收费站综合收费系统方案.doc

1 .2系统简介
收费采用开放式收费制式，即所有车辆通过收费站按车型的不同区别收费。收费采用半自动收费方式，即人工判别车型、计算机计费、人工收费、计算机控制车道设备、计算机管理、闭路电视监视的收费方式。
收费系统由计算机管理子系统、CCTV闭路监控子系统、有线对讲子系统、紧急报警子系统和电源子系统等构成。五个子系统均分为收费车道和收费站两级。收费站系统局域网络采用10-100Mbps星型快速以太网结构，该系统车道收费数据实时传送，以便收费管理监控室对各车道收费业务全过程实施集中统一监督管理。
系统技术方案设计总的原则是按照国家有关的标准规范和相关的技术规定，并采用现代先进的技术和设备将收费站建成一个投资少、效能高、易安装、易使用、易维护、易扩展和系统运行稳定、性能可靠、系统数据安全准确的计算机收费系统。
1 .3系统目标
系统以实用、可靠为目标，同时力求界面友好、操作简便，减少交通延误。具体目标如下：
1） 对行驶于公路上的所有交费车辆，确保按核定标准正确收费，并且应收不漏，防止来自道路使用者方面的逃费行为；
2） 所有的收费处理全部登记入帐，收费数据必须完整、准确记录，不可篡改。收费财务管理必须完整、准确、规范、安全，最大限度地堵塞源自收费人员的财务漏洞，防止犯罪事件发生；
3） 收费作业管理图像信息化，为收费所管理人员对收费作业现场监督提供有效的辅助管理系统；
4） 最大限度地提高收费效率，尽可能减少因收费造成的交通延误；
5） 系统应具备高可靠性、高安全性，可抗拒自然和人为（有意或无意）的破坏，可以适应全天侯条件下连续工作的要求。
6） 系统各收费设备与收费计算机相对独立，出故障时不会影响收费的正常收费作业；
7） 系统实现自动化、智能化收费管理，提高了工作效率、提高了系统的可靠性、减少了财务漏洞。
1 .4系统功能概述
1) 通行费征收功能:在保证车辆安全、快速和畅通的情况下，对使用公路的车辆正确收费。通过系统具有的功能杜绝收费过程中的舞弊行为和各种漏洞，系统通过视频字符叠加、车型识别、专用键盘车型操作、语音报价、线圈自动抓拍、票据打印、系统收费完成自动抬杆放行、红绿灯指灯、车过后自动杆；收费完成。
2) 收费管理功能：系统运用先进的计算机网络技术，采用实时将每辆车和每一时间段（从“上班”到“下班”）的所有数据上传给收费站服务器，使整个收费站的各种作业情况、收费数据、交通量数据等可以快速准确地统计出来。能够进行报表查询、打印、收费员限管理及系统软件等相关设置。可以按工号查询某收费员、某班组、某日、周、旬、月、季度、年的收费数据；可以查询某一时刻的收费情况，并可将查询结果打印出来。查询具有三级操作密码权限限制；同时还具有自动数据库备份，收费车道在开机进自动获取收费员工号口令等同步信息。
3) 闭路监控及报警功能：系统通过安装在收费亭、车道、广场各作业点的摄像机，以及收费数据叠加功能，通过大屏幕监视器监视整个收费站的作业过程，并能通过实时录像机进行录像（录像方式可以是录像机磁带方式录像或计算机硬盘录像方式）。可转存CD-R/W或其他备份机。同时，对每辆过往车辆进行车道图像抓拍，车道抓拍图像上传收费站或存于本地计算机硬盘。当车辆违章时，会发出黄色声光报警，当收费员出现三次错误的登录上班时，也会出现声光报警，增加了系统的安全可靠性。
4) 有线对讲功能：通过监控室内的对讲机与收费亭的对讲分机实现内部对讲功能。
1 .5系统构成概述
开放式路桥收费系统有以下几个方面构成：
1． 车道设备
2． 收费站设备
3． 软件
4． 内部对讲和报警系统
5． UPS配电（在本文中不做描述）
6． CCTV监控系统（在本文中不做描述）
Ø 车道设备和车道软件
车道设备核心是车道控制器，控制外设，包括：键盘、费额显示器、视频数据叠加器、自动栏杆、检测线圈等工作，产生收费数据，并通过以太网络将数据上发到收费站计算机系统，接收收费站下发的时钟、收费员名单、黑名单等文件。
ZFHD开放式收费系统硬件设备是全系列的，同时精心推荐有良好业绩和售后服务的厂家生产的自动栏杆、手动栏杆、通行信号灯、雨棚信号灯等设备。
Ø 收费站设备和软件
收费站设备有多台计算机和报表打印机构成。
与车道控制器配合，完成实时监控、报表打印、图象查询等功能。
Ø 内部对讲和报警系统
完成收费站和收费车道之间的内部对讲功能和脚踏开关报警功能。
Ø UPS配电
在收费站上，配置UPS设备，当市电停止时，UPS仍然能够给收费站计算机系统、车道控制器和重要的外设供电，保证收费系统设备的正常运行，最大限度核收通行费。
圣通科技开发的开放式路桥收费系统要求UPS不间断电源供电。平均每条车道容量（包括自动栏杆、通行信号灯、天棚信号灯等所有的车道设备）不超出800W。
Ø CCTV监控系统
配合收费系统设备，对收费业务实时监控，完成收费业务的全过程的记录，提供事后稽查的手段和数据。
1 .6系统构成图

