覃上洲，張 華，黃春華，何增鎮(zhèn)

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007)

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ETC車道數(shù)據(jù)不完整性的優(yōu)化研究

覃上洲，張 華，黃春華，何增鎮(zhèn)

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007)

在高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)中，車道工控機(jī)在非法關(guān)機(jī)時(shí)，由于操作系統(tǒng)寫磁盤并不是同步操作，致使系統(tǒng)內(nèi)存里緩沖的數(shù)據(jù)由于來不及寫回磁盤而導(dǎo)致車道數(shù)據(jù)不完整。文章針對(duì)該問題，從流程管理、供電模塊、工控機(jī)的硬件和軟件模塊等方面進(jìn)行研究，探討一個(gè)綜合的優(yōu)化方案。

高速公路；收費(fèi)管理；電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)；數(shù)據(jù)不完整性；數(shù)據(jù)緩沖

0 引言

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)(Electronic Toll Collection，簡(jiǎn)稱ETC)車道在高速公路中應(yīng)用越來越廣，在2015年9月份ETC實(shí)現(xiàn)全國(guó)高速公路聯(lián)網(wǎng)通用的大環(huán)境下，ETC在高速領(lǐng)域迎來了建設(shè)的高潮。由于ETC車道的性能及通行效率要求較高，隨之要求車道工控機(jī)等主控設(shè)備的性能也越來越高，雖然收費(fèi)站上UPS等保障措施也比較完善，但是由于收費(fèi)站現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性，往往有許多外部及不可控因素，例如位于雷區(qū)的收費(fèi)站經(jīng)常遇到雷雨天氣導(dǎo)致供電設(shè)備受損、移動(dòng)設(shè)備導(dǎo)致電源線松動(dòng)以及切換人工車道時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員不小心把ETC電源斷掉的情況，導(dǎo)致車道工控機(jī)非正常關(guān)機(jī)，從而致使車道原始數(shù)據(jù)沒來得及寫回硬盤，導(dǎo)致出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況后需要專門的技術(shù)人員進(jìn)行人工干預(yù)處理。為了減少人工干預(yù)的工作量，本文將從ETC系統(tǒng)各個(gè)相關(guān)模塊進(jìn)行分析，研究探討可優(yōu)化的解決方案。

1 ETC車道

電子不停車收費(fèi)(ETC)系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的路橋收費(fèi)方式。通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載電子標(biāo)簽與在收費(fèi)站ETC車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺(tái)結(jié)算處理，從而達(dá)到車輛通過路橋收費(fèi)站不需停車而能繳納路橋費(fèi)的目的[1]。ETC車道的布局如圖1所示。

圖1 ETC專用車道布局圖

ETC車道工控機(jī)(簡(jiǎn)稱工控機(jī))是整個(gè)車道的核心，控制著與之相連的外部設(shè)備，如圖2所示，主要的外部設(shè)備有天線、地感線圈、費(fèi)顯、通行燈、欄桿機(jī)、高清攝像機(jī)以及車牌設(shè)別儀等[2]。

圖2 ETC車道工控機(jī)主要外設(shè)連接示意圖

2 ETC車道數(shù)據(jù)的不完整性及其影響

ETC車道的數(shù)據(jù)不完整性，主要是指突然掉電或非法關(guān)閉ETC工控機(jī)，造成ETC車道硬盤上保存的數(shù)據(jù)缺失了一部分而導(dǎo)致的不完整性；由于ETC車道出現(xiàn)了不完整性的數(shù)據(jù)，需要專門的技術(shù)人員進(jìn)行處理，這樣又會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)上傳不及時(shí)，后臺(tái)報(bào)表中該車道的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不完整性，從而影響收費(fèi)數(shù)據(jù)的及時(shí)統(tǒng)計(jì)、審核及清分。故而減少ETC車道出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整性的概率是急需解決的問題，以下將針對(duì)該問題分析、探討相應(yīng)的綜合優(yōu)化解決方案。

