联网收费系统研究论文

摘要：广州市作为我国改革开放的前沿，高速公路的联网收费示范工程区域高速公路ETC跨省市互联，将为该区域带来更为便利的区域通行条件，不仅可以大大提高通行效率，加速城市间信息、资源流动速度，而且对于交通低碳化发展具有积极意义，将直接为京津冀、长三角区域经济圈带来经济效益和生态效益，并对未来全国电子不停车联网提供了宝贵的建设，运营、管理经验。下面是小编整理的《联网收费系统研究论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

联网收费系统研究论文 篇1：

取消省界收费站模式下的ETC门架机电系统安全研究

摘要：结合福泉高速公路有限公司ETC门架机电建设工程及联网收费系统省域系统并网接入网络安全检测的实践经验，重点分析了在高速公路全国一张网的模式下ETC门架机电系统采取的系统安全防范措施，旨在提升高速公路ETC门架机电系统的安全性与稳定性。

关键词：ETC门架;安全措施;机电系统

0    引言

近年来，随着科技发展与信息化水平的不断提升，高速公路作为全国交通系统的重要一环，已逐渐由原来的人工收费向电子收费方向过渡。2019年两会政府工作报告中，李克强总理提出要深化收费公路制度改革，两年内基本取消全国高速公路省界收费站，实现不停车快捷收费，减少拥堵，便利群众。2020年1月1日起全国高速公路通行收费模式正式转换，实现车辆通行按ETC门架“分段计费，分段扣费”，高速公路收费正式迈入自由流收费阶段。但是，在这种全国一张网的模式下，ETC门架系统作为高速公路对外提供服务的信息化关键设施，分设于高速公路沿线，点多面广，存在被物理破坏、木马病毒注入或是数据篡改等风险，会对高速公路的正常收费管理造成巨大影响，解决ETC门架机电系统的安全问题刻不容缓。习近平总书记曾经说过“没有网络安全就没有国家安全”。因此，ETC门架机电系统安全应该放在我们日常工作的首位。本文结合2019年ETC门架机电系统建设实践经验，对ETC门架的机电系统安全进行系统研究，总结并提出防范措施及方向，以保障ETC门架联网收费运营的安全运行。

1    ETC门架机电系统网络结构

目前各路段ETC門架数据由路侧机柜上传至就近收费站通信机房，收费站通信机房分为两路，一路利用原有通信设备经防火墙上传区域联网中心后统一上传省联网中心，区域联网中心设置区域防火墙、杀毒软件服务器、堡垒机、态势感知、数据库审计、日志审计等安全设备，进行网络流量的安全监控、审计和分析，提前预知网络风险，规避可能出现的安全问题;另一路利用部署在各收费站的通信机房4G路由器，利用运营商物联网卡分别上传至部联网中心和省联网中心。ETC门架机电系统网络拓扑如图1所示。

2    ETC门架机电系统安全防范措施

目前ETC门架系统通过三层交换机与站级ETC门架服务器相连，形成环网保护后实现数据的存储及上传。在网络安全逻辑系统中，按照专网专用、分区分域、纵向认证、横向隔离的方针，将ETC门架系统划分为一个单独的区域，并参照网络安全三级等级保护要求，在安全通信网络、安全区域边界及安全计算环境等方面进行保护，同时充分考虑外场设备的物联网属性，建立起可靠的网络安全防护边界，确保“设备可信、行为可控”，使可信设备在网络中行为“合法”，保证全国联网收费系统互联互通的安全性，为实现智慧高速自由流收费系统提供稳定可靠的保障。下面就安全保护的防范措施予以说明。

2.1    构建安全物理环境

ETC门架机电系统作为高速公路对外提供服务的信息化关键设施，分设于高速公路沿线，点多面广，存在被物理破坏、木马病毒注入或是数据篡改等风险，会对高速公路的正常收费管理造成巨大影响，因此，首先应该从物理层层面上保障ETC门架的物理环境安全。

