伍光科

（新大陸數(shù)字技術(shù)股份有限公司，福州 350000）

現(xiàn)階段，我國高速公路產(chǎn)業(yè)建設(shè)越來越健全，從建設(shè)公路到投入實(shí)際使用都有完善的技術(shù)作為支撐?，F(xiàn)階段電子不停車收費(fèi)正逐漸取代人工收費(fèi)，但由于該技術(shù)出現(xiàn)較晚，發(fā)展速度較慢，所以仍有部分地區(qū)沿用半自動人工收費(fèi)方式。接下來如何大范圍推廣電子不停車收費(fèi)（ETC）的使用成為了亟待解決的問題。ETC收費(fèi)模式可以實(shí)現(xiàn)不停車自動收取高速公路過路費(fèi)，提升了收費(fèi)口的行車速度，在一定程度上提升了高速公路管理質(zhì)量，為高速公路的平穩(wěn)運(yùn)行提供了保障。從運(yùn)行原理的角度分析，ETC 發(fā)展與射頻識別（RFID）技術(shù)之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系，RFID 技術(shù)表現(xiàn)出來的主要特點(diǎn)為具備非接觸自動識別功能，在數(shù)據(jù)交互時，射頻信號發(fā)揮著重要的作用，使得高速公路現(xiàn)階段收費(fèi)口收費(fèi)管理工作的各項(xiàng)需求得到最大程度的滿足，研究該技術(shù)有助于高速公路收費(fèi)管理工作的進(jìn)一步發(fā)展與進(jìn)步。

1 RFID 實(shí)現(xiàn)原理

RFID 技術(shù)屬于非接觸自動識別技術(shù)的范疇，可以在最短的時間之內(nèi)完成相關(guān)的識別工作，實(shí)現(xiàn)信息交互和精準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理。該技術(shù)的有效應(yīng)用可以大幅度降低人工的使用頻率，在使用該技術(shù)時無需人工輔助，且能夠做到同時識別多個目標(biāo)內(nèi)容。射頻識別讀寫器發(fā)出的電磁波體現(xiàn)出了一定的頻率性特點(diǎn)，該電磁波具備了激發(fā)信號的功能，當(dāng)識別對象處于信號的感應(yīng)范圍內(nèi)，就可以激活信號并產(chǎn)生弱電流，復(fù)原后，識別對象被激活，其內(nèi)包含的各種信息代碼將利用電子標(biāo)簽內(nèi)的天線發(fā)射，讀寫器接受代碼后進(jìn)行快速識別，做出相應(yīng)反應(yīng)[1]。

2 高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)屬于集成系統(tǒng)，其內(nèi)部具備許多功能模塊，模塊之間的互相有效配合是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)確運(yùn)行的基礎(chǔ)。系統(tǒng)內(nèi)每個模塊互相支持也互相制約。系統(tǒng)中包含的模塊比較多，主要由打印統(tǒng)計(jì)報(bào)表、權(quán)限管理、用戶原理和收費(fèi)等多個模塊構(gòu)成，整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行借助收費(fèi)模塊和用戶原理模塊來實(shí)現(xiàn)，這2 個系統(tǒng)占據(jù)著核心位置，為后續(xù)的不停車收費(fèi)做好了充分的準(zhǔn)備工作，最后一個模塊起到管理和統(tǒng)計(jì)的作用，能夠做到有效整合數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作的開展提供數(shù)據(jù)方面的支撐。

2.1 不停車收費(fèi)系統(tǒng)體系架構(gòu)

后臺收費(fèi)以SSH 框架為依托，MVC 模式是系統(tǒng)體系機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)，具體內(nèi)容如圖1 所示。

圖1 不停車收費(fèi)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

瀏覽器以Client 為主，用戶在使用系統(tǒng)以前，需要將瀏覽器安裝好，服務(wù)器與客戶端的數(shù)據(jù)信息處理與傳輸?shù)谋硎緦訛镾truts，這就是通常意義上的前臺視圖，請求的轉(zhuǎn)發(fā)與控制工作由業(yè)務(wù)層也就是Spring 負(fù)責(zé)，最終結(jié)果是展示給用戶相應(yīng)界面，當(dāng)請求傳輸至后臺，請求數(shù)據(jù)庫和信息交互這一工作由持久層也就是Hibernate 實(shí)現(xiàn)[2]。

