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高速公路收费管理系统高速公路收费管理系统毕业设计论文单 位:指导教师:姓 名:时 间:摘要高速公路收费系统解决了在高速公路收费业务中由于采用传统方法和手 段所出现的难于处理的各种问题,并把管理对象转到信息对象的信息管理系 统,把高速公路收费管理工作推向新的高度。图像审批系统是高速公路收费管理信息系统的一部分,主要是在分中心 对收费站传回来的图像进行审核。在分中心,当审核人员认为某个捕捉到的图 像有问题,可以进行批注,上报给中心。同时中心审批过的图像也可以及时的 通知分中心。在审批图像的同时,可以明确的得知这些图像产生的时间、地点、人员、当时的付款方式,收费员输入的车型等信息。此外在中心和分中心,也 可以根据时间、地点等条件进行查询,以获得当时收费站的图像。从而达到事 后监督审核稽查的作用。本系统使用取用程序开发技术VC+开发,面向中型站点,采用了 SQL 的数据库,该系统包括按章收费、出票、统计的结算功能,简单的交通灯和车 道障碍控制功能,车型的查询统计,黑车牌照管理、图像审批查询5种功能。关键词高速公路收费系统,图像审批系统,VC+目录目录第一章绪论.-6-1.1研究背景和意义.-6-1.1.1 高速公路收费方式及发展方向.-7-1.1.2 高速公路收费系统的特点及目标.-10-1.2 本人所做的工作.-11-1.3 论文的组织结构.-12-第二章相关技术概述.-13-2.1 COM组件对象模型.-13-2.1.1 C0M 技术.-14-2.12 COM 组件.-15-2.1.3 COM 接口.-17-第三章高速公路收费系统总体分析.-20-3.1 收费系统需求分析.-20-3.1.1 功能需求.-20-3.1.2 非功能性需求.-21-3.2 高速公路收费系统总体结构设计.-22-321系统网络结构.-22-3.2.2 系统主要硬件组成.-22-3.2.3 系统主要软件组成.-23-3.3 高速公路收费系统软件体系结构.-23-3.3.1 体系结构概述.-23-3.3.2 界面层.-24-333业务逻辑层.-24-334数据库服务层.-25-3.4 系统存储方案.-25-第四章高速公路收费系统设计与实现.-27-4.1 数据库设计与实现.-27-4.1.1 外部设计.-28-41.2结.构设计.-29-4.1.3 逻辑结构设计.-30-4.2 组件设计与实现.-34-4.2.1 组件技术的应用及设计.-35-4.2.2 组件的具体实现.-37-4.3 各模块功能的详细设计与实现.-37-431数据录入模块.-38-43.2报.表打印模块.-41-4.3.3 设备驱动模块.-41-434系统管理模块.-42-4.3.5 通讯模块.-44-436数据库访问模块.-44-437 接口设计.-44-4.3.8 各项功能实现与程序的关系.-46-结束语.48-致谢.-49-附录 部分程序代码.-50-参考文献.-50-第一章绪论1.!研究背景和意义交通运输业作为国民经济的基础产业部门,是个国家政治、经济和文化 等一切社会活动赖以顺利进行的基础,交通运输的发达程度是衡量一个国家社 会经济发展所处阶段和现代化程度的一个重要指标。高速公路作为现代化的交 通运输基础设施,以其交通流量大、行车速度快、设备完善、运行舒适等特点 和优势,己成为适合现代产业结构发展需求的重要运输方式。从1988年10月第一条短程高速公路（沪嘉高速）建成通车!7年来,在“国 道主干线系统规划”的指导下,我国高速公路总体上实现了持续、快速和有序 的发展,建设速度和发展水平取得了令人瞻目的成就,已达到世界先进水平,特别是1998年以来,国家实施积极的财政政策,高速公路得到快速发展,年 均通车里程超过了 4000公里。京沈、京沪、西南出海通道、京珠等国道高速 公路相继建成通车。短短的十多年时间走过了发达国家三、四十年的发展历程。到2004年底,我国高速公路目前通车总里程己超过.34方公里,跃居世界第 二位。尽管如此我国高速公路的总量仍明显偏少,据有关专家分析,从综合因 素推算,我国高速公路的合理里程版为7万公里。由此可见,我国的路网建设 及高速公路的发展具有广阔的前景。高速公路的发展,极大提高了中国公路网的整体技术水平,优化了交通运 输结构,对缓解交通运输对国民经济的“瓶颈”制约发挥了重要作用,有力地 促进了中国经济发展和社会进步。