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（福建省高速公路集團(tuán)有限公司泉州管理分公司機(jī)電維護(hù)中心泉州西維護(hù)站，福建 泉州 362005）

0 引言

設(shè)立高速公路ETC 門架系統(tǒng)是我國(guó)交通領(lǐng)域的一項(xiàng)重大改革舉措，旨在優(yōu)化交通流量、提高通行效率、減少交通擁堵?；谶@一改革，車輛無須再停車?yán)U費(fèi)，實(shí)現(xiàn)不間斷、無感知的收費(fèi)。ETC 門架系統(tǒng)利用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，通過車載設(shè)備（OBU）和道路設(shè)備（門架、天線等）之間的無線通信，實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)識(shí)別和電子收費(fèi)。ETC 門架系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和有效維護(hù)是保證交通持續(xù)性的關(guān)鍵。本文旨在研究高速公路ETC 門架系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理策略，并探討大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在ETC 門架系統(tǒng)中的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)精確的系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)和監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的可靠性、維護(hù)效率和服務(wù)質(zhì)量。

1 高速公路ETC 門架系統(tǒng)的組成與作用

1.1 高速公路ETC 門架系統(tǒng)的硬件組成

高速公路ETC 門架系統(tǒng)的硬件組成主要包括工控機(jī)、RSU 天線及控制器、車牌圖像識(shí)別設(shè)備、高清攝像機(jī)、站級(jí)服務(wù)器、防雷接地設(shè)施、補(bǔ)光燈、通信設(shè)備、供電設(shè)備等[1]。

工控機(jī)安裝交易軟件與RSU 天線及控制器、車牌圖像識(shí)別設(shè)備進(jìn)行交互，生成通行數(shù)據(jù)、接收?qǐng)D片數(shù)據(jù)并上傳至后臺(tái)服務(wù)器，協(xié)調(diào)車輛的通行流程。RSU天線及控制器是ETC 門架系統(tǒng)的核心部分，RSU 天線用于與車載單元（OBU）進(jìn)行無線通信，接收OBU發(fā)出的射頻信號(hào)[2]；RSU 控制器負(fù)責(zé)處理天線接收到的數(shù)據(jù)，與前端工控機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)車輛的身份驗(yàn)證、收費(fèi)計(jì)算等功能。車牌圖像識(shí)別設(shè)備用于捕捉和識(shí)別車輛的車牌信息，通過高清攝像機(jī)拍攝車輛的車牌照片，并利用圖像處理和識(shí)別算法提取車牌號(hào)碼，以便與其他車輛信息進(jìn)行匹配。站級(jí)服務(wù)器則用于接收從前端工控機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并根據(jù)車輛信息進(jìn)行收費(fèi)計(jì)算、數(shù)據(jù)記錄和賬戶管理等操作。防雷接地設(shè)施具備防雷擊和防浪涌沖擊的能力，確保操作人員和設(shè)備的安全。補(bǔ)光燈是為了在夜間或光線不足的情況下提供光照的設(shè)備，確保高清攝像機(jī)能夠清晰拍攝車輛的圖像，提高車牌圖片的質(zhì)量和識(shí)別準(zhǔn)確性。通信設(shè)備主要通過交換機(jī)及光纜路由實(shí)現(xiàn)門架與收費(fèi)站之間數(shù)據(jù)的高效、穩(wěn)定傳輸，實(shí)現(xiàn)附近門架之間成環(huán)連接，保障數(shù)據(jù)可靠上傳[3]。供電設(shè)備提供市電給門架設(shè)備使用，配備一組后備電源及單相發(fā)電機(jī)插口，確保門架設(shè)備不斷電。

門架設(shè)備共同協(xié)作，在車輛識(shí)別、通信、計(jì)費(fèi)和安全方面發(fā)揮著重要作用，從而實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確、安全的電子收費(fèi)服務(wù)（見圖1）。

圖1 車輛信息識(shí)別流程

1.2 ETC 門架設(shè)備在高速公路收費(fèi)中的關(guān)鍵作用

ETC 門架設(shè)備的出現(xiàn)極大地改變了高速公路的收費(fèi)方式。其利用先進(jìn)的無線通信技術(shù)，使車輛在通過收費(fèi)站時(shí)無須停車，可以在行駛中直接完成收費(fèi)，顯著提升了高速公路的通行效率。這種無縫收費(fèi)體驗(yàn)不僅節(jié)省司機(jī)的時(shí)間，同時(shí)也有效地緩解了收費(fèi)站的交通壓力，提高了整個(gè)高速公路網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。此外，ETC 門架設(shè)備的自動(dòng)化特性也為提高收費(fèi)準(zhǔn)確性發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過自動(dòng)讀取和處理車輛的交易信息，減少人工操作環(huán)節(jié)，有效降低了由于人為因素產(chǎn)生的錯(cuò)誤，保證了收費(fèi)的準(zhǔn)確性和公正性。