（1）路侧一体化机柜安全。一体化无人值守机柜应安装物理环境监测单元，实现对机柜开关门、温湿度、水浸等环境的实时监测，并配备专门的摄像机进行全时段监控及录像，以及时发现异常信息并联系人员处理。此外，远端监控人员（技术人员或监控员）配备相应的机柜监测软件平台，能够在设备异常或是有非法开关门等动作发生时产生告警信息，并由专人开展告警平台的远程巡检查看，确保一体化机柜的状态正常，运行良好，一体化机柜监测平台界面如图2所示。门架系统管理维护部门也应由专人定期做好门架机柜物理上的巡检维护，确保各设备的稳定运行和运行状态的准确上传。

（2）站级通信机房安全。由于ETC门架系统涉及的ETC门架服务器及硬盘录像机等数据存储设备均依托原收费站机房进行存放，能够充分利用原有机房空调、UPS不间断电源、三层交换机等设备，保障门架数据存储设备的正常运行。除此以外，为保障良好的安全物理环境，还需要对原有通信机房进行补充完善，在机房出入口处配置电子门禁系统，配备摄像头进行实时监控，控制、鉴别和记录进入的人员。对于外部人员进入时，还应由机房管理部门对外来人员进行身份核实，并记录外来人员的身份信息、联系电话、接待人、时间等详细情况，避免外来人员随意进出机房，或是无任何管控措施，全力保障门架收费系统的物理安全。

2.2    构建安全通信网络

2.2.1    可靠的网络通信链路

由于ETC门架系统所在外场的环境恶劣，要求ETC门架系统网络通信系统要满足稳定性、可靠性、冗余性和安全性要求，以保障收费业务的顺利结算。目前我省的ETC门架网络通信主要采取环路保护的架构模式，重新铺设一根12芯光缆自通信机房至AB门架，利用2芯进行门架收费数据传输，2芯进行门架视频数据传输，并经由原高速公路中央分隔带的主干光缆取4芯往回形成环路保护。ETC门架环网保护拓扑如图3所示。

2.2.2    安全的访问规则设定

在ETC门架及通信机房中，应通过收费站站级交换机至少划分收费业务、运维管理、设备接入等不同的网络区域，并为ETC门架系统接入单独设置网络区域，通过有效措施对各网络区域进行技术隔离，确保各网络区域间网络无法相互访问。此外，尤其应该禁止在收费区域内有收费专网与互联网产生数据交互，做好收费专业与互联网的物理隔离。

（1）ETC门架及通信机房都应做好交换机规则的配置，对源地址、目的地址、源端口、目的端口和协议等进行检查，阻止可疑数据的进出，包括区域划分VLAN及VLAN间访问控制、密码复杂度设置、登陆失败处理设置、修改默认口令为强口令、关闭telnet、使用SSH登陆、关闭交换机高危端口、启用ACL并配置白名单等。

（2）门架工控机应做好门架Linux系统杀毒软件安装、数据备份、U盘接入管控等。

（3）门架抓拍摄像机等设备启用堡垒机运维，启用强口令并做登陆失败处理，启用HTTPS进行登录等。

（4）站级门架服务器等设备需要安装杀毒软件及高危补丁，合理设置系统管理配置及访问权限，关闭不必要的端口、服务，并重点做好门架数据的备份。

2.2.3    构建安全网络边界

路段中心、收费站、ETC门架系统接入联网收费系统应经过具有网络安全等级测评或安全风险评估等相关资质的第三方检测机构评估，依据技术要求进行安全接入检测，全面满足省联网中心、路段中心、收费站和ETC门架系统接入安全检测要求。安全网络边界应具备以下功能：

（1）通过边界防护设备，保证跨越网络区域边界的访问和数据流通过边界设备提供的受控接口进行通信。应能够对非授权设备私自联到收费专网的行为进行检查或限制，阻止非授权访问。

（2）能够对终端或用户非授权连接到收费网外部网络的行为进行检查或限制，阻止非授权访问。

（3）应优化安全设备的访问控制列表，删除多余或无效的访问控制规则，使访问控制规则数量最小化。

（4）应能根据会话状态信息为数据流提供明确的允许/拒绝访问的能力，控制粒度为传输层端口级，对源地址、目的地址、源端口、目的端口和协议等进行检查，确定是否允许数据包进出该区域边界。