收费站单车道效果示意图

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第二章 系统特点
1 2.1系统先进性
系统设计应用先进的自动化系统工程技术，能适应目前的征收公路车辆通行费管理的工作需要，做到收费作业流程控制自动化，管理信息化。系统的车道控制处理单元采用工业控制系统中较为先进的分布式控制模式，选用工业级的专用控制设备、工业级的CCTV系统，道闸均采用德国技术智能道闸、性能先进、工作可靠。所有信号灯，如雾灯、车道红绿灯、雨棚信号灯等均采用超高亮LED指示灯，报价显示屏采用超高亮数码管显示技术，可适应公路环境持续稳定运行、抗干扰性强，可最大限度的减少维护工作量。
1 2.2图像捕捉
图像捕捉是通过收费计算机中的图像卡来完成的。图像直接通过收费计算机经网络上传到服务器，服务器可通过查询软件进行查询或打印。
1 2.3自动栏杆的控制
自动栏杆的控制通过收费计算机控制，收费员操作车型后，费额显示屏显示车辆车型与收费金额，司机交费后，操作员按收费放行键，道闸栏杆将自动抬起，道闸可通车辆传感器检测，车辆通过后栏杆自动落下，并向收费计算机发送车辆通过后状态信号，收费计算机可据此信号判断有无逃费，在车队通过时，收费员可操作收费键盘操作车队，使栏杆一直升起允许车队通过。
1 2.4网络故障的处理
在异常情况下，当收费计算机不能连接收费站服务器时，收费计算机将自动脱网运行，并将收费数据与图像临时保存于收费计算机，收费站的存储量可供系统脱网运行半年以上，当网络重新连接后，收费计算机将数据与图像进行双工校样后自动上传至系统服务器，并清空收费计算机临时数据库。
如果当收费计算机长时间脱网时，本地硬存储空间不够无法存储，收费计算机自动脱网运行，并将收费数据与图像临时保存于收费计算机，需要汇总数据报表时，系统维护员可将收费站的数据通过软盘或优盘从车道机拷贝到服务器，保证收费站数据的正常结算。
1 2.5系统管理
系统分三级操作系统管理员、一级为最低级操作员，只能进行日常的收费，二级的权限大于一级，不但能进行收费操作外，还可以收费站数据的下载或上传，并可查询服务器报表,三级操作员为系统最高级操作员，可以进行系统一切操作，包括系统维护，数据库生成、数据备份等。每一级操作员都有各种数据字段，包括操作员姓名、工号、密码、权限级别等
1 2.6远程数据访问：
系统留有数据远程访问接口，可通过电话线以拨号方式访问收费站数据库。包括查询数据、报表、图像等。
1 2.7系统的效益
系统以最优化的设计和设备选型，设备配置实现投资省、效能高，能提高收费管理效益，能基本上消除车辆冲卡现象，有效地防止漏收和作弊行为发生。系统具有科学有效的防止作弊、堵塞经济漏洞的管理措施，能加强收费管理规范化，减小经济上违法事件发生的可能性，对促进公路收费管理的两个文明的建设将产生明显的经济效益和社会效益。
系统实用、运行稳定可靠是发挥系统效能的基础，系统易使用、易管理维护，系统开通后，对收费员当班作业培训一工班，即可开始正常使用进行收费作业；系统维护管理人员参与调试开通一个星期后，即可独自负责管理系统的运行和管理。

