本发明是关于一种自动计费系统，它主要用于需要收费的高速公路的收费亭，利用它对过往的车辆收费。 随着四个现代化建设的不断发展和日益紧张的公路运输的需要，我国近年来建设了几条高速公路，例如：北京-石家庄高速公路。为了充分发挥高速公路的优越性，必须建立行之有效的，与之相配套的公路交通控制系统和自动管理系统。
收费管理是高速公路交通管理方面一个及待解决的问题，在高速公路上对于通行车辆收费是政府集资的一个重要途径。由于管理制度不完善，再加上一些收费员对于如实收费的重要性认识不够，导致了漏交费、或少交费现象十分严重，经经济带来了巨大的损失，鉴于上述种种情况，有必要用计算机系统对过往的车辆进行识别，确定其收费金额，通过有关通道上的收费员如实收费。这样不仅堵住了收费中的漏洞，而且为计算机管理公路交通提供了准确的原始数据，也为现代化的公路管理系统开辟了广阔的发展前景。
目前，国外在这方面也有些先进技术，如美国专利号4682170所公开的一种收费装置，它主要用于高速公路和停车场，它在高速公路或停车场的出入口设置了车辆测量装置，可测出过往车辆的类型，比如：大车、中型车、小车或摩托车，当车辆出去时，根据出入时间和车型进行收费。但该装置必段要求每次只能一辆车进入收费亭，下一辆车必须等前一辆车开出收费亭后才能进入，所以该系统耽误了许多时间，效率不高，往往车辆排好长的队等着交费。
由本申请人申请的，申请号为90106016.X发明名称为“高速公路自动计费系统”的专利申请中公开了一种单通道地自动计费系统。该系统是基于图像模式识别，红外探测和人工智能等项技术的单通道自动计费系统，经过一系列测试，连续运行与详尽分析，我们认为：八通道自动计费系统如全部采用单通道计费系统技术模式，将会出现诸如“全天候工作需附加必要的照明设备”“系统反应时间稍迟”等弱点，系统的实用性有其局限性。
本发明的目的就是要提供一种高速公路多通道自动计费系统，它采用“全红外探测扫描，动态采集及应用车型特征参数，时序滤波，专家知识”新的设计方案，这之中，有单通道系统成熟技术的继承，亦有新的设计构想与技术，实现了本系统不增加任何照明设备，就可做到全天候连续工作，对车流分布无特殊要求，系统反应时间大大缩短（由原来1.6秒短至现在0.03秒），车型识别率已达99%以上，经过多次试验及现场长时间测试表明：前端识别处理机可完成八通道自动计费系统所应具备的如下功能：自动识别车型，判定收费金额，累计收银，显示，外挂显示，语音报价，打印输出，与电子应答器及读写卡机接口等项功能。
按照本发明的高速公路多通道自动计费系统，它主要由红外检测装置、前端机子系统和主机子系统等组成。
红外检测装置由若干对红外光电管组成，安装在通道入口两侧选定的位置上，其主要功能是：
a、提供车辆到位的准确信息，以启动前端机工作;
b、提供车辆侧面特征数据，送入前端机;
c、提供数轮子数的启动脉冲;
d、对车辆的轮子进行准确的计数。
前端机继续采用以8031为CPU，外加扩展的程序存储器，数据锁存器，键盘显示器，语音合成板，微型打印机接口线路，红外前置预处理电路，除此之外，我们又采用时序滤波电路，这一新的设计思想，成为解决车流分割的技术关键，当然，上述硬件构成与相关软件密不可分，从而形成软硬交融的设计体系。其主要功能：
a、通电自复位开机
b、显示功能
c、收费额判定功能
d、语音报价
e、通讯功能
f、人机交互功能
g、语电子应答器接口功能
主机子系统是多通道自动计费系统的重要组成部分，它除了完成与各个车道微型计算机进行正常的通讯，以确保及时准确地采集各车辆信息和收费信息外，还需完成对整个收费站的全部信息进行统一管理和统计，并生成诸如班报表，月报表及日报表等车辆与收费信息详细报告。此外，它还应该将有关统计信息和部分车辆的详细信息存档，以备后用。根据上述基本要求，在主机子系统中，除了主计算机外，我们还配备了通讯处理机，打印机及一定容量的软硬盘等外设。为解决在单机系统中，因主机故障所引起大量有用信息丢失的问题，我们在该系统中采取了双机热备份的方案。该子系统的功能如下：
a、运行主控系统程序，控制全系统的工作流程;
b、完成收费员在主控室或各收费车道的上下岗登记;
c、实时采集各收费车道过往车辆的车辆信息及收费信息，建立所需的数据库;
d、实时采集和处理逃费车辆的图像信息;
e、完成全站收费信息的统计，打印及各类报表输出等工作，并在主机屏幕上显示各收费车道的动态数据。
f、备份数据库文件，检查通讯线路故障及主机故障，完成双机热备份及自动切换工作。
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
图1是本发明中主机子系统结构框图。
图2是本发明中前端机子系统结构框图。
图3是利用本发明系统收费站的示意图。
