基于非接觸式ic卡的收費系統(tǒng)的研究與設計

基于非接觸式ic卡的收費系統(tǒng)的研究與設計

智能交通系統(tǒng)（iu）是21世紀現(xiàn)代交通系統(tǒng)的發(fā)展方向。它是國家“15”的中心提議，也是科學技術部門的主要支持項目。本文介紹了它中最成熟的部分：高速公路收費系統(tǒng)。收費系統(tǒng)分為人工收費系統(tǒng)(MTC)和電子收費系統(tǒng)(ETC),人工收費系統(tǒng)因實施規(guī)模又分為三種類型,第一種類型為只有一個收費站的系統(tǒng);第二種為多收費站系統(tǒng),但這些收費站屬同一個業(yè)主;第三種為聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng),這些站不屬于同一業(yè)主。由于聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)覆蓋了前兩種收費系統(tǒng)的結構和功能,下面就以重慶高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)為例闡述系統(tǒng)設計、實施中的一些關鍵問題。11識別信號的選擇1.1系統(tǒng)故障診斷普通紙質通行券分為兩種,第一種是作為手撕票或預編碼方式,使用中通過蓋章來標明入口站、車型、車類和時間,通常作為一種備用手段,在系統(tǒng)故障時使用;第二種是通過打印機在普通紙質通行券上打印入口站、車型、車類、時間等明文信息。普通紙質通行券每張上都有序列號,便于管理和跟蹤,它的優(yōu)點是價格低廉,一次性使用,號碼唯一,便于跟蹤;缺點是入口打印或蓋章速度較慢,出口還需人工處理大量信息,嚴重影響了車輛的通行速度。1.2維碼方案從單純識別到可直接讀取的信息作為一種條碼技術,大眾耳熟能詳?shù)拇蟾啪褪歉鞣N商品包裝上印制的條形碼。此類型的一維碼的運用必須與數(shù)據(jù)庫相聯(lián)系,從中調取條目,它的信息量很小,至多在十幾個字節(jié)。二維碼就是使一維條碼從單純的識別功能發(fā)展成為不僅能夠識別、而且能夠自帶信息的數(shù)據(jù)文件。二維碼方案從信息載入量來看,能加載圖文、指紋、簽字、聲音等數(shù)字化信息,存儲量在1～2K字節(jié),通過相應的識讀設備,可將二維碼轉化為可直接識讀的信息。圖1為一維碼和二維碼示意圖,國內二維碼市場尚處于開發(fā)期,目前在高速公路使用較少,只有兩三條路在使用,并且規(guī)模較小。1.3非接觸ic卡非接觸IC卡因操作方便、安全可靠、容量大、可多次重復利用,因此在公交和高速公路收費中倍受關注,本系統(tǒng)設計中選用澳大利亞VFJ公司的非接觸IC卡。2局域網(wǎng)及融合中心節(jié)點分析系統(tǒng)由收費車道子系統(tǒng)、收費站子系統(tǒng)、收費中心子系統(tǒng)和清算中心子系統(tǒng)組成,結構如圖2所示,各收費站、收費中心和清算中心各自組成一個局域網(wǎng),再通過廣域網(wǎng)連接起來。各收費站子系統(tǒng)、收費中心子系統(tǒng)和清算中心子系統(tǒng)都由服務器、客戶機、打印機和網(wǎng)絡設備組成,收費車道子系統(tǒng)包含的外圍設備較多,圖3為出口車道硬件組成。3收費軟件的設計3.1功能2:特性卡,常見卡1)儲值卡屬車輛通行用戶卡,該卡為用戶所有并保存,卡上有電子錢包,存有一定數(shù)量的金額,用戶須先到儲值卡發(fā)行點購買、充值,方可使用。2)通行卡屬車輛通行用戶卡,該卡歸高速公路IC卡發(fā)行管理中心所有,通行卡僅為車輛通行憑證,入口發(fā)卡,出口回收。3)優(yōu)惠卡屬車輛通行用戶卡,該卡歸高速公路IC卡發(fā)行管理中心所有,由各路公司發(fā)給特殊機構保管使用,持優(yōu)惠卡的車輛在有效期內在有效路段范圍內按折扣率收通行費,超出范圍則足額交納通行費。