随着我国高等级公路建设的飞速发展,随着交通量的不断增加,交通联网 规模的不断增大,新技术的不断发展以及社会对收费服务水平要求的提高,传 统人工收费模式所暴露出来的各种弊端,己经严重地制约了我国高速公路和社 会经济的发展,实现电脑收费是加快车辆流通能力、加强运营管理、防止车辆 通行费的少收、漏收和贪污的必要手段,也是高速公路管理科学化、现代化的 重要标志。1.1.1 高速公路收费方式及发展方向高速公路以其车速高、通行能力大、行车安全、运输成本低等优势,成为 与航空、铁路并重的国民经济大动脉。它对于促进社会经济发展,推动社会进 步,具有举足轻重的作用。为确保高速公路高效运作,除了高标准、高质量建 设道路设施外,个高效有序的收费与路政信息管理系统是必不可少的。高速公路的收费按收费方式可分为均式收费、开放式收费、封闭式收费 与混合式收费。1.均式收费系统均式收费系统的收费站建在高速公路所有入口车道上,运行车辆只需经 过个收费站停车交费,各个入口收费站均用同一收费标准,与里程无关。2.开放式收费系统开放式收费系统的收费站建在主线上,视道路距离长短决定收费站的数 据,车辆可自由出入,其出入口不受控制,入口一次交费,长辆车辆可能经过 多个收费站多次交费。这种收费方式反用于道路距离较短或互通立交较少的场 合。3.封闭式收费系统封闭式收费系统的收费站建在各互通立交出入车道上,也可以建在主线 上,车辆进入高速公路均要受到控制。封闭式收费系统通常是入口发票（卡），出口交费。但目前亦有采有入口收费,出口验票的方式。这种收费方式适用于 高速公路收费系统。4.混合式收费系统混合式收费系统是上述三种收费系统的组合,诸如开放式系统与封闭式系 统的混合,或者均一式与封闭式系统的混合等。高速公路的建设往往是分段进行,因此通常在主线上先建一个收费站,形 成开放式收费系统。随着公路的继续修建延长,再增建主线收费站,形成了开 放式与封闭式相混合的收费系统形式。如果按照在收费系统屮人工参与的收费程度,系统又可分为以下几种形 式:人工收费;（2）半自动收费;（3）全自动收费。人工收费人工收费即人工判别车型、人工计费,这是种最原始也是最简单的收费 方式,延续时间也最长。这种方式的优点是手续简单、基建投资少,但也随之 带来很大问题。由于人为因素很大,又没有任何监控及有效的检查手段,因此 漏洞很大,通行费流失严重。另外,人工收费收费人员的工作强度大,同时也 不利于交通量及收费情况的统计分析。所以这种基本上不用设备,完全由手工 完成收费工作的方式已经很少采用。半自动收费方式由于人工收费存在很多漏洞,所以一种更先进的半自动收费形式成运面 生。这种方式采用人工收费,计算机管理,闭路电视监控方式,即人工判别车 型、收费,车道设备、收费站计算机对通行券进行处理、数据汇总,最终输出 每个班次的工作报告及各种报表。闭路电视系统对收费员的操作及数据实时监 视,从而达到对收费业务全过程的监督管理。采用半自动收费的目的主要是为了减少费款流失,便于管理。随着自动化 程度的提高,尽量减少人为因素的影响,直至完全自动收费,使收费人员不直 接与现金接触,最大限度地降低各种舞弊现象的发生。同时,对车辆的跟踪与 监控,也减少了通行费的流失。自动化系统的网用,还加大了管理力度,提高 了管理水平。半自动收费还存在着很多缺陷。首先是人为因素的影响,而且在 很大程度上,还要靠人为干预来处理很多问题,如电子器械判车型,仍离不开 人工监督,车型识别出现误判时,仍要人工解决。另外,还存在停车领卡（票）、停车交费的问题,没有真正实现畅通无阻。在管理上,增加了机构设置和人员 配置,加大了运营费用。基建及设备投资加大,维护费用增加。在某种意义上 来说,舞弊现象和通行费流失并没有得到有效制止,每一种新的系统出台不久,便有新的作弊手段出现。所有这些问题的存在,都是不容忽视的。半自动收费系统简单灵活,易于实现,在国内外多数高速公路上得到广泛 后用。但这种方式效率较低,人工和上地需求等成本较高,在高峰期易引起排 队和延误。全自动收费方式全自动收费方式,又称电子收费方式（TEC）,大致可分为两种,种是自 动收发“卡”式收费系统,种是不停车收费系统。全自动收费系统是随着电子技术的发展而发展起来的。电子不停车收费系 统是指车辆在进入高速公路,以及驶出路网时,由无线电及计算机系统自动完 成收费全过程,车辆无需停车,甚至车速在150mk小时仍能准确地进行收费。ETC是现代计算机技术、计算机网络技术、通讯技术、自动化控制等高新技术 在交通运输系统中的综合网用。