以上配置可以通过把各类网络安全设备、服务器及各级交换机加到日志审计系统、数据库审计系统，把各终端设备加入堡垒机实现。

3    结语

取消高速公路省界收費站，为广大人民提供了更高效、更便利的出行服务，而这些都离不开ETC门架安全网络环境的支撑。自2020年1月1日起ETC门架系统的全面启用，网络安全的矛与盾也将不断进行着斗争。只有不断强化ETC门架机电系统的安全防范力度，降低ETC门架系统的运行风险，尽最大努力防止外来黑客和病毒对ETC门架机电系统的破坏，才能为高速公路全国收费网的稳定运行提供最有效的支撑。

[参考文献]

[1] 吴翰清.白帽子讲Web安全[M].北京：电子工业出版社，2014.

[2] 孙金阳.高校网络与信息安全体系和实施方法研究[J].网络安全技术与应用，2020（1）：100-102.

[3] 张凯，张雯捧.物联网导论[M].北京：清华大学出版社，2012.

收稿日期：2020-02-03

作者简介：沈炳孟（1986—），男，福建莆田人，工程师，研究方向：高速公路机电设备运营管理与维护。

作者：沈炳孟

联网收费系统研究论文 篇2：

广州高速公路ETC电子收费系统需求分析

摘要：广州市作为我国改革开放的前沿，高速公路的联网收费示范工程区域高速公路ETC跨省市互联，将为该区域带来更为便利的区域通行条件，不仅可以大大提高通行效率，加速城市间信息、资源流动速度，而且对于交通低碳化发展具有积极意义，将直接为京津冀、长三角区域经济圈带来经济效益和生态效益，并对未来全国电子不停车联网提供了宝贵的建设，运营、管理经验。

关键词：高速公路 ETC电子收费系统 需求 分析

一、ETC电子收费系统特点及状况

为满足中国大规模应用ETC和产业化需求，在前期成果基础上，交通运输部和国家有关部门组织系列项目，攻克了开放平台条件下专用短程通信技术与不停车收费业务的融合、多任务管理与互操作、野外环境下车载机与路侧系统的交易和安全管理、以及ETC检测系统研制等重大技术难题，完成了ETC系列国家标准，ETC业务管理、系统建设、密钥管理、设备检测等行业技术规范，建成ETC检测系统和实验室。

在交通运输部组织的“京津冀和长三角区域高速公路联网电子不停车收费示范工程”的带动下， 我中心提出的ETC技术，有力地支撑了产业化和大规模应用。2010年底国家交通运输部、发展改革委员会、财政部联合出台《关于促进高速公路应用联网电子不停车收费技术的若干意见》，更进一步推动了ETC的全面发展。截至2013年3月，已有21家生产企业的54个型号的ETC产品通过检测并在全国各地投入使用，这些企业已带动相关系统建设投资超过20亿。国内建设和开通ETC系统的省市已达26个，共建ETC专用车道5500多条，ETC用户数量突破600万，自建新客户服务网点536个。

二、系统功能需求分析

广州高速公路ETC电子收费系统包括：车道管理子系统、收费管理子系统、收费管理结算中心、电子标签管理子系统和服务中心管理子系统等五个子系统。

2.1车道管理子系统的功能划分

高速公路ETC电子收费系统的车道管理子系统是由：车载设备探测功能模块、车辆自动识别功能模块、实时图像抓拍功能模块、控制外围车道设备功能模块和数据信息交换功能模块组成。车道管理子系统的工作示意图如图1所示。

车道管理子系统的各个模块的功能描述如下：

①车载设备探测功能模块

车载设备的判断功能。探测车辆的到来和离开，并能够判断通行车辆是否装载车载设备，传送检测结果

②车辆自动识别功能模块

具有车辆自动识别和数据信息采集功能，并将交易信息存储本地。 通过车载设备获得交易车辆信息，IC卡信息，根据系统参数对以上信息进行校验，并统计过车数量。

在入口车道将入口收费站信息、收费车道信息、车辆信息等写入非现金支付卡中，并形成交易流水记录存储到本地。

在出口车道，根据车辆经过的入口收费站、标识站、车类信息，查费率表，计算通行费金额，回写出口的标识，在支付卡中扣款并将扣款信息标识写入非现金支付卡。并形成交易流水记录存储到本地。