4)身份卡屬系統(tǒng)用卡,該卡歸高速公路IC卡發(fā)行管理中心所有,包括收費員身份證卡、收費站值班身份卡、系統(tǒng)維護員身份卡、系統(tǒng)操作員卡。5)密匙卡屬系統(tǒng)用卡,該卡歸高速公路IC卡發(fā)行管理中心所有,用于存放授權密匙和系統(tǒng)密匙。3.2ic卡管理模塊聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)包括車道收費子系統(tǒng)、收費站子系統(tǒng)、收費中心子系統(tǒng)和清算中心子系統(tǒng),這些子系統(tǒng)功能大同小異,主要包括:IC卡發(fā)卡模塊、IC卡管理模塊、票據(jù)管理模塊、收費結算模塊、運營管理模塊、清算管理模塊、入口車道模塊、出口車道模塊和稽查管理模塊。1)IC卡發(fā)卡模塊完成IC卡的初始化和配發(fā)功能及儲值卡的儲值功能。它管理高速公路IC卡數(shù)據(jù),包括建立IC卡數(shù)據(jù)庫,對IC卡進行初始化操作,將卡片狀態(tài)置成已初始化狀態(tài),設定卡片的卡號,并在卡片的表面印上與卡號一一對應的序列號,同時修改卡片檔案庫,此時庫中卡片狀態(tài)為初始化狀態(tài),并負責建立和管理內部密匙(包括密匙設置、權限管理以及密匙下載)。2)IC卡管理模塊包括IC卡的配發(fā)、儲備及調配功能。IC卡的配發(fā)根據(jù)高速公路路網(wǎng)流量決定對通行券的需求量,配發(fā)通行券,將已初始化的IC卡設置成通行券的形式,并在數(shù)據(jù)庫中記錄卡型、卡號、發(fā)卡時間等信息。根據(jù)各條高速公路日平均流量,將通行券配發(fā)給相應的運營公司,各運營公司再將通行券配發(fā)給各收費站。發(fā)卡中心根據(jù)路網(wǎng)總流量確定路網(wǎng)卡需求總量。經(jīng)驗公式為:n=1.5*q(q為路網(wǎng)出入口主線及匝道24小時通行車輛流量,n為發(fā)卡中心初始備用卡數(shù)量,即路網(wǎng)所有通行券數(shù)量總和)。IC卡調配,系統(tǒng)運行后,發(fā)卡管理中心通過收費數(shù)據(jù)對通行券的流量和流向進行跟蹤監(jiān)測,同時,各收費站監(jiān)測通行券的發(fā)放回收情況,如IC卡保存量下降至分配量40%或上升至超出分配量的60%,則向收費中心申請調配。發(fā)卡管理中心根據(jù)系統(tǒng)運行調配情況,調整各級分配數(shù)量,逐步延長各級調配時間,降低調配成本。3)票據(jù)管理模塊票據(jù)分為兩類,即入口的手撕通行券和出口的收費憑證,該系統(tǒng)主要是對這兩類票據(jù)進行管理。4)收費結算模塊主要對出口的收費情況按路段、車型等進行班次、日、月、年等的匯總、打印處理。5)運營管理模塊主要對各站的運營情況、如車流量、車型等的匯總、分布等進行處理。6)入口車道模塊和出口車道模塊。7)清算管理模塊由于實施聯(lián)網(wǎng)收費,所有收費都是在出口進行,因此入口路段和途中經(jīng)過的路段都沒有收取通行費,因此必須將出口所收取的通行費按實際行駛的路段和費率分給各路公司,這一功能由該模塊完成。8)稽查管理模塊該模塊用于定期或不定期對收費數(shù)據(jù)進行稽查處理,如對免費車處理、特殊事件處理、數(shù)據(jù)不一致處理等是否正確,有沒有舞弊行為,該模塊是本系統(tǒng)的一個特點。3.3收費原始數(shù)據(jù)如圖2系統(tǒng)數(shù)據(jù)包含基礎數(shù)據(jù)(如費率表、員工信息)、收費原始數(shù)據(jù)(如入出口收費數(shù)據(jù)、上下班記錄、票據(jù)、IC卡領用登記、特殊事件處理)和報表數(shù)據(jù)。