收费站智能管理系统(2)

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第一章 概述

1.1 课题背景及其理论

当今社会已步入了全面信息化的新时代，随着计算机硬件发展的日新月异和计算机网络技术、通讯技术、自动化技术水平的不断提高，自动化信息处理已经融入到社会的每个角落，在各行各业都得到了广泛的应用，自动检测、图像处理和模式识别技术也越来越受到人们的重视。

我国是一个经济持续发展的发展中国家，改革开放以来，城市化与汽车化发展十分迅猛。改革开放前，城市化水平不足19%，目前已经达到45%。机动车拥有量目前已达1.8亿多辆。虽然中国交通设施及管理设施又较大改观，但跟不上机动车增长速度。总体水平与发达国家有较大差距，特别是大多数城市网结构不合理，道路功能不完善，道路系统不健全。交通管理设施缺乏，管理水平不高。

党的十六大提出：“信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择，坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”交通作为国民经济基础产业，大力推进信息化，对于实现交通新的跨越式发展具有十分重要的意义。信息化是实现交通现代化的必然选择。在这种大背景下如何建立一个集中、高效、快捷、网络化的高速公路收费站智能化管理系统就成为信息处理技术的一项重要难题。

高速公路智能化是目前世界交通运输领域的前沿研究课题，发达国家提出并执行了一系列研究计划。它的含义是：指将先进的信息技术、数据通信技术、控制技术、传感技术、运筹学、人工智能和系统综合技术有效地集成应用于高速公路的建设和管理，使其具有语言、数学逻辑推理、视觉模拟或替代人的肢体运动的能力，从而加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成一种安全、高效的运输系统。其核心主要是争对日益严重的交通需求和环境保护压力，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。

高速公路智能化的基本要素。主要包括信息化和综合化；

（1）能完整的、实时的采集和发布高速公路交通信息及其他相关信息；

（2）交通参与者、交通管理者、交通工具、道路管理设施建能实时和高效地进行信息交换；

（3）高速公路智能化是将原先分散的各个子系统有机的组成一个整体，大大提高了现有交通系统的管理水平、控制能力，并提高了交通网络的通行能力，减轻了交通对环境的负面影响，而且发展了交通运输行业的组织形式、管理水平、革新了交通运输观念。

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1.2 国内外研究现状和发展趋势

如今，我国在高等级公等基础设施的建设上加快了步伐，在不长的时间里各地高速公路、一级公路如雨后春笋般发展起来，使我国高速公路总里程已达一万多公里，然而，却仍然很难满足经济发展的需要。高速公路堵车现象时有发生，拥堵严重的路段可能会天天堵，有时候一堵好几天。高速公路管理手段越来越先进，但大部分已通车高速公路收费管理却仍停留在比较低效的人工收费阶段。这就给高速公路使用带来诸多不便。2005年十一长假期间，为了缓解北京地区高速公路收费站带来的拥堵，北京市100%开道敞开收费口、进出口，由此造成大量过路费流失。在2002年之前，高速公路收费站几乎成了日本高速公路的瓶颈，因为汽车在收费站排队交费造成的拥堵已经占到了日本交通堵塞原因的第三位。

传统的收费管理方式主要有以下不便：

（1）车辆停车排队交费等候通关的时间较长，在车流量增加时很容易造成拥堵； （2）因停车等候交费的时间较长，降低了公路的通行能力和服务水准； （3）各收费站点所需工作人员较多，增加了人力使用成本； （4）不便于路况和车流信息及时交流；

（5）经过收费站时停车缴费造成的通行速度缓慢、频繁制动引起的机械磨损、油耗、 噪音和由此产生的大量有害尾气等问题严重。

上述问题的存在大大降低了高速公路的通车能力和使用效率。使得高速公路方便快捷的优势难以全面发挥，还带来了贪污腐化、职务犯罪和能源浪费环境污染等问题，给经济建设和社会发展带来了极大的不便。

为改善这种情况，道路管理部门已着手进行智能交通系统的研究和开发，研制和开发了诸如：交通信号自适应控制系统、智能交通监控系统、GPS车辆管理及导航系统、不停车自动收费系统等智能化交通管理系统。其中高速公路不停车自动收费系统是基于非接触式IC卡，也称RF射频技术和车辆牌照字识别技术的车辆缴费信息综合管理系统。

1、交通信号自适应控制系统

在城市路口每个方向安装摄像机，将检测车辆信息通过数字IO方式送给任何具有感应控制功能的信号机(包括SCATS，SCOOT)，取代原始的用环形线圈采集数据的方式，这种方式优点如下：

（1）数据采集用视频检测而不是用环形线圈：避免了因环形线圈经常损坏而引起的大量后期封路、维护工作。

（2）数据格式开放：目前国内用的环形线圈检测器并不开放内部通讯协议，因此系统二次集成很困难，而VTD2000E系列设备的通讯协议可以开放，检测到的交通信息可以

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直接提供给GIS用来进行发布。

（3）节省路口资源：在每一个方向安装固定摄像机之后，不必再在路口安装监控摄像机，只需轮流切换观看路口这几个摄像机的图像就可以了解该路口实际情况，因此路口和指挥中心之间需要一个视频传输通道。

