李欣然

（中交一公院西安金路交通工程科技發(fā)展有限責(zé)任公司，陜西 西安710077）

當(dāng)前，高速公路收費(fèi)站形式逐漸由傳統(tǒng)的封閉式收費(fèi)制度調(diào)整成為開(kāi)放式的收費(fèi)制度，并且對(duì)行駛車(chē)輛進(jìn)行了分段的計(jì)費(fèi)和扣費(fèi)形式[1]。在每個(gè)互通立交之間都會(huì)設(shè)置ETC門(mén)架監(jiān)控控制器，而該裝置在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的質(zhì)量，直接影響著高速公路收費(fèi)的業(yè)務(wù)水平。基于此，開(kāi)展ETC門(mén)架監(jiān)控控制器在高速公路收費(fèi)站中的應(yīng)用研究。

1 高速公路收費(fèi)站中ETC 門(mén)架監(jiān)控控制器設(shè)計(jì)

ETC門(mén)架監(jiān)控控制器由ETC傳感器網(wǎng)絡(luò)、通信控制及傳輸、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常報(bào)警及顯示三部分組成，其中ETC傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)載ETC終端信號(hào)的采集與識(shí)別，通信控制及傳輸模塊完成ETC信息及圖像信息上傳信息、控制指令等下傳信息的穩(wěn)定、低延時(shí)傳輸，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常報(bào)警及顯示是人機(jī)交互接口，完成人在環(huán)路的控制功能。

1.1 ETC門(mén)架監(jiān)控控制器布設(shè)

ETC 門(mén)架監(jiān)控控制器是高速公路收費(fèi)站當(dāng)中的重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)將監(jiān)控器設(shè)立在交通流量大的互通樞紐的匝道位置上，或設(shè)置在沿線的各個(gè)收費(fèi)站匝道上。圖1 為ETC門(mén)架監(jiān)控控制器布設(shè)示意圖。架。選擇在臨近建設(shè)區(qū)域位置上的高速公路收費(fèi)站，在該位置上敷設(shè)兩條長(zhǎng)度、橫截面面積等參數(shù)完全相同的通信光纜，將其延伸到ETC門(mén)架監(jiān)控控制器的門(mén)架位置，以此構(gòu)成與ETC門(mén)架上行、下行以及收費(fèi)站，三者于一體的封閉式環(huán)路，為ETC門(mén)架監(jiān)控控制器提供更加快速的通信數(shù)據(jù)傳輸條件。為了保證ETC門(mén)架監(jiān)控控制器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中接收信息的準(zhǔn)確性，在ETC 門(mén)架上還配備4G或5G路由器，以此構(gòu)成擔(dān)憂主備雙鏈路的通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

圖1 ETC 門(mén)架監(jiān)控控制器布設(shè)示意圖

1.2 多ETC門(mén)架監(jiān)控控制器通信傳輸及控制

在每臺(tái)ETC 門(mén)架監(jiān)控控制器上均配備了單獨(dú)的一組監(jiān)測(cè)體系，多個(gè)ETC門(mén)架監(jiān)控控制器之間的通信傳輸與連通時(shí)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的接入完成。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，將控制器監(jiān)測(cè)到的信號(hào)傳遞到控制中心。當(dāng)接收到相應(yīng)的信號(hào)后，將其與之前存儲(chǔ)的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行處理，并對(duì)ETC門(mén)架的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以此幫助ETC門(mén)架管理人員對(duì)其進(jìn)行運(yùn)維決策[2]。以此，將被動(dòng)的ETC門(mén)架養(yǎng)護(hù)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的ETC門(mén)架養(yǎng)護(hù)方式，進(jìn)一步降低對(duì)資源的浪費(fèi)。圖2 為多臺(tái)ETC門(mén)架監(jiān)控控制器通信傳輸流程圖。

圖2 多臺(tái)ETC 門(mén)架監(jiān)控控制器通信傳輸流程圖

在ETC門(mén)架監(jiān)控控制器當(dāng)中連接用于對(duì)ETC門(mén)架電源能耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置以及光纜通訊設(shè)備，以此對(duì)整個(gè)ETC門(mén)架和道路運(yùn)行等工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而對(duì)ETC 門(mén)架運(yùn)行的電流、電壓、功率以及設(shè)備的能耗等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。在ETC門(mén)架監(jiān)控控制器當(dāng)中引入輔助決策樹(shù)，通過(guò)該模塊對(duì)ETC門(mén)架發(fā)生異常運(yùn)行情況時(shí)的維護(hù)工作方式進(jìn)行選擇，并對(duì)ETC門(mén)架的養(yǎng)護(hù)周期和可靠度預(yù)警等進(jìn)行干預(yù)。

對(duì)于多ETC門(mén)架并行工作系統(tǒng)，屏蔽干擾、準(zhǔn)確識(shí)別是功能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。各ETC門(mén)架工作中發(fā)射的電磁波會(huì)形成串?dāng)_，雙車(chē)道同時(shí)行車(chē)也會(huì)存在同源干擾，而解決串?dāng)_常用的降低發(fā)射功率辦法與車(chē)牌識(shí)別準(zhǔn)確率之間存在矛盾點(diǎn)。為有效、低成本的解決多通道信號(hào)串?dāng)_問(wèn)題，可以使用通道編碼的技術(shù)手段，即對(duì)同一站點(diǎn)多路ETC門(mén)架的信號(hào)采用編碼方式加以區(qū)分，考慮到系統(tǒng)復(fù)雜度和響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題，編碼設(shè)置為8 位，TTL 碼型，考慮到ETC 門(mén)架間相鄰干擾最為嚴(yán)重，因此編碼分為前后各4 位翻轉(zhuǎn)模式編制，實(shí)現(xiàn)對(duì)各ETC門(mén)架穩(wěn)定工作的設(shè)計(jì)要求。

