譚 浩

（湖北交投集團武黃高速公路運營管理有限公司,湖北 武漢 430000）

0 引言

近年來，我國的高速公路收費改革持續(xù)推進，在現(xiàn)代化技術(shù)支持下構(gòu)建的ETC門架系統(tǒng)，為快速收費提供了技術(shù)支持。雖然在當下的發(fā)展條件下，ETC門架系統(tǒng)表現(xiàn)出了可靠性、精準性的優(yōu)勢，但尚存在一些問題，特別是在智慧運維模式下，為保障系統(tǒng)可靠性，需注重相關(guān)技術(shù)的科學應(yīng)用。未來隨著人工智能在ETC門架系統(tǒng)中的使用，系統(tǒng)必將有更為完整的功能和更為優(yōu)越的性能。

1 ETC門架系統(tǒng)基本概述

1.1 聯(lián)網(wǎng)收費總體架構(gòu)

當前的高速公路發(fā)展中，基本建成了全國聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)，系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜，以部聯(lián)網(wǎng)中心、省聯(lián)網(wǎng)中心、省內(nèi)區(qū)域/路段中心、ETC門架、收費站、ETC車道為主，如圖1所示。

圖1 全國高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

全國高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)中，ETC門架系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵構(gòu)成部分，這一子系統(tǒng)包含有門架結(jié)構(gòu)、RSU天線、天線控制器、高清攝像機、車牌識別器、補光燈、以太網(wǎng)交換機、站級服務(wù)器、站級工作站、通信與供電系統(tǒng)等。不同系統(tǒng)之間的相互配合，使ETC門架系統(tǒng)兼具多個功能，為公路收費提供了巨大的便捷性，形成了智能化工作模式。

1.3 系統(tǒng)功能

ETC門架的技術(shù)、結(jié)構(gòu)決定了其功能的多樣性，結(jié)合當前的ETC門架系統(tǒng)，系統(tǒng)支持雙片式或者單片式車載單元、5.8 GHz復(fù)合通行卡，在公路中建立了ETC門架系統(tǒng)后，一旦有車輛通過系統(tǒng)，車載單元（OBU）自動激活，直接與門架通信，由ETC分段計費與扣費，自動生成交易流水；MTC車輛經(jīng)過門架時，門架系統(tǒng)自動將路段信息、費用信息記入復(fù)合通信卡，生成路徑信息、費用通行記錄[1]。

1.3.1 車牌識別功能

車牌識別是ETC門架系統(tǒng)最為基礎(chǔ)的功能，在此功能的支持下，門架抓拍區(qū)域自主識別車牌顏色、號碼等基本信息，采集到的信息被上傳到相應(yīng)的模塊，生成圖像流水記錄。一旦在ETC門架系統(tǒng)中出現(xiàn)了雙片式OBU未插卡、車載單元被拆卸等異常情況，導致無法保持正常通信，在車牌識別系統(tǒng)輔助下，系統(tǒng)在短時間內(nèi)可恢復(fù)正常狀態(tài)，生成完整的路徑信息。

1.3.2 自我檢測、程序更新功能ETC門架系統(tǒng)也具備自我檢測、程序更新的功能，當處于正常運行條件時，ETC系統(tǒng)的運行信息、設(shè)備實時狀態(tài)信息同步被發(fā)送到省級聯(lián)網(wǎng)中心，中心接收了信息后，由其統(tǒng)一下發(fā)系統(tǒng)參數(shù)[2]。在同一路段上的兩個門架，獨立工作，二者互為冗余，如果發(fā)生了通信網(wǎng)絡(luò)異常的情況，可立即進入脫機離線狀態(tài)，在通信正常后，自動將本地滯留數(shù)據(jù)上傳到省聯(lián)網(wǎng)中心系統(tǒng)。

2 ETC門架智慧運維關(guān)鍵技術(shù)

2.1 運維業(yè)務(wù)流程重構(gòu)