图4是本发明中红外探测装置的安装结构示意图。
图5～11是本发明中主机子系统运行的各个操作程序流程图，其中
图5是主控程序流程图;
图6是通讯进程流程图;
图7是定时中断服务程序流程图;
图8是数据接收和存储中断服务程序流程图;
图9是双机监视进程工作流程图;
图10是实时故障发送中断服务程序流程图;
图11是定时故障查询中断服务程序流程图;
图12是管理统计程序工作流程图。
图13～17是本发明中前端机子系统运行的各个操作程序流程图，其中：
图13是主程序流程图;
图14是车型识别子程序流程图;
图15是一般通讯子程序流程图;
图16是串行通行中断子程序流程图;
图17是键盘、显示子程序流程图。
参见图1，本发明中的主机子系统包括图象控制卡Ⅰ（1）、键盘Ⅰ（2）、显示器Ⅰ（3）、硬驱Ⅰ（4）、软驱Ⅰ（5）、CPUⅠ（6）、打印机（7）、电源（8），以上这些部件（1～8）相应于主机Ⅰ。主机子系统中还包括另一主机Ⅱ，它包括图象控制卡Ⅱ（10）、键盘Ⅱ（11）、显示器Ⅱ（12）、硬驱Ⅱ（13）、软驱Ⅱ（14）、CPUⅡ（9）以及打印机（7）和电源（8）。主机Ⅰ和主机Ⅱ的硬件和软件配备完全一样的，采用两台主机的目的是当一台主机工作时，另一台主机处于热备份状态，当前台机出现故障时，后台机立即开始工作，变成前台机。两台主机的CPUⅠ（6）和CPUⅡ（9）都连到一调制解调器（15），这些设备都安装在离公路收费亭不远的一个中心室里。调制解调器（15）通过电缆与另一调制解调器（16）连接，调制解调器（16）的输出再送到通讯处理机（17），通讯处理机（17）再分别与多个（8个）前端机相连。调制解调器（16）和通讯处理机可安装在某一收费亭内或某一合适的位置。主机子系统在运行期间，除了实时通讯和双机实时监视以外，还要完成管理统计和图象处理等大量的计算工作。这些工作都是在相应的软件控制下完成的，各软件程序的流程图详见图5至图11。
参见图2，本发明中的前端机子系统包括通讯接口（18）、打印机驱动电路（19）、时钟电路（22）、程序存储器（23）、地址锁存（24）、CPU（25）、接口（26）、时序滤波器（27）、锁存器（28）、键盘及显示电路（31）、接口（32）、接口（33），以上部件构成了一个基本的前端机。CPU（25）采用8031型芯片。通讯接口与主机子系统的通讯处理机（17）相连，以便与主机进行通讯。读写卡机接口是为以后功能扩展而设的，即将来可用于磁卡自动交费设备。启动栏杆接口可与一栏杆控制装置连接，用于防止没交费的车辆逃路。根据本系统的需要，除前端机外，在前端机子系统中还配备了电子应答器（29）、外部显示器（32）及语音播放器（35）等外部设备，外部显示器（32）为过岗司机提供直观可靠的收费金额报价。语音播放器（35）为收费员播出报价，加深其印象，避免可能出现的误收现象，减轻其劳动强度。前端机通过接口（26）与电子应答器进行通讯，可完成减免费车及特种车的判别。红外检测装置（30）也可算作前端机的一个外设，它通过锁存器（28）和时序滤波器（27）与CPU（25）连接。红外检测装置（30）将通过公路收费处的车辆的车型数据检测出来，送到锁存器（28）进行除料、动态锁存，并送到时序滤波器（27）进行去杂波、滤毛刺后再送到CPU（25），CPU（25）在程序的控制下对车型数据进行动态采集，实施分析、量化、参数比较（各种车型数据预先已装入存储器中），结合专家知识作出判定，导致收费金额的产生，并通过显示器、外部显示（34）、语音播放器（35）等进行显示和播放。
图3粗略地图示了利用本发明多通道自动计费系统的公路收费亭，在此公路上有多个车辆通道ch1，ch2…，每个通道的旁边都设有一个收费亭S1、S2…，在每个收费亭中都设有一个前端机Q1、Q2…，在前端机上有语音播放机（35）、在收费亭外面的右上角位置还设置了外部显示器（34）。在通道两侧都设置了红外检测装置（30），它由设在通道一侧的红外发射部分（30a）和设在通道另一侧的红外接收部分（30b）组成。其具体结构参见图4。
图4给出了一个红外检测装置（30a、30b）的具体例子。它是在通道（ch1）的右侧安装了7组红外发射管（A、B、G、D、C、F、E），而在左侧相应地安装了7组红外接收管（A′、B′、G′、D′、C′、F′、E′）。图中园圈表示红外发射管或接收管。它们组成7对红外检测器。当各种不同的车辆通过通道（ch1），达到A处时，红外检测器A发出车辆到位信号，其余红外检测器开始工作，由于车型不同（大小、高度不一样）所挡住的红外检测器不同。将7对红外检测器的状态进行组合，就能唯一，正确地提供车辆外型数据，送到前端机进行判定。
各对红外的作用如下：
1、A：提供车辆到位信号。
2、摩托车：遮挡住A、B或二者其一。