2.2 不停車收費(fèi)系統(tǒng)組成模塊

不停車收費(fèi)系統(tǒng)具體組成模塊如圖2 所示。

圖2 不停車收費(fèi)系統(tǒng)組成模塊

不停車收費(fèi)系統(tǒng)主要包含圖2 所示的模塊。結(jié)合其功能的不同，主要的模塊類型有打印統(tǒng)計(jì)、權(quán)限管理、收費(fèi)和用戶模塊，每個大模塊中又包含著一些小的模塊，針對權(quán)限管理、收費(fèi)和用戶模塊作如下闡述。

用戶模塊主要包含兩部分內(nèi)容，分別是用戶管理模塊和客戶注冊登錄系統(tǒng)，客戶注冊登錄系統(tǒng)主要用于用戶注冊和登錄行為的實(shí)現(xiàn)，用戶必須以有效身份進(jìn)行注冊后，設(shè)置密碼、完善相關(guān)信息才能登錄使用。用戶管理模塊則是對用戶的后續(xù)使用進(jìn)行管理，包括管理用戶使用行為，清除不法用戶，修改用戶屬性等[3]。

收費(fèi)模塊由計(jì)費(fèi)和扣費(fèi)2 個系統(tǒng)組成，前者負(fù)責(zé)用規(guī)定算法計(jì)算車輛經(jīng)過收費(fèi)站時應(yīng)當(dāng)扣除多少費(fèi)用，通常情況下都是根據(jù)行駛距離計(jì)算費(fèi)用，得出具體收費(fèi)金額后，將信息傳輸至扣費(fèi)系統(tǒng)，扣費(fèi)系統(tǒng)自動比較用戶余額和金額，接著完成相關(guān)的扣費(fèi)任務(wù)。

權(quán)限管理主要包含2 個部分的內(nèi)容，分別是數(shù)據(jù)字典維護(hù)系統(tǒng)、權(quán)限賦予與收回系統(tǒng)。權(quán)限賦予與收回系統(tǒng)負(fù)責(zé)將每條權(quán)限作為數(shù)據(jù)庫記錄開展管理，權(quán)限分配到對應(yīng)用戶信息中，該用戶才可以行駛該權(quán)限允許范圍內(nèi)的權(quán)利，做出相應(yīng)行為，離職的用戶會在第一時間被收回權(quán)限，數(shù)據(jù)庫中及時刪除相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。除此之外，系統(tǒng)中有些內(nèi)容會隨著時間的變化而變化，例如收費(fèi)政策改變等，此時系統(tǒng)也需要改變，而因?yàn)楦淖兘⑿碌臄?shù)據(jù)庫是一項(xiàng)龐大的工作，這時就需要數(shù)據(jù)字典維護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮作用，對系統(tǒng)中出現(xiàn)變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行更改，并存入數(shù)據(jù)字典內(nèi)便于后續(xù)管理工作的開展。

3 高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)依照上述體系結(jié)構(gòu)劃分后，從功能上看可以實(shí)現(xiàn)用戶管理、收費(fèi)扣費(fèi)、權(quán)限賦予與收回、數(shù)據(jù)更改與管理等功能。

3.1 用戶模塊設(shè)計(jì)

用戶管理模塊發(fā)揮出來的主要作用為對用戶進(jìn)行管理，新增或者是刪除相應(yīng)的用戶信息，同時也能夠準(zhǔn)確地查詢和更改用戶信息[4]。

