基于移动通信增值业务平台的智能交通收费系统的研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文基于移动通信增值业务平台的智能交通收费系统的研究姓名：杨维申请学位级别：硕士专业：固体电子学与微电子学指导教师：张英海20070228北京邮电大学硕士研究生学位论文基于移动通信增值业务平台的智能交通收费系统研究摘要随着我国社会经济的发展，路网通过能力已经不能满足交通量日益增长的需要，交通拥挤、阻塞现象日趋严重，交通污染与事故越来越引起社会普遍的关注。许多国家已经决定将主要依靠修建更多的道路，扩大路网规模来解决日益增长的交通需要，转移到了利用电子、计算机、通信等现代技术手段来改造现有的道路。电子不停车收费系统(E l e c 仃o n i cT o l lC o l l e c t i o n，E T C)的应用带来了道路收费的革命性变化，直接改善了道路的通行能力和拥挤问题。当前国内外已经出现了大量的成熟的E T C 系统产品和应用案例，所以国内外对于E T C 系统的研究，已经逐渐转变为寻求与其它技术相结合的应用。作为移动价值链的核心驱动力，增值业务和应用越来越受到人们的普遍关注，而服务提供商作为业务和应用的提供者，无疑在这一链条中占有非常重要的地位。作者参与了国家电子信息产业发展基金E T C 项目，该项目提出了一种新型的基于移动通信增值业务平台的智能交通收费系统(也可称为基于移动通信的E T C 系统)，它将移动通信的网络传输优势直接引入了E T C 系统之中，不仅是对现有E T C 系统的一种改进和创新，更是对移动通信增值业务领域的拓展尝试。在整个新型E T C 系统框架中，存在以下几个需解决的技术难蒯l】：1)通过短信方式进行信息传输，过程中安全性及传输延迟所导致问题。2)后台总控系统鲁棒性要求高、吞吐量要求大、对并发处理能力要求较严格；后台存在结算、计费、业务处理、数据倒换等多个并行的独立任务，需要能够灵活的调度以及配置运行优先级；同时要求能够提供易修改的数据交互接口。本论文针对以上问题提出自己的解决方案，在系统中若干关键模块提出一些改进设计：1)将数据接口处理部分进行包装，与数据库事务处理整体声明为一个J T A 事务。其中包装方法为创新点：采用数据仓库的设计方法，将业务流水与分析基础分为两套不同的逻辑数据库表。同时，采用任务调度方式的建立与删除索引机制，分为读密集时段与写密集时段提供吞吐量保证；结合O u a r t z，通过包装与二次开发，提供完整的与后台总控结合的事务调度处理。第i 页北京邮电大学硕士研究生学位论文2)引入消息池的概念，作为系统模块间消息传输缓冲，该消息池模块不对消息进行任何处理，仅仅完成接收和发送的功能，在模块间起到一个承上启下的作用，解决了网络与后台任何一方出现问题时，对其他模块造成影响的问题。参照本期系统的技术框架，该消息池采用J M S 技术实现；在消息接受和发出模块，采用多线程设计，充分利用系统C P U 处理能力与内存利用率，提高系统整体吞吐能力。并将T h r e a d L 0 c a l 设计模式灵活带入此模块，解决了在延迟出现较大情况下，对系统资源占用率过高的问题。3)针对多站式收费模式的综合后台数据库模型设计，能够满足多业务模型、多结算方式共用一套底层抽象模型。关键字：智能交通系统(I T s)电子不停车收费系统(E T C)短消息中心(S M C)服务提供商(s P)J 2 E E(J 2 E E)应用中间件1 H 匣R E S E A R C HO F第i i 页北京邮电大学硕士研究生学位论文E L E C T R O N I CT O L LC O L L E C T I O NS Y S T E M SB A S E DO NM O B 甩T E L E C O N 瓜仉肘I C A T I o N SA B S T R A C TW t ht h ed c v e l o p m e n to f b u i l d i n gm o r e 狮dm o r c 缸a m ch i 曲w a y so f e v e r yc o u n t 吼i tc o u r s e saI o to f 们m cp r o b l e m ss u c ha S 仃a 伍cj 锄，c o n g e s t i o ne t c s ot h ee 贩c i e n c yo ft o l ls t a t i o ni st