在ETC門架智慧運維系統(tǒng)中，運維業(yè)務(wù)流程的重構(gòu)是其中的重點部分，具體如圖2所示。

圖2 高速公路機電運維流程

傳統(tǒng)的運維模式下，在運維過程中涉及了省高速公路監(jiān)控中心、收費站、路段監(jiān)控中心、運維單位等主體，運維為分級管理模式。收費站監(jiān)控室負責日常的巡檢，一旦在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)了異常情況，及時將此異常情況上報；路段監(jiān)控中心依據(jù)對故障類型、等級、維護級別的確定，利用電話等方式派發(fā)工單，通知運維單位并組織專人進入現(xiàn)場開展專業(yè)化維護，生成運維報告，將全部的運維信息匯總后上傳給省高速公路監(jiān)控中心。

智慧運維模式下的ETC門架系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)運維模式無法比擬的優(yōu)越性，其業(yè)務(wù)流程主要表現(xiàn)在以下幾個方面：故障申報，在系統(tǒng)的故障申報頁面上直接上報故障情況；工單下發(fā)，當設(shè)備確認故障后自動生成派工單并下發(fā)到運維中心；方案審核，由運維中心對已有故障所提交的技術(shù)方案實施全面審查；維修上報，組織專人進入現(xiàn)場開展設(shè)備維修，將結(jié)果上報給分中心[3]。

2.2 接口標準化

隨著ETC門架系統(tǒng)的形成，所構(gòu)建的系統(tǒng)在運維的過程中可以保持相對的穩(wěn)定性。因為功能較多，為發(fā)揮系統(tǒng)功能和性能優(yōu)勢，系統(tǒng)中配備有多種設(shè)備。為保障這些不同設(shè)備之間的可靠連接，應(yīng)用接口標準化技術(shù)，通過接口保障不同設(shè)備、子系統(tǒng)之間的可靠關(guān)聯(lián)。在ETC門架智慧運維方案設(shè)計的初期階段，采用統(tǒng)一設(shè)備接口標準，依據(jù)設(shè)備選型、采購對廠家設(shè)備的接口需求，為設(shè)備運維預(yù)留標準化智能接口。在接口的科學設(shè)置下，不同模塊、子系統(tǒng)之間可保持良好的連接，系統(tǒng)通信更為高效。通過接口得到關(guān)于設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)等方面的信息，經(jīng)由對這些信息的掌握，能了解設(shè)備的具體情況，進而制定更有針對性的維護策略。通過這一方式，提升了運維效率，解決了設(shè)備運行中的諸多問題。標準化接口下，設(shè)備狀態(tài)方面的信息能從心跳數(shù)據(jù)包中得到，ETC門架設(shè)備定期產(chǎn)生1條心跳數(shù)據(jù)，在接口下所得到的心跳數(shù)據(jù)可實時上傳到相應(yīng)模塊。

2.3 基于機器學習的智慧運維決策技術(shù)

ETC門架系統(tǒng)中，為構(gòu)建智慧運維模式，需應(yīng)用智慧運維決策技術(shù)，在具體的系統(tǒng)設(shè)計中，引入機器學習方法實現(xiàn)故障的遠程識別、運維決策。在智能技術(shù)不斷進步的今天，機器學習有了顯著的發(fā)展，智能學習可以分析歷史數(shù)據(jù)，從中獲得各項指標的規(guī)律性特征，依據(jù)實時掌握的信息，對未知信息加以預(yù)測。在ETC門架系統(tǒng)的智慧運維所構(gòu)建的運維決策模型中，2個階段均采用的是機器學習思維。第一個階段為系統(tǒng)的故障學習階段，能對ETC門架系統(tǒng)內(nèi)的各個設(shè)備開展狀態(tài)、參數(shù)、故障情況等的關(guān)聯(lián)分析，經(jīng)由智能學習模塊對歷史數(shù)據(jù)的學習，預(yù)測故障發(fā)生的概率、類型。第二個階段為運維決策階段，參考歷史運維記錄、運維效果，對不同故障條件下運維策略的合理性加以精準評估，構(gòu)建專業(yè)的運維決策學習模型，自動生成實時故障運維工單。在系統(tǒng)投入運行的最初階段，故障學習模型、運維決策學習模型都被賦予了初始參數(shù)。在運維工作持續(xù)開展的過程中，模型不斷自我學習，積累數(shù)據(jù)，依據(jù)相應(yīng)的結(jié)果進行參數(shù)的調(diào)整，使模型與實際相符合。

