高等级公路收费与监控系统设计与软件实现

　　A charge and supervisory system of highway was discussed in this paper.  Considering the stability、transplant and upgrade of system, two-grade database system is established.  Based on Socket and Internet, the charge and supervisory system realized. It can be used for all kinds of highway and bridge toll-gate, and connected with remote supervisory center. Key words：：Highway , Charge ,supervisory, socket, component

　　详细论述了公路监控和收费系统的组成，在充分考虑系统的可靠性、可移植性和升级性基础上，建立了两级数据库系统，实现了基于Socket和Internet的公路监控收费系统，可适应于各种等级路、桥梁收费站，并可以与远程监控中心联网。 关键词：等级公路，收费，监控，Socket，组件 　　随着我国经济的快速发展，社会车辆日益增多，因此我国普遍实行贷款修路，收费还贷制度。原有的手工收费系统存在着许多弊端，而收费站的收费情况直接影响到还贷的能力和业主的经济利益。以计算机网络为基础的公路收费与监控系统，不仅最大限度地防止各种营私舞弊现象，有效制止收费过程中的漏征、作弊行为，并且大幅度提高普通公路收费过程和财务管理的自动化程度，提高工作效率和服务质量，为管理决策提供有力支持。 　　但是目前目前运行的高等级公路监控收费系统的开放性、可靠性不高，对各种可能出现的问题考虑不周全，在实用暴露出很多问题或不能适应目前形势的发展，需要进一步完善和改进。为此，作者在参考已有系统的基础上，设计研制了一套较为全面的收费监控系统。 1 软件设计目标及技术要求 　　通常在等级公路上的收费方式为人工判别车型，人工收费，计算机打票（ 也可以按要求使用IC卡、 非接触卡等），并对收费数据进行统计管理；CCTV系统辅助监督的收费方式。 　　考虑到收费站的实际情况（人员计算机水平低，灰尘大等特点），我们在软件的设计上注重软件的公正、精确、简便、可靠性；并能做到应征不漏，收费准确，可有效的防止员工的作弊行为，作到作弊可查，查必有据。在软件设计中注重了以下几个方面： 　　1）可靠性：由于收费站存在的大量灰尘容易导致设备损坏或接触不良，因此本系统充分考虑到磁盘介质损坏可能对数据产生的影响和系统崩溃对数据产生的影响，建立了两级数据库---车道计算机数据库和服务器数据库。车道控制计算机首先将收费数据、设备状态、事故日志等数据信息存入本地硬盘上的数据库，再将其上传到服务器。当服务器或网络出现故障时，车道计算机可以独立工作，将收费数据等信息保存在本地数据库；待故障消除后，车道控制计算机调取故障时以及故障之后的数据，上传服务器，从而保证收费数据的完整性。 　　2）开放性：系统具备良好的开放性和兼容性，整个系统易于升级、易于维护。本系统车道数量可以灵活配置，适用于任意数量车道的收费站系统。便于联网，组建省地级监控中心。 　　3）高效性：保证车辆通过收费车道的高效率和业务快速处理的能力。对于车道控制计算机众多外围设备自动控制，减轻了收费人员负担，提高了工作效率。 　　基于以上思想，我们采用C   Builder作为开发工具，SQL Server 7.0作为服务器数据库，车道控制计算机数据库采用C   Builder自带的Paradox。 2 系统的组成及主要功能 收费监控系统主要由收费计算机系统、CCTV监视系统、内部对讲系统和辅助系统等子系统组成。下面分别描述各个子系统的主要功能。 2.1 闭路监视系统 　　闭路监视系统是相对独立的系统，只是和收费系统存在某些关联（如收费数据叠加、抓拍、硬盘录象等）。整个闭路监视系统可以划分收费亭监视、车道监视、广场监视等几个部分。 2.2 辅助系统 　　辅助系统是指确保收费系统正常运行的配套系统，包括内部对讲、电力供给、设备保护等多个方面。 2.3 收费系统 　　收费系统基本上包括车道收费控制系统、收费站管理系统两大部分，其拓扑结构如图1所示。

图1 收费系统拓扑结构原理图

　　收费站计算机与车道计算机组成局域网，采用客户机/服务器模式。根据车道到收费站的距离远近，车道和收费站之间采用光纤或双绞线连接。 2.3.1 车道收费子系统 　　车道收费子系统是整个收费的前端，如图2所示。主要包括车道计算机、交通控制等设备，通过车道收费控制软件，实现这些设备有机的整合。具有安全管理、车型判断、收费管理、设备控制（车道灯、挡车器、测流线圈、金额显示、语音报价、字符叠加）、设备状态检测、数据传输控制、数据存储等功能。能够快速、准确地完成各种收费业务，杜绝收费过程的舞弊行为，同时保证车辆的通行高效率。