装在车辆上的电子标识卡（或称取答器）中存储 了与车辆有关的大量信息,如预交金额、车型、车主、车牌号等。当车辆经过 收费站时,标识卡与安装在收费车道旁（上方）的读写收发器,通过微波检测系 统进行快速的数据交换（不超过500毫秒）,并将信息直传收费中心,在其账户 屮进行通行费的结算在此过程屮,车辆照常行驶,无需停车,更没有人员干预,真正实现全自动收费。全自动收费系统的收费过程由安装于车道的电子设备和收费站计算机完 成,能有效地减少停车交费次数,减少交通延误,充分发挥道路通行能力。电 子收费系统具有很多优点,它们主要包括:极大地提高收费工作的效率,同时有效地杜绝了贪污作弊乱收费等现象;方便了驾乘人员,减少了无谓的消耗和污染;减少公路的交通堵塞和拥挤,提高了通行能力;提高交通效率,增强国家的经济竞争实,促进社会现代化。全自动收费系统的发展方向是电子不停车收费系统。这种收费系统能有效 地减少停车交费次数,减少交通延误,充分发挥道路通行能力。电子收费系统 所具有的诸多优点,使其成为各国交通部门优先发展、成用的技术之一。世界 各国都在努力地在收费系统方面不断探索,美国最早对电子收费系统进行了研 究开发,并取得了一定的成果,至今电子收费系统已拥有一套相对成熟的技术 体系。电子不停车收费系统从技术上来说己经比较成熟,但个系统的实现并不 能单从技术上来考虑,还以考虑社会经济因素。就中国目前社会经济情况来看,建立电子不停车收费系统并不是迫切需要,可以考虑现阶段在经济发达地区并 且交通流量特别大的路段建立电子不停车收费系统。综上所述,从我国的国情、民情以及国外高速公路收费的发展状况来看,半自动收费方式将在我国的高速公路收费中延续一个相当长的时期。1.1.2高速公路收费系统的特点及目标高速公路收费系统具有以下几个特点:分布式:公路收费系统是个很分散的系统,一特别是对于封闭式收费和 路网收费系统,系统往往由分布在不同地方的子系统组成。高速公路收费系统 一般包括车道级收费系统,收费站级系统以及收费科/公路处级系统。各级系 统通过网络组成一个很分散的分布式系统,各系统既是相互联系的又要求相互 独立,能够独立运行。高可靠性:高速公路收费系统的高可靠性包括两个方面,一方面要求系统 能够24小时不停机运行,系统不能出现死机等故障,因为这会影响公路的通 行效率,也影响服务质量。另一方面要求系统数据传输可靠和保存安全,不能 出现收费数据丢失、错乱和人为修改的情况。持续开发性:高速公路收费系统是个随着电子技术、通讯技术和控制技 术发展而发展的反用系统。为了增加系统的安全性,收费的准确性和适成交通 量不断增加的需求,公路收费方式和收费手段都将不断发生変化,这样对收费 软件而言意味着系统需求可能随时发生変化。所以为了增加软件系统的适成 性,使现在开发的系统,能够适取在将来新设备和新的收费手段的要求,系统 后该具有开放性和可维护性,能够在引进新的收费设备或改変收费方式后只需 要对系统做适当改変就能运行。1.2 本人所做的工作高速公路收费是一个很复杂的系统,涉及到交通工程、通信、网络、计算 机等不同的专业知识。木人主要做了如下几部分工作:1.系统需求分析作为主要完成人,参与了系统的需求分析工作,拟写了系统需求分析报告。2.系统方案设计根据系统的特点及需求,本人查阅大量文献资料,充分研究了国内目前高 速公路收费系统的现状与特点,提出了本系统的设计方案。在设计过程屮,充 分利用了软件工程的设计思想,在系统的标准化、开放性、先进性、可靠性、模块化等方面进行了大量的研究工作,形成了较为规范的设计文档。提出了系 统的组件设计模型及SAN存储模型,对系统的结构和性能起到了优化作用。3.系统详细设计与实现作为主要开发人员,使用VC+作为开发工具,Microsoft SQL Server 2000 作为后台数据库,结合组件技术、三层结构等对系统进行了设计与实现,对使 用SAN进行大容量图像数据存储做了前期分析及万案论证。4.系统测试与归档参于系统的安装及测试,并负责完成了系统的资料归档工作。1.3 论文的组织结构论文的组织安排如下:第一章绪论部分,概述了论文背景和硏究的意义,介绍了我国公路建设和 发展的情况以及公路收费方式国内外发展现状及未来发展方向,以及公路收费 系统的特点。第二章介绍了高速公路收费系统的相关技术。第三章从高速公路收费系统的理论依据入手,分析了整个系统的结构,并 按照软件工程的方法,进行了系统的需求分析、总体结构设计及软件体系结构 设计。