ETC 門架設(shè)備還具有提供大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的能力，這對(duì)于高速公路的管理和運(yùn)營(yíng)具有重要意義。通過收集和分析這些數(shù)據(jù)，高速公路管理部門可以對(duì)交通流量、路況、收費(fèi)效率等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析。這些信息為交通管理決策提供了準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的依據(jù)，有助于優(yōu)化交通管理，提升公路運(yùn)營(yíng)效率，同時(shí)也能更好地滿足駕駛者的需求，提供更高質(zhì)量的服務(wù)[4]。

綜上所述，高速公路ETC 門架系統(tǒng)通過自動(dòng)識(shí)別車輛、收集信息、實(shí)現(xiàn)無停車收費(fèi)，以及處理異常情況等功能，大大提升高速公路的通行效率，優(yōu)化交通流量，改善司機(jī)的駕駛體驗(yàn)，為現(xiàn)代化交通管理貢獻(xiàn)了重要力量。

2 基于大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)的ETC 門架系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理策略

2.1 大數(shù)據(jù)在硬件維護(hù)與軟件更新中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)是對(duì)收集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘的重要工具，其在ETC 門架系統(tǒng)的硬件維護(hù)與軟件更新中具有非常重要的作用，具體體現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)收集、預(yù)測(cè)性維護(hù)以及軟件優(yōu)化等多個(gè)方面。

在硬件維護(hù)方面，設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)分析的重要資源。ETC 門架設(shè)備的工作狀態(tài)、故障記錄以及維護(hù)歷史等信息可以被系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集并進(jìn)行存儲(chǔ)。這些大規(guī)模的數(shù)據(jù)通過高效的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以進(jìn)行深度分析，從而讓管理者在第一時(shí)間內(nèi)觀察到設(shè)備的運(yùn)行狀況，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的問題。比如，通過分析設(shè)備的歷史故障記錄和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)某種特定的狀態(tài)組合大概率會(huì)在故障發(fā)生前出現(xiàn)，那么當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到類似狀態(tài)組合時(shí)，就可以提前提示管理者對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)或更換，有效避免因設(shè)備故障帶來的交通問題[5]。

在軟件更新方面，大數(shù)據(jù)可以幫助開發(fā)者更好地理解用戶的需求和使用習(xí)慣，從而更有針對(duì)性地進(jìn)行軟件優(yōu)化和更新。例如，通過分析大量用戶的收費(fèi)記錄和交通流量數(shù)據(jù)，開發(fā)者發(fā)現(xiàn)在某些特定的時(shí)間段內(nèi)，交易處理速度相比其他時(shí)段出現(xiàn)明顯下降。結(jié)合實(shí)際情況分析，有可能是因?yàn)樵摃r(shí)段的交通流量過大，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力增大，處理速度下降。有了這個(gè)發(fā)現(xiàn)，開發(fā)者就可以針對(duì)這一問題進(jìn)行優(yōu)化，增加在高流量時(shí)段的系統(tǒng)資源分配，或者優(yōu)化處理算法等。此外，大數(shù)據(jù)還可以幫助發(fā)現(xiàn)軟件在實(shí)際運(yùn)行中的性能瓶頸、使用異常等可能存在的問題，這對(duì)于軟件的持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)具有非常大的幫助。

總體而言，大數(shù)據(jù)技術(shù)通過對(duì)海量數(shù)據(jù)的收集、分析和處理，為ETC 門架設(shè)備的硬件維護(hù)和軟件更新帶來極大的便利和效益。其不僅提升設(shè)備的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，也大大增強(qiáng)了軟件的實(shí)用性和用戶體驗(yàn)[6]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)管理與設(shè)備監(jiān)控中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在ETC 門架設(shè)備的數(shù)據(jù)管理與設(shè)備監(jiān)控中有著廣泛且深入的應(yīng)用。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，ETC 門架設(shè)備可以直接與數(shù)據(jù)中心建立起強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)連接，使設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理可以在大范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行。

