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关注ETC:美国新泽西和纽约港务局

2016-10-13

来源 : 赛文交通网

作者 : 张北海

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 以下将是首次对特殊的电子收费系统应用的一系列详细的调查,在此我要感谢美国新泽西和纽约港务局,还有Lockheed Martin IMS,感谢他们对这篇论文的协作帮助。

  美国新泽西和纽约港务局管理着新泽西州和纽约市的六个交通要道:George Washington 大桥, Goethals大桥,Outerbridge大桥,Bayonne大桥,Lincoln隧道,Holland 隧道。这六个交通要道每年的过往车辆收费交易超过120,000,000次,它所带来的年收入也超过了5亿美元,而这个庞大的收入只是从新泽西进入纽约的车辆所交纳的费用总和,从纽约进入新泽西的车辆是不用交纳任何费用的。六个交通要道总共有8个收费广场和80条收费车道。1998年各道路的收费广场,收费车道,交易次数和交费收入情况如下表:

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  历史回顾

  美国新泽西和纽约港务局首次进行电子收费(ETC)系统的实验是在1989年。1989年的7月,美国新泽西和纽约港务局首先在Lincoln 隧道的两个收费车道采用自动车辆识别(AVI)系统成功地实现了公共汽车收费的自动化。系统由SAIC公司开发,使用了Amtech 公司的AVI 车道系统以及安装在公共汽车顶部的AVI电子标签。

  由于发现ETC技术存在潜在优势,尤其体现在区域范围内使用。港务局曾协同Triborough 大桥和隧道管理机构(现在的MTA 大桥和隧道)在Verrazano-Narrows 大桥和 Goethals 大桥两地对ETC技术进行了一次全方位的试验。试验模拟了一个面向轿车,卡车和公共汽车收费的完整ETC系统,证实了ETC系统是完全可以在一个大区域范围实现的。

  这个试验还使人们认识到一个可在区域内各个收费站通用的AVI电子标签对ETC的成功运作有着多么重要的意义。通用的电子标签将给公路用户带来很大的便利因而带来极大的市场机会。正是由于认识到这一点,1990年这七个地方收费部门联合在一起,共同策划了一个全地区兼容的ETC系统:E-ZPass系统。

  E-ZPass联合机构(IAG)

  美国新泽西和纽约港务局,MTA桥隧管理部,纽约高速公路管理部,新泽西收费公路部门,新泽西公路局,南泽西运输局及宾夕法尼亚州收费公路代办处共同组建了E-ZPass联合机构(IAG)。

  从那以后,IAG机构逐步发展起来,特拉华州河港部,马里兰运输机构,特拉华州运输部,纽约州桥梁局和麻萨诸塞州收费公路管理部也加入其中,现在IAG已包含六个州的十二个办事处。

  1992年1月,IAG机构提出关于AVI技术的实现要求,其中一个关键的技术要求是关于读/写系统的实现,因为IAG中的部分单位运营管理的收费系统是封闭是通行券收费系统。截止到1992年3月,共得到8个候选实现方案,在同年6月,Amtech 系统公司和Mark IV工业有限公司被选中进行下一步的测试和评估。从1992年8月到1993年11月,在各单位的各个不同收费地点进行了两轮广泛试验。

  1994年初,IAG选择Mark IV 公司作为区域通用兼容的AVI设备供应商,并与之签署了一项协议:Mark IV 负责向IAG组织的各成员提供生产价格固定的电子标签,读卡机,天线及其他相关设备,协议有效期是从IAG组织的各成员第一次向Mark IV公司订货开始的持续五年内。纽约州的公路收费部门在1994年夏天首次下单订货。

  港务局的ETC发展

  作为一个政府部门,港务局负责建立一个关于ETC实施的公共规划方案。

  港务局的ETC项目规划方案包含3部分主要内容:

  l ETC车道系统集成

  l 关于ETC项目的勘漏

  l 用户服务中心的建立

  除此之外还包括其他一些小的项目规划。例如通道标识部分的建设与安装。

  ETC车道系统集成

  1995年8月,港务局发布技术规格书,寻求具备资质的系统集成商合作,为其提供一整套的ETC车道系统解决方案。1995年9月,技术规格书得到很多系统集成商的响应,其中有Amtech 集团, Ensec公司,Hughes运输管理部,IBM,Lockheed Martin IMS(LMIMS), MFS网络技术公司(MFS),谐振技术研究所(现在的TransCore公司)和TDC公司等。除技术规格要求外, 还有关于以下四个方面的资质建议和审查:

  l 机构自身的实际能力和稳定性

  l 机构的经验

  l 机构在确保成功完成任务过程中对计划项目的执行和管理能力,以及对正在执行的系统提供持续支持的能力。

  l 机械及电气方面企业的参与配合

  在第一轮资格竞选中,8个集成商中有Amtech,Lockheed,MFS和TransCore通过。随后TransCore因为取得项目监理合同而退出车道系统集成项目,与此同时,Amtech也退出,最后只留下LMIMS和MFS继续竞争。

  港务局提出的项目中有一个特别要求,竞争商需示范其系统提议方案原型,系统运行方式要符合港务局的要求,还要实现自动车辆识别,自动车型分类,逃费抓拍系统及监督管理功能。

  1996年5月初,两家竞争商首先分别口头介绍了其系统方案。紧接着第二周,MFS在大西洋城高速公路上示范了它的ETC系统原型,他们一直在这条高速公路上研究安装和试验自己的ETC系统。而后LMIMS也在其相对标准较低的George Washington Bridge上示范了其所研究的ETC系统。

  初始的项目建议是在港务局的77条收费车道中的51处安装ETC系统,但随着与两个竞争商的洽谈进程发展,港务局把51提升为77,即路网内全部安装ETC系统。其中的一个重要原因是港务局认识到全面实施ETC技术将使得他们在给用户提供最好的服务(所有非E-Zpass专用车道以混和方式工作,既除了提供现金付费和预付款付费外还有E-Zpass 不停车收费服务)的同时获得最大程度的运营灵活性(E-Zpass专用车道可以在所有的收费广场上设置)。