1.3 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常報(bào)警及顯示

按照?qǐng)?bào)警電路顯示設(shè)計(jì)方式，在本文設(shè)計(jì)的ETC門(mén)架監(jiān)控控制器當(dāng)中引入LCD5520 型號(hào)的液晶顯示器，并通過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)終端的接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控過(guò)程中產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)的報(bào)警和顯示[3]。在ETC門(mén)架監(jiān)控控制器開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，將通過(guò)攝像頭掃描到的ETC門(mén)架各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，并通過(guò)液晶顯示器顯示在控制中心當(dāng)中。圖3 為ETC門(mén)架監(jiān)控控制器數(shù)據(jù)異常報(bào)警與顯示模塊組成。

圖3 ETC 門(mén)架監(jiān)控控制器數(shù)據(jù)異常報(bào)警與顯示模塊組成

為了方便ETC門(mén)架監(jiān)管人員對(duì)ETC門(mén)架狀態(tài)的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)無(wú)線通信的形式，將控制中心顯示器當(dāng)中顯示的各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)管人員手持設(shè)備當(dāng)中，以此做到更加快速的對(duì)ETC門(mén)架狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]。將ETC門(mén)架在運(yùn)行過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)范圍進(jìn)行設(shè)定，包括ETC門(mén)架是否正常運(yùn)行、ETC門(mén)架是否損壞、ETC門(mén)架天線以及相關(guān)設(shè)備的外觀狀態(tài)和ETC門(mén)架是否被異物遮擋等信息[5]。便于ETC 門(mén)架監(jiān)控控制器在ETC 門(mén)架異常時(shí)更加快速地對(duì)ETC 門(mén)架的運(yùn)行情況以及ETC門(mén)架信息進(jìn)行顯示。為了方便高速公路收費(fèi)站人員對(duì)監(jiān)控情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在ETC門(mén)架監(jiān)控控制器的顯示器上設(shè)置四個(gè)引腳，分別用于控制顯示器亮度、連接顯示器與監(jiān)控器、裝置質(zhì)量的輸入和輸出、對(duì)ETC門(mén)架運(yùn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)[6]。通過(guò)ETC門(mén)架監(jiān)控控制器的顯示裝置，高速公路收費(fèi)站人員能夠在第一時(shí)間查看到收費(fèi)站周?chē)鶨TC門(mén)架的運(yùn)行情況，并通過(guò)事先設(shè)定的區(qū)域范圍，產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)后，立即進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，并發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信號(hào)。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

完成對(duì)本文ETC門(mén)架監(jiān)控控制器設(shè)計(jì)后，選擇以某地區(qū)高速公路為例，該高速公路每日的車(chē)流量較大，采用傳統(tǒng)ETC門(mén)架監(jiān)控控制器很難完成對(duì)車(chē)輛的有效監(jiān)測(cè)，因此本文將新的ETC門(mén)架監(jiān)控控制器引入到該高速公路的收費(fèi)站中。表1 為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

根據(jù)表1 中的參數(shù)設(shè)定，完成本文ETC門(mén)架監(jiān)控控制器的實(shí)際運(yùn)行，將運(yùn)行結(jié)果與傳統(tǒng)控制器進(jìn)行比較，驗(yàn)證本文ETC門(mén)架監(jiān)控控制器的應(yīng)用效果。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄，并繪制成如表2 所示。

表2 兩種控制器實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由表2 中的數(shù)據(jù)可以看出，在本文控制器的運(yùn)行下，ETC門(mén)架穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間明顯比傳統(tǒng)控制器運(yùn)行下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，第二次實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)控制器出現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間僅為12.84min的原因是由于，在實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始階段ETC門(mén)架出現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸異?，F(xiàn)象，通過(guò)本文控制器的調(diào)節(jié)在對(duì)短的時(shí)間內(nèi)完成了對(duì)ETC門(mén)架的快速維護(hù)，而傳統(tǒng)方法并未完成對(duì)ETC門(mén)架的維護(hù)造成在后續(xù)時(shí)間內(nèi)ETC門(mén)無(wú)法保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的問(wèn)題產(chǎn)生。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的ETC門(mén)架監(jiān)控控制器在高速公路收費(fèi)站實(shí)際應(yīng)用中，能夠提供更加精準(zhǔn)的控制操作，并確?？刂菩剩瑸镋TC 門(mén)架的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，進(jìn)一步降低了ETC門(mén)架運(yùn)行和維護(hù)的成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的高效利用。

結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)開(kāi)展ETC門(mén)架監(jiān)控控制器在高速公路收費(fèi)站中的應(yīng)用研究，設(shè)計(jì)了一種全新的控制器裝置，在高速公路建設(shè)大環(huán)境下，ETC 門(mén)架及相關(guān)配套附屬裝置是發(fā)展智慧公路建設(shè)的主要基礎(chǔ)設(shè)施。因此，在后續(xù)的研究中，本文還將沿用該控制器的設(shè)計(jì)思路，針對(duì)高速公路上各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施及裝置的建設(shè)進(jìn)行深入研究，為實(shí)現(xiàn)高速公路高質(zhì)量、高水準(zhǔn)運(yùn)行提供技術(shù)條件。