第四章对高速公路收费系统进行了设计与实现,首先完成了数据库设计与 实现,其次对数据库访问模块进行了细致分析,并抽象出数据库访问功能模块 组件,结合VB开发环境,实现了数据库访问模块组件,最后对其他功能模块 进行了详细设计与实现。第五章为结束语部分,总结了现有的工作成果并对进步的改进方案作出 探讨。第二章相关技术概述2.1 COM组件对象模型组件技术的核心在于组件之间的交互或互操作性。基于组件的软件设计在 实现过程中必须遵守一定的规范1151。目前影响较大的软件组件规范有:微软 公司的COM/DCOM/COM+、对象管理组织(MG)提出的CORBA和SUN公 司的EJB。COM+主要是基于Windows平台上的组件规范,CORBA则制定了跨网络 的分布式异构环境下的组件规范,曰B则是SUN公司提出的纯JAVA语言的 组件规范。组件技术是近年发展起来的一种优秀的软件重用技术。对于组件我 们可以从如下几个方面来理解:1.组件是个分布对象。开发时必须按照统一的接口规范向外界声明服务;2.组件是块独立可重用的二进制代码。这规定组件与传统意义上的可重 用(如类库)之间的木质区别。它是在二进制代码级的重用,它既可用不 同平台开发,也可以分布在网络上的不同平台上被不同的平台所重用。3.组件是完成特定功能的软件模块,不是个完整的皮用。随着组件粒度 越来越粗,组件集成度越来越高,组件与较小的取用在规模上己经越来越接近,但它只是组成应用的个部件,需要在后用环境中获取各种参数,由成用环境 来驱动。组件在反用系统中通常包括三类:(1)通用基本组件是特定计算机系统的构成成份,如基本的数据结构、用 户界面元素等,可以存在各种系统中。(2)领域共性组件是应用所属领域的共性构成成份,存在于该领域的各个 应用程序中。(3)网用专用组件是某个取用系统的特有构成成份。组件技术来源于软件的重用,是目前发展最快的软件重用方式,所谓软件 重用就是利用已有的软件成分来构造新的软件,而组件,其实质是种专为处 理某种特殊信息或特殊事务的软件模块。组件技术具有以下特点:物理地点透明性。无论是在相同程序中,还是同一计算机的不同程序中,甚至在不同计算机中,组件都可不经过编译而直接进行调用。语言无关性。因为组件技术是一种二进制标准,所以组件与编程语言无 关。以某种语言写成的组件可以在另外一种语言环境中使用,两者无缝连接。接口可感知的特性。程序员利用工具和其他程序可以十分容易地发现组 件的调用接口,这样开发人员就无需从内部了解某个组件的运行机制。组件技 术解决了两个技术问题一是互操作,即不同来源的组件能相互协调、通信,共 同完成更复杂的功能;二是重用,即组件具有通用的特性,所提供的功能可为 多种系统使用。在组件技术的概念模式下,软件系统可以被视为相互协同工作 的对象集合,其中每个对象都会提供特定的服务,发出特定的消息,并且以标 准形式公布,以便其他对象了解和调用。组件技术可以实现软件的即插即用,即开发人员可以选择不同品牌的组件,只要这些组件能提供一致的接口,这使 得软件的组合可像硬件的即插即用样简单方便。早期的类库,提供的是源代 码级的重用,只适用规模较小的开发形式;组件则封装得更加彻底,更易于使 用,并且不受C+类语涓的限制,可以在各种开发语言和开发环境中使用。因 此,可以利用组件的语言无关性对系统进行混合语言编程。2.1.1 COM 技术COM 是从 Microsoft 的 OLE(objec Linking and Embedding,对象链接和嵌 入)演变过来的。OLE技术最初是为了提供Windows应用程序之间的“剪切与 粘贴（Cut-and-Paste）功能。在。比1中,组件程序和客户程序之间通信并没 有使用COM规范,而且是使种被称为动态数据交换但DDE,Dynamic Data Exchange）的机制,DDE建立在Windows操作系统的消息机制基础上,其最大 的缺点是效率低,而且稳定性不好,使用也不够方便。DDE的这些缺陷限制了 OLE1的发展,于是在OLE2,Microsoft放弃了 DDE,采用了 COM规范,OLE2成为第一个采用COM架构的软件系统。它 可以将一种文档（例如Exce!电子表格）插入到另种文档（例如word文档）中,为取用程序之间提供了更为广泛的交互功能;OEL2.0还支持拖放操作,即允许 选中一个窗口中的文档组件并将其放到另外一个窗口中去。