客戶注冊登錄模塊體現(xiàn)出來的基本功能就是對用戶進(jìn)行新增，注冊并登錄后用戶才能使用該系統(tǒng)，登錄后用戶可以瀏覽個人信息，查詢收費(fèi)口信息和收費(fèi)規(guī)則、執(zhí)行充值等操作，這些操作需要開啟不同的頁面，對于這些頁面的訪問來講，若頁面內(nèi)包含的數(shù)據(jù)量較大，采取同步的方式實(shí)現(xiàn)前后臺交互會造成較大的系統(tǒng)消耗。且打開頁面時間會增長，需要花費(fèi)一定時間等待頁面的呈現(xiàn)和使用，這在極大程度上降低了用戶體驗(yàn)感。系統(tǒng)前端將Jquery 插件引入以后，合理化地使用以Ajax 和JSON 技術(shù)為基礎(chǔ)的異步請求響應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，顯著提升了前后臺交互工作的實(shí)效性。通過Ajax異步處理，能夠加快數(shù)據(jù)傳輸速度，提升系統(tǒng)響應(yīng)速度，減少打開和使用頁面的等待時間。

數(shù)據(jù)信息從前臺向后臺傳輸以后，使用JSON 格式的封裝來完成相關(guān)的操作，為解析工作的開展做好了鋪墊，該格式的數(shù)據(jù)信息在前臺能夠及時地完成解析工作任務(wù)，后臺在使用該格式的JAR 包以后，數(shù)據(jù)的封裝和解析速度也會實(shí)現(xiàn)快速提升。

前臺用戶模塊將請求發(fā)出以后，后臺程序要在第一時間完成運(yùn)行處理工作，此時，Web 容器起到了積極的促進(jìn)作用。系統(tǒng)在開展管理工作時，使用的主要容器為Tomcat 容器，從而使管理工作取得令人滿意的效果。若同一時刻有大量請求產(chǎn)生，Tomcat 也能很好地處理。系統(tǒng)只需要配置好相關(guān)文件，后臺就能完美處理前臺用戶的需求。

3.2 權(quán)限管理模塊設(shè)計(jì)

權(quán)限管理模塊顧名思義，其功能就是對用戶權(quán)限進(jìn)行管理，包括賦予權(quán)限、刪除權(quán)限、修改權(quán)限和查看權(quán)限等內(nèi)容[5]。不同用戶所擁有的權(quán)限不一樣，其權(quán)限管理截面也存在不同，操作功能也存在差異。

該模塊的基本功能是權(quán)限的分配和收回，用戶登錄后可以查看自己的權(quán)限，在權(quán)限之下瀏覽數(shù)據(jù)，進(jìn)行翻頁、讀取等操作。

在設(shè)計(jì)權(quán)限管理模塊時，設(shè)計(jì)理念為將所有權(quán)限全部當(dāng)作是數(shù)據(jù)庫中權(quán)限的相關(guān)記載，與用戶之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，索引時，輸入用戶名作為關(guān)鍵字，并在權(quán)限表中儲存。所有的權(quán)限以數(shù)據(jù)庫中的權(quán)限表的記錄形式存在，與用戶之間建立良好的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在權(quán)限表中，用戶ID 作為一列進(jìn)行有效的儲存，并以外鍵的形式存在。系統(tǒng)給用戶分配權(quán)限時，在數(shù)據(jù)庫權(quán)限表中存儲用戶ID，使得用戶能夠隨時行使此項(xiàng)權(quán)限。比如：將充值當(dāng)作是一條權(quán)限表的記錄時，向60 個ID 用戶進(jìn)行分配，用戶在登錄系統(tǒng)以后，系統(tǒng)菜單就會將充值的功能項(xiàng)體現(xiàn)出來，那些沒有分配的用戶對該目錄無法進(jìn)行識別。功能被轉(zhuǎn)化成為了Hibernate，在可以處理的范圍之內(nèi)完成相關(guān)的操作，數(shù)據(jù)庫中的封裝能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)化組裝。