第三章.系统功能
系统具有收费作业流程控制、收费作业的监控和管理，以及收费数据信息的管理功能。
1 3.1收费作业流程的控制
系统的车道收费处理单元设备控制收费作业流程，车道收费处理单元由车道计算机、显示收费作业信息的显示器和收费作业台、收费费额显示器、语音报价器、收费票据打印机、收费放行电动栏杆和车辆检测器所组成，系统工作方式如下：
收费员按键输入交费车辆类型到收费计算机，收费计算机计费并送收费费额显示器显示，语音报价器报价，经收费员确认后，计算机控制打印输出发票，并输出信号控制收费放行电动栏杆升起，车道通行信号灯亮绿色，放行车辆，车辆检测器测到车辆通过后向车道控制器传送“通过”信号，车道控制器输出控制信号，控制收费放行道闸栏杆落下，车道通行信号灯亮红色。工作方式见图一.

3.1.1收费作业信息的采集和处理
系统以车道收费处理单元系统设备和CCTV系统设备进行采集和处理车辆通行情况和收费员收费作业情况的图像和数据信息，并将信息传送到收费监控室，向收费作业管理人员提供实时的收费作业信息，工作方式见图二.
金额显示板
收费通行灯
车辆通行信息
收费员

车道控制器

电动栏杆

车辆检测器
车辆
发票打印机
语音报价器

车道计算机

显示器
雨棚信号灯

金
额
车辆类型 开关

交
费

作业信息

图一 收费作业流程控制方框图
车辆
收费员
监视器
CCTV摄像机
录像机
监视器
通 道
CCTV摄像机

VDM

车道计算机

显示器
数据信息
图像信息
收费作业情况
1帧图像信息

放行情况

车辆情况 图像信息
交
费
收费
作业

图二 收费作业信息采集和处理方式图
3.1.2收费作业信息的采集
收费作业信息的采集方式是：
（1） 收费员判别缴费和免缴费车辆类型通过收费键盘向计算机输入车型操作，收费计算机同时进行语音报价，此时车道报价机将发出报价提示音，同时报价机数码管显示应缴金额及车型。司机缴费完成，收费员通过收费键盘操作车辆放行，此时票据打印机打印一张票据，同时道闸栏杆将自动抬起，车道将抓拍一张叠加有本次收费相关信息的车辆图像，本次收费数据通过网络上传至服务器。
3.1.3收费作业信息的处理
（1） 车道计算机接收到收费员键入的车型及缴费信息后，经自动处理输出如下信息：
a. 语音报价机报出礼貌用语和收费金额
b. 控制票据打印机打印票据.
c. 收费显示器显示收费作业信息
d. 传送收费数据信息给车道控制器，车道控制器输出：
1）向收费费额显示器输出显示金额数据信息.
2）视频叠加信息.（亭内和亭外摄像机）
3）I/O口（继电器组）
（2） 车道计算机接收到收费员键入免费信息后，经自动处理输出如下信息：
a. 车道收费计算机将本次免收费相关数据上传至服务器。
b. 道闸栏杆自动升起放行，车道通行信号灯亮绿色。
c. 费额显示器处于空白状态。
d. 收据打印机不动作。
（3） CCTV亭内和车道摄像机采集的收费员工作情况图像信息，送到车道控制器叠加收费数据信息，然后送CCTV监视器上对应显示收费员的作业情况和当前的收费金额，CCTV通道摄像机采集的车辆情况及通道放行情况的图像信息送监视器显示。
（4） 收费管理人员在进行实时监视收费作业的过程中，根据收费作业情况和收费作业的要求对收费作业情况通过实时录象机录像。
1 3.2 收费数据处理和信息管理
系统监控室的网络服务器、收费管理计算机、监视计算机、财务计算机和图像计算机，与车道收费处理单元组成一个计算机管理收费数据信息采集系统。通过收费管理计算机进行参数设置，包括身份码的黑白名单、个人密码、费额表和用户级别设置以及进行补罚款数据的输入；通过监视计算机对上传数据实时监视；通过财务计算机进行收费数据的查询打印。
3.2.1收费数据实时传送
收费数据由各车道计算机通过局域网实时上传到数据服务器，监视计算机可实时监视收费数据，并通过财务管理计算机对各个车道计算机上传的工班收费数据进行集合并处理。在系统异常情况下，无法实时传送，可自动将未传的工班收费数据存于本地机硬盘，不会丢失，等网络通畅后，再自动上传。