③实时图像抓拍功能模块

具有实时的图像抓拍功能。当车辆通过车道时，抓拍设备自动对车辆图像進行抓拍并保存。

2.2收费管理子系统

根据车道软件系统的需求分析，本着降低程序各构成部分的耦合性，方便程序调试、维护及日后扩展的目的，可将该系统划分为6个模块，收费管理子系统是由：系统初始化模块、业务管理模块、数据管理模块、串口通信控制模块、I/O控制模块和数据库访问模块等6个功能模块组成。

收费管理子系统的各个模块的功能：

①系统初始化模块

系统初始化模块是系统的基础，主要负责程序启动时初始化外设、数据库连接、进入车道工作界面、加载需要的系统文件（配置文件，动态库文件）以及对车道的外围设备进行初始化。

②业务管理模块

主要是操作员上班管理，系统参数表的下载，车道过车收费作业流程，以及系统的维护和服务器时钟同步功能。

③数据管理模块

主要是信息数据的存储、数据校对、数据上传和下载的功能。数据主要包括数据库数据，通信数据，图像数据，参数表数据，过车交易数据，日志数据，报警数据。

④串口通信控制模块

主要是控制串口设备的工作。RSU控制器、费额显示器、字符叠加器。

⑤I/O控制模块

主要是控制开关设备的工作。主要包括栏杆机、通行为、雨棚灯、黄闪报警器、车辆检测线圈。

三、系统非功能需求分析

高速公路ETC电子收费作为一个可以实际应用的系统，它至少应该在系统的精确度、可靠性、稳定性、抗干扰性、兼容能力和扩充能力等各方面得到保证。此外，作为一个基于网络运行和处理的大型计算机系统，不停车电子自动收费系统应该能够充分发挥高速网络技术带来的优势，诸如对数据的实时快速处理、传输、归档，对交通流量的统计、分析、预测等；并且，系统应该具有远程控制和自动切换保障功能及先进的综合网络管理功能。具体说明如下：

（1）高效性需求。车辆在高速行驶中能够快速进行过车交易，交易时间平均在200毫秒以内。 2.2. 可靠性需求

（2）开放性需求。系统具备良好的开放性和兼容性，整个系统易于升级、易于维护。系统车道数量可以灵活配置，适用于任意数量车道的收费站系统。便于联网，组建省地级监控中心

（3）稳定性需求。能24小时连续动作，能够长期不出现故障，保证金额扣费准确性。

（4）实时性：要求每个收费车道均能24小时连续、快速的收费，并能把电脑收费的票据数目完整不漏地送往收费站保存。

（5）准确性：要求每个收费车道通过计算机可靠地进行收费工作，减少人为错误，并通过专用的或公用的网络，保证收集到数据的准确性和一致性。

（6）可靠性：要求整个系统具有良好的可靠性，能在较恶劣的环境下全天候连续稳定工作。

（7）安全性：要求系统数据有安全措施，设计严格的管理权限，防止人为破坏；数据传输过程中确保收费金额的绝对安全和精确。

结束语：需求分析是软件生命周期中关键的一步，主要完成了系统的需要工作部分。上文包括对系统进行了简要、分析了广州高速公路ETC收费系统的调查情况以及本系统的目标，之后划分了系统功能模块并给出了功能结构图，在此基础上对每一个模块的功能详情都进行了详细分析说明，同时对系统的非功能需求进行了详细分析。

参考文献：

[1]蒋世祥，黄文胜.单片机系统实用抗干扰设计.科技通报.2001，17（4）

[2]王瑛； 张辉宜； 金仁才.高速公路不停车收费系统研究[J].中国无线电.2009，6（26）

[3] 高东峰，王春生，田林岩，马刚.多车道自由流电子收费技术探讨[J]. 中国交通信息化. 2011（01）

作者：黄周平

联网收费系统研究论文 篇3：

创新驱动的生动样本

编者按：2015年1月9日，李克强总理在国家科学技术奖励大会上指出：“我们将坚定不移地走创新驱动发展之路，使中华大地处处充满无限生机和创造活力。”贵州经济发展进入新常态，要保持经济社会持续健康又好又快发展，必须依靠创新支撑。贵州最高科学技术奖获得者谢晓尧教授领衔的贵州省信息与计算科学重点实验室，其理论探讨与科研运用已步入全国领先行列，是大数据时代贵州创新驱动的排头兵。