在設(shè)備監(jiān)控方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅可以實(shí)時(shí)采集設(shè)備的工作狀態(tài)，也能即刻傳送設(shè)備可能出現(xiàn)的故障信息。例如，某個(gè)ETC 門架設(shè)備的識(shí)別天線性能下降，那么這個(gè)問題在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下可以被即刻捕捉到，并且迅速反饋給數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心在收到反饋后，可以立即啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急方案，調(diào)度附近的維護(hù)人員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)，或者通過遠(yuǎn)程控制方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行復(fù)位等操作[7]。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以用于將RFID 讀寫器與數(shù)據(jù)中心建立起網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控。在ETC 門架系統(tǒng)中，RFID 技術(shù)主要用于車輛識(shí)別和交易記錄，每輛車輛都配備了一個(gè)RFID 標(biāo)簽，當(dāng)車輛駛過ETC 門架時(shí)，門架上的識(shí)別天線會(huì)與車輛上的RFID 標(biāo)簽進(jìn)行無線通信，讀取車輛的識(shí)別號(hào)碼，并將交易信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。通過RFID 技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合使用，ETC 門架系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)車輛識(shí)別數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)管理和交易狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（見圖2）。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高速公路ETC 門架系統(tǒng)中的應(yīng)用

在數(shù)據(jù)管理方面，對(duì)于每一次ETC 交易，相關(guān)數(shù)據(jù)可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，直接實(shí)時(shí)上傳至云端。具體而言，每輛車輛通過ETC 門架時(shí)，其車輛識(shí)別號(hào)、通行時(shí)間等交易信息可以立刻被上傳至數(shù)據(jù)中心。這種即時(shí)上傳的方式，大大減少了因設(shè)備故障或者數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，保證了數(shù)據(jù)的完整性。同時(shí)，數(shù)據(jù)的云端存儲(chǔ)方式也提供了一種高效且安全的備份方案。在數(shù)據(jù)中心，可以對(duì)這些實(shí)時(shí)收集的交易信息進(jìn)行深入分析，從而得到交通流量、高峰時(shí)段等寶貴信息，有助于高速公路管理決策[8]。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過實(shí)時(shí)的設(shè)備監(jiān)控和高效的數(shù)據(jù)管理，顯著地提升了ETC 門架設(shè)備的管理效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，是高速公路實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化運(yùn)行的重要技術(shù)手段。

2.3 基于大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的預(yù)防性維護(hù)策略

基于大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，預(yù)防性維護(hù)策略的實(shí)施可以更具針對(duì)性和精確度。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以對(duì)ETC 門架設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和解析[9]。不僅可以反映設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，更可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障模式和預(yù)示其未來的性能變化。

以ETC 門架設(shè)備的溫度為例，設(shè)備的工作溫度對(duì)其性能和壽命有著顯著影響。如果設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在高溫環(huán)境，則會(huì)導(dǎo)致硬件過熱，引發(fā)故障，甚至損壞設(shè)備。通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以判斷設(shè)備的工作溫度是否存在持續(xù)升高的趨勢(shì)。如果有這種趨勢(shì)，就需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，確認(rèn)散熱系統(tǒng)是否出現(xiàn)問題，或者設(shè)備工作負(fù)荷過大等，并提前進(jìn)行維護(hù)，避免設(shè)備因?yàn)檫^熱而出現(xiàn)故障。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則提供了實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的能力。設(shè)備的每一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)和交易數(shù)據(jù)都可以實(shí)時(shí)地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，使管理者可以實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行情況。一旦設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)超出正常范圍，則管理者可以立即發(fā)現(xiàn)該問題，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，避免問題擴(kuò)大。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以用來進(jìn)行設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷和優(yōu)化。例如，設(shè)備的處理速度下降，可以通過云平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，找出問題的原因，然后進(jìn)行優(yōu)化，使設(shè)備恢復(fù)最佳的運(yùn)行狀態(tài)[10]。

總體而言，大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，使預(yù)防性維護(hù)策略更加科學(xué)和精準(zhǔn)，提升了ETC 門架設(shè)備的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，同時(shí)也減少了維護(hù)成本和難度。

3 結(jié)語

通過本文的研究，可以深刻認(rèn)識(shí)到大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在ETC 門架系統(tǒng)維護(hù)管理中的重要性。大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的深度分析和實(shí)時(shí)監(jiān)控，為預(yù)防性維護(hù)和故障診斷提供精確的支持，從而極大地提升系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、維護(hù)效率和服務(wù)質(zhì)量。未來，將進(jìn)一步探索和應(yīng)用人工智能、邊緣計(jì)算等新興技術(shù)，以提升ETC 門架系統(tǒng)的維護(hù)管理水平，為智慧交通的發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。