作能力。
6．各类报表应准确、完整，并考虑与财务系统的协调、衔
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