南京绕越高速公路收费管理系统的设计与实现

孙振兴，陈 晔

（南京公路发展集团有限公司，江苏 南京 210008）

南京绕越高速公路（编号G2501）是国道主干线长春—深圳高速公路在江苏省南京市的过境路段，按照建设计划，南京绕越高速公路将在所有的出、入口匝道互通立交设置9座匝道收费站，并利用三桥、四桥的主线收费站进行扎口，路段整体纳入江苏省苏南高速路网实行封闭式联网计程收费。按照联网收费的相关规定，参与联网收费的各路段需对各型车辆采用统一的管理流程，按江苏省高速公路统一的路网费率收费，正确拆分收取到的路网内其它路段的通行费，因此需开发一套专用的收费管理系统软件，本文分析了收费系统软件的需求，并介绍了软件的各组成部分［1-2］。

1 系统综述

南京绕越高速公路收费系统采用封闭式全省联网收费制式，收费方式为“人工判型，人工收费，计算机管理，收费视音频监视，检测器校核”的半自动方式［3］。根据经物价部门批复的联网收费费率收取通行费，并对货车实行计重收费； 通行卡采用非接触式IC卡，在系统中封闭运行，重复、循环使用［4］。南京绕越高速全线不设置主线收费站（利用三桥、四桥的主线收费站代收通行费），设置9处匝道收费站（见表1），设1处收费管理分中心，即科学园分中心与科学园B收费站同址［5］。

表1 各收费站建设规模

新入网的高速公路收费系统必须配备一套功能比较完善的收费软件，以确保实现与现有其它路段系统的无缝对接，系统终端必须具备离线收费的功能，为CS架构，具备操作方便、数据安全等特点，除此以外，收费软件还可通过多种数据备份手段，确保数据的安全性，并可扩展电子预冲值卡缴费以及不停车（ETC）收费等功能。整个系统软件分为前端道口收费程序、后台管理程序和数据存储3大部分，其中前端道口收费程序分为入口发卡程序、出口收费程序2种；后台管理程序分为通行卡管理、数据统计分析、图像稽查3个系统功能；数据存储分为收费站、收费分中心2级存储。收费系统硬件由车道收费控制子系统、计算机子系统、视音频监视子系统、内部对讲子系统、安全报警子系统、UPS供电子系统、过电压保护设施、线缆工程及附属设施等构成。

2 联网收费软件需求分析

2.1 收费车道程序需求分析

在入口车道收费员将入口通行信息（站号、时间、收费员工号等）写入通行卡（非接触式IC卡）并发放；出口车道收费员刷卡读出通行卡内的入口信息，自动计算出缴费金额，收取通行费。并具备对车队、无卡车、军车、公务车、变档车等特殊车情的处理功能。

2.2 通行卡管理程序需求分析

能够准确地反映当前收费站的卡库存量情况；能够方便地进行通行卡的调入和调出操作，并记录相关数据；能够对正常发放的通行卡进行状态察看和恢复，使其继续使用，并记录相关数据； 能够查询站内流通的通行卡的状态。

2.3 数据统计分析程序需求分析

能够对收费员下班后填报的数据进行操作和管理，主要包括收费数据的录入、删除及修改，通行卡领用数据的录入、删除及修改，加收款的录入、删除及修改，欠费的录入。

能够根据管理部门的要求，对收费数据进行统计处理，产生各种统计报表，包括交通通行费类、交通流量类、收费管理类、路网收费拆帐类和计重收费流量金额统计。

2.4 图像稽查程序需求分析

能够实时监视车道收费员工作状态并通过切换调取各车道视频；能够实时监视特殊车辆通过收费车道的收费状态；能够对车道抓拍的图像进行查询；能够调取出口车辆的入口图像。

3 系统设计

3.1 系统设计目标

按江苏省收费公路管理规定，高速公路收费系统车道级程序尽量简化，以缩短收费操作时间。南京绕越高速公路的设计服务水平为：入口车道平均服务时间为6 s，平均服务水平为等待1辆车；出口车道平均服务时间为14 s，平均服务水平为等待1辆车。付费方式包括收取现金支付和使用预充值卡电子支付2种方式。

3.2 软件数据库设计

（1） 原始车道记录数据库设计

原始车道记录文件分为当班记录数据库和本月数据库。为了方便收费站和中心、分中心统计，收费站、收费中心的车道原始数据只有一个出口月数据表和一个入口月数据数据表EXITYYYYMXXX和ENTRYYYYMMXXX，其中XXX为收费站编号。

（2） 费率表设计

费率表是联网收费的基础，它规定了任意两站之间各型车的费率，费率表由省高速公路联网中心统一下发。

3.3 收费车道程序模块设计

（1） 初始化功能模块设计

在系统启动时，初始化功能模块对所有的串口、视频卡、VDM、费额显示器进行初始化，同时加载电动栏杆机、环检测器、非接触IC卡等处理程序。

（2） 系统管理模块设计

系统管理模块分操作员登录、费率表管理、时钟同步、黑白名单管理、参数管理。操作员登录用于操作员输入并检证操作员的合法性；费率表管理用于管理费率表的更新和读取；时钟同步用于和服务器时钟同步；黑白名单管理用于黑白名单的更新和读取，参数管理用于设置和读取。

