高速公路多通道自動計費系統的製作方法

2023-05-17 19:52:21 1

專利名稱：高速公路多通道自動計費系統的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種自動計費系統，它主要用於需要收費的高速公路的收費亭，利用它對過往的車輛收費。
隨著四個現代化建設的不斷發展和日益緊張的公路運輸的需要，我國近年來建設了幾條高速公路，例如北京-石家莊高速公路。為了充分發揮高速公路的優越性，必須建立行之有效的，與之相配套的公路交通控制系統和自動管理系統。
收費管理是高速公路交通管理方面一個及待解決的問題，在高速公路上對於通行車輛收費是政府集資的一個重要途徑。由於管理制度不完善，再加上一些收費員對於如實收費的重要性認識不夠，導致了漏交費、或少交費現象十分嚴重，經經濟帶來了巨大的損失，鑑於上述種種情況，有必要用計算機系統對過往的車輛進行識別，確定其收費金額，通過有關通道上的收費員如實收費。這樣不僅堵住了收費中的漏洞，而且為計算機管理公路交通提供了準確的原始數據，也為現代化的公路管理系統開闢了廣闊的發展前景。
目前，國外在這方面也有些先進技術，如美國專利號4682170所公開的一種收費裝置，它主要用於高速公路和停車場，它在高速公路或停車場的出入口設置了車輛測量裝置，可測出過往車輛的類型，比如大車、中型車、小車或摩託車，當車輛出去時，根據出入時間和車型進行收費。但該裝置必段要求每次只能一輛車進入收費亭，下一輛車必須等前一輛車開出收費亭後才能進入，所以該系統耽誤了許多時間，效率不高，往往車輛排好長的隊等著交費。
由本申請人申請的，申請號為90106016.X發明名稱為「高速公路自動計費系統」的專利申請中公開了一種單通道的自動計費系統。該系統是基於圖像模式識別，紅外探測和人工智慧等項技術的單通道自動計費系統，經過一系列測試，連續運行與詳盡分析，我們認為八通道自動計費系統如全部採用單通道計費系統技術模式，將會出現諸如「全天候工作需附加必要的照明設備」「系統反應時間稍遲」等弱點，系統的實用性有其局限性。
本發明的目的就是要提供一種高速公路多通道自動計費系統，它採用「全紅外探測掃描，動態採集及應用車型特徵參數，時序濾波，專家知識」新的設計方案，這之中，有單通道系統成熟技術的繼承，亦有新的設計構想與技術，實現了本系統不增加任何照明設備，就可做到全天候連續工作，對車流分布無特殊要求，系統反應時間大大縮短(由原來1.6秒短至現在0.03秒)，車型識別率已達99%以上，經過多次試驗及現場長時間測試表明前端識別處理機可完成八通道自動計費系統所應具備的如下功能自動識別車型，判定收費金額，累計收銀，顯示，外掛顯示，語音報價，列印輸出，與電子應答器及讀寫卡機接口等項功能。
按照本發明的高速公路多通道自動計費系統，它主要由紅外檢測裝置、前端機子系統和主機子系統等組成。
紅外檢測裝置由若干對紅外光電管組成，安裝在通道入口兩側選定的位置上，其主要功能是a、提供車輛到位的準確信息，以啟動前端機工作;
b、提供車輛側面特徵數據，送入前端機;
c、提供數輪子數的啟動脈衝;
d、對車輛的輪子進行準確的計數。
前端機繼續採用以8031為CPU，外加擴展的程序存儲器，數據鎖存器，鍵盤顯示器，語音合成板，微型印表機接口線路，紅外前置預處理電路，除此之外，我們又採用時序濾波電路，這一新的設計思想，成為解決車流分割的技術關鍵，當然，上述硬體構成與相關軟體密不可分，從而形成軟硬交融的設計體系。其主要功能a、通電自復位開機b、顯示功能c、收費額判定功能d、語音報價e、通訊功能f、人機互動功能g、語電子應答器接口功能主機子系統是多通道自動計費系統的重要組成部分，它除了完成與各個車道微型計算機進行正常的通訊，以確保及時準確地採集各車輛信息和收費信息外，還需完成對整個收費站的全部信息進行統一管理和統計，並生成諸如班報表，月報表及日報表等車輛與收費信息詳細報告。此外，它還應該將有關統計信息和部分車輛的詳細信息存檔，以備後用。根據上述基本要求，在主機子系統中，除了主計算機外，我們還配備了通訊處理機，印表機及一定容量的軟硬碟等外設。為解決在單機系統中，因主機故障所引起大量有用信息丟失的問題，我們在該系統中採取了雙機熱備份的方案。該子系統的功能如下a、運行主控系統程序，控制全系統的工作流程;