  1996年7月,在对竞争商提出的方案进行全面深入评估后,港务局决定由LMIMS来负责两条隧道和四座桥的E-Zpass电子收费系统设计、安装到维护。Parsons Brinckerhoff 这家工程公司也加入LMIMS成为其合作伙伴,负责有关工程实施方面的细节。此外,LMIMS还吸收了Daidone Electric公司作为其安装及维护方面的协作者。

  港务局的负责人声称他们与LMIMS签订两个合同,一个是投资总额为$16,875,000的设计/建造合同(包含一年的保修期),另一个是价值金额为$4,900,000的两年维修合同(从保修期结束开始有效)。在选定系统集成商后仅一年,既1997年7月,一个被称作“E-Zpass” 工程的最终运行方案开始赋诸实践。

  ETC项目监理

  在系统集成方案的技术规格计划推进同时,关于ETC项目的监理工作也被提出来。监理单位将在ETC项目的执行管理方面协作港务局,并给系统集成商提供技术支持及质量监督。

  监理方案分别有Booz-Allen,GEC,HNTB,Parsons Brinckerhoff,TransCore和Wilbur Smith 公司参与。而竞选方面的标准有以下几点:

  l 经验和资历——项目管理和技术能力水平,方案中体现对ETC项目的深入了解

  l 需求回应——对咨询要求提出的技术问题进行回应和解决

  l 职工和雇员——保证足够的人力资源使合同能圆满按期完成

  l 经费方面——方案中有关于所需费用的合理规划

  l M/WBE――机械及电气技术的应用建议

  1996年1月,TransCore在众多竞争商中被选中为监理单位。

  用户服务中心的建立

  在通用AVI技术方案竞选同时, IAG也开始策划一个区域性适用的用户服务中心(CSC)计划, 它将对所有IAG成员提供服务. 不过仅有一家公司对此计划表示兴趣, 最终这个项目也被认为没有竞争价值而被搁浅 , 这也意味着IAG的成员都有责任去实现自己的CSC方案.

  当系统集成项目开始起步研究时, 港务局也正在考虑其CSC实现的必要条件。紧随纽约州高速公路管理部及MTA 桥隧公司, 港务局也认识到, 分别给ETC车道和CSC这两个不同的系统寻求各自的解决方案, 才将是最好的解决方法.

  正值初步酝酿CSC如何实现时, 新泽西州组建了他们的ETC协会, 分别为其收费公路组建ETC车道和CSC系统, 大西洋市的高速公路也将实行这个CSC方案(它采取不同的ETC方案)。 这个协会成立不久, 港务局加入其中共享CSC. 特拉华(州)运输部则加入协会共享ETC车道和CSC系统两个方案. 1996年4月, 协会为这些服务推出专门的一个合理化建议计划.

  1996年11月, 协会选中MFS网络技术公司和曼哈顿Chase银行在LMIMS和TransCore 的研究基础上进一步深入ETC和CSC的设计,建设,安装,运营及维护工作。由于LMIMS的一些法律事宜影响, 这个CSC的合同实现被推迟, 这造成港务局计划7月首次开通E-Zpass目标受阻, 在这个过渡时期, 港务局暂时转向MTA 桥隧公司, 商洽期望可以应用他们现有的CSC.

  1997年2月, 港务局和MTA达成协议, 由MTA暂时提供CSC服务。MTA的CSC是由MTA的协约商LMIMS提供的.

  MTA和纽约收费公路处联合推出CSC的一个RFP方案,用来处理他们现有的不同用户服务操作实现。这要归功于LMIMS,新的CSC实施运作将计划在1999年中期实现。它将不仅对E-Zpass 用户相对透明,由于它表现的软件升级的特点,因而也将极大的增强功能和灵活性。港务局将采用这个新的LMIMS CSC方案直到ETC协会给它们提供此基础上CSC的可行的技术移植。它与LMIMS的协议于1999年3月23号开始,五年有效期,并规定协议结束前90天要提前公告双方。


ETC的车道实现

  港务局和LMIMS合作的安装和执行方案要求合同生效一年内实现第一个E—Zpass 通道。

  双方密切合作努力,试图确保港务局的实现要求得以满足,同时也使LMIMS的计划得以顺利自由实现。

  系统开发周期包括一个初步设计,设计审查,设计细节研究。所有这些在港务局的世界贸易中心办公地进行,接着在LMIMS的Stennis Mississippi 试验基地进行了试验。各种不同的设计结果评论使得港务局的负责人员可以进一步深入研究来满足所有的实现要求。

  为了配合港务局的E-Zpass通道按计划开通,他们的客户服务中心也于6月9日开通E-Zpass 帐户和发行E-Zpass 标签。

  1997年6月29号星期天中午12:01,首辆装有E-Zpass标签的车辆通过Bayonne大桥. Bayonne 收费广场所有的四条收费通道都安装了E-Zpass 系统,其中一条是专用的E-Zpass 通道,而另外三条以混合模式工作,可以同时服务于现金/预付卡用户。在最初的几天时间里,ETC的交易量就达到了15%,这要归功于那些使用MTA桥隧和纽约收费公路的E-Zpass 用户。

  7月14号,星期一中午12:01,E-Zpass 在Goethals大桥 的8条收费车道和 Outerbridge桥的11条收费车道同时投入运营。两桥都包含一个专用的E-Zpass 车道,其余则都是混合工作方式。到7月底,Bayonne桥 的ETC交易量升至17%,Goethals 和Outerbridge 则分别达到20%和22%。

  两周后,7月28号的中午12:01,E-Zpass 在George Washington 大桥的三个收费广场的总共31条车道成功开通,每个广场都有两条专门的E-Zpass 通道。ETC交易量最低也达22%,Palisades Parkway 收费广场的ETC交易量最高达30%。

  同年10月28号,星期三中午12:01,E-Zpass 在Holland隧道的9条车道和Lincoln隧道的14条车道开通运营,至此港务局完成了全部的E-Zpass目标。在不同时间段,Holland隧道专用的E-Zpass 通道有一或两个,Lincoln隧道专用的E-Zpass 通道有二到三个,其余的E-Zpass通道工作在混合模式。Holland隧道的ETC交易量达22%,Lincoln隧道的ETC交易量达26%。