3、小轿车、小吉普、小货车：遮挡住A、G或A、G、D。小面包（其长度在4.2米以内）：遮挡住A、B、G。
4、中型车（长度超过4.2米，小于9.74米）：遮挡住A、B、G或A、B、G、C或A、B、G、D、C、F。
超长客车（超过9.74米）：遮挡住A、B、G、D、C、F、E。
5、大车（拖车、车挂等）：遮挡住A、B、G、D、E或A、B、G、D、C、E。
各组（支架）红外离0或0′的横向距离以及各组上的红外个数及高度如下表：
发射端
支架代号 距离 红外个数 依次高度
A 1.61 2 0.50 0.80
B 2.15 3 0.75 1.25 1.45
G 4.15 2 0.50 0.70
D 5.85 1 0.50
C 8.55 2 0.50 0.60
F 9.35 2 0.50 0.55
E 11.35 2 0.50 0.95
接收端
支架代号 距离 红外个数 依次高度
A 1.26 5 0.72 0.78 0.94 1.01 1.45
B 1.80 3 0.55 0.75 1.25
G 3.80 2 0.75 1.45
D 5.50 1 1.50
C 8.20 2 0.50 0.60
F 9.00 2 0.50 0.60
E 11.00 5 0.55 0.60 0.75 0.85 1.45
主机子系统的工作主要是靠下列程序控制运行的：
1、主控软件的工作流程
主控软件是用汇编语言编写而成。其功能主要是设置整个应用软件各功能模块，控制整个应用软件的运行。它的工作流程如图5所示。
2、通讯进程
主机系统与各车道计算机之间的数据通讯是借助于MS2401通讯处理机完成的。该通讯程序是作为进程驻留在内存，它由计时器中断和串行口中断共同驱动。该程序采用汇编语言编程，其功能包括：
（1）实时监视各通讯线路上的故障;
（2）完成各车道收费员在前端机的上下岗登记，建立收费员工作库;
（3）实时采集各收费车道的数据，建立通行车辆和收费信息数据库。
其工作流程如图6所示
3、选择通讯通道的定时中断服务程序
此中断服务程序是用来选择与主机进行数据传输的通道，它可根据当关车道的打开/关闭信息和在设定时间内前端机对主机选通命令的响应信息，决定当前车道是否打开、关闭以及通讯线路是否存在故障等。
工作流程如图7所示。
4、数据和存储中断服务程序。
此程序用来接收由选定通道发来的通讯信息，并将上、下岗登记信息及车辆与收费信息存于相应的数据库中。
5、双机监视进程
在整个系统的运行期间，可能发生的故障类型包括：1）各个应用模块在运行时发生的软件故障;2）主机与前端机的通讯线路故障;3）主机和前端机的硬件故障。对于软件故障和通讯线路故障，可以通过在相应的应用软件设置故障陷井来进行检测，而硬件故障则需要采取专门的措施加以解决。在主要子系统中，防范硬件故障的技术措施是双机热备份，其工作原理为：使用一台前台机和一台后台机同时采集各收费车道的信息，并根据要求给前/后台机分配其它不同任务，在运行期间前台机实时地向后台机发送故障信息，而后台机则定时地检测前台机的工作状态，如果前台机出现硬件故障，则后台机自动切换为前台机。
双机监视程序就是为实现双机热备份而设计的专用软件，它以进程的形式驻留于内存，并由定时器中断，DOS系统提供的管理硬件错误中断以及由BIOS提供的硬件故障中断共同驱动。该程序采用汇编语言编程，工作流程如图9所示。
6、前台机向后台机发送故障信息的中断服务程序
其工作流程见图10。
7、定时查询前台机故障信息的中断服务程序
其工作流程见图11。
8、管理统计程序
管理统计程序的主要任务，就是对全站各收费车道的信息进行统一管理，并根据要求完成收费金额和交通流量的统计工作。其原始数据来源于自动计费系统运行期间所建立的二个数据库。
1）工作率，结构为：工号上岗时间、下岗时间、道号。
2）车辆信息库，结构为：道号、收费时间、应收、实收。
管理统计程序采用国内非常流行的FOXBASE PLUS 2.1关系型数据库进行编程。为方便管理人员的操作与使用，它将以菜单驱动，并配备丰富汉字和意见处理信息以及极强的人机对话功能。整个程序的工作流程及功能模块如图12所示。
前端机系统软件与其硬件结构密切相关，软件不但实现上述功能，同时解决可能出现的误操作，及路面的特殊情况，即：功能实现兼顾抗干扰，软件编制过程中尽量做到模块化，规范化，便于反复调用及功能增删，软件全部采用MCS-51汇编语言编写。
软件包括下列程序：
1、主程序，见图13;
2、车型识别子程序，见图14;
3、一般通讯子程序，见图15;
4、串行通讯中断子程序，见图16;
5、键盘、显示子程序，见图17。
上面对本发明的各个方面进行了详细描述，但本发明不应限于这些实施例中，其保护范围应由权利要求书来确定。