“中国下一代互联网Web服务器”、“贵州省高速公路联网收费费额计算高性能计算平台”、“面向西部基础教育资源云存储与工程云计算平台”……在贵州师范大学田家炳大楼实验室，一组组整齐排列的网络服务器指示灯闪烁不停，标牌格外醒目。这是贵州省信息与计算科学重点实验室的“中枢神经”。

这个位于师大老校区的重点实验室，包括了喀斯特地区关键信息技术应用国家地方联合工程实验室、贵州省数字文物遗产保护与研究中心、贵州省智能计算与控制技术工程实验室等国家级和省级七个方向的研究团队，承接了许多省和国家的重大项目，包括贵州省唯一的CNGI下一代互联网示范工程。创新性、实用性、地域性、开放性、前瞻性等特征，蕴含着良好的发展态势，领军人正是2012年度贵州省最高科学技术奖获得者、贵州省政协副主席、贵州师范大学副校长、省信息与计算科学重点实验室主任谢晓尧。

记者在实验室看到，科研人员有的在仪器前娴熟操作，有的在小会议室热烈讨论，有的在后台专注提供技术服务支撑……这支勇于担当的科研团队，显然是大数据时代贵州创新驱动的排头兵。

构筑信息技术科研高地

作为一家省级重点实验室，通过运用计算机科学、数学、网络与通信、统计学、考古学和生物学等诸多学科的理论和研究方法，主要从事计算理论、工程计算与应用、文物大数据、生物大数据等高新技术的研究与应用。

实验室起步早，得益于谢晓尧教授对互联网的高度敏感和研究运用。早在1995年，刚从美国学习结束回国的谢晓尧教授率先把贵州工业大学校园网与中国教育科研网和国际互联网联通了，开贵州互联网运用之先河。

“实验室的理论及应用为贵州信息产业化建设提供服务，是贵州发展高新技术产业，培养应用及创新人才的基地。”谢晓尧教授告诉记者。

一篇题为《CeCaFDB：一个为碳中心代谢流量组学数据提供储存、可视化与比对分析的大数据平台》的文章，去年底在生物信息学领域世界顶尖杂志《核酸研究》上发表，文章共同的第一作者，正是实验室研究组谢晓尧教授的在读博士生张正东和申铁副教授。

这篇文章在贵州省在生物信息、生物制造领域影响广泛。审稿专家认为，文章使研究人员可以有效地查询和比较代谢流量分布，具有被研究人员高度利用的潜力，表明贵州在相关领域的研究处于国际前沿。

自2007年成立以来，实验室在交通信息化、信息化基础教育、基础理论、信息安全、生物信息、大数据等方面开展了深入研究。在众多研究项目中，由实验室自主研发完成的全省高速公路特大桥梁健康监测与评估预警系统是其中的一大亮点。

有着“桥梁博物馆”之称的贵州，目前高速公路通车里程超过4000公里，桥梁众多，高墩（塔）大跨径桥梁工程规模大、结构受力复杂，因而养护工作量与成本越来越大，桥梁一旦垮塌，将会对人民生命财产带来不可估量的损失。

为确保桥梁安全运营，实验室主持的“基于异种传感信息融合技术的清黄高速公路红枫湖大桥健康监测系统研究与应用示范”研究，于2006年在红枫湖特大桥安装了监测传感器并投入使用，这个系统是使用无线传感、光栅传感、常规传感信息融合技术实施桥梁健康监测评估的系统，也是贵州首个实时桥梁健康监测评估示范系统。这一项目2009年获贵州省科技进步一等奖。目前，该项目的多项技术已应用到多个大数据项目中。

数据显示，实验室共承担科研项目46项，总经费1462万元，其中国家级7项，经费724.36万元。发表研究性论文被SCI（美国科学引文索引）收录20篇，EI（工程索引）收录37篇。其中近十项先后获贵州省科技进步一、二、三等奖。