  从各路的E-Zpass开通起,ETC的交易量持续增长,截止1998年12月,有关统计数据如下:

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  系统体系结构

  港务局的ETC系统体系结构可以分为四个主要部分:

  l 车道系统:车道系统包括完成车辆检测、数据获取及进行车辆收费过程的所有软硬件。车道的所有设备均由车道控制器协同控制。

  车道设备主要包括五个分类:

  l 信号灯及标识牌

  l 自动车辆识别(AVI)系统

  l 自动车型分类(AVC)系统

  l 逃费抓拍系统

  l 路侧显示器

  l 通信网络:通信网络是车道控制器和ETC中央主机通信以及ETC中央主机与客户服务中心联络的媒介,同时也是ETC系统运营者与管理者沟通的渠道。

  l ETC中央主机(ECH):ETC中央主机对来自车道控制器的数据采集处理,给客户服务中心提供数据接口,是整个ETC系统的数据中心。

  l 客户服务中心(CSC):客户服务中心负责用户帐号管理,包含必要的软硬件和服务网络。

  下图所示为港务局E-Zpass收费车道的主要车道设备配置:

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  车道控制器

  车道控制器是一个运行SCO UnixWare操作系统,中央处理器是英特尔奔腾处理器。

  它包含12MB的内存和两个1.6GB的硬盘以RAID 1 方式配置为磁盘镜像,这意味着所有在主驱动器上的数据将自动在另一个驱动器上备份,如果一个磁盘驱动器出现差错,控制器会在另一个驱动器上持续其正常工作。

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  车道控制器

  磁盘驱动器的容量可以使车道控制器在单机模式下工作至少7天以上,而不存在任何图象和交易过程数据的丢失。

  车道控制器对两类设备进行通信和控制:串行设备和状态切换的数字设备。

  串行设备包括:

  l 收费终端

  l 车道踏板接触器

  l AVI 读写机

  l 激光车辆轮廓识别器

  l 路侧显示牌

  l 天棚标志

  l 文字/视频叠加器

  l 不间断电源

  串行设备通信是通过安装在车道控制器的两个8端口多协议卡进行的,板卡与专门的分线盒相连。

  数字接口设备包含:

  l 路侧信号灯

  l 顶篷交通灯

  l 亭内ETC标志

  l ETC按键开关

  l 天棚ETC标志

  l 环形线圈

  l 专用车道警示灯

  数字接口设备通过一个可编程的I/O接口板进行通信。设备状态改变时I/O板产生一个中断信号,车道控制器根据这些信号对设备进行监测。I/O板通过继电器和这些数字接口设备连接。

  车道控制器通过一个光纤以太网卡和局域网相连。

  收费终端 用于有收费人员所在车道的运行车辆记录,港务局的收费终端是在ETC系统实现前就已经存在的,它的主要用途类似一个现金收纳机,用于对工作收费车道上的收费系统审查其正确运行。车道控制器监控终端收费人员的按键,控制进程同步。同时也将按键信息输出到视频叠加器上。

  视频叠加器 视频叠加器使车道控制器将文字信息显示在从违章抓拍摄象机获取的视频图象上,存储在车道控制器硬盘上的图象是不带文字信息的。带有文字信息的图象被传送到收费站的监视器上,收费站管理人员通过监视器来审查收费进程,并利用广场辅助管理系统来监管收费广场。

  美国出产的电源转换设备(APC公司产品)给车道控制器提供滤波后的电力,在发生主电力中断时可以维持60分钟的供应。


 顶篷交通灯 它是安放在车道上方的红绿指示灯,指示此车道是否可以通行。控制器使指示灯变绿代表车道可以通行,变红则代表车道关闭。在有收费人员工作的车道, 指示灯由收费终端控制.

  亭内ETC指示灯 用来提示收费员驶入车辆是否拥有一个有效的标签。当标签有效时,车道控制器使指示灯变绿,伴随鸣音。收费人员则知道此通行车辆为E-Zpass 用户而不必交纳任何现金。如果红灯指示且没有鸣音,则代表标签无效,车辆通行必须交费。如果没有检测到任何标签,ETC进入指示灯将保持原状,车辆也必须交费通行。

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  ETC按键开关安装在亭内ETC指示灯的左部,用于在亭内操作ETC车道的开闭。一般情况下,广场管理员用广场管理系统来开闭车道,然而,如果出现系统或通信错误时,管理员需要到车道用按键开关来开闭车道。

  天棚ETC指示灯用来通知收费广场管理员驶入人工收费车道的车辆是否有有效的标签。如果检测到有效标签,车道控制器控制天棚ETC指示灯打开,如果检测到无效标签或未检测到标签时,指示灯保持熄灭。

  地感线圈检测器与安装在行车道上的地感线圈相连,系统用一个入口线圈和出口线圈来监测车辆在车道中的进程,控制整个系统运作。

  地感线圈是由一卷金属丝埋陷在车道内形成的,它用于感应金属靠近物(例如驶入车辆),由线圈检测器产生相应信号给车道控制器。没有车辆靠近时,检测器输出一个低电平信号给控制器,如果车辆到来,则输出高电平信号,当车辆离开后,恢复输出低电平。

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  专用车道警示灯是港务局安装作为安全警示的装置,通常安装在车道车辆行驶前方。当车道工作在专用模式时,控制器发送信号给继电器使车道两边的警示灯进入工作状态。此时警示灯亮, 告知所有在E-Zpass车道附近走动的收费人员及其他工作人员提高警惕。当车道关闭时,控制器使警示灯灭。

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  车道控制器已经试验过每小时处理2500次车辆通行,在实际处理超过1000车辆/小时的流量时性能没有出现任何降级。

  除了处理通行车辆进程外,车道控制器还同时监测和记录它所控制的每一个设备的状态。因此,如果某一台设备中止响应,控制器可以准确地检测到出错情况并产生一个优先处理的维修警告给ETC中央主机系统和收费广场各个不同的工作站。这时,收费广场管理员便可以决定是否需要关闭车道来进一步处理出错。

