有关高速公路ETC门架系统智能化的设计

陈建霖

（广西交通投资集团百色高速公路运营有限公司 广西壮族自治区百色市 533800）

高速公路ETC门架系统智能化设备主要由车道控制器、ETC天线、车牌图像识别设备、补光设备、高清全景摄像机等组成。为保障ETC 门架系统安全、稳定、可靠运行，需要按照最新的国家行业标准设计研发一套户外智能机柜，以有效解决了大功率供电、多电压输入输出、在线浮充式后备电源、不间断供电零时间切换、动力环境控制等问题。ETC 门架一体化智能机柜核心功能包括了户外机柜、配电单元、工业空调、UPS、后备电池、防雷、消防、智能门禁、动环监控等功能，具有防盗、防尘、防水、防腐、蓄电能力长、实时监控、智能预警等特点。

1 高速公路ETC门架系统智能化的设计思路和原则

不同高速公路ETC门架系统又有自己的特定要求，一般有单舱、双舱、三舱机型等来满足各省高速公路的不同需求，其中高速公路ETC 门架智能化系统设计思路和原则如下：

1.1 创新型结构设计

高速公路一体化智能话ETC 机柜采用“拼装式模块化”的创新型结构设计，客户可现场快速安装，各功能模块分步安装，预留线槽、孔以及对插端子;设备安装方便、线缆走线便捷美观。

1.2 功能模块化设计

高速公路一体化智慧机柜集电源转换供应、后备电源（N+1）储能、数据采集、数字报警、摄像单元、智能温控等多个功能模块于一体，实现了产品的高可靠性、高集成性、易维护性。

1.3 远程网管功能

高速公路一体化智慧机柜配套的后台设备运维管理系统，能够配合甲方需求，进行远程监测高速公路一体化智慧机柜内设备的状态(设备工作状态、逆变与整流电源运行状态、环境状态、门开合状态等)、处理工作异常或设备故障(自动巡检、主动告警、1000条以上的日志记录、GPS 定位、设备自动上线等)、实时远程管理(信息查询、参数配置、自动同步、远程开关控制等)。

2 高速公路ETC门架系统智能化的设计方案考量细则

ETC 门架系统一体化智能机柜提供配套的一体化监控系统。在解决方案层面采用先进、可靠的动环系统产品，主要实现以下四个目标：提供稳定可靠的动力环境监控系统；为运维管理提供有效的信息；具有可扩展性，可与第三方平台对接；节省运维管理费用，达到短期投资长期受益的目的。因此，高速公路ETC门架系统智能化的设计方案中需要考量以下几点：

（1）电压平台高(组成相同电压平台的电池组,串联数量更少)；

（2）能量密度大(重量轻、体积小)，高速公路ETC门架系统一体化节能型户外机柜；

（3）使用寿命长,环保(铁锂电芯循环寿命能达到 3000 次,为铅酸电池的4～5 倍)；

（5）免维护性(减少后期人工维护成本)；

（6）更绿色环保,不含铅等重金属污染。一体化节能型户外机柜。

图1

ETC 门架系统户外一体化智能综合柜采用门装嵌入式机柜空调,不占机柜(房)内部空间；为了提高制冷连续性和运行可靠性,设计中需考虑采用空调供电由 UPS 提供,两台空调互为备份,轮值运行设计。如图1所示。

（1）制冷：空调可以通过显示屏或后台软件设置参数:制冷开启温度和制冷停止温度。当机柜内温度高于制冷开启温度时,开始制冷；当机柜内温度低于制冷停止温度时,停止制冷。

（2）除湿：当柜内湿度大于除湿开启湿度(默认 75%，范围50%～99%)，且柜内温度小于除湿开启温度(默认25℃，范围20 ～40℃)时，接通电加热除湿；当柜内温度升到除湿停止温度(默认 30℃，范围 25 ～50℃)，或湿度回落到除湿停止湿度(默认65%，范围 50%～99%)时停止加热。

3 某高速公路ETC门架系统智能化设计方案

某高速公路ETC 门架智能化一体柜，是为高速公路室外ETC门架系统所设计的绿色节能产品，可集成主设备、系统电源、交直流配电、环境监控、电池和防雷接地设备；同时也可以做为功能柜用途(电源柜、电池柜、传输柜等)，帮助高速公路管理方实现ETC 门架系统站址易选取、节能减排、快速部署的便捷性部署。同时具有丰富的温控方案（热交换、TEC、直通风）供选择；并可为不同的仓体提供不同的温控方式，实现高效节能减排。