3.3 設(shè)計(jì)收費(fèi)模塊

對于收費(fèi)功能模塊來說，扣費(fèi)和計(jì)算費(fèi)用是其主要的功能模塊。在對費(fèi)用需求進(jìn)行計(jì)算時，使用的方式比較多，用戶車輛抵達(dá)收費(fèi)站口以后，對以下情況進(jìn)行全面的分析，依據(jù)車輛的行駛記錄來完成相關(guān)的計(jì)費(fèi)任務(wù)，以固定價格為依據(jù)來完成收費(fèi)任務(wù)，依據(jù)車輛的信用值和扣費(fèi)記錄來完成綜合收費(fèi)工作，異常車輛數(shù)據(jù)信息會及時發(fā)出警告。在設(shè)計(jì)費(fèi)用計(jì)算模塊時，結(jié)合不同的需求來對計(jì)算方法進(jìn)行合理化選擇，面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)技術(shù)使用頻率最高。計(jì)費(fèi)方法屬于基類，不同的計(jì)費(fèi)方法會在一個類中體現(xiàn)，對該基類進(jìn)行了繼承，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，編譯器會使用動態(tài)化的管理方式來開展相應(yīng)的計(jì)費(fèi)算法，使得系統(tǒng)功能需求得到最大程度的滿足。

費(fèi)用被準(zhǔn)確地計(jì)算出來以后，計(jì)算得出的結(jié)果以系統(tǒng)參數(shù)的形式向下一個功能模塊中傳輸，也就是扣費(fèi)模塊完成了相關(guān)的操作。在操作扣費(fèi)模塊時，以后臺處理為主，RFID 在對車輛信息進(jìn)行讀取以后，計(jì)費(fèi)模塊會及時地將相關(guān)費(fèi)用計(jì)算出來，扣費(fèi)模塊完成相關(guān)的扣費(fèi)工作任務(wù)。扣費(fèi)算法在設(shè)計(jì)扣費(fèi)模塊時發(fā)揮著十分重要的作用，設(shè)計(jì)扣費(fèi)模塊時，當(dāng)傳入的參數(shù)是空的時，系統(tǒng)就會及時地發(fā)出警告信號，車輛停下以后，以人工收費(fèi)的形式來完成相關(guān)的操作。

該模塊會將收費(fèi)站過往車輛的所有收費(fèi)信息匯總在一起，在整理和匯總相關(guān)的數(shù)據(jù)信息以后，實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)信息的快速生成，在數(shù)據(jù)信息被整理好以后，會及時地向結(jié)算中心傳輸，為其他功能模塊發(fā)揮作用提供信息支撐。對清算中心下傳的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、黃名單人員、黑名單人員等進(jìn)行定時接收，并及時地將所有數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)绞召M(fèi)站系統(tǒng)中。

3.4 打印統(tǒng)計(jì)模塊

提供了強(qiáng)大而靈活的打印統(tǒng)計(jì)模塊，使用戶能夠輕松地將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和報(bào)告進(jìn)行統(tǒng)計(jì)或打印導(dǎo)出，以滿足各種個性化需求。這一功能的核心目標(biāo)是簡化用戶在其他應(yīng)用程序或環(huán)境中使用系統(tǒng)數(shù)據(jù)的過程，同時確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性。打印統(tǒng)計(jì)模塊支持以下主要功能。一是提供選擇統(tǒng)計(jì)特定數(shù)據(jù)或報(bào)告部分的選項(xiàng)，以滿足個性化需求和關(guān)注點(diǎn)。二是可以將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)以多種常見格式導(dǎo)出打印，包括CSV、Excel 和JSON，以滿足不同用戶和應(yīng)用場景的需求。導(dǎo)出的數(shù)據(jù)和報(bào)告格式兼容常見的應(yīng)用程序和工具，確保順利集成到其他系統(tǒng)中。

4 RFID 技術(shù)下不停車收費(fèi)系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)技術(shù)

在設(shè)計(jì)不停車收費(fèi)系統(tǒng)時，要以RFID 技術(shù)為依托，從多個方面著手來完成相關(guān)的操作任務(wù)，其所包含的技術(shù)內(nèi)容比較多，最為常見的有RFID 中間軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸安全技術(shù)和RFID 技術(shù)等。