  例如,过去检测车辆离开车道的主要设备是高架的激光车辆识别器,车辆驶出线圈作为备用检测设备。因而,当激光车辆识别器出错时,管理员仍可以不关闭车道而继续通行车辆。

  天棚信号标志

  港务局认识到成功的ETC系统实现不仅要求有成功的技术,还需要设置合适的天棚信号标志,引导E-Zpass 用户进入相应的车道和避免非E-Zpass 用户进入专用车道。关于天棚信号标志的几个设计版本被陆续开发出来并试用,最后确定的方案是一个简洁而又有效的设计。

  引导标志

  关于引导标志的安装共签定了三个合同。Staten Island 大桥的引导标志由Primer 建筑公司负责实现,George Washington 大桥的引导标志由MACC建筑公司负责,Holland and Lincoln 隧道则由Royal Guard Fence 公司承担。港务局在引导标志上共花费超过一百万美元。

  第一块引导标志告知司机他们正抵达一个E-Zpass收费站点,所有的车道都提供E-Zpass服务。

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  紫底白字的“E-Zpass”图标加上“ONLY”模仿了车道上方示意专用E-Zpass车道的天棚标识。

  另有指示牌用来告知所有用户(包括E-Zpass用户及非E-Zpass用户)试图逃避交费将会受到处罚。

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  类似的限速指示牌还有一些安放在每个收费广场收费亭的前方。

  信息公告牌安放在广场的出口地段,上面显示了E-Zpass的专用徽标,以及联系MTA和港务局联合客户服务中心的免费电话号码.

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  天棚标志牌

  天棚标志牌安放在收费车道上方,用来显示此时的车道工作模式。

  港务局要求天棚标志牌在各种天气状况、不论白天黑夜都要保持500英尺内的可见性。为了满足这一需求,LMIMS公司与Vultron有限公司合作,建立收费领域上独有的一套标识系统。

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  开发的天棚标志牌由两部分组成:底部是可变LED标志,上部是一个滚动显示屏。

  可变LED标志由一个7乘64的单元组成,共448个单元。每个单元由7个高强度的LED组成。

 显出字符为12英寸大小,即使在太阳光直射下也可以完全可见。LED的亮度通过一个光电传感器根据周围环境的光强情况来调节控制。标志是完全可变的,可以作到按象素寻址,且每次可显示11或12个字符。

  滚动显示屏在聚脂薄膜做成的滚动字幕后有四个高强度的荧光显象管。滚动屏可以显示标准的E-Zpass徽标,还可以显示一个黑屏的状态。滚动屏可根据车道控制器的命令改变滚动屏的显示状态。滚动屏上的一个光学传感器可探测屏幕上的条形代码,从而确定屏幕字幕位置。

  港务局的每一条收费车道均装有天棚标志牌。

  当车道开通为E-Zpass专用车道时,车道控制器发出命令使可变LED板显示粗体闪烁的“ONLY”字样,上部的滚动显示屏则显示E-Zpass字样。只有专用车道天棚标志牌上才会出现E-Zpass徽标,引导E-Zpass用户进入正确车道。

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  当车道以混合工作模式开通时(提供包含E-Zpass的各种收费服务),可变LED板显示“FULL SERVICE”单体字样,而上方的显示屏保持黑屏。

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  如果车道发生自动车辆识别系统错误时,车道只能工作在非E-Zpass模式,即人工方式。此时,控制器命令可变LED板分别显示“CASH/TICKET”和“NO E-ZPASS”字样,同时上方屏幕保持黑屏。

  可变LED板信息显示经证明是一个非常有效的设计制造。在Bayonne大桥最初实行此项技术时,港务局有机会关注用户的行为反应,并进一步利用此设备引导用户。

  最初混合工作模式车道的天棚标志牌交替显示的信息是“CASH/TICKET”和“E-ZPASS”字样,但却发现一些E-Zpass和非E-Zpass用户都无意从这样的车道通行。调查发现:原来E-Zpass用户看到此标识牌时,他们只注意到“CASH/TICKET”显示字样而认为此车道不允许他们通行,现金交费用户却注意到“E-ZPASS”字样而同样避行此车道。因此港务局将先前的标识改为“FULL SERVICE”显示。最后在其他收费站关于系统标识的用户调查也证明了这一措施都是行之有效的。

  除了上面提到的车道模式及信息显示外,车道还可以工作在各种不同限制条件下。E-Zpass专用车道还可以在车辆类型限制条件下工作,例如仅通行轿车,仅通行卡车,或公共汽车或这几种类型车的组合,相对应的标志牌分别为“CARS ONLY”,“TRUCKS ONLY”或“BUSES ONLY”等。

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  可变标识牌的很大灵活性及滚动屏幕显示的高可见度使得港务局可以给用户提供更可靠的信息供他们来选择行驶车道。

  自动车辆识别系统(AVI)

  港务局应用的AVI系统是由Mark IV IVHS公司制造的称为ROADCHECKAM的系统,包含一个AVI读卡机,AVI天线和AVI标签。

  

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  AVI读卡机由两个独立的部分以主从关系联结起来工作。主控单元由一个电源供应模块。一块CPU板,一块射频控制板及两块通信线路板组成。它还包含一个主控自动防故障装置。从控单元组成和主控单元相同,只是它是包含一个从控自动防故障装置。

  射频控制板可以通过一个射频模块以多路方式和最多8个AVI天线进行通信(每个RF模块对应一个天线)。两个通信线路板各自可以与4个车道控制器通信, 因此,一个AVI读卡器可以同时监视8条车道内时速为100英里以内的交通流量。

  主从结构的特点使得AVI读卡机在部件发生错误时,能自动地由主部件转向从部件来避免系统出错,这便是AVI系统可以不间断工作的原理。

  当主部件发生错误时,读卡机产生一个出错信息给车道控制器,告知相关工作人员在适宜时间及时纠正错误。

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  Mark IV 型AVI读写器,配置三个射频模块

  美国产的UPS给读卡机提供滤波电源,在发生断电事件时可以保持超过一小时的电池能量供应。

  AVI天线

  在每个收费车道的顶部安装有一个平板AVI天线。它发送由射频模块产生的信号,并同时接收AVI标签(即车载应答器)的信号。

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  标签是一个半双工的设备(收发数据信息不能同时进行),上下行链路采用同样的频率和调制方法。