（4）一个完善的解决方案：结合视频，检测车辆排队长度超长报警，可以提供一个异常情况自动判断、报警、指挥中心处理的完善路口解决方案。

（5）前期投入成本和线圈类似：以一个方向4个车道计算，线圈检测为了检测流量、速度、车型和排队长度需要埋设24个线圈，不计后期维护的成本也和视频检测相差无几。

2、不停车自动收费系统的发展状况

由于高速公路运输中传统的人工收费方法效率低下，而近几年不断增加的交通量，往往使得各式车辆在收费关卡处滞留形成“瓶颈”，不能完全发挥出高速公路的优点，这个问题如得不到解决，势必影响交通运输线的畅通，甚至导致直接或间接的损失。

不停车自动收费系统是解决这一问题的有效方法之一，该系统的启用将大大提高收费站各通道的处理能力，减少车辆通过的时间。目前，类似的自动收费系统在美国和欧洲一些发达国家已经得到广泛使用，据资料表明：高速公路自动收费站车辆的平均通过速度为每小时1500辆，而装有自动收费系统的收费站为每小时650辆，人工收费则最多为每小时350辆。随着该系统的推广使用，收费站前的车辆堵塞和交通拥挤的情况得到缓解，可以过往车辆节约运营时间，这对于长途旅客运输和货物运输业显得尤为重要。另据统计，启用了不停车收费通道，在车流高峰时段，使用不停车收费系统通道的车辆达75～80%。另外，由于不停车收费系统自动化水平高、收费迅速而便捷、管理统一规范，对杜绝高速公路人为的“乱收费”现象出具有特别重要的意义。

1.3 课题研究的基本思路

本文在对现在高速公路的普遍现状和收费站工作特点进行调查分析之后，开始了“公路收费站智能辅助管理系统”的设计。

本系统的设计分为以下几个主要阶段：

（1）系统需求分析与功能设计。包括可行性分析、用户需求，收集各种关于系统功能设计的要求，确定系统的功能。

（2）数据库设计。确定数据库结构，设计数据库的各种参数、创建数据库的表、关系图等数据库对象。

（3）程序模块划分和实现。根据系统的使用对象划分不同的功能，对系统进行模块划分，分别编写代码，逐一实现系统的功能。

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（4）优化界面，对其进行修整和美化。

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第二章 开发技术介绍

2.1 Visual Studio 2008简介

Visual Studio一直是广大程序员所关注的重要的软件开发平台。以下是Visual Studio 2008的基本情况和开发语言的增强等情况。

1、功能上的增强

Visual Studio 2008的设计目标主要有3点：提高开发效率、在开发过程生命周期中使团队成员能够更好的协作、能够开发基于微软最新技术的一些应用。Visual Studio 2008支持.NET framework 3.5，并且对以前.NET framework版本进行支持。同时，在VB3.5和C#3.5中加入了对LINQ的支持。LINQ使用户能够使用VB和C#编写出类似于SQL语句这样的指令，使得开发语言和数据库语言彼此能够结合起来。以前的SQL语言检索能力很强，但是并不擅长进行复杂的运算。现在VB和C#能够获取数据，并且能够对数据进行复杂的运算。这也是在Visual Studio 2008中引入LINQ技术的原因。

在软件过程管理中，Visual Studio 2008引入了CODE MATRIX，可以测量代码的复杂度，对代码的性能进行定量的分析，从而对代码的优劣有一个比较深入的了解。此外，在Visual Studio 2008中引入了新的负载测试的模型、界面和报表。更重要的是，还有一个连续集成的构建，例如，一个企业有一个开发主线，还有很多开发分支。假定每个开发分支都是其中的一个功能点，当功能点开发完成以后，需要合并到开发主线，在对开发主线进行合并操作的时候，Visual Studio 2008能够自动进行团队构建，并且给出构建的结果。而在Visual Studio 2005时，需要进行很多手工操作。

2、语言上的增强

在Visual Studio 2008的C++语言当中，MFC可以支持Vista的通用控件。Visual Studio 2008还支持智能感应，除此以外，对于AJAX引入了很多扩展控件，从而可以快速开发ASP.NET AJAX的应用。新的Vista SDK中包含大量的非托管API。UAC(用户访问控制)是Vista的一种访问控制机制，主要是防止病毒对系统的破坏。

Visual Studio 2008中的VB语言不但可以获取数据，并对数据进行复杂的运算。此外，对XML的处理也更加方便。同时，VB集成开发环境的开发效率有了大幅度提高，变得更加智能。Visual Studio 2008整合了对象、关系型数据、XML的访问方式，语言更加简洁。

3、高效开发

使用Visual Studio 2008可以高效开发Windows应用。设计器中可以实时反映变更，XAML中智能感知功能可以提高开发效率。同时Visual Studio 2008支持项目模板、调试器和部署程序。使用Expression交互式设计器可以无缝集成设计人员与开发人员的工作流程。

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