3.2.2收费数据的处理过程
1）初始状态
1、正反雨棚信号灯呈红色
2、道闸栏杆落下，车道红绿信号灯呈红色；
3、手动栏杆处于封闭车道状态；
4、费额显示器处于空白状态；
5、收费软件显示收费员登陆界面。
2）收费员上班
1、收费显示器在等待操作员输入工号、口令及票号。
2、收费员通过数字键输入自己的工号、口令及票号，确认无误，操作确认后，系统进行身份与口令校验。
a. 收费计算机上传收费员工号、车道号、起始票号、上班日期和时间
b. 正向雨棚信号灯自动变绿、反向雨棚信号灯自动变红
c. 如果是晚间上班，车道雾灯自动打开，并闪烁；
d. 向字符叠加器发送收费员相关信息，并进行叠加
e. 道闸栏杆自动落下，车道红绿信号灯呈红色；
f. 车道收费显示报价初始化完成
g. 系统进入正常收费状态。
如果被确认为无效收费员信息，收费登陆界面则自动清空，并提示操作员重新输入有效工号、口令及密码。
3）正常车辆的处理
a. 当车辆驶入收费车道并停在收费亭前时,自动抓拍线圈将抓拍一张车辆图像并上传至服务器，收费员进行人工车型判别，操键盘输入车型，司机缴费完成后按下“确认”键之前，收费员可直接重新操作车型。
b. 通行费额将通过收费显示器、费额显示器同时显示和提示收费员和司机；同时,通行收费车道视频符叠加至视频图像,以便监控员监督。
c. 当收费员确认已收取应支付的全部通行费（现金）时即可按下“确认”键：
d. 票据打印机打印一张票据；
e. 道闸栏杆升起，车道通行信号灯呈绿色；
f. 车道收费计算机生成本次收费数据，进行车道视频字符自动叠加，并再次抓拍一张叠加有收费数据信息的图像，收费数据与图像一同上传至服务器；
g. 车辆通过自动落杆线圈后，道闸栏杆自动落下，车道红绿信号灯呈红色；
h. 费额显示器处于空白状态
i. 车道收费机等待下一次收费。
4）免费车种(含军车、公务车、紧急车)处理
a. 当免缴费车辆通过收费车道时，收费员首先操作以应车型，如：军警、政府、及友邻等；然后按下相应的车辆类型，如：一类、二类、三类……等；放行完成后，收费计算机将上传本次收费记录至服务器；
b. 道闸栏杆自动升起，车道通行信号灯显示绿色；费额显示器处于空白状态，收据打印机不动作；
c. 车辆通过自动落杆线圈后，道闸栏杆自动落下，车道红绿信号灯呈红色；
5）违章车的处理
a. 当收费员未完成收费业务处理操作,车辆已驶入道闸落杆线圈检测范围内，则确认该车辆违章；
b. 收费计算机自动触发车道报警器，经过10秒钟或收费员按“解除报警”键后报警停止；
c. 收费计算机自抓拍该违章车辆图像；
d. 将本次违章数据信息同抓拍图像自动上传至服务器。
6）车队的处理
当特许通过的“车队”来到收费车道时,收费员按下“车队开始”键,此时自动栏杆处于打开状态,费额显示器和车型分类显示器处于空白状态,当车队全部通过检测器检测区域后,收费员再按下“车队结束”键，自动栏杆落下，系统恢复到车道正常收费业务处理的初始状态。同时，自动抓拍线圈已记录抓拍了所有通过的车辆，并上传服务器。
7）收费员下班
a. 收费员下班时，操作收费键盘下班键，系统完成下班任务，并将下班时所有数据信息上传至服务器；
b. 正反雨棚人号灯呈红色、雾灯闭、道闸栏杆落下、车道红绿信号灯呈红色、收费报价显示机初始化并呈空白。

3.3 数据信息的管理
系统由收费管理系统数据库对收费数据信息进行管理，收费管理系统数据库能储存保留五年以上的数据供查询检索，结果可通过服务器或管理计算机的显示器显示，查询检索内容如下：
a. 所有收费车辆收费数据日、周、旬、月、季度、年情况
b. 某收费员、某车道、某班次、某一车型、某票号段在某一时间段收费情况
c. 某一时间段及某日等收费车次情况
d. 收费员工作记录及非正常运行、非正常操作、车队、错票等情况记录
e. 系统工作状况信息

