收费站网络系统

钦州市公路收费站网络系统

一、背景介绍及建设目标

钦州市公路管理局为了进一步规范收费管理，防弊查漏，需要建设一套有效的计算机收费系统。目前，钦州市公路管理局有一个高速公路收费站和两个二级公路收费站，其间相距距离最大不超过5公里，而管理监控中心位于三点之间。每个收费站点都有4个收费车道，2进2出。为了提高工作效率，加强管理机制，杜绝任何舞弊现象，要求进行电脑信息化管理，建设一个高效高速的收费站计算机网络系统。

该计算机网络要求能给日常的收费工作进行信息化管理，自动对收费数据进行统计汇总处理，管理中心能够进行远程监控，杜绝熟人不收费等舞弊现象的发生。

二、网络系统的总体设计

（一）网络拓扑结构

网络系统通讯部分分为两级体系，即收费车道至收费站、收费站至管理监控中心两级。各级通讯根据数据流量和实施成本采用不同的通讯方式。如高速局域网、微波无线网络等，同时提供备用通讯方式，增加系统冗余度和可靠性。

收费车道至收费站采用100M快速以太网络方式通信，而收费站至管理监控中心由于地理位置原因，采用微波扩频无线通信。

具体拓扑结构见下图：

网络拓扑图

（二）微波扩频无线电通信系统

根据3个收费站的地理位置以及监控图像传输的具体情况，我们采用微波扩频无线电方式与中心相连接。微波扩频无线电通信系统则具有建设周期短、费用低、传输速率方便可调等不可替代的优点，因此，微波扩频无线电通信传输方式无疑是最经济、最合理、最有效的选择。

● 频点的选择

微波波段可用作通信的频段很宽，但真正可用于城市中数据传输的频段又非常窄，通常用于广播电视信号传输的传统的大微波设备，因为发射功率太高（几十瓦以上），在城市里基本被禁止使用；小微波设备中，工作频段在400MHz 的产品，带宽极窄，最大传输速率只能达到64Kbps ，通常只用在车辆调度、个人移动通信等对速率要求不高的场合；而工作在

管理中心

收费站收费站收费站

2

900MHz的产品，大多采用蜂窝技术，在中国此频段已基本被划作无线话音通信使用，很难申请到频点用于数据通信；而工作在~频段的扩频微波产品，因为采用了码分多址（CDMA）技术，具有抗干扰能力强、隐蔽性好、保密性强的特点，能够满足城市中数据传输的要求，另外因其发射功率小，无需专门向无线电管理部门申请使用频点，所以成为城市中数据传输的主要手段。

●采用的技术

1、扩频技术（Spread Spectrum Technology）概述

“扩频”这个名词是从发射信号的频谱形状得来的。在传统的无线通信系统（如AM、FM）中，有效信号和噪音信号都集中在中心频率附近，为了克服噪声的干扰，只能尽可能增大中心频率附近的发射功率，但是在城市中进行数据通信，不允许使用非常大的发射功率，因而必须考虑其他的解决方法，扩频技术就是其中最有效的一种解决方法。

扩频技术在设计思想上完全不同于以往的设计思路，它采用了在给定频带宽度范围内，尽量减小平均输出功率的办法，也就是把发信机输出信号的频谱以中心频率为中心尽量“展宽”，这时噪音信号的频谱还集中在中心频率附近，在收信机一端使用相应的装置把展宽的有效信号重新压缩到中心频率附近，而噪音信号则反而被“展宽”，不再集中在中心频率附近，这样就可以非常有效地消除噪音及其它干扰信号的影响，在不增加发射功率的前提下，达到较高的传输质量。

最初的扩频技术（SST）是美国军队为了克服敌人电台的干扰而开发的。到目前，扩频技术已广泛用于军事和民用领域。

2、扩频的方式

实际上，无论什么样的扩频系统，都可以看作是两个调制过程，第一步，使用传统的调制方式调制有效信息信号；第二步，使用扩频编码调制载波，使其扩展到一个非常大的带宽内，实现频谱展宽。产生扩频编码

的方式很多，常用的有以下两种：

※直序扩频技术

※跳频扩频技术

直序扩频技术的原理是使用快速变化的二进制比特流调制射频载波信号，这种二进制比特流看上去是随机的，实际上是按照特定的算法由数字电路产生的，称为“伪随机码”（Pseudo-noise），在“伪随机码”的调制下，载波的相位在0度和180度之间跳跃变化，被调制后的载波又同有效信息进行混合，通过发射机发射。相应的接收机内能够产生相同的“伪随机码”，按照发射的逆过程解调，解出有效信息信号。

跳频扩频技术是通过“伪随机码”的调制，使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不会改变，这样，只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的“伪随机码”，就可以达到同步，排除了噪音和其它干扰信号。

3、扩频技术的信道使用

扩频信号是用扩展随机序列------“伪随机码”调制射频信号或不断“跳跃”载波信号的频率而得到，这样，不同于传统通信系统，扩频系统可以极大限度地共享相同的频道资源。每套系统都具有与众不同的扩展序列来减少来自其它设备的干扰，只有具有与发射者相同扩展序列的接收者才可以重组或压缩扩频传输信号来获得其中加载的有效信息。即使是多套扩频设备使用同一个频道在同一地区进行信号传输，只要采用不同的扩频序列，就不会相互干扰。扩频系统这一频道复用的优势，使其成为在大城市频谱资源十分拥挤的环境下最理想的选择。

●设计原则

在工程的设计中，我们依据以下原则：

※在符合国家电信管理有关规定前提条件下，认真考虑用户需求，采纳用户意见；

※在保证系统先进性、可扩展性的前提条件下，注意降低工程开支，力求做到“少化钱、多办事”；

※在保证系统正常工作，信号传输质量合乎要求的前提条件下，尽量降低发射功率，做到既不干扰别人，也不被别人干扰。

（三）自动监控系统

自动监控系统由红外线感应计数机制和CCTV闭路电视检查系统构成。

红外线感应机制设置于每个收费通道中，当车辆进入收费站的通道时，红外线感应机制自动启动CCTV闭路电视监察系统工作，同时发出信号给PC使得计数器进行累加。管理监控中心可根据网络传回来的收费数据统计信息和计数器统计信息依靠计算机程序进行自动校对并判断是否有舞弊行为，如程序报告有舞弊行为，管理人员可再调出CCTV闭路电视监察系统录下的图象信息进行审查取证。

CCTV闭路电视监察系统可由摄像机、录象机等组成。摄像机设置于收费通道及收费亭。采用图像数据混合器，收费数据和日期时间叠加显示在放行车辆图像上，并录像存档，这样既可作实时监察或有选择地审查可疑的操作人员，实现对收费作业图像信息化的监督管理，能提供违章作弊的凭证。

当车辆进入收费亭前的检测区域时，感应线圈触发图象采集卡工作，对于特殊车辆如闯关、车型不符、紧急车、免费车等，可以保存当前车辆图片信息供管理人员核查。管理监控中心可以通过内部网络系统抽查监控各个收费车道的收费情况。

对于冲卡的车辆，可设置摄像机追踪冲卡车辆，亦可配备图像打印机，必要时拍下车牌号、车费金额和放行信号灯的照片。