浅谈高速公路自动化收费系统车道控制器的原理和应用

浅谈高速公路自动化收费系统车道控制器的原理和应用 浅谈高速公路自动化收费系统车道控制器 的原理和应用 第6期北方交通?189? 浅谈高速公路自动化收费 系统车道控制器的原理和应用 葛大明宋少威白汝庆 (辽宁省高速公路管理局,沈阳110003) 摘要:阐述了高速公路自动化收费系统中车道控制器的内部构造,工作原理以及 在日常维护中的一些注意 事项. 关键词:自动化收费;车道控制器;工控机 中图分类号:U412.366文献标识码:B文章编号:1673—6052(2008)06—0189—03 在交通日益发达的今天,高速公路作为城市之 间的联系纽带,在加速国民经济发展中的作用已无 庸置疑.高速公路机电系统即自动化收费系统,通 信系统和监控系统在高速公路的管理和对外服务方 面则扮演着越来越重要的角色,尤其是自动化收费 系统,为高速公路的收费管理提供了有力的保障. 车道控制器作为自动化收费系统收费车道最基本的 核心控制单元,决定了整个收费系统的稳定与安全. 下面以辽宁省高速公路收费系统为例,对车道控制 -- +一--+一--+一”-+一--+一--+一--+一-+-+-+一+ 器的构造和原理方面作以介绍. 1功能概述 整个收费系统由收费中心(CDP),收费分中心 (SUB—centre),收费站以及收费车道构成四层计算 机网络,系统构成如图1.收费车道是整个收费系 统的最底层,也是收费系统数据的采集者.车道控 制器位于车道的收费亭内,主要用于高速公路车道 收费的操作管理以及对各种外部设备进行控制,并 采集收费数据和附属外设的工作状态,并将各种采 与上述的网络传输方式不同的是,在人口处由收费 管理计算机写人通行卡内的不是人口车牌图像的唯 一 标识,而是直接将图像进行压缩后写人卡内.在 出口处,收费计算机无需再通过网络调用人口车牌 图像,而可以直接从卡上取得人口车牌图像,传送到 出口识别仪进行图像特征匹配. (1)优势:这种传输方式无需网络进行图像的 传输,不占用有限的网络带宽,在网络出现故障时仍 可完成图像特征匹配功能. :由于通行卡上的可利用的容量有 (2)缺陷 限,人口计算机必须尽可能地压缩人口车牌图像 (如缩小图像,二值化图像,特征压缩等),丢弃一些 有用的信息,以便达到可以写人通行卡的容量(通 常为几百字节以内),这样在出口处进行恢复而得 到的人口车牌图像的信息量较少,图像特征匹配的 精度不如网络传输好. 压缩人口车牌图像的方式主要有三种,即灰度 图像压缩方式,二值化图像压缩方式和提取特征压 缩方式,这三种方式可以单独使用,也可结合起来使 用. SimpleTalkingaboutSystemforLicensePlate Distinguishing,BasedonDSPHardwareDistinguishing AbstractThepaperexpoundsbasiccharacteristicsandtransmissionmodethatthelicensepl atedistinguis— hingsystemshouldbeprovidedwith. KeywordsLicenseplatedistinguishingsystem;Properties;Systemstructure ? l9O?北方交通2008 集到的信息上传到收费站和收费中心. 2内部构造和原理 车道控制器由车道计算机,多路串口连接板,外 设连接板,电源及通风,防雷,防尘设备等组成.车 道控制器内部构造如图2所示.车道控制器的外形 是一个长宽高分别为120em×100cm×20ram的金 属柜,俗称”技术柜”,固定在收费亭的一侧墙壁上. 车道控制器的内部核心为一个工业控制计算机(简 称工控机),采用台湾研华公司生产的低功耗工控 机母板和CPU主板,保证了收费系统全天候运转时 的稳定性.其在技术柜中的位置经过精心研究以方 便,全面地与各种周边设备(各种板卡,磁盘驱动器 和电源等)相连.在技术柜内部结构中,工控机密 封在一个位于技术柜左部的金属盒内,内置网卡,视 频捕捉卡,MOXA串口扩展卡,显卡等,通过一个强 力通风设备来防尘,其整体安装在一个防震块上以 防止震荡. 图1收费系统网络图 图2车遁控制器内部构造图 工控机与外围设备之间的数据通讯均通过计算 机串口来完成,因此工控机内安装了MOXA串口扩 展卡,由它连接至串口连接板,能够提供8路 RS232/RS422接口,可满足收费系统设备连接及系 统扩展的需要.需要通过串口进行通讯的设备有收 费键盘,收发卡机,IC卡读写器,票据打印机,字符 叠加器以及处理器板等.处理器板位于技术柜的右 侧面,基于一个ST10/C163微处理器结构,它控制 着多路连接板和与工控机之间的通信,同时提供微 处理器监控电路和电子狗功能.在电压过低或任何 误动作导致系统挂起的情况下,借助于电子狗功能, 系统能够重新启动.如图2所示,位于技术柜的右 半部分有一个继电器板,提供十个继电器接口单元, 为自动栏杆,车道报警器,车道通行灯,雨棚信号灯 等设备提供接口,并通过处理器板与工控机进行信 息的接收和发送.