2.4 機柜空調(diào)監(jiān)控技術(shù)

在ETC門架智慧平臺的運行中，利用智能精密空調(diào)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控終端與空調(diào)連接，隨后經(jīng)由網(wǎng)線實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的連接，此方式可全面采集空調(diào)的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。由智能化模塊監(jiān)測與分析空調(diào)的運行情況，采用Web網(wǎng)頁、郵件或者SNMP等方式，實時顯示空調(diào)數(shù)據(jù)與狀態(tài)，一旦監(jiān)測到了異常數(shù)據(jù)，立即啟動報警模塊。通過網(wǎng)頁界面可對空調(diào)開展遠程開關(guān)機控制，即使發(fā)生了停電重新來電的情況，也可自動恢復(fù)到停電前的狀態(tài)，使機房溫度、濕度等參數(shù)保持正常，滿足機房運行中的環(huán)境需求。機柜空調(diào)監(jiān)控方案實現(xiàn)了對UPS、空調(diào)、鋰電池、門禁、機房環(huán)境的集中化、遠程化管理，在監(jiān)控到異常情況時，自動推送報警信息。

2.5 智能機柜技術(shù)

ETC門架在高速公路中的使用，有效提高了高速公路管理水平和服務(wù)的便捷性。在現(xiàn)階段的條件下，技術(shù)不斷進步，ETC門架智慧運營系統(tǒng)包含的現(xiàn)代化技術(shù)越來越多，智能機柜技術(shù)成為了其中的重點技術(shù)。此技術(shù)的使用，為ETC門架系統(tǒng)整體設(shè)備收容管理預(yù)留了更多的容量空間。多制式電壓輸出設(shè)備在智能機柜技術(shù)輔助下，運營更為智能，符合節(jié)能運行的需求，完全能滿足24 h不間斷、高可靠運行的條件。很多地方的高速公路ETC門架智慧運維系統(tǒng)，通過智能機柜技術(shù)與其他技術(shù)的結(jié)合，滿足了部、省級平臺分級分域統(tǒng)一管理、可視化管理的標準。此外，智能機柜兼具物理防盜功能，柜體本體無裸露可拆卸零部件，基本不會發(fā)生人為損壞的現(xiàn)象，系統(tǒng)的門開告警功能，由智能化模塊實時監(jiān)控電子門鎖的開關(guān)狀態(tài)，一旦監(jiān)控到了異常情況，立即發(fā)送告警信息，提醒相關(guān)人員開展專業(yè)化處理。

3 平臺實現(xiàn)與應(yīng)用

3.1 平臺總體架構(gòu)

在上述各種技術(shù)的綜合應(yīng)用下，所構(gòu)建的ETC門架智慧運維平臺可滿足實際的使用需求。此平臺架構(gòu)從下到上分別為數(shù)據(jù)采集層、基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)支持層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、Web服務(wù)層。

數(shù)據(jù)采集層負責的是各種數(shù)據(jù)和信息的采集，ETC系統(tǒng)運行時，這一層級接入了ETC門架機電設(shè)備，自動采集設(shè)備的基礎(chǔ)信息、實時狀態(tài)參數(shù)。這一層級中的數(shù)據(jù)采集和整合，能對機電設(shè)備實施專業(yè)化管理，維持正常的運行狀態(tài)，達到運維管理的目標?；A(chǔ)層內(nèi)配備有Web服務(wù)器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、嵌入式設(shè)備，這些設(shè)備的配置可以使基礎(chǔ)層為ETC門架的運行提供有效的保障。數(shù)據(jù)層兼具數(shù)據(jù)的處理功能，將前期采集到的門架運行狀態(tài)，故障信息的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，維修記錄，解決措施等數(shù)據(jù)集中存儲，實施專業(yè)化管理。業(yè)務(wù)支持層提供統(tǒng)一的總線服務(wù)，對系統(tǒng)內(nèi)的各種組件都實施管控，如業(yè)務(wù)服務(wù)中間件、應(yīng)用中間件、安全中間件、數(shù)據(jù)交換平臺，通過業(yè)務(wù)支持層對各類組件的管理，保障各種組件發(fā)揮應(yīng)有的作用[4]。業(yè)務(wù)應(yīng)用層可實現(xiàn)全省門架系統(tǒng)的故障監(jiān)測，同時還兼具故障維修流程監(jiān)管、維修評價、日常養(yǎng)護計劃制定等多種功能。Web服務(wù)層中的Web端極為重要，具備權(quán)限信息瀏覽、設(shè)備操作、數(shù)據(jù)庫查詢的功能。

