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基于嵌入式Linux的高速公路实时电子收费系统

时间:2003-09-01 00:00来源:compotechasia.com 作者:admin 点击:
一、电子不停车收费系统的特点和操作系统需求
电子不停车收费系统(ETC)的引入给高速公路收费系统提出了更高的技术要求。车辆通行时间的缩短,在提高收费车道的通行能力同时,也要求车道控制系统应当具备更强的处理能力和高的准确性;电子收费车道的无人值守,在节约了人力成本的同时,对整个系统的稳定性、可靠性也提出了更高的要求。传统人工收费车道控制系统大都构建在Windows系列桌面操作系统之上,其固有的实时性、可靠性、稳定性已经不能够满足电子收费车道控制系统苛刻的要求。因此有必要将广泛应用于工业控制领域的实时、嵌入式系统引入到电子收费车道控制系统中来。
在电子不停车收费系统中引入实时、嵌入式控制系统,提高交通基础设施中的科技含量,对于更深层次上解决我国现有交通问题、缓解交通压力、升级交通能力具有重要的意义。对于我国普遍应用的人工收费计算机辅助管理的半自动收费系统,车道控制系统出现故障的机率还是比较高的。

二、国内外ETC系统的控制平台
(1) 国外车道系统控制平台概况
国际上从九十年代中期开始发展ETC系统以来,已经陆续在美国、挪威、意大利、葡萄牙、日本等国建立了许多具备相当规模的电子收费系统。其车道控制系统运行的平台也形形色色,各不相同。
位于美国新泽西和纽约地区的E-zPass系统,其车道控制采用的是SCO UNIX操作系统;瑞典Combitech公司在建立其澳大利亚墨尔本City_Link多车道自由流ETC系统时,采用了实时嵌入式操作系统QNX,Combitech公司在他的许多其他ETC项目中,还建议其系统集成商采用MS DOS作为系统运行的平台;日本丰田汽车公司以其雄厚的实力,在其实施的ETC车道系统中广泛地采用了工业界最先进的VxWorks系统。
从以上国外各ETC车道控制操作系统的选型中我们可以看到,他们无一例外地将系统的稳定性和可靠性放在了首位。
(2) 国内车道系统控制平台发展概况
在国内,虽然近年来也陆续开通了一些小规模的系统,但成功运营的案例屈指可数。沪宁高速公路江苏段电子收费系统车道控制采用的是Window NT Workstation 4.0;京洙高速公路粤境南段(广韶高速)的电子收费车道系统构建在MS DOS系统之上;天津津滨高速公路的ETC系统,采用了Windows 2000 Professional为其操作系统系统;四川省德阳市德中公路的ETC系统车道软件采用了桌面版的中软Linux 3.0。
从上面的对比可以看出,国内的电子收费车道控制系统在开发运行平台的选择上,还只是停留在一些上用的桌面系统之上,与国外系统相比,还存在着相当的差距。本文提出的研究与开发思路将从这个方面做一些有益的探索,旨在促进高速公路运营公司和系统集成商能引起更多的重视。

三、ETC车道控制系统功能及指标分析
ETC车道系统是ETC系统的前端,负责生成和收集ETC收费原始数据信息,控制ETC车道设备,指挥车辆通过ETC车道。ETC车道设备主要由以下部分组成:
 车道控制设备
 车辆识别(AVI)设备
 车辆检测设备
 交通指挥设备
其中,车道控制设备包括:车道计算机(标准工业计算机、数字I/O板)、车道控制器;车辆识别设备(ETC天线及交易处理器);车辆检测设备(车辆检测器、地感线圈);交通指挥设备(交通通行信号灯、声光报警器、自动栏杆等)。
ETC车道大多设计为低速ETC专用车道,车道上只安装ETC收费设备,不设人工收费,只允许安装了有效电子标签的车辆通过使用。没有安装有效电子标签的车辆使用ETC专用车道时,一律当作违章车辆,拦截在收费车道之外,让其自行拐入相邻的人工收费车道,进行人工收费处理。
对于半自动收费系统(MTC),通常的车道性能指标如下:
①连续无故障时间(MTBF):>10000h;(约1年)
②收费车道通行能力:〉150辆/车道•h;
③系统可靠性:每100000次交易不多于3次的错误;
④车道信息保存:至少60000车次过车记录;
⑤允许工作环境温度:-20℃~+60℃;

对于ETC车道系统,通常要求达到如下技术指标:
①连续无故障时间(MTBF):>30000h;(约3年)
②不停车收费车道通行能力:〉1200辆/车道•h;
③系统可靠性:每100000次交易不多于3次的错误;
④车辆分辨最小距离:≤110cm;
⑤车道信息保存:至少60000车次过车记录;
⑥允许工作环境温度:-20℃~+60℃;
相比较而言,ETC系统的实时性和可靠性要比MTC系统强很多。因此,基于可靠的操作系统平台是实现上述目标的基础。
四、 车道软件功能设计及运行环境
(1)车道系统软件架构
车道系统软件包括: 车道控制主程序,原始过车记录处理程序,异常电子标签名单处理程序,时间同步程序四个组成部分。
ETC收费系统功能结构如上图所示。其中,虚线以上部分为运行在Linux上的车道运行单元;虚线以下部分为Windows 2000 Server上的收费站运行单元。由于收费站是有人值守,所以,站级采用Windows平台是可以接受的。
(2)车道系统运行平台:
软件环境:
操作系统:中软Linux3.0 (Kernel 2.4.2-3)
数据库  :MySQL (3.23.36)
硬件环境推荐配置:
CPU :Pentium Ⅲ 850 MHz以上
内存:128M
硬盘:20G
网卡:10/100M

五、小结
由于基于嵌入式Linux的ETC车道系统基本运行在“黑模式”下,程序启动后便无须任何人工干预。故当系统工作异常之后,只须先合法关闭各部分设备电源,逐一检查硬件连线,保证其连接正确之后,重新开启各部分电源,并启动程序即可。
因此,在ETC车道无人职守的情况下,不需要派较强的现场技术支持人员,而且一旦系统出现故障,还可以通过TCP/IP网络远程诊断和重启动,这对于电子收费系统来说是非常适宜的特点。
(责任编辑:admin)
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