高速公路收费系统技术白皮书
2012年4月
1. 系统概述
1.1 背景
高速公路收费系统，是高速公路业务的重要组成部分。建立这样一个系统是提高我国交通收费业务科学管理化的一个重要环节。将解决在交通收费业务中由于采用传统方法和手段所出现的难于处理的各种问题，并把管理对象转到信息对象的信息管理系统，把交通收费管理工作推向新的高度。
我国实行对外开放方针以来，交通日益成为国家快速发展的重要前提，国内的高速公路里程逐年增长，收费业务也越来越复杂，各种收费中的不正常现象逐渐增多，为了有效提高对征收业务的管理，收费业务的计算机信息管理系统成为一种必然趋势。真正实现信息采集、加工、分类、存储、统计、查询、传输计算机化。从工作上，提高工作效率；从服务上，做到信息共享，面向社会服务；从工作环境上，改善劳动条件，减轻劳动强度。
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。
1.2 目标
高速公路收费系统作为交通通信产业的重要组成部分，它的性能与质量的优劣，直接影响到投资者的投资回报率，收费站的通行能力和服务水平，是高速公
路机电项目中最重要的组成部分。收费道路管理中的一个关键问题是解决路费漏收与流失的问题。收费作业是一个复杂的过程，对收费作业过程的控制是一项难度很大的工作，因此要求高速公路收费系统能够为用户提供良好的通行能力；最大程度的减少费额的流失；保障投资者的投资回报。同时高速公路路网的形状复杂，使实现全网“一卡通”，而且合理拆分不同路段之间的通行费收入，也成为高速公路收费系统的主要目的。
1.3 系统概述
高速公路收费系统解决方案，适应目前高速公路的发展需求，实现省级高速公路网联网，统一收费的大封闭式的收费系统，实现一票到底，畅路无阻，有效地解决了收费站过多和管理混乱等问题。同时通过灵活合理的拆帐方案，实现了通行费用在不同路段之间的准确拆分。ITS 高速公路收费系统支持非接触性IC 卡、接触性IC 卡、磁票等介质，支持不停车收费（ETC ）收费方式。
高速公路收费系统实现了半自动和 ETC 两种收费方式，可选用IC 卡、磁票、二维条卡作为通行券，支持现金、预付卡、储值卡等支付方式；各级可以实现监控下级的操作异常事件；实时监测出入口车道的设备状态；各级系统可以自动统计交通量、通告量曲线图；实现了对路费、通行券、票据、设备等的严格管理，杜绝舞弊行为；提供独特的专家分析系统等。
高速公路收费系统组成如下图所示：
2. 系统特点
高速公路收费系统解决方案采用开放式系统平台、统一的系统结构，使得整个应用系统具有良好的集成性、可控性和兼容性，是从车道收费软件到省级联网收费软件，以及ETC 收费系统的整体解决方案，适用于封闭式高速公路联网收费系统的建设，同时对于原有落后的收费系统，可以方便的进行改造和升级。
2.1 业务特点
● 采用非接触IC 卡
对于传统的收费系统，以纸质的通行票为媒介，存在成本高，管理困难等缺陷。采用非接触IC 卡实现一次投入终身使用，从而降低了运行成本，并为科学管理提供了保证。
● 数据集中管理
对于集中数据的管理主机，采用群集方式。随着业务不断增加，可逐步增大系统配置，减小和保护客户投资。
● 安全集中管理
卡密钥由中心管理发放，各职员登陆密码由中心统一管理。
● 制卡发卡集中
统一制卡发卡，以利于对卡的统一规划与管理，减少风险。
● 帐务拆分平衡
采用自动确定行驶路径，与灵活的拆帐规则，可以精确的把每一笔通行费拆分到车辆实际行驶的路线和里程。三级清算核算。
采用收费站，分中心，中心层层结算的核算模式。
● 时间管理
统一全系统的时钟
升级服务器的系统时间
传输系统时间到收费站
传输系统时间到收费车道。
2.2 技术特点
● 设计方法
面向对象的软件工程
统一建模语言-UML
