基于非接触式ic卡的收费系统的研究与设计

基于非接触式ic卡的收费系统的研究与设计

智能交通系统（iu）是21世纪现代交通系统的发展方向。它是国家“15”的中心提议，也是科学技术部门的主要支持项目。本文介绍了它中最成熟的部分：高速公路收费系统。收费系统分为人工收费系统(MTC)和电子收费系统(ETC),人工收费系统因实施规模又分为三种类型,第一种类型为只有一个收费站的系统;第二种为多收费站系统,但这些收费站属同一个业主;第三种为联网收费系统,这些站不属于同一业主。由于联网收费系统覆盖了前两种收费系统的结构和功能,下面就以重庆高速公路联网收费系统为例阐述系统设计、实施中的一些关键问题。11识别信号的选择1.1系统故障诊断普通纸质通行券分为两种,第一种是作为手撕票或预编码方式,使用中通过盖章来标明入口站、车型、车类和时间,通常作为一种备用手段,在系统故障时使用;第二种是通过打印机在普通纸质通行券上打印入口站、车型、车类、时间等明文信息。普通纸质通行券每张上都有序列号,便于管理和跟踪,它的优点是价格低廉,一次性使用,号码唯一,便于跟踪;缺点是入口打印或盖章速度较慢,出口还需人工处理大量信息,严重影响了车辆的通行速度。1.2维码方案从单纯识别到可直接读取的信息作为一种条码技术,大众耳熟能详的大概就是各种商品包装上印制的条形码。此类型的一维码的运用必须与数据库相联系,从中调取条目,它的信息量很小,至多在十几个字节。二维码就是使一维条码从单纯的识别功能发展成为不仅能够识别、而且能够自带信息的数据文件。二维码方案从信息载入量来看,能加载图文、指纹、签字、声音等数字化信息,存储量在1～2K字节,通过相应的识读设备,可将二维码转化为可直接识读的信息。图1为一维码和二维码示意图,国内二维码市场尚处于开发期,目前在高速公路使用较少,只有两三条路在使用,并且规模较小。1.3非接触ic卡非接触IC卡因操作方便、安全可靠、容量大、可多次重复利用,因此在公交和高速公路收费中倍受关注,本系统设计中选用澳大利亚VFJ公司的非接触IC卡。2局域网及融合中心节点分析系统由收费车道子系统、收费站子系统、收费中心子系统和清算中心子系统组成,结构如图2所示,各收费站、收费中心和清算中心各自组成一个局域网,再通过广域网连接起来。各收费站子系统、收费中心子系统和清算中心子系统都由服务器、客户机、打印机和网络设备组成,收费车道子系统包含的外围设备较多,图3为出口车道硬件组成。3收费软件的设计3.1功能2:特性卡,常见卡1)储值卡属车辆通行用户卡,该卡为用户所有并保存,卡上有电子钱包,存有一定数量的金额,用户须先到储值卡发行点购买、充值,方可使用。2)通行卡属车辆通行用户卡,该卡归高速公路IC卡发行管理中心所有,通行卡仅为车辆通行凭证,入口发卡,出口回收。3)优惠卡属车辆通行用户卡,该卡归高速公路IC卡发行管理中心所有,由各路公司发给特殊机构保管使用,持优惠卡的车辆在有效期内在有效路段范围内按折扣率收通行费,超出范围则足额交纳通行费。4)身份卡属系统用卡,该卡归高速公路IC卡发行管理中心所有,包括收费员身份证卡、收费站值班身份卡、系统维护员身份卡、系统操作员卡。5)密匙卡属系统用卡,该卡归高速公路IC卡发行管理中心所有,用于存放授权密匙和系统密匙。3.2ic卡管理模块联网收费系统包括车道收费子系统、收费站子系统、收费中心子系统和清算中心子系统,这些子系统功能大同小异,主要包括:IC卡发卡模块、IC卡管理模块、票据管理模块、收费结算模块、运营管理模块、清算管理模块、入口车道模块、出口车道模块和稽查管理模块。1)IC卡发卡模块完成IC卡的初始化和配发功能及储值卡的储值功能。它管理高速公路IC卡数据,包括建立IC卡数据库,对IC卡进行初始化操作,将卡片状态置成已初始化状态,设定卡片的卡号,并在卡片的表面印上与卡号一一对应的序列号,同时修改卡片档案库,此时库中卡片状态为初始化状态,并负责建立和管理内部密匙(包括密匙设置、权限管理以及密匙下载)。