a l【i n gt h ep o i n tW h i c h 硪e c t st h et r a l l s i tc 印a b i l i t yo ft h eh i 曲w a y s T h ea p p l i c a t i o n so fE l e c t m n i cT o l lC o l l e c t i o n(E T C)s y s t e m sb r i n gar e v o l u t i o n a 叮c h a n g et ot r a 币ct o l lc o l l e c t i o n，w h i c hd i r e c t l yc h a n g em ep h e n o m e n o no ft r a 衔cj a m B u ti th a sm a n yp r a c t i c a lE T Ca p p l i c a t i o n sa I l dp r o d u c t sh o m eo rd b o m dw h i c hg o e dw d l，s or e c e n tr e s e a r c hi sm a i n l yo nh o wt of i n dn c wa p p l i c a t i o nm o d ew h i c hu s e so t h c rn e wt e c h I l o l o g)ri n t e 伊a t i n gw i t hE T C U n d e rt h i sb a c k 鲫m d，t h ea u m o rd i dap r o j e c tw h i c hi sa 融n dp r o j e c to fn a t i o le l e c 仃o n i c 粕di n 南m a t i o ni n d u s 旬阱I ti san e wi n t c I l i g e n tt o I Ic o I I e c t i o ns y s t e mb a s e do nm o b i l et c l e c o m m u n i c a t i o I l sw h i c hi sa l s On 锄e dan e wE T Cs y s t e mb a s e do nf n o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s T h r o u 曲t a k i n gm o b i l et e l e c o 咖u n i c a t i o n sn e t、)l，o r ki n t oE T Cs y s t 锄s，i ti sn o to n l ya ni m p r o v e m e n ta n di n I l o V a t i o no ft h ec u l l l e n tE T Cs y s t e m s，b u ta l s oa na t t 啪p tt on c wi n c r e m e n to p e r a t i o nm o d eo ft h eS c r v e rP r o v i d e r(S P)1 1 1 i sp 印e ri n t r o d u c e sad e s i 髓i d e ad e 协i l e d l yo ft h en e wE T Cs y s t e m，a n a l y z i n gi t sa d v a n t a g ea n dt h et o l lc o l l e c t i o np r o c e s s，c o m p 撕n gw i t hc l l r r e n tE T Cs y s t e m s I m p r o v em ec u r r e ms y s t e mn o to n l yi nt h er e a d e rb u tm o s t l ya l s oi nt h ei n t e r g r a t e db a c k g m u n dl I l a n a g e m e n ts y s t e mb a s e di nl a 玛e s c a l ed a t a b a s c U s i n gt l l es h o r tm e s s a g et oc o m p l e t et r a n s