張紅梅

（山西交通控股集團(tuán)有限公司 太舊高速公路分公司，山西 太原 030031）

0 引言

高速公路不停車電子收費（ETC）系統(tǒng)是智能交通的重要組成部分，對提高高速公路收費站的通行能力、減少收費站排隊擁堵現(xiàn)象、降低能源消耗和環(huán)境污染等方面有非常積極的作用，受到了社會的廣泛認(rèn)可。隨著全國取消省界收費站工作的圓滿完成，ETC聯(lián)網(wǎng)收費進(jìn)入了一個新的歷史時期。

ETC聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息對高速公路運營管理決策，交通運輸行業(yè)運行監(jiān)測乃至區(qū)域經(jīng)濟(jì)運行分析都具有非常重要的作用?；谑召M站通行量數(shù)據(jù)和ETC門架數(shù)據(jù)進(jìn)行收費站擁堵預(yù)警監(jiān)測，能夠有效提高高速公路各收費站通行能力及運行管理決策水平，提高高速公路運營效率，確保路網(wǎng)安全暢通。

1 建設(shè)背景

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會車輛保有量不斷增加，社會公眾出行和物流快速流轉(zhuǎn)對高速公路暢通運營提出了更高的要求。區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡性、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及運輸結(jié)構(gòu)特征，引起了高速公路路段通行量的不均衡性。

山西交通控股集團(tuán)有限公司太舊高速公路分公司所轄太舊、平陽、五盂、陽泉西環(huán)4條路段，其中太舊高速公路（太原—舊關(guān)）、平陽高速公路（太原—陽泉）是國家高速公路網(wǎng)青銀高速、京昆高速的重要組成部分，是山西省重要的煤炭運輸通道和出省高速，運營里程約269 km，共設(shè)匝道收費站11處。由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)特點，部分收費站常年處于易擁堵狀態(tài)，在節(jié)假日、惡劣天氣以及季節(jié)性流量增加時，收費站安全暢通運營面臨著極大困難和挑戰(zhàn)。因此，通過更加科學(xué)、及時、準(zhǔn)確的運行監(jiān)測和預(yù)警手段，提前感知路網(wǎng)、路網(wǎng)運行態(tài)勢，實現(xiàn)收費站運營管理的科學(xué)決策迫在眉睫。

2 設(shè)計思路和原則

收費站實際通行能力是評價收費站的一個重要指標(biāo)，它由設(shè)計理論值和具體運行情況相結(jié)合得出。在實際運行中，不同收費站收費廣場車輛容量不同，通過對收費站流量實時監(jiān)測，通過出口流量數(shù)據(jù)、ETC門架數(shù)據(jù)、上下行流量數(shù)據(jù)對收費站車流數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，當(dāng)車流量接近、達(dá)到、超過收費站流量閾值時，在不同時間段進(jìn)行提前告警，提示管理人員及時采取有效措施完成車輛疏導(dǎo)，緩解收費站出口廣場的擁堵，提高運營服務(wù)水平。

系統(tǒng)設(shè)計堅持以下原則：一是業(yè)務(wù)前瞻性原則，根據(jù)高速公路管理發(fā)展和規(guī)劃，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)具備一定的前瞻性，統(tǒng)籌考慮高速公路聯(lián)網(wǎng)收費技術(shù)發(fā)展趨勢，結(jié)合未來技術(shù)發(fā)展，以更豐富可靠的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)支撐；二是技術(shù)先進(jìn)性原則，采用主流架構(gòu)和技術(shù)，確保系統(tǒng)功能性能滿足需求，并便于后期拓展；三是數(shù)據(jù)安全性、可追溯原則，系統(tǒng)充分考慮對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，對各個重要數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行備份，確保數(shù)據(jù)安全性，并建立高效的數(shù)據(jù)索引以實現(xiàn)快速查詢；四是工作流程去人工化原則，隨著高速公路收費業(yè)務(wù)的復(fù)雜度不斷增大，系統(tǒng)將更多的工作流程進(jìn)行自動化或半自動化操作，極大程度降低人工干預(yù)的可能，也降低人工誤操作的可能性。

3 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)各收費站實際運行中的管理需求，結(jié)合收費數(shù)據(jù)情況，對系統(tǒng)進(jìn)行總體架構(gòu)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計和應(yīng)用功能模塊設(shè)計。