2)IC卡管理模块包括IC卡的配发、储备及调配功能。IC卡的配发根据高速公路路网流量决定对通行券的需求量,配发通行券,将已初始化的IC卡设置成通行券的形式,并在数据库中记录卡型、卡号、发卡时间等信息。根据各条高速公路日平均流量,将通行券配发给相应的运营公司,各运营公司再将通行券配发给各收费站。发卡中心根据路网总流量确定路网卡需求总量。经验公式为:n=1.5*q(q为路网出入口主线及匝道24小时通行车辆流量,n为发卡中心初始备用卡数量,即路网所有通行券数量总和)。IC卡调配,系统运行后,发卡管理中心通过收费数据对通行券的流量和流向进行跟踪监测,同时,各收费站监测通行券的发放回收情况,如IC卡保存量下降至分配量40%或上升至超出分配量的60%,则向收费中心申请调配。发卡管理中心根据系统运行调配情况,调整各级分配数量,逐步延长各级调配时间,降低调配成本。3)票据管理模块票据分为两类,即入口的手撕通行券和出口的收费凭证,该系统主要是对这两类票据进行管理。4)收费结算模块主要对出口的收费情况按路段、车型等进行班次、日、月、年等的汇总、打印处理。5)运营管理模块主要对各站的运营情况、如车流量、车型等的汇总、分布等进行处理。6)入口车道模块和出口车道模块。7)清算管理模块由于实施联网收费,所有收费都是在出口进行,因此入口路段和途中经过的路段都没有收取通行费,因此必须将出口所收取的通行费按实际行驶的路段和费率分给各路公司,这一功能由该模块完成。8)稽查管理模块该模块用于定期或不定期对收费数据进行稽查处理,如对免费车处理、特殊事件处理、数据不一致处理等是否正确,有没有舞弊行为,该模块是本系统的一个特点。3.3收费原始数据如图2系统数据包含基础数据(如费率表、员工信息)、收费原始数据(如入出口收费数据、上下班记录、票据、IC卡领用登记、特殊事件处理)和报表数据。4系统完成系统由收费车道子系统、收费站子系统、收费中心子系统和清算中心子系统组成。4.1a、b两方案数据进行修改系统由四级组成,数据流向有两种方式,如图4所示。图中a方式是较流行的方式,该方式简单、实现容易,每一级数据正确后传输到上一级,广西高速公路收费即采用这种方式。图中b方式是实现联网收费时为了保证收费原始数据在传输中不被修改提出的,该方式的特点是将车道收费原始数据同时传输到收费站和清算中心,防止数据在传输中被有意修改,保证清算数据的公正性,当数据不一致时以清算中心为准。该种方式对于正常收费是很好处理的,并且在实际应用中90%以上是正常收费,但对于一些特殊事件的处理却很繁琐,如在出入口收费员都将车型判错了,将A型车误判为B型车,司机驶出闸道后发现回来退款,这时只能作为特殊事件在收费站上处理,若传输流程是a方式则处理很简单,只需将该条收费记录修正并作好授权修改记录工作;但若是b方式则处理起来很繁琐,只能在收费站上修改该条收费记录,并作好授权修改记录工作,但收费车道上的数据已经传输到清算中心,从而导致收费数据不一致,按最初的设计思想以清算中心数据为准,若按这样处理其结果一定是错的。若以一级一级上传数据为准,则和最初的设计思想矛盾。在本系统设计中采用了b方式的数据流设计,并且财务数据以银行交款数据为准,当清算中心数据与逐级上传数据不一致时,这时可在稽查管理中对清算中心数据、授权修改数据进行稽查处理,充分保证系统的公正性,对业主负责,这也是本系统的一个特色。4.2基于vc++6.0的编程技术由于车道控制软件必须实时、稳定、可靠的运行,我们采用了VC++6.0编程语言,由于它包括了Microsoft的代码优化技术,因此,用VC++6.0开发的程序运行速度更快。4.3存储过程和触发器收费站及以上数据库管理系统采用Informix,由于PowerBuilder相对于其它开发工具可以使开发人员的工作速度更快、成本更低、质量更高、功能更强。