3 非法關(guān)機(jī)數(shù)據(jù)的不完整性分析

在操作系統(tǒng)中，電腦核心處理器CPU處理數(shù)據(jù)很快，讀寫硬盤的速度相對(duì)來說比較慢，而內(nèi)存的運(yùn)行速度介于兩者中間，為了匹配CPU的快速處理能力，一般把硬盤上的程序或預(yù)先要處理的數(shù)據(jù)預(yù)先搬移到內(nèi)存，起到緩存的作用。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，除非設(shè)置了自動(dòng)同步，否則為了減少磁盤的寫入量，延長(zhǎng)磁盤壽命，寫入文件時(shí)不是即時(shí)寫入到磁盤中，而是先寫入內(nèi)存，這段內(nèi)存區(qū)域被稱為系統(tǒng)緩沖區(qū)。在系統(tǒng)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)累計(jì)到一定數(shù)量后(具體數(shù)量因系統(tǒng)實(shí)際設(shè)置而定)，系統(tǒng)會(huì)把緩沖數(shù)據(jù)寫回硬盤。在ETC車道實(shí)際使用中，由于工控機(jī)控制著許多外部設(shè)備，見圖2，共控制平時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多重要的交互數(shù)據(jù)，其常因意外斷電，導(dǎo)致出現(xiàn)系統(tǒng)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)容易丟失的情況。

4 優(yōu)化方式的探討和分析

針對(duì)因意外斷電而導(dǎo)致ETC車道數(shù)據(jù)不完整性的問題，實(shí)際中很難做到百分之百的解決該問題，但是可以進(jìn)行各方面的優(yōu)化，包括提高管理、軟硬件的改善等措施，有效減少出現(xiàn)該問題的概率。以下將從幾個(gè)方面來探討綜合的優(yōu)化方案。

(1)首先從管理的角度規(guī)范收費(fèi)的操作流程：盡量不要直接切斷電源強(qiáng)行關(guān)機(jī)，可以在軟件界面上先進(jìn)行下班操作，再進(jìn)行軟件關(guān)機(jī)操作；這樣在關(guān)機(jī)前，操作系統(tǒng)有相應(yīng)的機(jī)制會(huì)主動(dòng)把系統(tǒng)緩沖區(qū)的內(nèi)容寫回硬盤。

(2)提高電源供應(yīng)措施方面：保證供電源的穩(wěn)點(diǎn)性，在市電突然掉電時(shí)，有專門的UPS自動(dòng)切換供電，保證不掉電，位于雷區(qū)的收費(fèi)點(diǎn)可以加強(qiáng)對(duì)避雷措施的建設(shè)。

(3)采用品牌度高和性能穩(wěn)定的硬盤，例如現(xiàn)在使用得越來越廣泛的固態(tài)硬盤，由于收費(fèi)站現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜，特別是露天的設(shè)備，要能面臨現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)吹日曬、電磁環(huán)境復(fù)雜、尾氣和粉塵較大、震動(dòng)等環(huán)境。建議硬盤和其它設(shè)備都采用工業(yè)級(jí)別的。

(4)關(guān)機(jī)和重啟信號(hào)的接管方面：工控機(jī)的關(guān)機(jī)或重啟按鍵中斷信號(hào)，在電路開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)最好做到被開發(fā)的程序先接管，待開發(fā)的程序把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)同步到硬盤后，再由開發(fā)程序發(fā)送關(guān)機(jī)或重啟指令，保證數(shù)據(jù)不丟失。

(5)在設(shè)備硬件電路設(shè)計(jì)上增加備用電池模塊：可以在外部供電突然斷掉時(shí)，保證設(shè)備不會(huì)因非法關(guān)機(jī)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，但是這樣會(huì)增加電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和成本。

(6)程序的優(yōu)化方面：為了防止電源突然被切斷，軟件程序來不及接管關(guān)機(jī)并把數(shù)據(jù)同步到硬盤，在寫入一些重要數(shù)據(jù)時(shí)，都會(huì)在寫入結(jié)束后執(zhí)行一下數(shù)據(jù)刷寫回硬盤的操作調(diào)用，保證重要數(shù)據(jù)比較實(shí)時(shí)地被寫入磁盤，降低數(shù)據(jù)丟失或損壞的可能性。

