高速公路实现封闭式、半自动化收费是智能化交通系统的一个重要研究课题。它是实现高速公路运营、收费管理全自动化过程的关键一步。而这其中收费车道系统的半自动化,可以说是实现这一步的基础。所以它的设计与实现对于整个高速公路最终实现高效的运营管理是相当重要的。一个封闭式、半自动化收费的高速公路在设计上主要由收费车道、收费站、收费中心三部分组成。车道收费系统负责通行车辆的交通控制,车辆信息的采集、记录和通行费用的计算。本论文主要讨论它的设计与实现。本论文是在环胶州湾高速公路机电改造工程的背景下完成的。这一工程主要目的是建立高速公路半自动化收费系统以替代原有的手工收费系统。新的系统对可靠性、实时性要求比较高,增设了通信网络和较多的控制设备。基于环胶州湾高速公路新的收费系统对于车道收费的具体要求,论文分析了在新的收费方式下收费作业的操作流程,设计了车道系统的硬件结构。在车道软件系统的设计中引入了UML建立了车道软件系统的静态模型和动态模型,通过设计类图构建了车道收费软件系统的实体,通过顺序图明确了收费系统复杂的时序关系和事件转移条件,从而提高了车道软件系统开发的效率和结构的合理性。在具体的软件实现过程中,开发了多个模块。在I/O控制模块中,研究了I/O控制核心设备PCL-725卡对于输入信号的检测和输出信号的设定,实现了对外场设备良好的控制效果。同时,采用多线程技术、配置文件读写技术、回调函数技术、动态链接库技术来提高整个软件系统的灵活性和降低软件开发中的复杂性。在车道软件系统完成后,通过建立仿真车道环境,完成了车道收费软件系统的仿真测试工作,部分实现了测试自动化。解决了人工测试工作量巨大、效率低下的问题。从而提高了整个软件系统的质量和成熟度。在本论文中,还在第五章研究了利用数字图像处理技术来检测车辆外形轮廓,提取有效特征参数的问题。比较了Robert边缘检测算子、Sobel边缘检测算子、Prewitt边缘检测算子和LOG边缘检测算子在车辆边缘检测的不同效果,在总结这些算子优缺点的基础上,提出了有一定抗干扰性、边缘定位较为准确的边缘检测算法,通过最终的实验结果来看,检测效果获得了提高。为进一步的精确计算选定的车辆特征参数提供了较为准确的数据。目前,新的车道收费系统已经投入使用,完全符合环胶州湾高速公路管理运营方在新的收费模式下对于收费车道的要求,有效的提高了整个高速公路收费系统的效率。