第四章 系统组成
收费系统计算机网络由三级构成，即收费中心计算机局域网、收费站计算机局域网及收费车道计算机组成
1 4．1收费车道
主要车道设备：
车道计算机、专用键盘、车道智能控制柜、票据打印机、道闸、车道摄像机、费额显示器、字符叠加器、闪光报警器、雾灯、车道红绿信号灯、雨棚红绿信号灯
车道计算机系统是一个独立完成收费作业、控制收费作业流程的系统。与每个设备相对独立，当系统网络发生故障和进行故障处理时，不影响各个车道计算机系统的正常收费；当系统中某个车道计算机系统发生故障和进行故障处理时，不影响其它车道计算机系统的正常收费，保障收费系统正常的收费作业。车道收费处理计算机系统单元构成如下图四：
黄色闪光报警器
收费员终端
显示器

费额显示器

自动栏杆

车道
计算
机
车道
控制
器
雨棚信号灯

车道信号灯

收费作业台键盘

车辆检测器

发票打印机

车道收费处理计算机系统单元构成图

车道设备示意图
1 4．2 收费站局域网
收费站局域网主要由两部分组成；一部分是收费站控计算机，包括服务器及功能各异的工作站，如硬盘录像机、报表查询计算机、车道收费计算机等。局域网采用星形以太网结构10-100Mbps，传输线缆UTP-5。由于车道计算机和收费控制室计算机距离较远，为保证传输质量，这二部分之间采用以太网交换机通过多模光缆连接，采用多模光纤主要是考虑到距离一般在3KM以内，防止信号过强引起反射，同时也可以降低成本。
计算机收费系统的网络结构为:
1） 用一台网络交换机,收费站服务器和车道各收费计算机，构成10-100Mbps星型以太局域网结构。所有车道计算机连接到二台10-100Mbps自适应共享式集线器。站内其它计算机，如报表查询计算机、硬盘录像机连接到站内10-100Mbps自适应交换式集线器。车道集线器与站内集线器之间采用光纤连接。
2） 各收费车道计算机相互独立无通信关系。

网 络
服务器
收 费
管 理
计算机
财 务
管 理
计算机

图 像
计算机
共 享 式 集 线 器

工控机

工控机

工控机

工控机
交 换 式 集 线 器
光端机
光端机
共 享 式 集 线 器
光端机
光端机

监 视
计算机
D1# D4# U1# U4#

UTP UTP

光纤

图五 计算机收费系统的网络结构图

4.3 收费中心局域网：
收费分中心局域网在市局监控大楼内，组成与收费站控制室计算机机构相似，另外管理工作站，而网络结构形式和传输媒体则完全相同。两级计算机系统之间的远程数据传输是通过高速路由器接入通信系统ONU上的2Mbps接口来实现的，收费数据流向主要为由低到高。