f e r r i n gd a t aw h i c hi sb a s e do nm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o nn e 佃o r ka n dS h o nM e s s a g eC e n t e r(S M C)o fS Ei tc h a g e sm et m d a t i o n a lw a yo fc u n 伽tE T Cs y s t e 娜；D e a l i n gw i t hv 撕0 u st o l lc 0 1 l e c t i o nm o d c si nt 1 1 eb a c k g r o u n dm a n a g e m e n ts y s 蛔屿s u c h 勰h i g h-w a y 锄dp a r k 柏de t c，a l l t l l i sm o d c sh a v eas i m p l ec h a r a c t e r：”i n o u tm o d e l”U s i n go f 廿l e s em e a n so ft r a n s p o r t a t i O nm u s tg oi n t o第页北京邮电大学硕士研究生学位论文t h e”p i p e”a n dt h eo u to f i t”n o u tm o d c l”w i l lb r i n gt w 0m e s s a g c sf o rs i n g l eV e h i c l e 锄ds i n g l eo p e r a t i o n I nt 1 1 ei n t e 哼r a t e db a c k g r o u n dm a n a g 锄e n ts y s 蛔m，c o n c 锄i n gm e 眦e，t i m e，m e 虹n do fv c b j c l eo rt h c 虹n do f I I p i p e”，i tw i l lc r e a t eab i no f t h e0 p e r a t i o nb yt h ec o s t 孤dt h ep a r a m 曲e rd b o v e M e 踟w h i l e，t h em o b i l ec o m m u n i c a t i o 璐s y s t e mh 舔s h o r t c o m i n gw h i c ht h ed e s i 星皿加u s tc o n c 锄，s u c ha st h ed e l a y so rm i s s i I 培o fS M S T b 础c et t l ei n n u e n c eo ft h ep o s s i b l ek 唧l e I l s，b a c k g r o u n dm a n a g e m e ms y s t e mh a sm c t h o db 戳；e di n”d a t ac a c h es t o r a g e”s ot h i s 黼hp a p e rc 锄舒y es o m e9 0 0 da d V i s 嚣粕dc o a c h，n o to n l yt ot h ed e v e l o p m e n to ff-u m r eE T Cs y s t e m so fo u rc o l l l l 仃弘b u ta l s ot ot h ei n c r e m e n to D e r a t i o nl n o d e o f t h eS P K E YW O R D：I m e l l i g e n t1 m n s p o r tS y s t e m s(1 T S)日e c t r o n i cT b l lC o l l e c t i o n(E T C)S h o r tM e s s a g eC e n t c r(S M C)S e i c eP r o v i d e r(S P)J 2 E EA p p l i c a 6 0 nM i d d l e w a r e第页北京邮电大学硕士研究生学位论文独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽戎所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人签名：本人承担一切相关责任。