搭建信息计算创新平台

在贵州省高速公路驾车的汽车司机都会有这样的体验：只要在入口收费站领上一张IC卡，在出口收费站轻轻一刷，便完成交费。一卡在手，实现了全省通行。

这个看似极为简单的高速公路缴费，其背后依托的却是一个强大的信息计算系统，而这，凝结了实验室多年来的艰辛付出。

2009年底，随着贵阳环线建成通车，全省高速公路主线全部实现连通。由实验室自主研发的“高速公路联网收费费额计算系统”正式投入运行，这是贵州省第一个高速公路联网收费科学服务系统。

“随着贵州高速公路路网结构迈向网格化，庞大的费额仅靠人工计算无法完成，必须借助计算机技术，选择合适的全路径搜索算法和最短路径验证算法，计算出最短路径和最小费额路径，实现最小费额路径的费额向最短路径上拆分。”高性能计算平台游善平博士告诉记者，依托这套系统，现全省超过4000公里的高速公路，每增加和变动一次，费额就要重新计算一遍，每次只需2个小时就可以计算完毕，大大缩短了计算时间。

联网收费最大限度地减少各路段高速公路上主线收费站的设置，不仅节省建站成本和运营管理成本，同时还减少通行车辆停车交费的次数，有效提高了车辆的通行能力和高速公路使用率。

高速公路费额计算仅仅是实验室开展信息计算的项目之一。依托云计算平台，实验室还开展了3D虚拟现实项目渲染、考试数据统计分析、计算数学、计算物理等项目。

实验室在三维虚拟现实及仿真方向逐渐形成了自己的特色和优势。如依托三维激光扫描仪及相关基础设备和软件，通过对甲秀楼进行全方位激光扫描，获取甲秀楼全方位点云数据，利用逆向建模的手段，对甲秀楼整体建模并实时渲染，达到对甲秀楼数字化保护和展示的目的。

中考与高考，关乎千家万户利益，是社会关注度极高的民生大事。为使判卷公平公正，荣获1993年省科技进步三等奖的“贵州省招生办高考招生自动化系统”发挥了极为关键作用。利用无纸化阅卷平台，实验室从2008年开始承担了贵阳市中考及高考模拟考试共计700余万份试卷的网上阅卷任务。更为重要的是，阅卷平台将试卷后期的大数据分析结果反馈给老师，再由老师指导学生有针对性开展复习，大大提高了教学质量。

拓展大数据服务新领域

在实验室的基因数据检测中心，摆放着一台刚引进不久的Illumina全基因组测序仪，是目前贵州高校仅有的两台之一。

项目组黎瑞源博士告诉记者，基因测序是生物学研究的基础，通过基因测序仪，可以一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，从生物信息数据产生的源头、数据处理的各个环节和对复杂生物机理的解析等方面入手，系统研究一系列生物信息学问题。目前在医疗研究、法医鉴定、农作物研究、动物健康、食品安全等多个领域都有广泛的应用。

贵州省信息与计算科学重点实验室副主任刘志杰教授认为，“有人曾经预言21世纪是生物科技时代，现在看来还为时过早，但是生物与信息技术结合毕竟是一个大趋势。贵州有很多独特的动植物，通过这一研究平台，必将对我省生物技术发展发挥重要作用”。

油菜是贵州第二大农作物，目前全省种植面积达400万亩。为提高油菜单位面积产量，实验室利用基因测序技术，同华中农业大学、澳大利亚新南威尔士州合作开展油菜抗旱和品质育种可持续发展研究，为该项目的研究与应用打开了一片新天地。

与生物大数据一样，实验室还利用500米口径球面射电天文望远镜项目（FAST工程）在贵州建设这一契机，和中国科学院国家天文台合作，开展天文大数据研究与应用，以此带动贵州在射电天文、机电、结构、通讯、控制等领域交叉学科的发展。

从科研到成果转化，从云计算到大数据运用，实验室依托科技创新，始终与贵州经济社会发展紧密相连。正如谢晓尧教授所言，大力发展大数据、云计算等战略性新兴产业，既是贵州实现科学发展、转型升级的必然选择，也是贵州实现跨越发展、后发赶超的有效途径，前景可期。（责任编辑/晏 青）

作者：奚晓阳 李坤