b、完成收費員在主控室或各收費車道的上下崗登記;
c、實時採集各收費車道過往車輛的車輛信息及收費信息，建立所需的資料庫;
d、實時採集和處理逃費車輛的圖像信息;
e、完成全站收費信息的統計，列印及各類報表輸出等工作，並在主機屏幕上顯示各收費車道的動態數據。
f、備份資料庫文件，檢查通訊線路故障及主機故障，完成雙機熱備份及自動切換工作。
下面將結合附圖對本發明的具體實施例進行詳細說明。


圖1是本發明中主機子系統結構框圖。
圖2是本發明中前端機子系統結構框圖。
圖3是利用本發明系統收費站的示意圖。
圖4是本發明中紅外探測裝置的安裝結構示意圖。
圖5～11是本發明中主機子系統運行的各個操作程序流程圖，其中圖5是主控程序流程圖;
圖6是通訊進程流程圖;
圖7是定時中斷服務程序流程圖;
圖8是數據接收和存儲中斷服務程序流程圖;
圖9是雙機監視進程工作流程圖;
圖10是實時故障發送中斷服務程序流程圖;
圖11是定時故障查詢中斷服務程序流程圖;
圖12是管理統計程序工作流程圖。
圖13～17是本發明中前端機子系統運行的各個操作程序流程圖，其中圖13是主程序流程圖;
圖14是車型識別子程序流程圖;
圖15是一般通訊子程序流程圖;
圖16是串行通行中斷子程序流程圖;
圖17是鍵盤、顯示子程序流程圖。
參見圖1，本發明中的主機子系統包括圖象控制卡Ⅰ(1)、鍵盤Ⅰ(2)、顯示器Ⅰ(3)、硬驅Ⅰ(4)、軟碟機Ⅰ(5)、CPUⅠ(6)、印表機(7)、電源(8)，以上這些部件(1～8)相應於主機Ⅰ。主機子系統中還包括另一主機Ⅱ，它包括圖象控制卡Ⅱ(10)、鍵盤Ⅱ(11)、顯示器Ⅱ(12)、硬驅Ⅱ(13)、軟碟機Ⅱ(14)、CPUⅡ(9)以及印表機(7)和電源(8)。主機Ⅰ和主機Ⅱ的硬體和軟體配備完全一樣的，採用兩臺主機的目的是當一臺主機工作時，另一臺主機處於熱備份狀態，當前臺機出現故障時，後臺機立即開始工作，變成前臺機。兩臺主機的CPUⅠ(6)和CPUⅡ(9)都連到一數據機(15)，這些設備都安裝在離公路收費亭不遠的一個中心室裡。數據機(15)通過電纜與另一數據機(16)連接，數據機(16)的輸出再送到通訊處理機(17)，通訊處理機(17)再分別與多個(8個)前端機相連。數據機(16)和通訊處理機可安裝在某一收費亭內或某一合適的位置。主機子系統在運行期間，除了實時通訊和雙機實時監視以外，還要完成管理統計和圖象處理等大量的計算工作。這些工作都是在相應的軟體控制下完成的，各軟體程序的流程圖詳見圖5至圖11。
參見圖2，本發明中的前端機子系統包括通訊接口(18)、印表機驅動電路(19)、時鐘電路(22)、程序存儲器(23)、地址鎖存(24)、CPU(25)、接口(26)、時序濾波器(27)、鎖存器(28)、鍵盤及顯示電路(31)、接口(32)、接口(33)，以上部件構成了一個基本的前端機。CPU(25)採用8031型晶片。通訊接口與主機子系統的通訊處理機(17)相連，以便與主機進行通訊。讀寫卡機接口是為以後功能擴展而設的，即將來可用於磁卡自動交費設備。啟動欄杆接口可與一欄杆控制裝置連接，用於防止沒交費的車輛逃路。根據本系統的需要，除前端機外，在前端機子系統中還配備了電子應答器(29)、外部顯示器(32)及語音播放器(35)等外部設備，外部顯示器(32)為過崗司機提供直觀可靠的收費金額報價。語音播放器(35)為收費員播出報價，加深其印象，避免可能出現的誤收現象，減輕其勞動強度。前端機通過接口(26)與電子應答器進行通訊，可完成減免費車及特種車的判別。