日期：盔翌竺2 二竺生=!关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属本人签名：导师签名：权书。日期：兰垒21=!呈=2Z日期：北京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章绪论1 1 研究背景1 1 1 关于智能交通系统第1 章绪论中国高速公路从上世纪9O 年代开始进入快速发展时期。截至2 0 0 4 年底，中国高速公路就已经达到3 4 万公里；截至2 0 0 6 年0 4 月份，交通部公布的数据表明，我国高速公路建设里程已达到4 1 万公里，继续位居世界第二。据全国交通工作会上消息，“十一五”期间，我国高速公路建设仍将“高速”进行，五年间，将新建高速公路2 4 万公里以上，至2 0 1 0 年，总里程将达到6 5 万公里国务院通过的国家高速公路网规划中，高速公路将达8 5 万公里。【1 1同时随着我国社会经济的发展，路网通过能力已经不能满足交通量日益增长的需要，交通拥挤、阻塞现象日趋严重，交通污染与事故越来越引起社会普遍的关注。经过长期、广泛的研究和经验教训证明，许多国家已经决定将主要依靠修建更多的道路，扩大路网规模来解决日益增长的交通需要，转移到了利用电予、计算机、通信等现代技术手段来改造现有的道路。智能交通系统是指将先进的通信技术、自动控制技术、计算机技术等高新技术综合地运用于整个交通管理体系、从而建立起一种全方位发挥作用的交通综合管理和控制系统。智能交通系统可以大幅度提高交通网络的运行效率，更进一步来讲，智能交通系统之下的电子不停车收费系统(E l e c 的I l i c T o l lc o l l e c t i o n，E T c)更是直接解决了收费站交通阻塞的问题。它将直接提高收费站的交通运行效率和降低收费站建设运营成本，蕴涵着巨大的社会需求和经济效益，是目前世界各国竞相研究和开发的热点。智能交通系统(I T S)是目前世界交通运输领域的前沿研究课题，也是我国交通科技发展的重点方向，其核心是针对同益严重的交通需求和环境保护压力，采用信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术及网络技术等对传统交通运输系统进行深入的改造，以提高系统资源的使用效率、系统安全性，减少资源的消耗和环境污染。电子不停车收费系统(E 1)是I T S 领域中的一个重要方面。由于它涉及交通基础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵塞“瓶颈”的有效手段，减少了环境污染，所以各国都把不停车收费系统作为r r S 领域最先投入应用的系统来开发。我国交通部门已经把不停车收费系统的开发和应用列为我国I T s 领域首先启动的项目，并在“十五”期间列入交通科技的技术创新重点之一。1 1 2 关于移动增值业务应用系统移动增值业务通过近几年的发展，在应用和业务不断推陈出新的同时，我们也认识第1 页共6 0 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章绪论到，任何一项移动增值业务从最初的“概念”到最后的成功商用，移动价值链上的每个角色都有其不可替代的地位和作用：移动用户有需求、移动运营商搭建技术平台、设备制造商提供终端、服务提供商提供应用和内容。换句话说，是价值链上各个角色的共同努力才使得丰富多彩的业务开展得有生有色。1 因此，随着产业链成员分工的逐渐细化，如何使他们之间有效的结合，更好更快的推进移动增值业务的发展，现的尤为重要。目前，在移动产业链中，运营商起着主导作用，而运营商与服务提供商间的关系可以说是价值链中最重要的一环。运营商与服务提供商间结合的紧密程度直接影响到业务的推进速度及业务的多样化发展。但就目前的情况来看，两者之间特别是对于服务提供商来说，仍然存在着一些亟待解决的问题。首先，从移动运营商的角度出发，移动增值业务的发展已经从最初的业务“拓展期”发展到了现在的业务“规范期”。在前一阶段，运营商注重业务拓展，业务量的考核，以满足业务的接入为首要任务；而为了促进移动价值链的健康有序发展，运营商在目前即后一阶段则以业务管理为熏，重点解决计费、投诉等问题。为此，运营商正逐步对现有的移动增值业务进行整合以统一的管理。