4系統(tǒng)完成系統(tǒng)由收費車道子系統(tǒng)、收費站子系統(tǒng)、收費中心子系統(tǒng)和清算中心子系統(tǒng)組成。4.1a、b兩方案數(shù)據(jù)進行修改系統(tǒng)由四級組成,數(shù)據(jù)流向有兩種方式,如圖4所示。圖中a方式是較流行的方式,該方式簡單、實現(xiàn)容易,每一級數(shù)據(jù)正確后傳輸?shù)缴弦患?廣西高速公路收費即采用這種方式。圖中b方式是實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)收費時為了保證收費原始數(shù)據(jù)在傳輸中不被修改提出的,該方式的特點是將車道收費原始數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)绞召M站和清算中心,防止數(shù)據(jù)在傳輸中被有意修改,保證清算數(shù)據(jù)的公正性,當數(shù)據(jù)不一致時以清算中心為準。該種方式對于正常收費是很好處理的,并且在實際應用中90%以上是正常收費,但對于一些特殊事件的處理卻很繁瑣,如在出入口收費員都將車型判錯了,將A型車誤判為B型車,司機駛出閘道后發(fā)現(xiàn)回來退款,這時只能作為特殊事件在收費站上處理,若傳輸流程是a方式則處理很簡單,只需將該條收費記錄修正并作好授權修改記錄工作;但若是b方式則處理起來很繁瑣,只能在收費站上修改該條收費記錄,并作好授權修改記錄工作,但收費車道上的數(shù)據(jù)已經(jīng)傳輸?shù)角逅阒行?從而導致收費數(shù)據(jù)不一致,按最初的設計思想以清算中心數(shù)據(jù)為準,若按這樣處理其結果一定是錯的。若以一級一級上傳數(shù)據(jù)為準,則和最初的設計思想矛盾。在本系統(tǒng)設計中采用了b方式的數(shù)據(jù)流設計,并且財務數(shù)據(jù)以銀行交款數(shù)據(jù)為準,當清算中心數(shù)據(jù)與逐級上傳數(shù)據(jù)不一致時,這時可在稽查管理中對清算中心數(shù)據(jù)、授權修改數(shù)據(jù)進行稽查處理,充分保證系統(tǒng)的公正性,對業(yè)主負責,這也是本系統(tǒng)的一個特色。4.2基于vc++6.0的編程技術由于車道控制軟件必須實時、穩(wěn)定、可靠的運行,我們采用了VC++6.0編程語言,由于它包括了Microsoft的代碼優(yōu)化技術,因此,用VC++6.0開發(fā)的程序運行速度更快。4.3存儲過程和觸發(fā)器收費站及以上數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用Informix,由于PowerBuilder相對于其它開發(fā)工具可以使開發(fā)人員的工作速度更快、成本更低、質量更高、功能更強。因此,這幾部分軟件采用PowerBuilder編寫,由于這幾部分功能大同小異,區(qū)別僅在所處理的數(shù)據(jù)范圍不同。由基礎數(shù)據(jù)和收費原始數(shù)據(jù)(包括車道收費原始數(shù)據(jù)和收費站原始數(shù)據(jù))生成各種報表,如班次收費報表,收費日、月、年報表,票據(jù)日、月、年報表,IC卡日、月、年報表,車流統(tǒng)計時、日、月、年報表等,實現(xiàn)中可采用存儲過程和觸發(fā)器。觸發(fā)器是在原始數(shù)據(jù)生成時就自動執(zhí)行了,換句話說各種報表已自動生成,因此需要報表時速度最快,數(shù)據(jù)的一致性也最好。因為我們隨時查看報表都是最新的,并且觸發(fā)器的執(zhí)行分散在原始數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除過程中,對用戶來說沒有任何明顯的延遲,這就是觸發(fā)器的優(yōu)點。