第五章、网络及操作系统与应用软件
1 5.1系统网络主要性能
系统服务器采用IBM等著名品牌的专用服务器，从硬件上首先保证服务器的稳定性与可靠性，收费机采用在野外耐恶劣环境的品牌机。以保证系统在野外一年365天，每天24小时的不间断运行。
1 5.2操作系统特点
在进行系统设计时，在网络上选择了采用了目前最先进的客户/服务器结构，设计者选择了Microsoft Windows Advanced Server2000 + Microsoft SQL Server 2000+ Microsft Windows 2000 Professional，这是基于如下考虑。
1. Microsoft Windows Advanced Server2000 操作系统
它是用于局域网的服务器平台，它的集中式安全管理和强有力的容错管理(RAID5)等特点使之成为用于服务器的理想的操作系统。它将网络管理和基本操作系统完美地结合起来，使网络易于使用和管理。它是一个与平台无关的、可伸缩的服务器操作系统，它可以运行在Intel x86 系统、精简指令集（RISC）的计算机和DEC Alpha计算机上，从而使用户在选择计算机系统硬件上有很大的自由；它可以扩展到对称的多处理器系统上，使得当需要提高性能时还可以增加额外的处理器；其内部完全是32位结构，在运行时有多个线程，它的抢占多任0务方式使操作系统能为每个应用等程序分配足够的处理时间。
2. Microsoft SQL Server 2000
其安全性、事务处理能力和误差符合重要事务的要求：其智能服务器技术增强了服务器上的数据整体性，减小了开支和维护的成本。支持方便的单一处理系统和新型的对称多处理器系统，保证应用程序环境符合尺寸上的需求。支持多用户的高性能快速响应，允许同时存取多个客户、多用户DBMS。网络独立性允许Microsoft SQL Server 2000支持在多机种网络上同步连接客户/服务器。规则和触发器提供了数据库整体机制.企业连接性服务用于存取公共数据和信息系统.它具有分布式数据库管理功能,支持缩放式\多服务器应用程序。此处它还有多种应用程序和工具，以供开发者和用户灵活的选择。
3. Microsft Windows 2000 Professional
具有友好的图形用户界面（GUI）、多任务环境以及网络连接功能，它的硬件无关性、强大的应用软件支持和广大的用户基础也是选择它的原因之一。
4. 先进性
先进性体现在设备的先进性、软件的先进性和总体的先进性上。软件的设计服务器采用Microsoft Windows Advanced Server2000，收费计算机采用Microsft Windows 2000 Professional环境，数据库采用Microsoft SQL Server 2000多用户大型关系式数据库。
5. 通用性和可扩展性
通用性和可扩展性也体现在以上三个方面，我们选择的设备兼容性好，易于升级维护。
6. 可靠性
收费系统要求24小时不间断运行，任何一个站点故障在可能引起全线系统的瘫痪，可靠性是一个系统是否真正实用的关键，收费系统大部分设备都安装于环境条件较恶劣的室外场所，对硬件设备的可靠性和稳定性要求很高，在设计中，除从硬件选择上保证其各项性能指标达到或超过招标书上的要求外，还提供多种备援措施保证收费操作的顺利进行，包括服务器数据热备份、网络电缆备份、收费工作站本地备份、大容量后备及软件系统都将进行严格全面的测试。
7. 完备性
本系统的收费控制措施和监控措施对车辆收费的外部逃费控制和内部监控控制是完备的。
1 5.3系统数据的可靠性与安全性
本收费系统采用Windows Advanced Server 2000 网络系统，数据库采用具有容错技和数据备份技术的SQL Server 大型数据库。为了防止硬盘损坏、偶然或恶意的数据破坏、自然灾害（火灾、水灾、地震等）、盗窃、病毒等造成的数据破坏，我们可以根据SQL Server 7.0提供的工具制定一套完整的数据备份方案，将重要数据备份到磁带设备带到安全的地方去，或通过网络将备份发送到远程站点有专人来管理。一旦数据库遭到破坏，我们可以立即用备份的数据来恢复，这样既安全又可靠。
一套完整的数据备份解决方案，一方面是提供一系列可操作的系统备份硬件配置，另一方面则还需提供一套完整的数据备份操作方案。建议每日对系统作实时备份，每月对系统作月结备份，设立专职的数据档案保管员，负责数据资料的保存。
1 5.4系统软件功能
5.4.1服务器管理端

A、 系统数据维护
a. 收费数据备份
b. 系统初始化
c. 收费车型维护
d. 操作员三级密码管理
e. 删除历史图像
B、 收费数据与交通量统计报表
a. 错票处理
b. 错票处理清单
c. 收费车型、票号、收费员、时间清单
d. 操作员交款单
e. 操作员收费班报表
f. 操作员收费日报表
g. 收费车次报表
h. 周报表
i. 旬报表
j. 操作员收费月报表
k. 操作员收费季报表
l. 操作员收费年报表
C、 查询打印车辆交费记录清单
a． 某时间段收费记录清单
b. 某时间段某车道收费记录清单
c. 某时间段某车道、某车型收费记录清单
d. 某时间免费记录清单
e. 某时间段某车道免费记录清单
f. 某时间月票记录清单
g. 某时间段某车道月票记录清单
h. 某时间段操作员值班记录清单
D、 图像查询打印
a． 某时间段收费车辆图像查询打印
b． 某时间段某车道收费车辆图像查询打印
c． 系统退出
5.4.2 收费工作站端

A、 操作员退出、换班、上下班
B、 收费车道信息配置
C、 本地数据库初始化
D、 收费员信息下载
E、 收费站脱网数据收动、自动上传服务器
F、 定时按时间段数据校样
G、 车辆图像自动抓拍
H、 违章车辆处理
I、 自动控制车道所有连接设备
J、 系统状态形象显示