L|1 移动运营商不断完善其业务规范和进行技术升级的同时在一定程度上增加了服务提供商的技术成本，最突出的一点是服务提供商要不断适应运营商接口协议的多样性和版本的升级改变以及在业务计费逻辑上的变化。这在一定程度上加大了服务提供商的技术和运营成本，同时也削弱了移动运营商与服务提供商问的有效结合。第二，在竞争激烈的移动增值业务中，新应用推向市场的时间是关键。据统计：短信应用的平均生存周期为3 个月，即每个应用从策划完成到推出市场的时间越短，开发成本越低，应用的市场价值也就越大。所以，移动增值应用的技术难点，不在于应用的实现，而在于实现的速度，及质量。而众所周知：软件开发中，时间与质量成反比。如何快速适应市场变化，推出极具特色的增值服务对于服务提供商来说是一大难点。第三，从增值业务本身的要求看，以短信业务为例，虽然移动运营商已经通过扩容，改善了短信的通道。但流量的压力会从移动网关，转移到了应用端，这对服务提供商的应用系统提出了更高的要求。而且，短信的特点：内容短，数量大，突发性高。所以，简单地依靠数据库、文件系统传递数据，不能满足关键应用的性能要求。第四，从移动增值业务本身的特性来看，许多业务种类之间存在着很多共性，但据调查，现在大多数服务提供商的增值服务的解决方案仍是分门别类，每种业务单独接入、单独计费等。而一些像黑名单过滤，敏感词过滤等公共服务重复嵌入到每一类业务开发当中。这些工作不仅大大增加了服务提供商的技术成本，从其本身资源利用角度考虑也构成了一种浪费。第2 页共6 0 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章绪论1 2 论文研究工作及创新性概述本论文的研究工作主要集中在对于这个新型的智能交通收费系统的各个子系统的设计和实现上。重点放在后台总控平台构建和处理中心子系统的短消息收发模块和数据库建模技术。在此接收此项目之前，本人已经对J 2 E E 技术、数据库技术有了较为深刻的理解和认识，尤其是J 2 E E 方面，之前已经先后完成了两个企业级信息管理系统的后台数据库建模设计的全部过程，对数据库建模设计有着较为丰富的实战经验和技巧。基于对J 2 E E 技术、移动通信技术和数据库技术的理解和认识，本论文中提出了一种新型的智能交通收费系统，并能够依托国家电子信息产业发展基金项目进行实际的应用开发，最终设计实现了这样一种新型的交通收费系统。本论文的主要创新点有以下几点：1)基于J 2 E E 技术的后端业务流程处理模块，消息传递层采用短消息(S M s)的E T c 整体解决方案。该系统整合多线程网络数据采集、数据校验、规则校验、事务处理、数据分析等E T c 功能模块，可以在复杂环境下实时、鲁棒的进行交易处理。在本论文第三章第二、四节中进行了详细论述。2)G s M 短消息方式的数据传输：作者提出了基于移动通信G s M 网络和s P 短消息中心构建的G s M 短消息的数据传输方式，一方面因为前台系统只完成信息的读取过程，传输的数据量较小，实时性要求也并不是很高；另一方面，G S M 短消息模块便于E，r C 收费站系统的建设和维护，投资成本非常小。在本论文第四章中进行了详细论述。3)针对多站式收费模式的综合后台数据库模型设计：多站式收费模式就是指只有车辆的入、出收费站信息完整的情况下，才完成扣费操作，更加符合未来实际业务的发生情况(高速公路多个入口，多个出口的情况)。数据库系统设计中一方面可以适应多种业务种类的变化(高速公路收费、停车场收费情形等)；另一方面考虑了车型、站点、时间段等因素对收费额度的影响，同时针对异常业务(入、出口信息不完整，网络传输延迟等)情况采取了“临时缓存”的数据库处理机制。在本论文第三章第四节中进行了详细论述。1 3 论文组织结构本论文以国家电子信息产业发展基金项目“基于移动通信的智能交通系统”为出发点和依托，详细介绍了基于移动通信的E T c 系统这一新型的智能交通收费系统。详细阐述了此系统中各个子系统模块的组成、功能和实现，提出了许多新的建设智能收费系统的建议和方案。本论文从当前国内外主要采用的智能交通系统中的E T c 系统出发，分析现有E T c 系统的特点，指出其存在的不足和缺陷，紧接着提出这样一个新型的智能交通收费系统，最终成功阐述系统的各个模块和最终实现，重点放在后台综合业第3 页共6 0 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第l 章绪论务管理系统的设计，建模和实现。