但是如果你的觸發(fā)器設計上有錯誤或有些觸發(fā)器沒有啟動,那問題就很嚴重,你必須做大量的數(shù)據(jù)導入導出工作才能保證數(shù)據(jù)準確。存儲過程的優(yōu)點是即使報表運算結果出錯,只需將存儲過程的SQL語句調出來,根據(jù)出錯原因,改正SQL語句,然后再將存儲過程重新灌入執(zhí)行,因此存儲過程應用起來很方便。但存儲過程的缺點是執(zhí)行的時間相對較長,如果數(shù)據(jù)量大延時很明顯,并且數(shù)據(jù)的一致性較差,要查看報表(若還沒有生成或沒有更新)首先得執(zhí)行存儲過程,否則結果就要出錯,在本系統(tǒng)的設計中主要采用的是存儲過程。值得一提的是清算中心子系統(tǒng)中清算模塊的實現(xiàn),清算分為正常收費清算和非正常收費清算。正常收費清算又分為路徑是直線、路徑上有環(huán)甚至有多環(huán)或圖的方式,清算時通常按最短路徑清算,如果有兩條甚至多條路徑相差較小,通常采用概率法或設置門卡方式。但實施中有這樣的問題,從A站到B站經(jīng)過兩個業(yè)主的路,第一個業(yè)主收費率為10元,第二個業(yè)主收費率為15元,若從A站到B站收費為25元,那么清算就很容易;但在聯(lián)網(wǎng)收費中收費類似于買火車票,越遠越便宜,即從A站到B站收費為23元,那這條收費記錄該如何清算,在我們實施中為了盡量保證公正性,采用A業(yè)主得23/25×10元,B業(yè)主得23/25×15元。非正常收費(如U轉按全長收費)清算,因用戶而異。5解決技術難題的措施可用性包括功能的全面性和操作的方便性,功能的全面性是說系統(tǒng)提供的功能能滿足收費系統(tǒng)日常業(yè)務需要,其它一些很少用或不常用的功能有最好,但如果從技術上來解決確實很難,那就應該從管理上和技術上來共同解決。取一個例子來說,在有些高速公路收費系統(tǒng)中的自動欄桿機沒有防砸功能,如果要求用純技術來解決該問題是不太可能的,但若從管理上來解決該問題卻是相當容易的,即在收費站前樹一個警示牌,要求兩車間距至少在1米或2米以上。操作的方便性要求系統(tǒng)采用人性化的設計思想,具有操作導向,不需記住任何命令,并且鍵盤和屏幕的布局要合理、大方、最大限度地減少擊鍵次數(shù)。6d&d在企業(yè)業(yè)務應用中出現(xiàn)的問題我們通常在項目立項時進行可行性論證,但通常都局限于技術可行性、經(jīng)濟可行性和社會可行性論證,很少有人關心項目實施過程的可行性。一個項目通常包含以下幾個階段,即項目的可行性論證、用戶需求、需求分析、概要設計、詳細設計、編程調試、單元測試、系統(tǒng)測試、試運行、正式運行等。它是一環(huán)扣一環(huán)的,即是說在前一段工作做完以后再做下一階段工作,但在實際工作中并不是這回事,主要原因在于用戶需求。這一點主要在于直接用戶素質較低或需求不明確,再加上個別領導不夠重視,因此常常造成用戶不知道自己需要什么。因此對于這種情況,目前較可行的實施方案是采用D&D的方法,第一個D是Discuss,第二個D是Demo。這種開發(fā)方式是討論——演示——討論——演示……等周而復始,直至系統(tǒng)滿足用戶需要。這種方法若使用得當是一種行之有效的方法,但若使用不當則是一種最致命的方法,它導致了許多企業(yè)的MIS系統(tǒng),ERP系統(tǒng)的失敗。圖5顯示了一個應用系統(tǒng)的完整設計、開發(fā)流程,但在實際應用中并不是象圖4所示那樣順序執(zhí)行,中間肯定有一些階段要反復到前一階段,甚至反復到前幾個階段進行修正,關鍵是要把握一個度的問題。任何一個設計都不可能是十全十美的,問題在于該設計能否滿足大部分的業(yè)務需求,如80%或90%以上的業(yè)務需要,若能則按上述流程執(zhí)行,待系統(tǒng)運行