  它的接收器是一个简单的调幅检测装置而它的发射器是一个状态开关装置。标签带有一个锂电池作为能量来源,在正常使用下估计寿命为10年以上。

  标签拥有读写功能,不仅可以储存固定的已编程的数据,还可以在车辆通过天线时实时地写入可变数据。然而,港务局的收费站点都是固定闭区收费场所,他们不用实现标签的可写功能,因此没有交易信息被写入标签。

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  Mark IV 型AVI电子标签

  存贮在标签内的数据信息包括标签独有的序列号及对应所使用车辆的类型。而用户的详细信息没有存储在标签里面。

  它们是如何工作的

  AVI读卡机通过RF模块和AVI天线,周期性地发出触发脉冲信号,形成车道内电子标签识别区,当使用标签的车辆通过此区域时,发射的信号激活标签开始通讯,标签以每秒500K比特的速度反馈数据包到读卡机,数据包接着从通讯模板以RS-232协议传向车道控制器。ETC根据此数据对车辆(顾客)进行身份辨析。

  通过标签识别区后,车辆进入地感线圈驶入探测区。如果车辆被地感线圈测知而车道控制器没有从AVI读卡机获知任何标签信息时,控制器将认为此车辆无标签。在地感线圈测知驶入之前得到的任何标签信息被认为是后进车辆驶入的信息。

  自动车辆分类系统(AVC)

  港务局AVC系统由两部分组成:

  l 一个车道接触器

  l 一个高架的车辆轮廓激光识别器。

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  车道接触器

  车道接触器是由Revenue Markets公司(TRMI)制造的由四条板组成的机电接触器。它的外壳组成成分是TRMI自己合成的橡胶物质GRS。这种合成物对阳光,盐类,水,油类及车道内一些特别的温度变化可能带来的影响有一定抵抗特性。每个条板都被铸造在同样长度的两个特别设计的无磁防锈钢棒之间。

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  四条板被分别密封插入到外壳的四个铸造的空腔位置。外壳被密封在一个橡胶圈和锰铜尾端的铸件中, 接触器垫板陷入在通行车道上刚过收费亭的位置上.

  接触器的每个条板都与接触器检测器连接, 检测器是一个TRMI开发的串口车道接口装置, 型号是 4200MP, 基于微处理器的I/O 仪器. 它测知车轴感应的先后顺序并持续检测接触器的四条板, 随时向车道控制器报告状态的变化.

  接触器检测器不仅检测四条板有无间断、开裂等状况, 还将自动取消失效的条板信息而不影响车轴数的感应顺序的识别判断. 它判断车辆移动方向(前进或后退)的原理是基于条板对车辆轮胎传感顺序. 四条板我们编号分别为1、2、3、4。 车辆前进时, 感应信号的顺序对应1、2、3、4. 而当车辆倒退时, 则检测顺序呈现4、3、2、1的反向结果。逻辑上就算只有两个感应条板有效, 这种探测方法依然可以用来判定车辆的行进方向。

  接触器检测器安装在车道控制器的标准ISA插口上, 它通过建立在通讯电缆上的RS-232接口标准协议来与控制器通讯。

  高架的车辆轮廓激光识别器

     

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  高架的车辆轮廓激光识别器是由MBB SensTech制造的,我们称它为TOM(Traffic Observation Module)。TOM安装在引导板上方,港务局用它来检测识别车辆的以下特征:

  l 车辆类型

  l 高度

  l 长度

  l 时速

  l 行进方向

  l 是否有拖挂车

  l 车辆间隔

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  TOM的基本检测原理是脉冲激光技术,并使用了单个脉冲测量的识别技术专利。使用的激光器为近红外线1类(对眼安全)激光器。单个TOM由六个垂直车道横向安放的激光束(分两部分,各包含三个激光束)组成,第一部分的激光束用一个瞄准镜和一个圆柱镜加宽,使得每个激光束可以作用在收费车道的范围大约为3到4英尺,三个激光束合起来光线便覆盖了车道的宽度。它们是首先检测车辆到来的,并且可以检测是否有车辆拖车连接。与它们平行的第二部分各激光束检测4英寸的范围,它结合前一部分激光器传来的车辆高度数据,给出车辆外形一个准确的测量描述。

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  这两部分激光装置间隔30厘米,通过测量车辆到达前后激光束的时间差来得出车辆在TOM检测区的驶入速度,而通过测量其离开前后激光束的间隔时间来得出驶出速度。根据速度数值和车辆通过时间的一种算法可以得出车身的长度。

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  TOM的高脉冲频率使得对时速在0到155英里/小时的行驶车辆可以精确地测出其速度和车型。TOM没有任何移动部件,因此不需要维护和可以在各种气象条件下工作。

  TOM通过RS-485接口与车道控制器通讯。

  当车辆开始通过第一组激光束时,TOM将车辆高度数据传输给车道控制器,指示有车辆通过。这个数据的传输过程一直持续到车辆离开第二组激光束为止,结束时还把车辆型号(例如:轿车,卡车,公共汽车还是机车),行驶速度(驶入和驶出速度),车辆行进方向及有无拖车存在的信息传送给车道控制器。

  车辆类型判定

  车道控制器通过车道接触器测出的车轴数目及TOM检测的车型信息来判断车辆的实际类别。港务局规定的收费标准举例如下:轿车(包括拖车)每个车轴2美元,卡车为4美元;而机车和公共汽车不记车轴均交纳3美元。

  通过TOM和车道接触器,港务局得以在各处收费点准确监测车辆及其类别。

 逃费抓拍系统(VES)

  为了获得一个全面可兼容的VES系统,LMIMS和VES领域的领先商Alphatech合作。运用的VES方案使用Burle 制造的TC351A单色照相机,包含一个Stonco的PAR 64 型号500瓦特的白炽照明灯。