紅外檢測裝置(30)也可算作前端機的一個外設，它通過鎖存器(28)和時序濾波器(27)與CPU(25)連接。紅外檢測裝置(30)將通過公路收費處的車輛的車型數據檢測出來，送到鎖存器(28)進行除料、動態鎖存，並送到時序濾波器(27)進行去雜波、濾毛刺後再送到CPU(25)，CPU(25)在程序的控制下對車型數據進行動態採集，實施分析、量化、參數比較(各種車型數據預先已裝入存儲器中)，結合專家知識作出判定，導致收費金額的產生，並通過顯示器、外部顯示(34)、語音播放器(35)等進行顯示和播放。
圖3粗略地圖示了利用本發明多通道自動計費系統的公路收費亭，在此公路上有多個車輛通道ch1，ch2…，每個通道的旁邊都設有一個收費亭S1、S2…，在每個收費亭中都設有一個前端機Q1、Q2…，在前端機上有語音播放機(35)、在收費亭外面的右上角位置還設置了外部顯示器(34)。在通道兩側都設置了紅外檢測裝置(30)，它由設在通道一側的紅外發射部分(30a)和設在通道另一側的紅外接收部分(30b)組成。其具體結構參見圖4。
圖4給出了一個紅外檢測裝置(30a、30b)的具體例子。它是在通道(ch1)的右側安裝了7組紅外發射管(A、B、G、D、C、F、E)，而在左側相應地安裝了7組紅外接收管(A′、B′、G′、D′、C′、F′、E′)。圖中園圈表示紅外發射管或接收管。它們組成7對紅外檢測器。當各種不同的車輛通過通道(ch1)，達到A處時，紅外檢測器A發出車輛到位信號，其餘紅外檢測器開始工作，由於車型不同(大小、高度不一樣)所擋住的紅外檢測器不同。將7對紅外檢測器的狀態進行組合，就能唯一，正確地提供車輛外型數據，送到前端機進行判定。
各對紅外的作用如下1、A提供車輛到位信號。
2、摩託車遮擋住A、B或二者其一。
3、小轎車、小吉普、小貨車遮擋住A、G或A、G、D。小麵包(其長度在4.2米以內)遮擋住A、B、G。
4、中型車(長度超過4.2米，小於9.74米)遮擋住A、B、G或A、B、G、C或A、B、G、D、C、F。
超長客車(超過9.74米)遮擋住A、B、G、D、C、F、E。
5、大車(拖車、車掛等)遮擋住A、B、G、D、E或A、B、G、D、C、E。
各組(支架)紅外離0或0′的橫向距離以及各組上的紅外個數及高度如下表發射端支架代號距離紅外個數依次高度A1.6120.500.80B2.1530.751.251.45G4.1520.500.70D5.8510.50C8.5520.500.60F9.3520.500.55E11.3520.500.95
接收端支架代號距離紅外個數依次高度A1.2650.720.780.941.011.45B1.8030.550.751.25G3.8020.751.45D5.5011.50C8.2020.500.60F9.0020.500.60E11.0050.550.600.750.851.45主機子系統的工作主要是靠下列程序控制運行的1、主控軟體的工作流程主控軟體是用彙編語言編寫而成。其功能主要是設置整個應用軟體各功能模塊，控制整個應用軟體的運行。它的工作流程如圖5所示。
2、通訊進程主機系統與各車道計算機之間的數據通訊是藉助於MS2401通訊處理機完成的。該通訊程序是作為進程駐留在內存，它由計時器中斷和串行口中斷共同驅動。該程序採用彙編語言編程，其功能包括(1)實時監視各通訊線路上的故障;
(2)完成各車道收費員在前端機的上下崗登記，建立收費員工作庫;
(3)實時採集各收費車道的數據，建立通行車輛和收費信息資料庫。
其工作流程如圖6所示3、選擇通訊通道的定時中斷服務程序此中斷服務程序是用來選擇與主機進行數據傳輸的通道，它可根據當關車道的打開/關閉信息和在設定時間內前端機對主機選通命令的響應信息，決定當前車道是否打開、關閉以及通訊線路是否存在故障等。
工作流程如圖7所示。
4、數據和存儲中斷服務程序。