图2 停车收费车道设备布置原理图

　　车道收费系统按照收费工作逻辑流程，集中控制所有的车道设备。车辆到来时，车道控制机接受收费员的操作，显示收费金额，并进行语音报价，同时通过字符叠加卡将金额叠加到监视图像上供监控人员参考；收费完成后，挡车器升起，车辆通行；车辆通过测流线圈后，栏杆自动放下。对免费车、月票车及特殊情况自动抓拍图像，并将图像数据上传到站服务器。 　　车道收费系统采用基于Socket的数据传输技术，能够动态监测网络通信的工作状态，使车道收费系统的运行具有很强的独立性，实现网络工作环境和单机工作环境的动态切换。切换过程对操作人员是隐含的，不会影响车道收费系统的正常运行，保证车道的最大工作效率。当管理站计算机系统出现故障或车道和收费站之间通信线路出现故障时，车道收费系统可以立即检测到故障的出现，停止数据上传，将收费数据储存在车道计算机；当故障排除后，车道收费系统可以自动恢复数据上传。 2.3.2 服务器 　　服务器主要进行数据的存储和收费数据处理：在数据库中编制触发器和预定义存储过程，当收费数据写入数据库或者对数据进行修改、删除时，数据库的触发器会自动更新有关统计数据（如日收费统计、班收费统计、车型分类收费统计、收费员收费统计等），从而保证收费数据的完整性和一致性。 2.3.3 通信机 　　我们借鉴了软件工程中Agent的概念，在服务器和车道控制计算机之间建立一个“代理”层，该软件可以运行在任意一台的计算机上，即通信机。根据收费站的规模，也可以运行在数据库服务器或管理计算机中。 　　车道计算机、通信机之间通过传输层协议连接。传输层有两种通信协议：TCP/IP和UDP。 采用TCP通信时，通信双方需建立连接，通信过程中有应答和重发机制来保证所有通信数据都正确到达。采用UDP通信时，不需要建立连接，也没有应答帧，而且可以广播发送，实时性较高，但缺点是发送方不能确认通信数据是否正确到达目的地。因此,我们必须根据具体要传输的信息来采用相应的传输方式。 在本系统中，实时性不是主要因素，所以我们采用TCP/IP协议来保证数据的可靠到达。 　　通信机的主要功能是数据库的操作、数据的传输控制及应答，即： 　　a、通信机通过ADO(或ODBC)和服务器数据库相连接，进行收费数据的数据库写入工作。 　　b、接收车道计算机收费人员登录信息包和收费流水数据，并将其写入收费数据库中，并返回相应应答信息。 　　c、通信线路故障后，计算机自动记录，并向管理人员报警提示，人工排除故障，系统恢复后，自动从收费车道计算机调取数据，保证数据的完整性。这样基于TCP/IP协议建立了多层分布式数据库的软连接。 　　d、代理可以迁移到系统任意一台计算机中, 自动将新IP地址发布到各个车道的计算机。 　　当收费车道与收费站之间出现长时间的通信故障时，可以通过车道收费软件提供的数据导出功能将车道数据库中的收费数据写入软件盘后，在管理站将数据导入数据库中。 2.3.4收费管理系统 　　收费站管理系统具有收费监视、收费工班管理、用户管理、收费数据管理、系统维护、站点管理、报表打印等功能。 3 系统软件实现 　　本系统是在按照面对对象，基于组件、数据库开发的，拥有全面的错误捕捉和异常处理机制，因此具有更好的稳定性和可扩展性。 3.1 收费计算机和通信机 　　在收费计算机和通信机之间，我们采用了TCP/IP协议，TCP建立连接时采用客户/服务器模式，主动发起连接的进程叫做客户，被动等待连接建立的进程叫做服务器。在本系统中，收费计算机做为发起连接方，成为客户，通信机为服务器。 3.1.1 动态组件 　　TCP是面向连接的，因而可提供可靠的、按序传送数据的服务，它提供双向的的连接，即全双工。在收费站，由于环境恶劣，可能会网络故障导致TCP连接中断，或由于通信机维护中断连接。为了故障消除后能自动恢复TCP连接，减少监控人员维护量，采用了动态组件技术，自动检测连接的状态，并给监控人员一定提示。 if( Client->Active == false) //定义为  TClientSocket * Client    { HW_SENDTIME  ; if(HW_SENDTIME%20 == 0)     //每隔一段时间尝试重新连接     { HW_SENDTIME = 0;       Client->Close();       delete Client;  Client = NULL;             Client = new TClientSocket(this);    //新建组件       Client->ClientType = ctNonBlocking;       Client->Address = sIpaddr;      //通信机IP地址       Client->Port = atoi(sPort);        //通信机端口号 Client->OnDisconnect = Clien