在论文中：第一章介绍了课题研究的背景，论文主要的创新点；第二章简单介绍了电子不停车收费系统；第三章介绍后台总控模块的设计思路与创新模块；第四章介绍了本系统模块间消息传递层的设计思路与实现；第五章介绍了本系统负载均衡及容错部分的设计与实现；第六章对论文整个研究进行总结。第4 页共6 0 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统第2 章电子不停车收费系统基于移动通信的电子不停车收费系统是智能交通系统的一个重要应用，本章将首先介绍智能交通系统的概念、系统构成、应用和发展现状，之后再介绍E T c 系统的概念、系统构成应用和发展现状，最终引入论文研究的基于移动通信的智能交通收费系统的整体描述。2 1 智能交通系统智能交通系统即r r s 到底该如何翻译，现在主要由两种翻译，一种为智能运输系统(I n t e l l i g e n t l 均n s p o r ts y s t 锄)，把I T S 的思想定位在强调提高运输的效率；而另外一种则译为智能交通系统(I n t e l l i g tT r a 伍cs y S t e I l l)强调交通疏导。发展I T S 应该是注重如何为出行者提供高效的交通服务，如何高效地利用道路资源，而不仅仅只是疏导拥挤。所以智能运输系统的范围应该更加广泛和全面，也有称为I n t e l l i g e n tT r a n s p o n 砒i o nS y s t 锄s 龇ds e i c c s，强调他所提供的是一种“服务”的概念，这个概念也越来越多的出现在I T s 领域中。但是就目前而言国内外人士已经习惯了使用智能交通系统这个词眼，所以论文的下文中我们通常还是采用智能交通系统这个词。L 1 1智能交通系统本质上是用计算机、通讯、电子控制等新技术对传统运输系统进行改造，从而形成一种信息化、智能化和社会化的运输系统。是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。该系统将汽车、驾驶员、道路及相关的服务部门相互联结，使汽车在道路上的运行功能智能化。系统将采集到的道路交通及服务信息经服务中心集中处理后，传送到公路运输系统的各个用户(驾驶员、警察局、停车场、运输公司、意愿、救护故障等部门)，出行者可以根据收到的信息，实时选择交通方式和交通路线、交通管理部门则可以自动进行合理的交通疏导、控制和事故处理。运输部门可随时掌握车辆的运行情况，合理调度。1 1 r S 能保证公路网上的交通流运行处于最佳状态，改善交通拥挤和阻塞，提供最佳公路网通行能力，提高整个公路运输系统的机动性、安全性和运输效率。r r s 的出现是交通运输网络的一场革命，它强调的是系统性、信息交流的交互性、交通管理的智能性及服务的广泛性，其核心技术是电子技术、信息技术、通信技术和系统工程，此外随着发展，还不断的将传感技术、地理信息技术等诸多高新技术引入进来，最终的目的是实现车、路、人高度一体化，极大提高综合交通运输效率，保障交通安全，改善环境质量和提高能源利用率，最终实现完美化交通。第5 页共6 0 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统2 1 1 智能交通系统的构成1 9 9 5 年3 月美国交通部首次正式出版了”国家智能交通系统项目规划”，明确规定了智能交通系统的7 大领域和2 9 个用户服务功能，并确定了到2 0 0 5 年的年度开发计划。其中7 大领域包括：出行和交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。图2 1 是美国r r s 的基本框架示意图：图2 1 美国r r S 系统基本架构图而当前日本、美国和欧洲研究的r r s 系统主要包括了九大基本系统(图2 2)，各个基本系统实现不同的用户服务和交通管理功能，既可以相互独立应用，同时又可以相互连接从而组合成为一个大范围的全方位的智能交通系统。此系统中还可以根据不问的需要增加更多的子系统，如安全运输保障系统、行人安全保障系统、紧急车辆运行系统等等。第6 页共6 0 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统图2 2 s 系统组成2 1 2 智能交通系统的功能“智能交通系统”实质上就是利用高新技术对传统的运输系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型运输系统。