Rational 公司及其软件工程工具
Rational ROSE
● 多平台与数据库支持
● 三级网络拓扑
系统完整性不依赖于网络
各级软件可独立运行
数据完整不丢失
先进的通信平台。
● 可扩充性系统扩充
可动态增加收费站或车道或加入新道路程序版本控制
用户自定义消息类型
用户自定义报表统计
3. 系统拓扑图
4. 系统功能
高速公路收费系统由车道软件、收费站软件、收费中心软件三部分组成，如下图所示：
4.1 收费中心系统
收费中心（分中心）管理系统的主要职能为宏观调控整条线路的运营情况。中心（分中心）管理系统包括：
● 收费业务管理
● 交通流量管理
● 财务管理
● 报警系统管理
● 票据管理
● 报表管理
● 参数表管理
● IC 卡管理
● 集中式拆帐管理
作为高速公路收费系统中的最高职能部门，收费中心需要完成整个收费系统中的数据初始化、卡及卡箱的初始化管理及其整体调配，以及全线上的监控、统计，拆帐管理等功能。
4.2 收费站系统
收费站系统主要通过同各收费车道之间的数据交换完成业务管理、监控、远程确认等功能。系统可简单的分为：
● 交班缴款
● 实时监控
● 移交银行
● 卡及卡箱管理(卡箱可选)
● 报表管理
4.3 车道系统
车道软件采用纯组件设计，可迅速的兼容各大厂家设备，而无须修改程序。软件采用虚拟机技术将硬件、软件充分隔离，硬件与软件之间的通讯采用标准接口通过虚拟机进行处理，使硬件与软件之间的依赖性减小，硬件升级不需对软件进行任何改动，软件版本升级或增加新的软件模块也不需对硬件结构做任何改动。 纵向采用开放式层次化结构、横向采用模块化结构。层内结构变化，不影响层间结构变化；模块增减，不影响其它模块工作，软件故障能定位在层或模块内。围绕软件功能的实现，采用分层设计，从低层向上逐步实现软件功能，层次之间隔离，每一层都向上一层提供分层的功能支持。
在层次实现上采用了容错、检错和纠错等可靠技术。将容易出错的环节分层冗余处理；数据处理之前进行校验，发现错误时自动进行尝试；处理不成功时对资源进行检测，自动重新分配，对出错部分进行保护等；软件故障时能进行软件自诊断，并及时定位软件故障及报警，将运行状态记入日志。
在每一个层次上，将功能的实现分割成独立的模块来完成，某一模块的改变不影响其他模块。采用这种软件结构有效的封闭了系统调用和硬件操作对软件的影响，使软件可以方便的在不同平台之间移植、适应不同的硬件环境、适应不同的收费业务的要求，并对将来的升级改进提供了良好的条件。
4.4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。
5. 系统设备
收费系统设备包括收费中心/分中心的计算机系统, 各收费站的收费站计算机系统以及入口/出口收费车道设备。包括下列项目：
1) 收费中心/分中心计算机系统，包括主机、显示器、打印机及软件；
2) 收费站计算机系统，包括主机、显示器、打印机、软件和监视台；
3) 不间断电源设备UPS;
4) 收费亭内设备, 包括收费员终端、车道控制器、亭内摄像机、非接触式IC 卡读写器、软件及必须的附属设备；
5) 闭路电视系统，包括CCTV 摄像机（设置于出口车道及收费广场）、视频矩阵切换器、闭路电视控制器、键盘、监视器、录像机、软件和传输设备等；
6) 自动栏杆（入口/出口）；
7) 费额显示器（仅出口车道）；
8) 车辆检测器（入口/出口）；
9) 报警系统；
10) 车道设备与收费站计算机之间的所有数据传输电缆、光缆以及其它传输
用电缆、电力电缆和控制电缆；
11) 收费车道、收费站、收费分中心设备的安装材料；
12) 测试和维修设备；
13) 备件、工具和设备；
14) 培训设备和资料；
15) 收费站与各收费车道之间的内部电话系统。