此程序用來接收由選定通道發來的通訊信息，並將上、下崗登記信息及車輛與收費信息存於相應的資料庫中。
5、雙機監視進程在整個系統的運行期間，可能發生的故障類型包括1)各個應用模塊在運行時發生的軟體故障;2)主機與前端機的通訊線路故障;3)主機和前端機的硬體故障。對於軟體故障和通訊線路故障，可以通過在相應的應用軟體設置故障陷井來進行檢測，而硬體故障則需要採取專門的措施加以解決。在主要子系統中，防範硬體故障的技術措施是雙機熱備份，其工作原理為使用一臺前臺機和一臺後臺機同時採集各收費車道的信息，並根據要求給前/後臺機分配其它不同任務，在運行期間前臺機實時地向後臺機發送故障信息，而後臺機則定時地檢測前臺機的工作狀態，如果前臺機出現硬體故障，則後臺機自動切換為前臺機。
雙機監視程序就是為實現雙機熱備份而設計的專用軟體，它以進程的形式駐留於內存，並由定時器中斷，DOS系統提供的管理硬體錯誤中斷以及由BIOS提供的硬體故障中斷共同驅動。該程序採用彙編語言編程，工作流程如圖9所示。
6、前臺機向後臺機發送故障信息的中斷服務程序其工作流程見圖10。
7、定時查詢前臺機故障信息的中斷服務程序其工作流程見圖11。
8、管理統計程序管理統計程序的主要任務，就是對全站各收費車道的信息進行統一管理，並根據要求完成收費金額和交通流量的統計工作。其原始數據來源於自動計費系統運行期間所建立的二個資料庫。
1)工作率，結構為工號上崗時間、下崗時間、道號。
2)車輛信息庫，結構為道號、收費時間、應收、實收。
管理統計程序採用國內非常流行的FOXBASEPLUS2.1關係型資料庫進行編程。為方便管理人員的操作與使用，它將以菜單驅動，並配備豐富漢字和意見處理信息以及極強的人機對話功能。整個程序的工作流程及功能模塊如圖12所示。
前端機系統軟體與其硬體結構密切相關，軟體不但實現上述功能，同時解決可能出現的誤操作，及路面的特殊情況，即功能實現兼顧抗幹擾，軟體編制過程中儘量做到模塊化，規範化，便於反覆調用及功能增刪，軟體全部採用MCS-51彙編語言編寫。
軟體包括下列程序1、主程序，見圖13;
2、車型識別子程序，見圖14;
3、一般通訊子程序，見圖15;
4、串行通訊中斷子程序，見圖16;
5、鍵盤、顯示子程序，見圖17。
上面對本發明的各個方面進行了詳細描述，但本發明不應限於這些實施例中，其保護範圍應由權利要求書來確定。
權利要求
1.一種高速公路多通道自動計費系統，它主要由紅外檢測裝置(30)、前端機子系統、主機子系統組成，其特徵在於，前端機子系統包括一個前端機及外部顯示器(34)、語音播放器(35)和電子應答器(29)等；主機子系統包括兩臺熱備份的主機、一對數據機(15、16)以及一個通訊處理機(17)；主機子系統通過通訊處理機與多個前端機相聯；各個前端機接收相應紅外檢測裝置輸出的車型數據，並進行處理、車型判定。
2.根據權利要求1所述的高速公路多通道自動計費系統，其特徵在於所說的前端機包括鎖存器(28)和時序濾波器(27)。
3.按照權利要求1的高速公路多通道自動計費系統，其特徵在於所說紅外檢測裝置由7對紅外探測器組成。
全文摘要
一種高速公路多通道自動計費系統，它是由紅外檢測裝置、前端機子系統和主機子系統組成。前端機子系統包括一個前端機及其外設外部顯示器、語音播放器和電子應答器等。主機子系統包括兩臺熱備份的主機、一對數據機以及一個通訊處理機。主機通過通訊處理機與設置在各個收費亭內的前端機相聯。各個前端機接收相應紅外檢測裝置輸出的車型數據，並進行處理、車型判定。
文檔編號G07B15/06GK1078322SQ9210305
公開日1993年11月10日 申請日期1992年4月30日 優先權日1992年4月30日
發明者莊存培, 李舜範, 王繼金, 鄭永喜, 趙忠偉, 高仕華, 謝翔, 方本民, 朱燕民 申請人:北京市公路局, 北京市公路局京石分局, 航空航天工業部第一研究院第一○三研究所