如表1所示，该户外标准化ETC 智能机柜解决方案是一种全新的站点安装方案和产品，它继承了传统机房和室外方舱的收容特性，兼具室外机柜的灵活性好、集成度高和精细化温控的特点，较之传统机房，具有小型化、节省能耗、快速部署和平滑扩容等优点。室外标准化机柜与传统机房相比，减少占地面积超过70%，节约温控能耗50%～85%，节约部署时间约80%。方案包括设备舱、蓄电池舱，可根据站点需求灵活配置。将通过摄像机抓拍采集车辆牌号信息的车牌识别模块、通过射频识别方式采集车辆obu 信息的etc 识别模块、通过卫星定位方式获取车辆位置信息的位置信息识别模块，集成在一个一体化采集装置中，通过can 总线和以太网络形式连接；同时，通过一个同步控制通道将这三种识别模块采集的信息进行同步匹配，形成一个完整的信息输出，供上级系统调用；只需一套集成采集装置即可完成所有信息的采集，并形成统一的信息输出。对高速公路车辆的识别方法包括：将车牌识别模块获取的车辆抓拍图片与位置信息识别模块获取的设备位置信息进行相关性判别，有效识别车辆行驶方向，剃除单一车牌识别模块识别的对向车道行驶的车辆信息；将etc 识别模块识别的车辆牌号信息与位置信息识别模块获取的车辆位置信息进行相关性判别，有效识别车辆行驶方向，剃除单一etc 识别模块识别的对向车道行驶车辆信息；在车牌识别模块和etc 识别模块采集信息的同时，叠加对应的车辆的实时位置信息，使得采集的信息包含当前车辆的地理位置信息。将多种类型的采集模块集成在一个一体化采集装置中，使原本独立、分散采集信息的设备形成统一的整体，不仅实现了外观形式上的集成统一，同时在多类型设备协同工作方面达到了统一，解决了独立采集设备的分散性和协同工作的局限性。实现多种车辆信息的综合采集，提高了采集信息的匹配性。此外，将多种类型的采集模块采集到的车辆信息，通过多类型信息的综合应用，以及特征信息之间相关性的综合分析和处理，提升系统识别有效性和准确率，降低误判率，同时解决了单一识别设备不能有效剔除干扰信息的局限性。总体来看，该ETC 智能化门架系统方案具备安装灵活、快速的特点，安装与运营费用较其他方案也得到了大范围的降低。

表1

4 高速ETC门架自动监测系统

ETC 门架系统设备运行监测是高速运维工作的重中之重，但人工巡查监测耗时多，无法适应收费形势新变化。利用智能化系统对ETC 门架设备运行情况进行自动监测，改变了传统工作模式只能依靠运维人员手动逐项巡查监测的现状，初步实现门架系统设备运行监测智能化，相比之前人工的方式优势凸显：

（1）节约人力成本，监测效果显著。智能化系统设备监测用时不足5 分钟，相比人工的10 小时，效率明显提高。

（2）查询更便捷，数据更详细。智能化系统能够将高速公路辖区内多台服务器进行整合监测，直观展示各收费数据传输状态具体时间，处置突发问题更高效便捷。

（3）充分利用大数据，提高数据准确率。智能化系统可自动统计门架任意时间段的ETC 和CPC 的车流量、交易特情，并实时分析ETC 和CPC 的交易成功率，数据依据更充足，查询结果更准确。

（4）建立故障解决方法库，运维管理系统规范化。智能化系统实现运维人员权限管理，且建立了“故障解决方案库”，可自动生成设备检测日志，门架系统运维系统规范化。

5 结语

取消省界收费站工程实施后，ETC 门架系统作为收费单元承担收费功能，已成为收费系统的重要组成部分。高速公路ETC 收费系统需要对车辆信息进行准确识别的需求，如公路收费系统和治超系统，需要对车辆牌号、行驶状态等信息进行准确采集，作为收费和处理的依据。但由于车辆状态和使用环境的复杂性，单一的识别手段往往不能达到满意的效果，需要采用综合识别的方法提高车辆信息的识别率。同时，独立分散的信息采集单元也使得各自采集的信息无法有效融合，存在匹配性问题。因此，如何合理设计高速公路ETC 门架智能化系统并有效投入实践使用显得尤为重要，高速ETC 门架系统的智能化手段提升，是高速ETC 系统在后续阶段仍需继续优化与大力探索的技术领域。