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計

在運營管理中，系統(tǒng)采用路段內(nèi)多級分層管理方式，對流水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集上傳、預(yù)處理后，針對不同層級用戶所關(guān)注的信息差異，平臺提供從粗到細(xì)，逐級下鉆的功能，滿足不同層級的管理需求。業(yè)務(wù)層級如圖1所示。

圖1 業(yè)務(wù)管理層級圖

根據(jù)各級業(yè)務(wù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)劃、劃分對應(yīng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)劃如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計

復(fù)用現(xiàn)有收費車道/ETC門架到收費站、路段中心的網(wǎng)絡(luò)鏈路，系統(tǒng)采用路段集中部署方式，通過內(nèi)部生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)向路段管理人員、收費站管理人員提供車流監(jiān)測和預(yù)警服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.3 應(yīng)用功能設(shè)計

3.3.1 車流實時顯示

通過可視化圖形、列表、消息推送等形式，實時展示收費站前后30 km范圍內(nèi)門架、收費站的實時車流量。

3.3.2 閾值設(shè)置

系統(tǒng)提供界面，對有權(quán)限人員可以進(jìn)行相關(guān)管理閾值設(shè)置，當(dāng)累計流量接近或超過閾值，系統(tǒng)主動進(jìn)行告警。

3.3.3 車流預(yù)警

系統(tǒng)設(shè)置車流閾值，當(dāng)快到達(dá)閾值時，系統(tǒng)通過聲音、界面紅色顯色、彈窗告警等方式發(fā)出預(yù)警提示。

3.3.4 車流恢復(fù)穩(wěn)定預(yù)判

通過收費站前后30 km范圍內(nèi)門架、收費站的實時車流量的分析，對收費站車流恢復(fù)穩(wěn)定所需時間進(jìn)行預(yù)判。

3.3.5 歷史車輛分流分析

通過分析收費站上行和下行車道各門架的歷史車流量，結(jié)合入口收費站的入口信息分析數(shù)據(jù)，對當(dāng)天不同時段車輛的分流情況進(jìn)行預(yù)判分析。

3.3.6 路段車流顯示

車流信息顯示可以按照收費站、門架、路段等不同維度進(jìn)行展示。

3.3.7 統(tǒng)計查詢

可查詢各種運營數(shù)據(jù)的綜合報表，通過詳實的明細(xì)報表，全面了解該路段的車流情況。

3.3.8 應(yīng)急處置

當(dāng)車流達(dá)到不同等級的預(yù)警值時，啟動對應(yīng)不同等級的應(yīng)急處置，系統(tǒng)記錄具體執(zhí)行情況。

3.3.9 系統(tǒng)管理

可對系統(tǒng)用戶進(jìn)行權(quán)限管理、系統(tǒng)配置管理以及操作日志查詢。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

結(jié)合應(yīng)用需求、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)及數(shù)據(jù)安全情況，選用目前主流B/S架構(gòu)和Java技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫選用Microsoft SQL Server 2017。

在系統(tǒng)開發(fā)功能和性能方面，功能上應(yīng)滿足上述設(shè)計功能。性能方面可靠性要求每100 000次操作少于3次錯誤；穩(wěn)定性要求穩(wěn)定運行時間大于10 000 h；打開一般系統(tǒng)界面的響應(yīng)時間在2 s內(nèi)；對于一般的系統(tǒng)提交操作，響應(yīng)時間在3 s內(nèi)；對于簡單的查詢操作，響應(yīng)時間在2 s內(nèi)，對于較復(fù)雜的組合查詢，響應(yīng)時間在5 s內(nèi)。

5 結(jié)語

基于ETC門架流量數(shù)據(jù)的收費站車流擁堵預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)已開發(fā)完成，并成功應(yīng)用于太舊高速的晉中北、陽泉收費站，平陽高速的東梁、東黃水收費站。系統(tǒng)投入使用半年來，各項功能運行正常，在4個收費站累計觸發(fā)預(yù)警18次，有效預(yù)警率達(dá)94%，對各收費站提前啟動預(yù)案，及時疏導(dǎo)放行提供了科學(xué)決策依據(jù)，對保障收費站正常運行起到了積極作用。