它能使交通基础设施发挥出最大的效能，提高服务质量；同时使社会能够高效地使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输管理、道路收费系统等方面都会产生巨大的影响。I T s 的功能主要表现在：(1)顺畅功能：增加交通的机动性，提高运营效率；提高道路网的通行能力，提高设旌效率；调控交通需求。(2)安全功能：提高交通的安全水平，降低事故的可能性避免事故；减轻事故的损害程度；防止事故后灾难的扩大。(3)环境功能：减轻堵塞；低公害化，降低汽车运输对环境的影响。2 2 电子不停车收费系统电子不停车收费系统(E 1 e c 咖I l i cT o l lo fc o l l e 吐i，E T c)是指利用微波(或红外或射频)技术、电子技术、计算机技术、通信和网络技术、信息技术、传感技术、图象识别技术等高新技术的设备和软件(包括管理)所组成的先进系统，以实现车辆无需停车即可自动收取道路通行费用。不停车收费系统通过路边车道设备控制系统的信号发射与接收装置(称为路边读写第7 页共6 0 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统设备，简称R s E)，识别车辆上设备(称为车载器，简称O B u)内特有编码，判别车型，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用账户中扣除通行费。对使用E T c 车道的未安装车载器或车载器无效的车辆，则视作违章车辆，实施图像抓拍和识别，会同交警部门事后处理。2 2 1E T c 系统与人工收费的比较与传统人工收费(M 锄I l a lT O Uc o l l 吐，M r c)方式不同，E T c 有着诸多盼优点：1、更高的收费站通行能力(车次，车道小时)【I】图2 3 车道通信能力对比举例从图2 3 可以看出，一条人工收费的E 1 通道的通行能力为每小时2 0 0 一3 0 0 辆，而E T C 通道的通行能力约为每小时约为8 0 0 1 0 0 0 辆。通行能力：l 条E T c 车道=3 5 条M r c 车道2、更少的基建投入图2 4 是单一的M r c 车道收费站与M T 和E 1 C 组合车道的基建规模对比举例：图2 _ 4 r r c 与混合车道建设投资对比举饲据工程量统计可知，每条M r c 车道的基建投资为l O 2 0 万，E 1 r C3 0-5 0 万。我们以第8 页共印页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统京津塘高速这样较大规模的收费高速公路为例，一般为1 4 条人工收费通道，相应的建2条E T C 车道+6 条 r r C 车道即可以达到相同通行量的条件下，那么1 4 条M r c 车道的基建费用为：1 4+2 0=2 8 0(万)，建立E 1 E 通道的费用为2+4 0+6+2 0=2 0 0(万)，因而建立E 1 陀车道可以节省基建费用。L J J3、更低的日常运营费用图2 5 为上述两类车道收费站的日常运营费用的对比，1 4 条M r c 车道=1 2 0 万年，2 条E 1 车道+6 条M r C 车道=6 0 万年圜图2-5 日常运营费用对比举例4、更好的服务水平E 1 r C 可以提供更通畅的通行环境、更低的排放和环境污染、更便捷的付费服务、更准确的运营数据服务。此外E T c 系统还具有诸多的优点：无需收费广场，节省收费站的占地面积：节省能源消耗，减少停车时的废气排放和对城市环境的污染；降低车辆部件损耗；减少收费人员，降低收费管理单位的管理成本；实现计算机管理，提高收费管理单位的管理水平；对因缺乏收费广场而无条件实施停车收费的场合，有实施收费的可能；无需排队停车，可节省出行人的时间等；避免因停车收费而造成收费口堵塞，形成新的瓶颈等。2 2 2E T C 系统关键技术和标准E T c 系统主要可分为自动车辆识别系统和自动车型分类系统。主要涉及有自动车辆识别技术和自动车型分类技术。【J j车辆自动识别技术(A u t o m a t e d 牺d eI d e I l t 墒c a t i o n，A V I)：主要分为两大类，激光技术和射频技术。激光技术由于有很多弊端限制了它在收费环境，尤其是开放公路系统中的应用。射频技术克服了激光系统的不足，因此目前的E T C 系统的A v I 予系统大都采用射频技术。