因此,这几部分软件采用PowerBuilder编写,由于这几部分功能大同小异,区别仅在所处理的数据范围不同。由基础数据和收费原始数据(包括车道收费原始数据和收费站原始数据)生成各种报表,如班次收费报表,收费日、月、年报表,票据日、月、年报表,IC卡日、月、年报表,车流统计时、日、月、年报表等,实现中可采用存储过程和触发器。触发器是在原始数据生成时就自动执行了,换句话说各种报表已自动生成,因此需要报表时速度最快,数据的一致性也最好。因为我们随时查看报表都是最新的,并且触发器的执行分散在原始数据的录入、修改、删除过程中,对用户来说没有任何明显的延迟,这就是触发器的优点。但是如果你的触发器设计上有错误或有些触发器没有启动,那问题就很严重,你必须做大量的数据导入导出工作才能保证数据准确。存储过程的优点是即使报表运算结果出错,只需将存储过程的SQL语句调出来,根据出错原因,改正SQL语句,然后再将存储过程重新灌入执行,因此存储过程应用起来很方便。但存储过程的缺点是执行的时间相对较长,如果数据量大延时很明显,并且数据的一致性较差,要查看报表(若还没有生成或没有更新)首先得执行存储过程,否则结果就要出错,在本系统的设计中主要采用的是存储过程。值得一提的是清算中心子系统中清算模块的实现,清算分为正常收费清算和非正常收费清算。正常收费清算又分为路径是直线、路径上有环甚至有多环或图的方式,清算时通常按最短路径清算,如果有两条甚至多条路径相差较小,通常采用概率法或设置门卡方式。但实施中有这样的问题,从A站到B站经过两个业主的路,第一个业主收费率为10元,第二个业主收费率为15元,若从A站到B站收费为25元,那么清算就很容易;但在联网收费中收费类似于买火车票,越远越便宜,即从A站到B站收费为23元,那这条收费记录该如何清算,在我们实施中为了尽量保证公正性,采用A业主得23/25×10元,B业主得23/25×15元。非正常收费(如U转按全长收费)清算,因用户而异。5解决技术难题的措施可用性包括功能的全面性和操作的方便性,功能的全面性是说系统提供的功能能满足收费系统日常业务需要,其它一些很少用或不常用的功能有最好,但如果从技术上来解决确实很难,那就应该从管理上和技术上来共同解决。取一个例子来说,在有些高速公路收费系统中的自动栏杆机没有防砸功能,如果要求用纯技术来解决该问题是不太可能的,但若从管理上来解决该问题却是相当容易的,即在收费站前树一个警示牌,要求两车间距至少在1米或2米以上。操作的方便性要求系统采用人性化的设计思想,具有操作导向,不需记住任何命令,并且键盘和屏幕的布局要合理、大方、最大限度地减少击键次数。6d&d在企业业务应用中出现的问题我们通常在项目立项时进行可行性论证,但通常都局限于技术可行性、经济可行性和社会可行性论证,很少有人关心项目实施过程的可行性。一个项目通常包含以下几个阶段,即项目的可行性论证、用户需求、需求分析、概要设计、详细设计、编程调试、单元测试、系统测试、试运行、正式运行等。它是一环扣一环的,即是说在前一段工作做完以后再做下一阶段工作,但在实际工作中并不是这回事,主要原因在于用户需求。这一点主要在于直接用户素质较低或需求不明确,再加上个别领导不够重视,因此常常造成用户不知道自己需要什么。因此对于这种情况,目前较可行的实施方案是采用D&D的方法,第一个D是Discuss,第二个D是Demo。这种开发方式是讨论——演示——讨论——演示……等周而复始,直至系统满足用户需要。这种方法若使用得当是一种行之有效的方法,但若使用不当则是一种最致命的方法,它导致了许多企业的MIS系统,ERP系统的失败。图5显示了一个应用系统的完整设计、开发流程,但在实际应用中并不是象图4所示那样顺序执行,中间肯定有一些阶段要反复到前一阶段,甚至反复到前几个阶段进行修正,关键是要把握一个度的问题。任何一个设计都不可能是十全十美的,问题在于该设计能否满足大部分的业务需求,如80%或90%以上的业务需要,若能则按上述流程执行,待系统运行