■文/圖｜福建泉廈高速公路管理有限公司 徐智勇 張金開 張志雄

高速公路省界收費站取消之后，收費站ETC車道大量推廣建設(shè)，ETC車道的無人化值守水平也隨之提高，但同時也出現(xiàn)一些不足。例如收費軟件突發(fā)故障卡死，或者車道出現(xiàn)斷電事故，電動欄桿處于抬桿狀態(tài)時，可能出現(xiàn)ETC車輛未交費直接通行的情況。針對該問題，福建泉廈高速公路管理有限公司（以下簡稱“泉廈公司”）研發(fā)了智慧欄桿機，解決ETC車道無人值守產(chǎn)生的欄桿機脫桿、斷桿、長時間不落桿、線圈短路等故障信息無法及時發(fā)現(xiàn)的問題，實現(xiàn)快速處理，提高通行效率。

管理需求

2019年實施取消省界收費站項目后，泉廈公司所轄7個收費站的ETC車道增加為62個，造成機電設(shè)備的維護難度加大，且ETC車道的無人值守特性決定了對設(shè)備維護及時性的高要求。由于彼時欄桿機的實時監(jiān)測和故障報警功能不完善，逐漸無法滿足運維需求。2019年9月10日，池店收費站ETC出口六車道收費軟件突發(fā)故障卡死，導(dǎo)致前車過車后欄桿接收不到落桿信號一直處于抬桿狀態(tài)，161部ETC車未能正常交費直接駛離高速公路。2020年6月23日，翔安收費站出口兩車道突然發(fā)生斷電事故，電動欄桿一直處于打開狀態(tài)，事后通過審片查詢共有51車次過車未交易。上述兩個案例表明傳統(tǒng)的“人工巡查-發(fā)現(xiàn)故障-現(xiàn)場維修”的管養(yǎng)模式已經(jīng)逐漸不能滿足運維需求，迫切需要更智能的管理手段來主動發(fā)現(xiàn)并解決問題。

傳統(tǒng)的欄桿機運行狀態(tài)監(jiān)測手段是通過路網(wǎng)中心調(diào)度員利用視頻輪巡或收費站現(xiàn)場稽查人員巡視的方式來進行，每個路網(wǎng)中心都涵蓋上百條車道，收費站現(xiàn)場稽查人員也要巡視十幾條車道，一旦出現(xiàn)欄桿狀態(tài)異常，或因放行導(dǎo)致費源流失的情況，都難以及時發(fā)現(xiàn)。ETC車道連續(xù)過車時，自動欄桿機會一直處于抬桿狀態(tài)，這也將影響工作人員對于車道是否處于異常抬桿狀態(tài)的誤判、漏判。

由于影響欄桿機不正常工作的因素多樣，僅僅通過現(xiàn)場“眼看、手摸、耳聞”獲取欄桿機故障原因的手段效率不高、效果不佳，且稽查人員或信息員的認知水平各不相同，在上報故障時，未必能夠清楚說明欄桿機故障的原因，必須經(jīng)維護人員到現(xiàn)場排查后才能找到故障問題所在，影響欄桿機故障修復(fù)效率。因此依靠現(xiàn)有管理手段并不能及時發(fā)現(xiàn)問題，迫切需要借助科技力量，實現(xiàn)欄桿機精細化管理，讓自動欄桿機可以“自己說話”。

解決方案

主要思路

為了解決上述問題，泉廈公司提出了智慧欄桿機的概念，即“智慧欄桿機=常規(guī)欄桿機+自診斷功能+智慧管養(yǎng)功能”，智慧欄桿機在常規(guī)欄桿機的基礎(chǔ)上，增加多種傳感器，利用4G/5G無線傳輸技術(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_并進行管理，實現(xiàn)故障自診斷，并對故障進行報警，提示機維人員進行維護處理。此外，針對部分故障，智慧欄桿機還能遠程進行操作，實現(xiàn)故障快速處理。

依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智慧欄桿機能夠自動采集實時數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息功能，具有欄桿機實時狀態(tài)監(jiān)測、異常故障報警、遠程操作重啟、防逃費四大功能。

依托故障自診斷技術(shù)，智慧欄桿機能夠通過現(xiàn)場聲光報警將欄桿機設(shè)備狀態(tài)反饋給收費人員立即處理；將故障信息發(fā)送給相關(guān)技術(shù)人員，通知其在第一時間了解欄桿機故障，對一些可以遠程恢復(fù)的故障，遠程操控復(fù)位；對于需要到現(xiàn)場恢復(fù)的故障，可以通過查詢故障代碼，準確定位故障位置，攜帶合適的配件、工具到場維修。同時，還能夠統(tǒng)計設(shè)備運行情況，為預(yù)防性養(yǎng)護提供數(shù)據(jù)支撐。