（3） 键盘管理模块设计

键盘管理模块包括键盘操作日志管理并响应收费员各种操作，按规定完成各类车辆收费过程。

（4） 数据管理模块设计

数据管理模块包括本地数据库管理、远程数据库管理、数据校对、数据升迁和下载4类。本地数据库管理完成本地数据库的生成、增加、修改以及硬盘电子盘和虚盘数据文件的管理。远程数据库管理完成服务器上数据库的生成、增加、修改；数据校对完成数据的有效性检验以及本地数据库管和远程数据库的核对。

（5） 基本输入、输出模块设计

基本输入输出模块包括亭内显示器输出、费额显示器输出、电动栏杆控制、车辆检测器输入、票据数据输出、VDM输出、报警信号输出，IC卡读写器控制。

3.4 软件操作过程设计

（1） 入口车道发卡操作流程

正常车：输入车型→放置通行卡→发卡放行；

公务车：输入车型→放置公务卡→还卡放行；

军车：输入车型→放通行卡→按军车键→发卡放行。

（2） 出口车道收费操作流程

正常车：输入车型→放通行卡→收费放行；

车型不符：输入车型→放通行卡→输入正确车型→收费放行；

军车：输入车型→放通行卡→按军车键→免费放行；

公务车：输入车型→放公务卡→按公务键→免费放行；

无卡：输入车型→按无卡键→收费放行。

4 系统的实现

在收费系统启动时，软件首先对所有的串口、视频卡、VDM、费额显示器进行初始化，同时加载电动栏杆、环检测器、非接触IC卡等处理程序，系统成功初始化后将进入待机状态，收费员操作键盘任意键启动管理模块流程。

4.1 收费车道功能的实现

打开车道收费机电源，车道收费计算机启动后，屏幕上栏显示站名、车道、班次、收费员和当前时间，此4种信息只有班次由收费员输入，收费员工号由IC卡读写器从收费员身份卡中读出，站名和车道号由计算机自动输入。

在1 s内连续敲击“上班”键2次才有效，车道收费机认为已上班，屏幕上提示“请放身份卡”，收费员应把自己的身份卡放在天线上或有效范围内。如果读卡正确，则在屏幕上显示收费员工号和姓名，收费员身份信息也可手工输入，屏幕上提示“请输入密码，上班键结束 ：_”，此时输入收费员个人密码，输入完成后，按一下上班键。如果密码输入正确，系统提示输入班次，必须输入班次2次以便确认。如果2次不一致，须重新输入。

入口发卡时，不分收费车和军车一律发普通卡，公务车自带公务卡，不再发通行卡。收费员根据自己的判断输入车型，在放置通行卡之前，如果车型输入错误，可连续按2次“更改”键更改。

4.2 通行卡查询功能的实现

通行卡查询系统主界面主要包括通行卡查询系统的4大功能，分别为通行卡操作、通行卡查询、数据统计和数据维护。通行卡操作功能可以实现通行卡调入、通行卡调出、通行卡恢复、坏卡回收、坏卡上交这5个功能。

（1） 通行卡调入

首先通行卡管理程序要判断通行卡的出口收费站编号是否为“0000000”，“是”则可以调入，“否”则不能调入；在收费站拿到要调入的通行卡后，必须在10 d时间内进行通行卡调入操作，到超出规定的时间后必须到联网收费管理中心进行通行卡的初始化，否则在收费站将无法再次使用本通行卡。

（2） 通行卡调出

单击开始调出按钮，将通行卡放在读卡器上，当提示调卡成功后，取下此张通行卡，继续放入下一张通行卡，重复以上操作。通过通行卡调出功能，操作员可以对调出的卡进行操作，利用通行卡读写器读出每一张卡的卡序列号、卡内部编码、值机员工号等信息。

5 结论

南京绕越高速公路收费管理系统已经建成并投入运转，目前每天收取、拆分通行费约90万元，从试运行期间的使用反馈来看，系统功能齐全，计费精准，性能稳定，收费软件操作简单，使用方便，能够满足路段的日常营运需求，达到了预期效果；但同时也暴露出一些不足，例如收费员终端界面设计比较单调；另外，使用非接触式IC卡作为通行凭证，虽然方便快捷，但若司机不慎丢失了IC卡，同时入口站点又未能正确记录下车牌信息，则会给出口站点收费带来很大麻烦，为此拟利用现有的数据资源，开发一套模糊检索系统，实现车辆信息的模糊查询。

［1］ 冯炎，范亮.服务器容错技术在南京绕越高速公路项目中的应用［J］.现代交通技术，2010，7（S1）：149-151.

［2］ 江苏省交通厅.江苏省高速公路联网收费暂行技术要求（2006版）［R］.2008.

［3］ 冯宝椿.浅析南京绕越高速公路项目建设主要成功经验和面临问题与挑战［J］.现代交通技术，2010，7（S1）：1-2.

［4］ 郭敏.高速公路收费系统［M］.北京：人民交通版社，2002.

［5］ 陈启美，金凌，王从侠.高速公路通信收费监控系统构成与进展［M］.北京：国防工业出版社，2006.