A V I 系统一般由车载设备(如R F I D 标签)和路边设备(如阅读器天线)组成，两者通过短程通信完成路边设备对车载设备信息的一次读或写。第9 页共6 0 页O86l2O北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统自动车型分类技术(A m 哪a 矧赫d c a a 姆i f i c a t i 咖，A V c)：自动车型分类系统中，车载电子标签通常不记名和车型，故E T c 系统就必须能够高精度、高速度对过路车辆进行车型自动分类，以便按照车型实施收费。目前的自动车型分类E 1 系统中，基本上都根据车辆的几何参数进行设计，大都采用脉冲激光测量方法。从全球讲，国际标准比组织(I s o)第2 0 4 技术委员会专门负责城市和乡村交通信息和控制系统领域的标准化工作，其第5 工作组负责收费技术标准的制定，第1 5 工作组负责专用短程通信协议D S R C(D e d i c a t e ds h o f tR 丑d i oc 伽m 瑚j c a 土i o n，专用短程无线通信)标准的制定。不停车收费系统中车道天线和车载电子标签所采用的通信协议就是D s R c。而在欧洲，欧洲标准化委员会(c 踟第2 7 8 委员会承担欧洲管理运输系统领域技术的标准化工作，c E N T c 2 7 8 还代表欧洲标准化委员会参加I S O，I 2 0 4 的工作。c E NT c 2 7 8 第1 工作组针对自动收费领域(包括电子货币在交通运输领域的支付，以及通过G s M 网进行自动收费)的技术做标准化研究，第9 工作组具体负责专用短程通信D s R C的标准化工作。2 0 0 0 年，5 8 G H z 微波频率已正式成为被r r u 确认的用于E T c 的国际标准。由于历史的原因和各国国情的不同，目前国际上形成了以欧洲、北美为代表的5 8G H z 被动式和以同本为代表的5 8G H z 主动式两种D s R c 通信标准：我国于2 0 0 2 年公布了关于使用5 8 G H z 频段频率事宜的通知(信部无 2 0 0 2】2 7 7 号)，也正向5 8 G H z 微波统一。2 3 基于移动通信的智能交通收费系统基于移动通信的智能交通收费系统(也可称为基于移动通信的E T c 系统)结合了R F D 技术、移动通信技术、嵌入式系统技术、计算机技术、数据库系统技术、n 锄e t技术等，是对这些技术进行结合应用的一次大胆尝试和实际实现，不同于传统的E 1 系统，它克服了诸多传统E T c 系统的缺陷和不足，诸如大大简化收费站一端的系统硬件复杂度，将移动通信的优势引入E 1 C 系统等等。2 3 1 系统设计思想基于移动通信的E T c 系统遵循成熟的E T c 系统原理，在前台系统的构成、网络传输等方面的设计上体现了其特殊性。第一、简化前台系统：经过分析研究，我们认为前台系统完全没有必要像现有的耵C 系统那么复杂，诸如收费站一侧完全没有必要建立单独的服务器系统，这样做不仅不便于维护，而且安全性能也是很高，所以系统的设计中首先将收费站一侧的计算机服务器去除，直接采用嵌入式系统开发的工控机模块来代替；第二、网络传输系统：当前的E 1 陀系统大都采用公路交通专网等方式将收费站与后台系统进行连接，直接带来了前期的投资增加，施工难度增加，对于一些位于偏僻路第1 0 页共6 0 页北京邮电大学硕士研究生学位论文第2 章电子不停车收费系统段的收费站甚至不可实现。而此系统中直接采用短消息方式，通过移动通信网络作为网络传输平台，可以大大降低E 1 旧收费站网络建设的难度和成本；第三、针对多业务种类的后台数据处理系统：此系统中的前台之所以能够尽量简化(如省去计算机服务器)，原因就在于将其数据处理的任务都放在了后台来完成，所以就要求后台数据库系统部分具备完善的设计模型，同时还要能够满足性能需要。这在实际中是完全可行的，因为很多个收费站才可能需要一个这样的后台处理中心，完全可以在硬件设备等方面保证系统的性能等。2 3 2 系统组成架构基于移动通信的E T c 系统整体的组成架构如图2-6 所示：图2-6 基于移动通信的E 1 系统框图系统主要分为三个部分，前台的信息采集系统、中间的传输网络和后台的业务处理中心。【1】前台的信息采集系统主要又包含了R F I D 标签信息读取模块、工控机模块和信息发送模块；中间的传输网络基于现有的移动通信网络，采用短消息方式完成前台到后台的数据传输；后台的处理中心包含了数据库系统、综合业务