车辆检测器位于技术柜的右上 方,通过感应线圈来检测收费车道车辆的到达并通 过处理器板与工控机通信. 车道摄像机的视频信号通过工控机内的视频捕 捉卡输人工控机,由车道收费软件根据流程和车辆 检测器的信号进行图像抓拍的控制.如图2,工控 机的下方是一个24V变压器电源,低压电源来自 230VAC(+/一10%),50HZ主电源,用途是向收 费键盘,多路连接板和收费卡机等设备提供24V,不 低于5amps的直流电.这是一种来自RFI的经过 线性调节,滤波而来的工业电源.它的结构完全适 合安全标准和周边设备一体化的要求. 在防尘过滤和通风散热方面,除了工控机底部 有一个防尘过滤器外,技术柜的右下方还有一个风 扇,左下方有一个通风隔栅.风扇上安装了防尘过 滤罩以阻挡灰尘,并且向内吸人空气使技术柜内部 产生一个正气压,空气从左侧通风隔栅排出,达到防 尘和散热的效果.技术柜风扇采用免维护,低功耗 的风扇,不仅寿命长而且低噪音. 车道控制器的硬件整体设计是非常科学合理 的,不仅采用分体式安装和模拟化设计,并且具有强 大的可扩充功能.外设连接采用标准插接件直接连 接到螺丝接线板上,布线槽位置也较适当,便于现场 安装调试.另外技术柜是由面喷涂聚亚胺脂的不 锈钢板制成,散热良好,具有高集成,防腐蚀,防撞 击,保护措施严密,维护方便的特点. 在车道软件方面,操作系统采用WindowsNT 4.O或Windows2000中文版,应用程序采用图形化 的人机交互方式,操作简单明了,图形化的设备状态 显示,设备信息更加直观,见图3.应用软件还采用 操作权限控制,密码控制,系统日志监督等多种手段 以杜绝对收费数据的窃取和修改.车道控制器与站 级服务器的数据传输是通过以太网来完成的,但是 当网络或服务器故障时,车道控制器可独立工作,将 收费数据保存在本地硬盘中,待网络和服务器正常 .车道控制器可定期做数据备 时确保数据不会丢失 份,数据可直接导人站数据库.这样就保证收费数 第6期葛大明等:浅谈高速公路自动化收费系统车道控制器的原理和应用?191? 据的安全性和可靠性. 图3车道软件操作界面 3日常维护和保养 对于机电系统设备来说,日常维护和保养不仅 可以保证系统的稳定运行,也可以延长机电设备的 使用寿命. 3.1注重车道控制器的日常保养 (1)定期检查车道控制器内的各种线缆是否连 接牢固; (2)定期检查技术柜风扇和工控机风扇运转是 否正常,及时更换磨损严重的风扇; (3)定期用手持吸尘器除去技术柜内的灰尘, 并且用软毛刷为工控机内和其它外围板卡的电路板 除尘,及时清理技术柜风扇和工控机风扇的防尘网. 3.2故障判断 在车道控制器的日常维护中,大部分的设备故 障均可通过故障现象根据控制器的构造和原理来判 断故障点,现举例悦明如下: (1)收费键盘操作无任何反应 首先应检查是否是控制器操作系统死机,若死 机可重新启动操作系统.在排除死机的情况下,可 重新拔插键盘串口通讯电缆,听是否有蜂呜声.若 有蜂鸣则说明键盘供电正常,则可以查看控制器内 串口连接板上键盘端口的通讯指示灯,若只有发射 灯亮而接收灯不亮或二者均不亮,则可能是串口连 接板或者MOXA串口扩展卡存在问,可检查接线 并通过设备互换来测试解决.若键盘拔插后无蜂鸣 则可能是供电问题,可检查螺丝接线板上的电源保 险是否熔断,若未熔断则检查该点电压是否正常,若 无电压则可检查是否是24V变压器的故障. (2)收发卡机无任何动作并产生通讯故障告警 首先应判断是否是通讯电缆连接松动问题,若 在重新拔插电缆后卡机的前后卡栓不动作则可能是 电源供电问题,可检查电源保险和24V变压器的状 态.若拔插后卡栓动作,则为通讯问题,可通过串口 连接板的指示灯来判断信号的收发状态,通过替换 串口连接板和MOXA串口扩展卡来判断故障点. 一 般说来由于串口连接板只是MOXA串口扩展卡 与周边设备的连接媒体,其故障率很低,而串口扩展 卡的故障率则稍高些. 总的来说,由于车道控制器的大部分电子设备 都采用了稳定的低功耗产品,因此故障率相对较低. 常见的设备故障有电源保险熔断,串口扩展卡故障, 24V变压器烧坏以及车辆检测器故障等等.另外, 和车道控制器相连接的外部设备如车牌自动识别设 备,称重设备和车辆分离器等的工作稳定性以及防 雷接地的质量也对车道控制器的稳定性有较大影 响. SimpleTalkingaboutPrinciplesandApplicationof LaneControllerinAutomatizedTollSystemforFreeway AbstractThepaperexpoundstheinternalstructureoflanecontrollerinautomatizedtollsyst emforfreeway, itsworkingprinciplesaswellaspointsforattentionindailysafeguardingofit. KeywordsAutomatictollcollectingLanecontroller;Industrycontrollingcomputor