另外,OLE2.0中 的OEL Annotation还允许以编程的方式对OEL应用进行“批处理”。OEL.20中的这种通信模型就被命名为COM（Component object Model,组 件对象模型）。之后,Microsoft开发了 DCOM,用于支持COM在分布式环境 下的反用。COM是构造二进制兼容软件组件的规范,即COM不是编程语言、代码 库或编译器,而是个二进制规范,不管是用什么编程语言和工具建立,都可以 建立能够相互通信的组件。COM是种技术标准,其商业品牌称为ActiveX。2.1.2 COM 组件COM组件是遵循COM规范编写,以Win32动态链接库（DLL）或可执行 文件（EXE）的形式发布的可执行二进制代码。遵循COM规范编写的组件将 能够满足对组件构架的所有需求。遵循COM的规范标准,组件与反用程序、组件与组件之间可以互操作,可以极其方便地建立可伸缩的反用系统。COM组件具有以下特点:1.语言无关性COM规范的定义不依赖于特定的语言,它采用的是一种二进制代码级的 标准,而不是源代码级的标准。在面向对象编程语言中所定义的对象,只能在 同样的语言能被重复使用,这大大限制了对象的重用。而COM可以把面向对 象语言中的对象封装起来,并提供一致的接口,使得它可以被各种不同的语言 所使用。COM规范的定义与语言无关,大多数语言在实现时都提供了对COM 的支持,包括如 Microsoft 公司的 Visual/C+,劝 sublease,Borland 公司的 Delphi 等都支持COM组件的开发和使用,血且很多语言还提供了许多可直接利用的 COM组件作为产品的可选配件。2.进程透明特性COM提供的服务组件对象在实现时有两种进程模型:进程内对象和进程 外对象。如果是进程内对象,则它在客户进程空间中运行;如果是进程外对象,则它运行在同一机器上的另个进程空间或者在远程机器的进程空间中。进程内服务程序:服务程序被加载到客户的进程空间,在Windows环境 下,通常服务程序的代码以动态连接库的形式实现。进程内模型的优点是效率 高,但组件不稳定会引起客户进程崩溃,因此组件可能会危及客户。(2)进程外服务程序包括:本地服务程序和远程服务程序。本地服务程序中服务程序与客户程序运行在同一台机器上,服务程序是 个独立的反用程序,它通常是一个EXE文件。远程服务程序中服务程序和客户程序运行在不同的机器上,服务程序可 以是个DLL模块(需要代理进程),或者是个EXE文件。进程外模型的优 点是具有较好的稳定性,组件进程不会危及客户程序,个组件进程可以为多 个客户提供服务,但进程外组件开销大,而且调用效率相对低些。虽然COM对象有不同的进程模型,但这种区别对于客户来说是透明的,因此客户程序在使用组件对象时可以不管这种区别的存在,只要遵照COM规 范即可,即使组件的进程模型发生了变化,客户程序也不需要重新编译。实现 这种进程透明特性的关键是COM库,COM库负责组件程序的定位、管理组 件对象的创建和对象与客户之间的通信。3.可重用性由于COM标准是建立在二进制代码级的,因此COM对象的可重用性与 一般的面向对象语启如C+十中对象的重用过程不同。对COM对象的客户程序来说,它只是通过接口使用对象提供的服务,它 并不知道对象内部的实现过程,因此,组件对象的重用性建立在组件对象的行 为方式上,而不是具体的实现上,这是建立重用的关键。COM用两种机制实 现对象的重用:包容方式和聚合方式。、2.L3COM 接 口没有接口,COM组件就毫无用处。在组件对象模型中,对对象的直接访 问是不允许的,与对象的通信是通过定义良好的接口而进行的。接口定义了其 它软件调用组件的公用功能。通常,规划组件时,首先要设计接口。程序的其 它组件要访问这个功能时,只要通过这个接口调用这个组件即可。作为标准的 命名约定,CMO中的所有接口名都以“I”开头。个接口实际上分为两部分:第一部分是接口定义部分,这部分按一定顺 序声明了一些方法。这部分是CMO对象与这个对象的用户共享的。第二部分 是接口实现部分,实际上就是接口定义部分所声明方法的具体实现。接口定义 就好象COM对象与它的客户之间的约定,它可以保证客户按照特定的顺序来 调用特定的方法。LCOM接口的特点(1)二进制特性 COM接口规范并不建立在任何编程语言的基础上,是二进制级的标准。任何语言只要有足够的数据表达能力,就可以对接口进行描述,从而可 以用于与组件程序有关的取用开发。(2)接口不变性 接口不变性保证了客户程序和组件程序的相对独立性。