第六章：车牌识别系统
1 车牌识别系统技术思路
车牌识别系统（简称LPR，License Plate Recognition）是从包含车辆的图象中提取车牌，并且识别车牌文字的计算机系统。车牌，作为车辆的重要特征，在公共交通以及局部的车辆管理环境中有很大的意义。
本系统基于目前最新计算机视觉技术，通过对所拍摄车辆的实时视频信号进行图像处理，能够动态、准确地提取出车牌在图像中的位置，并且识别出相关车辆的车牌号码。可应用于高速公路收费口、路段（超载查处和流量统计等），城市交通管理中的电子警察、治安卡口和移动稽查，还有小区及商业停车场进出车辆的管理等。
本系统识别率高，稳定性好，对视频源质量要求不高，适应各种恶劣环境，并且安装操作简便，能适用于上述的各个应用领域。

技术特点：
本车牌识别系统核心算法的基本实现思路是基于机器学习的方法，不同于已往大多数厂家所基于的启发式方法。
启发式方法，是针对具体的问题，人为的定义规则，解决不同问题需要定义不同的规则。在车牌识别问题中，启发式方法需要采用边缘提取等图像处理的算法，针对不同的应用环境调整算法和参数。采用启发式方法，要求人具有良好的先验知识，针对不同的环境预先做出设计。
虽然启发式方法实现难度较低，但为了适应不同的环境就需要定义复杂的规则，因此对于环境变化和参数设置敏感，通常适应性、鲁棒性都较差。比如在车牌字符的切割和识别中，启发式的算法的通常要对笔画进行分析，当字符破损或被泥巴、钉子等外物遮挡干扰时，就不容易得到一个比较好的识别结果。
机器学习是通过计算机对采集到的大量样本数据进行海量的统计分析，从这些实际的数据中“自动”的总结规律（即各类模型），用于解决通用的问题。机器学习的通用性好，使用范围较广，系统通常都有相当好的鲁棒性，但是算法一般都比较复杂，实现难度较大，且计算强度非常大。例如在车牌检测和定位中，系统对车牌的检测和判别不依赖于车牌具体的颜色和格式，不局限于特定的光照条件，并对图像质量和摄像角度有相当的适应性，所以可以达到相当好的检测率和鲁棒性。基于机器学习的模式识别方法是近年国际上的主流技术方向，在类似人脸识别、语音识别和手写识别等应用领域的重大技术突破主要都是基于机器学习的方法。
虽然机器学习方法的程序框架比较复杂，但是产品实现环节却相对简单。因为在机器学习的方法中，机器学习的过程（机器学习程序）与用于实际应用环境的(工程程序)是分离的，前者程序复杂，计算量大，而后者，即实际产品运行代码的总体规模小，系统比较紧凑，可靠性容易得到保证。
本系统在技术实现上的另一个特点是基于视频图像的跟踪及识别技术，即在连续的视频的图像中，对于同一个目标物体，系统可以得到多次识别结果，综合利用这多个识别结果，可以减小误差，得到一个比单次结果更加鲁棒的综合估计。我们将此称为车牌跟踪技术。
和基于单张抓拍照片识别的传统方法相比，基于视频的识别技术要解决两个问题，一是单帧图像的处理（识别）速度，如果单帧的处理速度太慢，在指定的响应时间内系统只能处理两三帧数据，则谈不上连续视频的识别，目前本系统单帧处理速度约在25~35ms 测试电脑为P4，2.4G
，基本上能满足大部分应用场合的要求；第二是在连续图像中对一个或多个目标物体的跟踪技术，因为如果无法在连续视频中界别多个目标物体和排除非目标物体的干扰，则系统就不能得到有效的识别结果来进行投票。
使用车牌跟踪投票技术后，在同样的应用环境、同样的算法水平下，基于连续视频的识别技术和基于单张抓拍照片的识别技术相比，识别性能要提高很多。只要识别次数足够多，则总的识别结果就可以非常接近真实的结果。