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  两个摄像机均将它们得到的车辆图象传输給车道控制器中的影像数据存储板上。存储在硬盘上的为原始的二进制格式。每个影像文件大约有150KB字节大小,分辨率为480*640,灰度等级为8比特。

  车辆进入车道,通过入口地感线圈,线圈感应得到一个高电平,当车辆离开入口线圈后,恢复低电平。车道控制器测出开始的高信号,以此触发摄像机拍摄车前影像,并暂存起来。车辆离开车道时,通过出口地感线圈。同样这个过程中线圈感应得到高电平,车辆离开后返回低电平。控制器检测到后来的低电平,间隔触发拍摄车尾的四张图像,间隔时间由车辆离开收费车道的速度决定。

  只有特殊事件发生时,车道控制器才捕获并存储这四张车尾照。这特殊情形包括:逃避缴费和车辆与标签不匹配。

  前者发生在E-ZPass车道用户不具有AVI标签或它的AVI标签无效。无效标签有以下几种情况: 此标签被报丢失或被盗;相应帐户上资金不足,或是被告知此类标签与港务局无互相合作协议(例如Virginia智能标签)。

  类别不匹配情况为AVC识别的车辆类型与相应AVI标签读出结果不同。当客户服务中心向用户发行AVI标签时,上面已经固化使用车辆的类别信息,并且使用户们知道,只有车辆类型完全相同时AVI标签才可以通用。

  如果上述两种情况任一发生时,暂时存储的车前图象被永久存储,而车尾图象被抓拍。否则,车前图象被丢弃,车尾图象也不被抓拍。

  每隔四小时,车道控制器将二进制图象转换为标准的JPEG格式。每个JPEG图象文件大小从2KB到12KB不等。每次交易过程中图象文件转化为JPEG格式后,控制器压缩这五张图象到一个文件中(使用PKZIP兼容方法),通过通信网络传送到ETC中央主机上。

  整天工作结束后,客户服务中心便从ETC中央主机找到违章的相应车辆准备下一步处理。

  路侧显示器

   

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  港务局认识到一个成功的ETC系统的实施不仅需要交通灯和车道引导标识,还需要有准确易懂的信息反馈給使用车道的E-ZPass用户及误用E-ZPass车道的非E-ZPass用户。港务局仍旧向用户征求意见。最后,一个灵活易懂的路侧显示器与一个标准的三色交通灯相组合的使用系统实现了。

  路侧显示器的设计方案,LMIMS再次与Vultron公司合作,推出基于LED的可变情报板。

  路侧显示器根据车道控制器传来的数据可以垂直显示固定的九个信息提示,包括:

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  每个粗笔划的字母都是3英寸高并由一个高为7个LED宽为6或7个LED组成的显示矩阵。

  车道控制器給路侧显示器发出命令,使其显示四个可能的组合信息提示。

  l 对一个持有合法标签且帐号有盈余的E-ZPass用户,路侧显示器显示绿色的“GO”和“E-ZPASS”字样,同时通行灯变绿。

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  同样的原因,该信息也只出现在E-ZPass车道及混合车道。

  l 对E-Zpass专用车道上试图逃费的情况(没有标签或使用无效标签)时,显示器显示绿色的“GO”和黄色的“TOLL”, “UNPAID”, “CALL”, “E-ZPASS”字样,同时交通灯变为黄色。

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  “GO”提示用户离开此车道,“TOLL UNPAID”指示系统没有对此车进行电子收费服务 。而 “CALL E-ZPASS”字样则告知用户应联系E-Zpass 客户服务中心来得知相应问题,若不然将被认为公然逃费。

  l 当混合车道上存在使用非法标签的用户,显示器显示黄色的“PAY” , “TOLL”, “CALL”和“E-ZPASS”,同时交通灯变红色。

  对于混合车道上通行的无标签车辆(即现金或预付卡付费车辆用户),显示器不显示任何提示信息。

  路侧显示器不仅作为信息提示装置,它还可供管理人员在适当情况下控制车辆运行。例如,当载有危险用品的车辆通过时,为了安全起见,收费广场管理人员控制“暂时车辆禁行”,此时,所有其他车道上的通行灯都呈现红色,在这种特定情形下,路侧显示器一直保持红灯指示而不显示任何其他信息,等待特别车辆得以安全通过后,一切恢复正常。

为了进一步使车辆用户明确以上红灯显示的作用,港务局联合LMIMS和Vultron 正试图对显示作一定修改,使当车辆暂时禁行状况发生时,可以对用户有禁行原因的相应提示信息显示。

  交易处理流程

  车道控制器内含有一个复杂的软件算法使它可以同时准确处理本车道上若干车辆的行进信息。下面列出的分别为有标签车辆通行专门E-Zpass车道及没有标签车辆通行专门E-Zpass车道的两个流程。

  带标签车辆通行E-Zpass车道

  1. 车辆进入AVI电子标签识别区,由AVI读写器读取标签上的信息并传送给车道控制器。

  2. 车道控制器在本地数据库中查找此标签来认证它是否有效。

  3. 如果为有效标签,控制器发出命令使显示器显示“GO E-ZPASS”字样,如果数据库信息同时指示此标签帐户透支,控制器还将显示“ACCOUNT LOW”字样。控制器还将使交通灯由黄色变为绿色。如果标签无效类似无标签处理(参看第二个流程中的第三步)。

  4. 车辆通过入口地感线圈,车道控制器抓拍一张车头照片。

  5. 车辆到达TOM激光检测区时,TOM将信息传送給车道控制器提示车辆进入。

  6. 车辆通过车道接触器时,检测器把检测到的车轴数及感应顺序传送给控制器。之后,控制器使显示器清屏,交通灯由绿变黄等待下一车辆到来。

  7. 车辆离开TOM区时,TOM传送车辆行驶速度及外形的相关信息(小汽车,卡车,公共汽车,机车等)給车道控制器,提示车辆已通过。

  8. 车道控制器根据以上得来的车辆外形信息及TOM区测出的车轴数目来判定车辆类型。如果车辆类型和AVI标签上读出的不一致,不匹配的情况就发生了。

  9. 车辆通过出口地感线圈。

  10. 此时,车道控制器识别是否发生不匹配现象,若发生,控制器将抓拍四张车尾照片,并将其与车头照片存储到硬盘用于与ETC中央主机通讯。若无这种情况发生,将不抓拍车尾照片,先前获取的车头照片也被舍弃。