设计接日时,要充分考一虑组件对象所提供功能I均一般性特性。高速 公路收费系统设计与实现 参照其它良好的接口设计。(3)继承性(扩展性)接口不变性并不意味着接口不再发展。接可以通过继承来发展,但接口继承不同于类继承其中接口继承仅是 说明继承,而类继承不仅是说明继承,同时也是实现继承。类继承允许多重继 承,而接口继承仅支持单重继承。根据CMO规范,所有的继都必须从Unknown派生(直接或间接)COM对象的重用主要体现在包容/聚合两种机制上(4)多态性一运行过程中的多态性 COM对象的多态性通过CMO接口体 现。不同的对象实现同样的接口。客户程序可以用统的方法处理不同的对 象,甚至是不同类型的对象。客户程序统一处理的可能性使得我们可以用CMO规范建立插件系统:规定插件必须实现特定的接口,可以使插件的统管理/处理成为可能。如 OLE、HTML 中的 ActiveX 控件。因为Unknown接口提供了两个非常重要的特性(功能):生存期控制和接口查询。这两个特性是每个接口需要的。所有的CMO接口都从Unknown 接口派生而来,所以每个COM对象都具有了Unknown接口支持的功能。有了 Unknown接口,客户程序可以用统的方式来控制不同对象的生存期以 及在对象的不同接口之间跳转。COM指定接口和对象用128位数字来唯标识,这个128位数字叫做全 局唯一标识符（GUD）。GUID可用于标识两种类型的项目:用于标识接口的GUID叫做接口标识符（interface evident iffier,即HD）用于标识某种类型的对象的GU功称为类标识符（Class功,即CLSID）2.COM组件接口设计组件的接口在整个反用系统中起决定性作用。接口设计不合理,不仅影响 组件本身的可重用性,而且将影响整个取用系统的升级,缩短系统的生命周期。所以确定组件的接口要经过深思熟虑,以使其能支持各种不同的反用。一般接口应具有较高的通用性,以提高整个取用系统的复用能力,同时还 要兼顾简单和实用性。举例说,如果我们需要定制个组件访问特定的数据库 并将结果返回给用户。若只是为该系统设计,可以将库名、表名、访库语句全 部封装在组件内部,这样组件的接口十分简单,但组件本身的重用性很小。若 将库名、表名等作为组件的接口,组件的重用性大大提高了,但接口复杂了,不利于组件的拆换。建议的做法是:如果希望系统有再次开发或移植的潜,可以将库表名作为接口,访库语句反封装在组件内部,否则将访库权限交给用 户,既不利于数据库的安全性,也会给网用程序带来很大的负担。组件的内部实现细节不能反映到接口中,接口同内部实现细节的隔离程度 越高,组件或反用发生変化对接口的影响将越小。在设计组件的接口时,还要 尽量估计到将来可能出现的各种情况,力争设计出具有高复用性、适成性和灵 活性的口。第三章 高速公路收费系统总体分析3.I 收费系统需求分析3.1.I 功能需求根据用户的需求说明书,该公路收费系统作为个集收费半自动化和管理 一体的综合系统,功能总体来说分为收费原始数据的录入功能和数据管理功 能。详细功能如下:收费:收费人员在收费亭现场对通过的车辆收取一定的通行费,并将第一 手的收费原始数据录入到数据库管理系统作为财政管理的数据来源。报警:收费人员在碰到欠费车和闯关车时,系统将会自动启动收费站亭的 报警器,启动摄像机捕捉车辆图像并向收费站发出特殊事件报警,同时将相关 的报警信息存入数据库以备案。维护系统:主要是维护系统日常正常运行的些参数,包括时钟,各种车 型的费率,员管理,班次管理及车道开通管理。处理报警:根据报警日志的相关内容,确认肇事车辆从而对相关车辆进行 相关处理。管理收费数据:对数据库中收费数据根据员,车道,车型,日志等进行 统计管理,根据这些统计信息来调整系统的相关参数。打印财务报表:对收费数据按小时、班次、日、周、月、年打印全线的营 运财务报表。3.1.2 非功能性需求整个收费系统成具备以下特点:收费手续简单,效率高,对交通的影响小。收费系统是工作在交通繁忙的 高速公路的入口和出口处,它的效率问题某种程度上决定了交通的车流量,所 以对过往车辆的收费过程必须很快的进行,不能让收费站成为公路车流量的瓶 颈。收费站网间的信息传输（收费站到收费科/公路处管理中心的汇总信息）采用 安全的TCP/冲通讯协议,以确保数据的安全性。收费数据的安全性。收费原始数据在打印收据后,不允许任何人更改。如 果在上传收费信息,网络不通,系统会提示将数据临时存储本地。