系统结构：
本识别系统的功能结构图如下所示。和基于单张抓拍的车牌识别系统相比，主要是多了跟踪投票模块。

视频采集虽然不属于识别的核心算法部分，但是由于采集到的图像质量直接影响后续识别的性能指标，所以是一个很重要的工程技术环节。视频采集通常采用PAL制工业摄像机，分辨率720×576或768×576 如果成本条件允许，还可以考虑使用高清晰度的摄像头，以获得更好的图像分辨率。
。如果系统需要在夜间、阳光直射、露天等恶劣环境下工作，则应该使用具有低照度、强光抑止、防炫光等功能的摄像头，如JVC的1481道路专用型。
另一个和视频采集相关又比较重要的工程环节就是外部辅助光源问题。系统在照度较好的情况下使用自然光线，在夜间或照明不够的环境下推荐使用频闪光源 频闪光源是指LED辅助频闪光源，是通过与摄像机电子快门的同步，利用微处理芯片控制白光特性的LED频闪发光，使得光源不刺眼、不晃眼，并能保证图像颜色信息的不失真，且亮度、发光时间均可调。
，因而通过彩色摄像机能采集到车辆的真彩色图像，为今后车型判别、流量统计等功能的实现预留了接口。
车牌定位是车牌识别系统中一个比较重要的技术环节。本系统采用了基于机器统计学习的方法，对车牌的检测和判别不依赖于车牌颜色，不局限于特定的光照条件，并对图像质量好坏和摄像角度有相当的适应性，所以有相当好的检测率和鲁棒性，在完全自然流的情况下，对视频中车牌的检测率在99％以上。系统对车牌的检测也不依赖于车牌的具体格式，能有效检测到军警等特种牌、个性化车牌、港澳两地牌和香港车牌等。
本系统对车牌的检测和定位完全基于视频检测技术，不用外加触发线圈。并且可以直接使用全景方式的监控摄像头，不需要再加装近景特写镜头，在收费口和路段中车辆的大小位置如下图所示 原图尺寸为720×576和768×576，这里因为排版需要对图像大小进行了调整
。系统能在视频图像中准确定位一个或多个车牌，车牌可以出现在图像的任意位置，尺寸可以任意大小。
由于车牌安装和摄像头拍摄角度等原因，需要对定位切割出来的车牌进行倾斜校正，以保证后续字符切割和识别的稳定性。系统可以适应小于10度的车牌（图像）倾斜。

字符切割是指将定位出来的车牌切割成一个个小的字符单元（字元），并提交给后续的识别网络进行识别分类。它也是车牌识别系统中一个比较重要的环节，它的性能直接影响了系统整体的的识别指标。字符切割容易碰到的几个问题一是车牌图像较小（通常在100多象素），切割时容易受到周边噪声的干扰，造成切割错误；另外就是多种车牌格式使得切割算法变得复杂，并且速度下降。系统设计了一个比较好的干扰消除机制，并采用了一种通用的模板切割方法，所以能准确地处理各种格式的车牌，并能比较容易的升级添加新的车牌格式。
将切割出来的字符单元输入类似支持向量机等先进的模式识别算法，就完成了字符识别功能。由于系统的样本数据准备得比较充分，所以总体的识别指标很高，数字的识别率能做到99％以上，汉字和字母的识别率亦在98％以上。
当车牌进入图像检测区域时，跟踪投票功能模块就启动一个进程，锁定并记录车牌在视频图像中的运动及对应的识别信息，当车辆驶出画面或是业务系统需要识别结果时，跟踪投票模块就把相应的识别结果和信息（包括车辆的抓拍照片及车牌的二值化图像等）提交给业务系统，从而完成对一辆进出车辆的完整识别过程。
除了以上和识别相关的算法技术模块，系统还提供相应的后台管理功能，主要完成识别结果和车辆图像数据的存储、实时通信、网络安全、远程维护、动态数据交互、硬件参数设置、系统故障诊断等功能。

产品形式：
我们提供完全软件的车牌识别系统（如下表）。完全软件版本主要有使用方便，易于维护升级等优点，但是会占用一定的PC资源，和原有业务系统还涉及到编程接口方面的配合；完全硬件版本安装比较方便，数据接口相对比较简单，但成本较高，调试和升级不是很灵活；软件加硬件版本的特点则处于两者之间。

完全软件
系统运行于普通PC环境（Windows或Linux），PC为普通台式机或工控机，要求为P4 2.4G，512M 内存或以上。通过视频采集卡采集图像。

我们认为不能绝对地来讨论产品形式的优劣性，而是应该根据不同的应用环境针对用户需求来选择最适合的识别系统版本。比如在收费业务等使用和工程环境相对较好的环境，可以采用完全软件或软件加硬件版本；而在路段超载治理、流量监控等户外应用则适合使用硬件方式，可比较好的解决数据传输方面的问题。

技术指标：