高速公路不停车收费系统设计

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1、1绪论1.1选题的意义与背景1.1.1智能交通系统的发展及其重要意义80年代以来，伴随着经济的发展，交通设备日益增加，随之而来的城市交通拥堵、交通事故频发、交通环境恶化、收费制式混乱、交通落后以及能源短缺等成为当前世界各国面临的共同问题，无论是发达国家还是发展中国家都承受着不断恶化的交通困扰。据美国有关部门预测，到2020年，国内交通事故造成的经济损失每年将会超过1500亿美元，而日本东京目前因交通拥堵每年造成的经济损失约为1230亿美元。解决交通问题的传统办法是修建或扩建道路，但是，随着人口的增长，城市人均居住面积日益减少，可供修建的道路空间也越来越少。同时，交通系

2、统是一个复杂的综合性系统，单独从道路或车辆的角度来考虑，都将很难解决交通问题。在这种背景下，把车辆和道路综合起来系统地解决交通问题的思想就油然而生，这就是智能交通系统(IntelligenttransportSystems,简称ITS)[1]。近年来，世界各发达国家虽然己经基本建成了四通八达的现代化国家道路网，但随着社会经济的发展，路网通过能力己满足不了交通量增长的需要，交通拥挤堵塞现象日趋严重。经过长期和广泛的研究，各个国家已从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求，逐渐转移到用高新技术来改造现有的道路运输系统及其管理体系，从而大幅度地提高了路

3、网的通行能力和服务质量。日本、美国和西欧等发达国家为了解决共同面临的交通问题，竞相投入大量资金和人力，开始大规模地进行道路交通运输智能化的研究试验[2]。我国是当今世界上公路建设速度最快的国家之一，在未来20年内，我国道路仍然处于建设期。根据“九五”规划和2010年发展纲要，交通部计划用30年左右的时间建设12条约3.5万公里由高等级公路组成的国道主干线[3]34。由于经济条件的制约，政府无力承担高速公路建设的巨额资金投入，我国高速公路的投资体制呈多样化，这样的建设体制导致了道路收费点的密集化，在一定程度上制约了高速公路效益的充分发挥，同时，所采用的收费制式本身的特点

4、更加剧了这种局面。由于投资主体的多样化，加上人们当时对道路收费中出现的问题认识不足以及技术的限制等原因，我国高速公路收费制式落后于高速公路的发展，也给高速公路的管理工作增加了一定的难度。智能交通系统使交通基础设施能发挥出最大的效能，提高服务质量，规范收费方式、优化管理措施，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，主要表现在：提高交通的安全水平；减少堵塞，增加交通的机动性；降低汽车运输对环境的影响；规范收费方式，优化结算体系；提高道路网的通行能力以及提高汽车运输生产率和经济效益。1.1.2课题来源本文选题来源于河南省杰出人才创新基金项目《高速公路

5、不停车收费系统的研制》中的子项目。本人的主要工作是完成不停车收费系统中非接触IC卡和外围控制器的设计与实现，并对相关的软硬件做了具体实现。1.2高速公路收费方式及其分析高速公路目前的收费方式一般有人工收费、半自动收费和自动收费三种[4][5]。1.人工收费方式：人工收费直接进行现金交付，既无可靠的收费监控设施，也缺乏先进的计算机管理手段，因此存在工作疏忽、司机逃票、收费员作弊等漏款现象。2.半自动收费方式：人工判别车型，人工开票收费，采用人工发放的通行券作为收费媒介，在工作中引入计算机作为辅助管理的工具，适当提高工作效率和车辆通行效率，从而实现半自动收费。这种方式可避

6、免纯人工收费方式的一些弊端，提高通行能力。3.自动收费方式：完全采用专用的设备和计算机系统联网，收费车道安装IC卡读写装置，可利用微波、红外[6]、激光等技术与车载IC34卡进行数据传输，卡上存有该车的主要信息，即车主单位、存入金额、车型类别等，可以不停车自动读写，进行自动收费。在采用人工收费方式时，不但影响了高速公路的通行能力，而且现金交易存在其它弊病，以及导致环境污染等一系列可持续发展问题。据资料统计，仅广州地区1996年因为停车等待交费而损失的车时就达数百万小时，由此导致的汽油浪费达亿元之多[7]。作为通行车辆和收费站的媒介，通行券在收费系统中必不可少，它的类型

7、决定了收费智能化程度的高低，也最能反映收费系统的技术特点，从而也就产生了半自动方式和自动方式。在国内由于各路段所采用的收费技术千差万别，收费系统所使用的通行券介质种类也较多。目前国内高速公路收费系统在用的通行券主要有两大类：一次性使用通行券和重复性使用通行券。一次性使用通行券包括纸质打印通行券、纸质磁性通行券、一维条码通行券、二维条码通行券；重复性使用通行券包括磁卡、接触式IC卡、非接触式IC卡以及纸介质的月票等。经过多年的收费实践，收费系统对收费介质的选择越来越注重以下方面的性能和技术要求：自动化程度、读写方式、数据安全性、存储容量、介质成本、标准