(7)軟件模塊的優(yōu)化方面：對(duì)屬于不同功能的程序模塊，產(chǎn)生重要原始數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)，最好由單一的程序模塊進(jìn)行寫硬盤操作，避免其它獨(dú)立程序模塊來共同參與操作，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化時(shí)減少參與者的復(fù)雜度，例如ETC收費(fèi)程序模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊是兩個(gè)獨(dú)立的程序，原始數(shù)據(jù)的生成最好按照數(shù)據(jù)傳輸模塊的格式要求，一步到位全部由收費(fèi)程序模塊完成；而數(shù)據(jù)傳輸模塊只負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)隊(duì)列，不參與中間數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換工作。從而減少非法關(guān)機(jī)時(shí)，因數(shù)據(jù)在緩存中多方兜轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不完整，這樣重要的數(shù)據(jù)可以保證優(yōu)先寫到硬盤。

5 實(shí)際優(yōu)化結(jié)果分析

對(duì)廣西區(qū)內(nèi)300條ETC車道開通6個(gè)月內(nèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，記錄每個(gè)月出現(xiàn)不完整性的次數(shù)，見表1及圖3。

表1 ETC車道數(shù)據(jù)不完整統(tǒng)計(jì)表

圖3 300條ETC不完整性統(tǒng)計(jì)圖

由圖3可知，第一個(gè)月到第三個(gè)月間發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整性現(xiàn)場(chǎng)比較頻繁，在此期間從管理、軟件及硬件模塊等采取了一系列優(yōu)化措施進(jìn)行處理，因而第四個(gè)月到第六個(gè)月，數(shù)據(jù)不完整性現(xiàn)象得到了很大的改善，漸趨于穩(wěn)定，但是我們?nèi)匀豢梢愿鶕?jù)第三部分討論的其它措施，再進(jìn)一步來優(yōu)化該問題，直至將該問題出現(xiàn)的概率降到最低。

6 結(jié)語

針對(duì)ETC車道非正常關(guān)機(jī)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不完整問題，根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)車道多年的運(yùn)行跟蹤，以及在新一代工控機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)和測(cè)試過程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，文章從收費(fèi)流程的規(guī)范管理、電源穩(wěn)定供應(yīng)、硬件電路設(shè)計(jì)的綜合考慮、以及軟件模塊方面的優(yōu)化等角度入手，為解決該問題，探討研究了以上的優(yōu)化方案，通過多種措施綜合考慮，可以在實(shí)際應(yīng)用中極大降低因非正常關(guān)機(jī)而導(dǎo)致車道數(shù)據(jù)丟失的概率，從而減少人工干預(yù)所需的成本，同時(shí)保證收費(fèi)數(shù)據(jù)的及時(shí)上傳入庫(kù)，為加快收費(fèi)數(shù)據(jù)的審核及清分速度提供有力的基礎(chǔ)支撐，從而為促進(jìn)ETC系統(tǒng)有效運(yùn)行提供有效的保障。

[1]北京百度網(wǎng)訊科技有限公司.百度百科詞條：ETC(電子不停車收費(fèi)系統(tǒng))[EB/OL].http：//baike.baidu.com/subview/30019/13224525.htm，2016-05-30.

[2]黨 晉.電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D].太原：太原理工大學(xué)，2014.

Study on Optimization of ETC Lane Data Imperfections

QIN Shang-zhou，ZHANG Hua，HUANG Chun-hua，HE Zeng-zhen

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

In the expressway electronic toll collection system，when the lane IPC is shutdown improperly，because the disk writing by operating system is not the synchronous operation，it results in that the lane data is incomplete because the buffered data in system memory is too late to write back to disk.Re-garding this problem，this article studied and discussed a comprehensive optimization program in terms of process management，power supply module，industrial computer hardware and software modules etc.

Expressway；Toll management；Electronic toll collection system；Embedded system；Incom-plete data；Data buffer

U491

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.026

1673-4874(2016)09-0099-03

2016-05-15

覃上洲(1983—)，工程師，從事智能交通軟件開發(fā)工作；

張 華(1983—)，軟件工程師，從事智能交通軟件開發(fā)工作；

黃春華(1976—)，高級(jí)工程師，從事智能交通研究與軟件開發(fā)工作；

何增鎮(zhèn)(1974—)，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，研究方向：智能交通系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用研究。

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目合同編號(hào)：桂科攻1240 001)