4.1 創(chuàng)建模型

從整體層面分析，在讀寫器數(shù)據(jù)和上位機(jī)應(yīng)用程序中，RFID 中間件發(fā)揮出來的作用十分關(guān)鍵，使得上層應(yīng)用程序的API 得以高效地提供，使得RFID 讀寫器的透明連接成為可能。從其他層面上開展分析工作時，RFID 中間件包含的結(jié)構(gòu)層次為3 層，具體情況：第一層為數(shù)據(jù)采集層，對車載RFID 電子標(biāo)簽的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全方位的感知，使其在整個系統(tǒng)中具備超強(qiáng)的可靠性和可用性。第二層為事件處理層，其在RFID 中間層中占據(jù)非常重要的地位，在此層中整理采集到的RFID 電子標(biāo)簽信息，并對相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析，從中獲得有價值的信息資料，完成RFID電子標(biāo)簽的封裝操作，將信息包及時地傳輸回去，為上層應(yīng)用做好充分的準(zhǔn)備工作。第三層為信息發(fā)布層，上位機(jī)軟件所需的各類數(shù)據(jù)信息能夠從此層中得以準(zhǔn)確獲取，整理和分析大量的數(shù)據(jù)信息以后，對數(shù)據(jù)價值開展深層次的挖掘和探究，使得相應(yīng)的模型得以積極地構(gòu)建。

4.2 中間件算法

綜合分析相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄和調(diào)查數(shù)據(jù)，讀寫器在對RFID 電子標(biāo)簽信息的間隔時間進(jìn)行讀取時，核心時間間隔大約為十幾毫秒，這就使得讀寫器所獲得的各類信息資源表現(xiàn)出了超強(qiáng)的冗余性，很多原始數(shù)據(jù)信息對RFID 數(shù)據(jù)傳輸失去了價值，只能是在提取和轉(zhuǎn)變原始數(shù)據(jù)信息以后，其價值才能得以體現(xiàn)，這也是開展相關(guān)算法的核心目標(biāo)。

感知層感知到的所有數(shù)據(jù)信息要在第一時間傳輸?shù)絺鬏攲又?，傳輸層在獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息以后，不需要對所得數(shù)據(jù)信息開展任何的分析和處理工作，只是將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綉?yīng)用層中即可，將冗余全部消除干凈，對數(shù)據(jù)價值進(jìn)行客觀的評價。在對感知數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷時，使用的具體方案：第一，在注冊環(huán)節(jié)中，在RFID電子標(biāo)簽的電子產(chǎn)品代碼編碼中綁定有效的數(shù)據(jù)信息，并在數(shù)據(jù)庫中完成相關(guān)的存儲任務(wù)，RFID 中間件不會處理任何數(shù)據(jù)信息，只是將數(shù)據(jù)信息向上層應(yīng)用軟件中傳輸即可，在上傳數(shù)據(jù)信息以后，結(jié)合中間件上傳的數(shù)據(jù)信息來對數(shù)據(jù)開展客觀的分析工作。第二，結(jié)合編碼的各項(xiàng)規(guī)章制度，綜合分析RFID 電子標(biāo)簽，在注冊環(huán)節(jié)中，將RFID 電子標(biāo)簽重新寫入其中，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的儲存，在消除感知層感知數(shù)據(jù)的冗余時，RFID 中間層發(fā)揮著十分重要的作用，并在最短的時間之內(nèi)將電子標(biāo)簽的編碼前三位數(shù)字信息進(jìn)行準(zhǔn)確地獲取，實(shí)現(xiàn)對ETC 的準(zhǔn)確判斷，是不是具備實(shí)效性。然而在最后的環(huán)節(jié)中，所有的有效數(shù)據(jù)信息要及時地向應(yīng)用軟件中傳輸，使其發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

5 結(jié)束語

在高速公路收費(fèi)口管理工作中，電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)逐漸被更多的人所接受，不僅給過往車輛帶來了巨大的便利，也使得收費(fèi)站的工作效率顯著提升。以該系統(tǒng)代替半人工收費(fèi)可以實(shí)現(xiàn)快速便捷準(zhǔn)確收費(fèi)，該系統(tǒng)作為一種非接觸式信息交互型收費(fèi)技術(shù)，利用路側(cè)天線與車載電子標(biāo)簽進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)自動計(jì)費(fèi)和扣費(fèi)。除此之外，ETC 收費(fèi)還能夠減少現(xiàn)金交易，提升交易安全性，車輛通行速度快，不影響高速公路的交通，這在一定程度上提升了高速公路的運(yùn)載能力。相信在時代的發(fā)展下，ETC 技術(shù)也會更加完善，應(yīng)用范圍也會更加廣泛。