智慧管養(yǎng)功能是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將欄桿機的運行狀態(tài)及故障信息，通過有線或無線方式傳輸?shù)皆破脚_進行存儲、處理。技術(shù)員通過PC端或手機移動終端的人機交互界面進行實時管理。

系統(tǒng)架構(gòu)

感知層主要承擔感知信息的作用和處理控制指令的功能，實現(xiàn)自動欄桿機故障自診斷、基礎(chǔ)運行參數(shù)的采集和對應(yīng)用層指令的處理，包含故障診斷主機、欄桿機的控制器、相關(guān)的傳感器（如溫度、濕度、電壓和電流監(jiān)測及脫桿、斷桿狀態(tài)等）和車輛檢測器等。

網(wǎng)絡(luò)層為感知層和應(yīng)用層提供穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)交互。網(wǎng)絡(luò)層將欄桿機的數(shù)據(jù)上傳至云平臺或服務(wù)器，同時將云平臺或服務(wù)器的相關(guān)指令準確下發(fā)給對應(yīng)的欄桿機。網(wǎng)絡(luò)層可基于專用內(nèi)網(wǎng)，也可基于互聯(lián)網(wǎng)，以有線或無線方式組網(wǎng)。

應(yīng)用層對感知層上報的數(shù)據(jù)進行儲存、分析和管理，并借助PC端、移動端等人機交互界面，為用戶提供豐富的人機交互體驗。應(yīng)用層主要基于云存儲、云技術(shù)和云平臺等云技術(shù)手段，可以部署于公有云或私有云。

只要身處網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，工作人員均可通過PC端或移動端打開云平臺人機交互界面，實時查看賬號權(quán)限下每臺自動欄桿機的運行情況?？刹榭吹膬?nèi)容包含欄桿機控制器的基本參數(shù)、欄桿機控制器接口實時狀態(tài)、車檢器基本參數(shù)和地感線圈實時狀態(tài)。在4G信號良好的情況下，所有變量更新延時小于兩秒。

主要功能

系統(tǒng)構(gòu)架

技改后的欄桿機

數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺

防逃費功能一旦由于各種原因出現(xiàn)斷桿、脫桿、不落桿或斷電問題，欄桿機能夠立即發(fā)出報警信號（聲光報警和短信、微信通知），提示相關(guān)人員進行處理，防止逃費事件發(fā)生。不落桿時間可以根據(jù)各站所車流情況靈活設(shè)置。

地感線圈短路、斷路報警當?shù)馗芯€圈出現(xiàn)破皮，相連導(dǎo)線之間觸碰短路，此時線圈雖然導(dǎo)通，但電感量偏低，會導(dǎo)致車檢器無法正常工作，進而無法正常檢測車道通行車輛，影響車道的通車效率，甚至出現(xiàn)車輛逃費現(xiàn)象。當?shù)馗芯€圈出現(xiàn)斷路，相當于車檢器沒有接入線圈，造成車檢器無法正常檢測車道通行車輛，從而影響車道的通車效率，甚至出現(xiàn)車輛逃費現(xiàn)象。

車檢器死機報警車檢器基本參數(shù)包含：靈敏度等級、工作頻率、初始化校準次數(shù)、有車濾波等級、無車濾波等級、溫飄校準等級、死機判斷時間和死機自復(fù)位時間。當車檢器出現(xiàn)死機時，車道軟件會認為車輛一直存在，從而影響車道軟件的邏輯判斷，進而影響車道的通車效率，甚至出現(xiàn)車輛逃費現(xiàn)象。

車檢器遠程復(fù)位實際使用過程中，車檢器經(jīng)常因為線圈干擾等因素，出現(xiàn)死機現(xiàn)象。此時，不管線圈上方是否有車，車檢器都會持續(xù)檢測線圈有車，影響車道軟件的邏輯判斷，降低車道的通車效率，甚至出現(xiàn)車輛逃費現(xiàn)象。車檢器遠程復(fù)位，能夠快速處理故障，提高維護效率。

控制器遠程復(fù)位欄桿機控制器基本參數(shù)包含工作時長、抬桿次數(shù)、落桿次數(shù)、抬桿時間、落桿時間。接口實時狀態(tài)有欄桿機控制-開、欄桿機控制器-關(guān)、欄桿機控制器-停、識別信號、防砸模塊和車檢模塊接口。如果出現(xiàn)運行異常，只要網(wǎng)絡(luò)正常連接，就能夠遠程進行復(fù)位，恢復(fù)欄桿機的正常使用。