然后在当前 班次结束时,由该班次的收费人员把该收费信息通过移动设备移交到收费站管 理中心,以将收费数据录入到数据库中、收费数据的准确性。在对收费站收费系统进行维修和模拟时,所产生的伪 收费信息,存储在收费站管理中心数据库中的临时表中,每周系统会自动清除 这些临时信息,以防止过期模拟数据浪费磁盘资源。收费科/公路处相关的政策更新信息要能及时的皮用到整个公路处各个收 费站的各个收费点的营运中。数据的备份。定期将数据库中的车辆基本数据、班次基本数据、维修数据 导出到磁带等超大容量的存储设备以长期保存。但要保证库中有最近45天内 的相关数据。3.2 高速公路收费系统总体结构设计3.2.I 系统网络结构该高速公路收费系统是由收费科/公路处级管理软件、站级管理软件和车 道级收费软件三部分组成,分别安装在车道收费处、收费站管理中心和收费科/公路处管理中心。整个系统形成如下图所示的结构:收费站甘理中心 收费科/公路处管理中心图3.!系统网络拓扑结构3.2.2 系统主要硬件组成1.计算机网络系统:包括控机、网络服务器、网络交换机等。2.各种外场设备:包括费额显示器、打印机、手动栏杆机、自动栏杆机、通 行灯、顶棚灯、雾灯、车检线圈、抓拍线圈、闪光报警器、声卡、摄像机和图像抓拍卡等。3.2.3 系统主要软件组成1.系统软件(1)网络操作系统采用Microsoft Windows 2000(2)数据库采用 Microsoft SQL Server 20002.皮用软件(1)车道级软件(3)收费站管理软件(2)收费科/公路处管理软件3.反用软件开发平台VC+编写界面及COM组件3.3 高速公路收费系统软件体系结构3.3.1 体系结构概述本高速公路收费系统的软件体系结构采用三层客户/服务器模式,三层客 户/服务器结构是将整个系统分成用户表示层(界面层)、业务逻辑层和数据服务 层三个部分。用户表示层是数据的用户界面,提供与用户友好的交互,业务逻 辑层封装事务处理逻辑和业务控制逻辑,数据服务层提供客户端程序所需的数 据访问。三层双用程序结构的思想是依据数据库底用程序三种相对独立的逻辑功 能将其分成抽象程度不同而又相对独立的三个部分:客户应用程序,应用服务 器和数据库服务器,这三个部分运行在不同的机器上,客户应用程序运行在客 户机上,提供用戶界面;反用服务器运行在一台独立的计算机上,为不同的客 户提供共享的事务规则处理。数据库服务器则通过DBMS负责数据库管理。3.3.2 界面层界面层提供给用户个视觉上的界面,是用户接口部分,担负着用户与成 用间的对话功能。用户通过界面层输人数据,获取反用输出的数据。为使用户 能直观地进行操作,一般使用图形用户接口(GUI)。该层主要是用于向业务逻 辑层发出服务请求。用户只有通过表示层才能访问封装于业务逻辑层组件里的 业务逻辑。表示层确保业务逻辑层能够提供所需的业务处理能力,并且使用户与取用 程序紧密结合起来,以处理某项业务。在変更用户接口时,只需改写显示控制 和数据检查程序,而不影响其他两层。界面层同时也提供一定的安全性,确保 用户不会看到机密的信息。本系统中界面层包括登录界面、车道级收费软件界面、站级管理软件界面 等。3.3.3 业务逻辑层业务逻辑层是表示层和数据层的桥梁,这层次包含所有与取用有关的交 易规则与逻辑,它响成表示层的用户请求,执行任务并从数据层抓取数据,并 将必要的数据传送给表示层。通常,在业务逻辑层中包含有:确认用户对取用 和数据库存取权限的功能以及记录系统处理日志的功能。使用软件组件技术,可以开发出能重复利用的业务逻辑层组件,对客户端 来说,这些组件是透明的,可以在组件服务的远程机器上配置与访问这些组件。事务规则层是整个应用的核心部分。本系统中的所有软硬件接口及数据库访问模块等均位于业务逻辑层中。3.3.4 数据库服务层数据服务层就是DBMS,负责管理对数据库数据的存储与管理。DBMS 必须能迅速执行大量数据的更新和检索。数据服务层定义、维护数据的完整性、安全性,它响成业务逻辑层的请求,访问数据。现在的主流是关系数据库管理 系统R(DBM)O因此,从业务逻辑层传送到数据服务层的要求大都使用SQL 语言。这层通常由大型的数据库服务器实现,如:oracle、Sybase Microsoft SQL Server 等。本系统中采用的是Microsoft SQL Server2000。