  11. 整个进程信息通过广场监督系统及相应设备立即传送到ETC中央主机。

  无标签车辆通行专用E-Zpass车道

  1. 车辆进入AVI电子标签识别区,因为不具有AVI有效标签,读写器将没有任何信息传送。没有正确安装AVI标签的车辆(持在手上或没有安装到车辆挡风屏,车辆牌照或车顶位置上)也可能不被AVI读写器识别而被认为无标签。

  2. 车辆通过入口地感线圈,车道控制器抓拍车头照片一张。

  3. 因为车辆驶入前没有标签被识别(或是标签无效),车道控制器获知可能将发生逃费事件,控制路侧显示器显示“GO”及“TOLL UNPAID”, “CALL E-ZPASS”字样。而交通灯保持黄色。

  4. 车辆到达TOM激光检测区时,TOM将传送信息給控制器提示车辆进入。

  5. 车辆通过车道接触器时,监控器把检测到的车轴数及感应顺序传送给控制器。之后,控制器使路侧显示器清屏,交通灯由绿变黄等待下一车辆到来。

  6. 车辆离开TOM激光区时,TOM传送车辆行驶速度及外形的相关信息(轿车,卡车,公共汽车或机车等)給车道控制器。

  7. 车道控制器根据以上得来的车辆外形信息及TOM区测出的车轴数目来判定车辆型号。识别车辆类型用来决定无标签车辆缴费额。

  8. 车辆通过出口地感线圈。

  9. 当车道控制器识别发生逃费或不匹配现象,控制器将抓拍四张车尾照,并将前面获取的车头照存储到硬盘用于后来的ETC主机通讯。

  10. 整个进程信息通过广场监督系统及相应设备立即传送到ETC中央主机系统。

  需要说明的是以上第三步,系统已经识别无有效标签,若车辆通行则是违章逃费。即使用户下了车在AVI天线下挥动AVI标签,记录也不会改变。而且这样做的后果还会影响到后来车辆的标签识别,如果后续车辆也有自己的有效标签,则挥动的AVI标签号将被舍弃;但是如果后续车辆无有效标签时,则挥动的标签将被视为它的标签,从而出现一次错误的交易过程。

  通信网络

  ETC通信网络包括两个部分:

  l 每个收费站建设的局域网(LAN)

  l 连结各收费站局域网的广域网(WAN)

  局域网(LAN)

  LMIMS提供安装的以太网局域网,物理层组成包括光纤和标准的双绞线两部分。

  车道控制器通过光纤连接到数字设备以太网交换机上(DEC HUB),各个工作站通过光纤或双绞线与HUB相连(取决于两者之间的距离)。

  车道控制器,工作站,ETC中央主机在局域网间通信均使用标准的TCP/IP传输协议。为了确保控制器向ETC中央主机传输数据的完整正确性,LMIMS使用了一个被称作DECMessageQ(DMQ)的产品。它是一个可编程的工具,可使车道控制器和ETC中央主机通过一个队列信息传送接收系统来收发信息。在系统或网络通信出现错误时,它可以提供一个信息数据恢复系统。

  广域网(WAN)

  港务局为ETC系统建立同样技术成熟完善的WAN。它的通信网络(PACNET)包含每秒传送1,550,000个比特数据的T-1线路的集合。各个收费点通过此类线与港务局的办公地点——世界贸易中心连接。

  LMIMS选择Cisco 路由器连接PACNET,因为其不仅可以连接T-1网络还可以连接地方电信公司,即为了在T-1网络发生错误时的备用ISDN服务网络。这个辅助服务完全自动并对所有管理人员及操作人员都是透明的。ISDN传输线由BRI 线(每分钟128Kb的容量)和PRI线(每分钟1.55Mb)组成,由各个工作点的流量来决定具体线路。

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  除了各收费站点和WTC,PACNET还与一个装有ETC中央主机备份系统的网络站点连接,在ETC中央主机出错以致不可用时,联系此系统使PACNET网络正常运行,或者可以通过站点的ISDN进行通信。

  PACNET的范围也覆盖了客户服务中心(CSC)在内。客户服务中心通过专门的T-1传输线和备用的PRI ISDN 线与PACNET相连。这使得客户服务中心可以高速访问ETC中央主机的通行车辆数据,VES图象数据,标签状态数据及结算数据。

  世界贸易中心设有两个Cisco 3640路由器和一个Cisco 2503路由器,它们认为连接各站点的T-1及ISDN传输只用一个路由器是不可靠的。这种配置使得即使世界贸易中心的一个路由器完全失效下也可以保证系统通信不受影响。

  ETC备份系统站点装有两个Cisco 3640 路由器。它通过T-1线与世界贸易中心相连,通过ISDN与各收费站点连接。

  收费站点根据流量大小分别采用Cisco 3640和Cisco 2503路由器。

  PACNET的建立和完善使得分步在各地的港务局高级用户可以通过网络获取ETC中央主机的管理记录和报告,ETC中央主机也通过它和现有的港务局系统连在一起。

  ETC中心主机(ECH)

  ETC中心主机(ECH)是运行DEC OpenVMS 操作系统的AlphaServer 2100 4/300,有Oracle的Rdb 关系数据库。它还装有一个300 MHz的Alpha 处理器,256MB的RAM和100GB的硬盘及RAID 5 磁盘镜像。