欄桿機數(shù)據(jù)采集采集欄桿機控制器的基本參數(shù)、欄桿機控制器接口實時狀態(tài)、車檢器基本參數(shù)、地感線圈實時狀態(tài)及工作環(huán)境溫、濕度情況等。欄桿機采集的各項數(shù)據(jù)，通過無線（4G）方式將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺進行存儲、管理。目前，泉廈公司已將數(shù)據(jù)接入內(nèi)網(wǎng)，并對告警信息分級，其中重要告警會在監(jiān)控員電腦上實時彈窗顯示，便于快速處理故障。

使用效果

從2020年12月起，泉廈公司陸續(xù)在廈門收費站、翔安收費站、池店收費站選取8個車流量較大的車道對自動欄桿機進行改造，使用情況良好，在提高維護效率、防止費源流失方面效果明顯。

2021年11月某日凌晨1時左右，某拖掛車在翔安四道交易完成，車尾完全離開防砸線圈，欄桿下落后，司機發(fā)現(xiàn)無法通過車道，直接倒車，反向撞斷欄桿臂，觸發(fā)防逃費報警。云平臺及時向工作人員發(fā)出防逃費報警和欄桿斷裂的信息。同時，欄桿機上安裝的聲光報警器開啟報警，現(xiàn)場工作人員立即趕到現(xiàn)場，關(guān)閉車道，攔截肇事車輛，阻止了因欄桿斷裂導(dǎo)致的車輛逃費行為，并減少了由欄桿斷裂導(dǎo)致的路產(chǎn)損失。

2021年12月13日至15日，云平臺多次推送翔安4道的線圈4出現(xiàn)斷開和短路的故障報警信息。后經(jīng)實際處理，確定為線圈接線松動，接觸不良所致。

經(jīng)驗總結(jié)

通過泉廈高速對3個收費站共7個車道3種品牌的自動欄桿機進行智慧化技改可以看出：其智慧化技改，能夠解決收費運營過程中的防逃費和設(shè)備管養(yǎng)問題。對于欄桿機被車撞開的脫桿，以及被車撞到的斷桿，即使相關(guān)機電技術(shù)人員和管理人員不在現(xiàn)場，也能及時發(fā)現(xiàn)問題，并通知收費所相關(guān)人員進行處理，以防止逃費等現(xiàn)象的發(fā)生。對于涉及的路產(chǎn)損失，也能夠第一時間發(fā)現(xiàn)，及時攔截或定位肇事車輛進行索賠。

通過實時采集欄桿機的運行參數(shù)、狀態(tài)（含故障）等信息，以及故障處理記錄，可作為設(shè)備穩(wěn)定性、壽命的科學(xué)、客觀評價，并統(tǒng)計可能存在逃費的時間點、對人員現(xiàn)場處理問題等效率考評的決策依據(jù)。

此外，機維人員在收到經(jīng)技改后的智慧欄桿機故障報警后，可利用PC端或手機端等人機操作界面進行遠程復(fù)位，快速解決問題，能夠節(jié)省大量的人工、車輛費用，提高效率，降低人員在車道作業(yè)可能的危險因素，對于保暢通和提高車道通行效率具有積極意義。

2022年6月，福建省高速公路學(xué)會組織召開了《基于物聯(lián)網(wǎng)和故障自診斷技術(shù)的智慧欄桿機》項目成果驗收會，與會專家一致同意項目通過驗收。2022年7月，福建省高速公路學(xué)會舉辦《基于物聯(lián)網(wǎng)和故障自診斷技術(shù)的智慧欄桿機》科技成果評價會，與會專家給予“項目成果總體達到國際領(lǐng)先水平”的高度評價。2022年7月21日，福建省高速公路集團有限公司下發(fā)智慧欄桿機推廣應(yīng)用的通知。

推廣應(yīng)用

機電系統(tǒng)運維數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是智慧交通和高質(zhì)量發(fā)展要求的趨勢。智慧欄桿機具備現(xiàn)有自動欄桿機的基本功能，同時基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感技術(shù)、有線/無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實現(xiàn)自動欄桿機遠程監(jiān)測、故障自診斷、遠程維護和報警聯(lián)動等管理和服務(wù)功能，對推進智慧高速的建設(shè)，具有重要意義。未來，廈門其他高速公路的相關(guān)機電設(shè)備也將實現(xiàn)接入智慧管養(yǎng)云平臺，實現(xiàn)車道、路側(cè)、隧道、橋梁邊坡等全部設(shè)施設(shè)備的實時監(jiān)控、故障自診斷及遠程維護，為智慧交通的智能管養(yǎng)落地提供堅實的技術(shù)支持。

智慧欄桿機目前已在福建高速多個運營公司推廣使用，截至2023年4月，已安裝120余套。根據(jù)使用效果及用戶評價，有效地提高了運營管理智能化水平，提高了故障處理效率，也進一步提高了車道的通行效率。

收費站車道布局