3.4 系统存储方案由于高速公路收费系统中每个车道都装有摄像机,当有免费车或特殊车通 过车道时,车道计算机会抓拍图像并保存为JPG图片,同时将抓拍的车道号、收费号、时间、抓拍原因、费额存入数据库中以便于图片检索。这些图片的保 存以及收费数据的存储管理都需要有一个可靠的存储方案。下面将比较NAS 和SAN的优劣来进行本系统的系统存储方案的选择。网络存储系统SAN和NAS是新型数据存储模式中的两个主要发展方向。从用户成用的需求来看,建立存储系统的目的就是数据保护、数据管理和数据 利用三个方面。就数据保护能力来说,SAN和NAS结构都具有非常好的数据保护能力。它们都可提供冗余结构,实现高效率的数据备份和远程容灾。SAN结构可以 通过配置双光纤交换机,主机端双光纤和阵列设备双控制器,可以实现高可用 性的冗余结构。NAS结构中实现高可用性的方式是将两台NAS服务器做集群 配置。两种方式都可以达到满意的效果。一般情况下,备份效率的高低直接取 决备份数据是否过多占用网络资源。在SAN结构中,可以实现备份数据通过 光纤连接传输,明显地降低了网络资源。在NAS结构中,备份用磁带设备可 以连接到文件服务器后端,备份软件通过标准的NDMP协议,指挥文件服务 器将数据直接备份到磁带设备上,同样可以避免备份数据对网络资源的占用。两种方式在效果上略有不同,一般来说,用户的数据在网络中较为分散时,适 合采用SAN的方式实现高效的备份。就数据管理能力而言,NAS具有一定的优势,主要在于安装、配置的方 便快捷。另外,SAN结构中存储设备是被当作本地设备访问的,文件系统和 数据维护在主机端完成。一般情况下,SAN需要基于主机的数据隔离,这种 技术主要保证多种操作系统平台不会互相破坏文件系统。如果要使用好SAN,必须选择个合适的管理软件,SAN的管理者如果拥有一个好的管理软件,通过一个简单的界面,就可以轻易操控整个网络。数据利用方面,性能是至关重要的指标。SAN结构中专门面向高性能存 储要求而开发的光纤通道协议非常优秀。与传统存储协议SCSI相比,光纤通 道技术在带宽、连接能力、性能、连接距离、扩展能力等方面都有明显优势。而且,光纤通道技术支持交换式连接,可以构建类似传统以太网结构的系统,提供了很强的扩展能力。而NAS结构的数据传输途径是传统以太网协议,不 是专门针对存储数据的要求而产生的,更多设计到如何保证连接和交换过程的 建立。一般来说,SAN的速度占有优势,NAS处理数据的速度略逊筹。然 而,由于以太网技术的成熟和普及,NAS在性能方面略逊于SAN外,也具有 技术成熟、成本低廉的优势。一般来说,NAS解决方案是低成木、易安装的 点式方案,适用于工作组级和部门级的存储,或者是用于如Web服务那样需 要高效存取文件的环境。而SAN解决方案则是企业规模的方案,要传送大量 的数据,需要非常先进的计划,而且采用光纤通道(F)c技术和SAN管理软件。由于高速公路收费系统中图像具有大数据量的特点及要求实时存储,其最 隹的选择是基于光纤通道的SAN存储网络。就投资成本而言,设备的单价目 前略高;但整体工作成本却是下降的,而且光纤通道和存储网络在未来十年的 存储系统中将扮演主要的角色,产品生命周期长,拓展性强,能保障长远的投 资。第四章高速公路收费系统设计与实现4.1 数据库设计与实现数据库设计是计算机管理信息系统设计很重要的部分,设计质量的好坏,数据结构的优劣,直接影响到管理系统的成败。数据库设计的基本原则是在MIS总体信息方案的指导下,各个库底当为 它所支持的管理目标服务,在设计数据库系统时,反当重点考虑以下几个因素:1.数据库必须层次分明,布局合理。2.数据库必须高度结构化,保证数据的结构化,规范化和标准化,这是建 立数据库和进行信息交换的基础。数据结构的设计成该遵循国家标准和行业标 准,尤其要重视编码的反用。3.在设计数据库的时候,一方面要尽可能地减小冗余度,减小存储空间的 占用,降低数据一致性问题发生的可能性,另方面,还要考虑适当的冗余,以提高运行速度和降低开发难度。4.必须维护数据的正确性和一致性。在MIS中,多个用户共享数据库,由 于并发操作,可能影响数据的一致性。因此必须用“锁”等办法保证数据的 致性。5.设定相成的安全机制,由于数据库的信息、对特定的用户有特定的保密 要求,安全机制必不可少。公路收费系统是以数据为中心的管理系统,公路收费系统中所有模块所用 到的数据都是存储在数据库中来共享使用的。设计个高效、合理、安全、可 靠的数据库在该软件的开发中具有重要的意义。综合考虑软件项目所处理的数 据量,数据访问的频率及其并发程度