  ETC中央主机的配置可以在线存储超过六个月的详细的处理事务数据记载,保存每小时事务的摘要数据一年以上,还可以存储压缩的VES图象30天。


ETC中央主机的责任:

  l 收集各个车道传来的交易相关数据记录到中心数据库

  l 收集车道控制器传送的所有的VES图象并传输給

  l 运行广场监督应用系统,使得主要管理人员可以实时监控收费广场的活动

  l 从CSC获取最新的车辆标签信息并传送到所有车道

  l 将所有ETC正确通行及非正常通行的情况汇总传到CSC

  l 将结算数据向CSC传送

  l 保持系统正确的时间

  l 现有港务局交通和盈利总结系统的接口

  l 总结收费进程运行,管理及盈利的工作报告

  ETC中央主机运行一个交易日志程序从DMQ 队列中读取控制器存储的数据信息。日志在ETC中央主机的数据库中记录每次车辆通行的情况并实时产生摘要数据用来准备汇报。

  每个车道控制器每天通过远程拷贝(RCP)向ETC中央主机传输它的VES图象十多次。RCP进程使得控制器在从它的硬盘上删掉VES图像时先要确定复制过程是否成功完成。ECH将获取的图象转移到CSC获取目录和一个存档目录下,同时在数据库标记这次交费过程表明存有VES图象。

  八个收费广场的管理人在各自的工作站执行终端应用系统使他们可以控制(实时)自己工作站的所有活动进程并可以监控其他收费广场。这个广场监督系统是运行在ECH上的C语言应用程序。所有超级管理人员都可以注册进入ETC中央主机使用这个系统,并通过PACNET来实时监控收费活动。

  每天早上,CSC将一份包含所有先前的E-Zpass标签的最新状态及当前目录中的所有标签状况的文件传输給ECH, ECH将所得文件转化成可以被车道控制器识别的形式。这个过程中ETC中央主机识别检验这个文件来判断是否有标签信息的更新改变,若有,则将标签的新信息传送到所有的车道控制器。每天控制器认定得到新标签文件同时在数据库记录日期,来确保所有的车道控制器都使用了最新的标签状态文件。

  一天两次,每隔12个小时,ECH收集所有获得的E-Zpass通行和违章通行的车辆信息,将它们整理到一个专门的文件中,供CSC获取。这样的处理方法使一些实际完成的收费过程有关信息(由于某种通信故障,数据没有被传送到ECH)还可以正确无误地供ECH收集在CSC对应获取的文件中。

  ECH每天审查CSC用来存放各车辆收费活动最后处理的数据文件目录几次。这些文件中包含一些收费过程的信息资料,所有最终的收费车辆通行情况。港务局可以获知所有的收费处理情况,完整详细地结算出实际的收入多少。

  ECH使用一个时间同步装置来精确保持系统时间,它通过拨号的方法,使时间和美国国家标准技术委员会的ACTS系统一致;车道控制器则通过NTP(Network Time Protocol)和ECH的时间保持同步。

  港务局保留了它现有的交通预测系统,收费总结和审查控制系统。因此,每天结束时必须向这两个系统传送最新数据,包括车道控制器获得的车辆流量统计和CSC结算的收费总收入数据。这也形成一种惯例,港务局的主机此时发挥文件转移的功能,使用FTP从ECH传输相应所需文件。

  LMIMS提供了两个工具来实现全方位报告:

  l 一个ETC工作站应用系统

  l 一个报告生成器

  ETC工作站应用系统

  ETC工作站应用系统是使用赛贝斯公司的PowerBuilder开发的客户-服务应用系统,供港务局从ECH数据库中迅速得出相关报告。包括关于收费进程细节和摘要数据的报告,还有有关收入结算的工作报告等。这个系统应用在Window95/NT环境下,并用Oracle公司的开放式数据库互联驱动从ECH获取数据库。

  工作站应用系统还充当系统管理的作用,可以允许更多职员加入,并维护其他静态系统平台正常工作。

  报告生成器

  为了得到一些深入分析报告,包括ETC工作站应用系统的报告等,LMIMS提供給港务局赛贝斯公司的InfoMaker,一个功能强大的报告撰写器。港务局的职员们使用InfoMaker来开发全方位的报告,使港务局可以深入分析ETC的市场股票,违章比率还有其他车道,广场的各个系统的交通通行数据。所有这些报告可以每天或每小时得到更新。

  用户服务中心(CSC)

  用户服务中心包括三个前台服务中心,一个后台办公操作中心和一个数据中心。CSC的主要任务有:

  l 来客咨询应答

  l 开行帐户

  l 用户意见及建议处理

  l VES图象处理

  l 帐户说明

  l 帐户充值

  l 收费处理

  l 帐户消除

  l 违章处罚

  l ECH 结算

  l 标签管理

  l 用户反馈

  在前台服务中心,用户可以直接和中心服务处(CSR)对话,来开设E-Zpass 帐户,办理相关手续并往帐户里储钱。三个前台服务中心分别设在:纽约的Staten岛上, Yonkers 和Queens。

  后台办公操作中心包含CSR电话接线员的总体和一个处理收发邮件的Mail中心。它和Staten 岛的前台服务中心建在一起。

  CSR的工作人员可以开设E-Zpass帐户,提供用户及非用户的咨询服务,和处理用户意见反馈。Mail中心处理E-Zpass帐户的申请,用户向本人帐户充值,违章用户的罚款和对E-Zpass用户及非用户的咨询应答。Mail中心还可以处理诸如向新用户发行新标签,信息公告,帐户补充提示,过期信用卡公告和其他关于用户的一些事务。

  后台办公操作中心还包括一个违章车辆处理工作部(VRCs—Violation Review Clerks)。他们的任务是对ECH得到的抓拍的车辆图象分析。如果是一起逃费事故,VRC将输入车辆牌照等信息到CSC系统。如果是发生了车辆类型不匹配的情形,VRC将把VES图象得知的车辆实际类型录入CSC系统。

  如果用户的意见在CSC不能被解决,将上溯到港务局来给出应答。

  CSC数据中心建在纽约的Tarrytown。CSC主机为一台DEC AlphaServer 8400的计算机,它的任务是汇总所有来自ECH的收费处理文件,处理用户帐户付费,和准备费用结算文件返回到ECH。所有的违章事件信息通过CSC主机与设在Staten岛的后台工作中心的违章处理主机联系,所有的VES图象也从ECH的CSC获取目录下直接传送到违章处理主机。CSC主机还要加工所有帐户信息和进行用户服务通信。

 


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