3.2 平臺實現(xiàn)

3.2.1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控

ETC門架系統(tǒng)中涉及了多種設(shè)備。所構(gòu)建的平臺要對設(shè)備的運行狀態(tài)加以全面監(jiān)控。機電設(shè)備監(jiān)控是保障設(shè)備可靠運轉(zhuǎn)的前提，在平臺中實時接入設(shè)備狀態(tài)參數(shù)、工作參數(shù)，依據(jù)對這些數(shù)據(jù)信息的分析，可判定設(shè)備運行狀態(tài)、故障情況。一旦監(jiān)測到設(shè)備存在異常情況，立即開展故障預(yù)警。

3.2.2 運行情況展示

在道路網(wǎng)中可清晰顯示門架系統(tǒng)內(nèi)的位置、狀態(tài)信息，后臺操作人員可點擊頁面站點，在點擊的過程中自動彈出該站點ETC門架的實時狀態(tài)、所屬道路信息。一旦在系統(tǒng)運行的過程中設(shè)備出現(xiàn)了異常，在地圖上自動彈出報警信息。

3.2.3 三維監(jiān)控巡檢

ETC平臺負責三維監(jiān)控巡檢，在設(shè)備接口輔助下，采集其中的關(guān)鍵設(shè)備車道控制器、站級服務(wù)器的在線狀態(tài)、心跳信息，依據(jù)對采集信息的處理，實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)車牌的精準識別。一旦在系統(tǒng)運行中發(fā)生了設(shè)備異常或者故障，自動報警，同步生成報警記錄。運維人員在平臺三維巡檢功能下，遠程對設(shè)備故障區(qū)域內(nèi)的故障情況、原因等加以判定。這種遠程化操作的方式，有利于各種故障的科學解決，保障運維效率[5]。

3.3 ETC門架系統(tǒng)智慧運維管理措施

（1）建立網(wǎng)絡(luò)安全預(yù)案機制。ETC智慧門架系統(tǒng)中不可忽視專用收費網(wǎng)絡(luò)的管理與維護，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)情況和平臺特征，制定網(wǎng)絡(luò)安全預(yù)案，構(gòu)建科學且可行的網(wǎng)絡(luò)安全管理制度，實施網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的監(jiān)測與預(yù)警，針對可能出現(xiàn)的緊急情況，提前制定應(yīng)急預(yù)案。

（2）明確網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重點安全防護對象。對于系統(tǒng)中一些薄弱環(huán)節(jié)的攻擊行為，在內(nèi)部區(qū)域須規(guī)劃和設(shè)計安全地帶，整體安全系統(tǒng)中可引入平衡全面的保護技術(shù)。有關(guān)人員要對ETC門架智慧運維系統(tǒng)中的各個部分開展安全風險等級的劃分，依據(jù)不同的等級要求，開展安全防護。應(yīng)定期對內(nèi)部系統(tǒng)的存儲信息、系統(tǒng)保護防火墻的實際情況加以檢查與監(jiān)督，判定系統(tǒng)內(nèi)是否存在病毒傳染或者黑客入侵等異常行為。

4 結(jié)束語

在當前的發(fā)展條件下，ETC門架智慧運維系統(tǒng)的建設(shè)水平、運行穩(wěn)定性關(guān)乎高速公路收費的便捷性，為發(fā)揮這一系統(tǒng)在道路管理中的重要作用，在開展ETC門架智慧運維系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)時，須強化關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用。在當前的技術(shù)發(fā)展條件下，ETC門架智慧運維方面的技術(shù)取得了顯著的成效，但技術(shù)發(fā)展方面還有很大的發(fā)展空間，未來需加大這一方面的技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新。