ETC 门架监控控制器在高速公路收费站中的应用

李欣然

（中交一公院西安金路交通工程科技发展有限责任公司，陕西 西安710077）

当前，高速公路收费站形式逐渐由传统的封闭式收费制度调整成为开放式的收费制度，并且对行驶车辆进行了分段的计费和扣费形式[1]。在每个互通立交之间都会设置ETC门架监控控制器，而该装置在实际运行过程中的质量，直接影响着高速公路收费的业务水平。基于此，开展ETC门架监控控制器在高速公路收费站中的应用研究。

1 高速公路收费站中ETC 门架监控控制器设计

ETC门架监控控制器由ETC传感器网络、通信控制及传输、监控数据异常报警及显示三部分组成，其中ETC传感器网络实现对车载ETC终端信号的采集与识别，通信控制及传输模块完成ETC信息及图像信息上传信息、控制指令等下传信息的稳定、低延时传输，监控数据异常报警及显示是人机交互接口，完成人在环路的控制功能。

1.1 ETC门架监控控制器布设

ETC 门架监控控制器是高速公路收费站当中的重要结构，应当将监控器设立在交通流量大的互通枢纽的匝道位置上，或设置在沿线的各个收费站匝道上。图1 为ETC门架监控控制器布设示意图。架。选择在临近建设区域位置上的高速公路收费站，在该位置上敷设两条长度、横截面面积等参数完全相同的通信光缆，将其延伸到ETC门架监控控制器的门架位置，以此构成与ETC门架上行、下行以及收费站，三者于一体的封闭式环路，为ETC门架监控控制器提供更加快速的通信数据传输条件。为了保证ETC门架监控控制器在实际运行过程中接收信息的准确性，在ETC 门架上还配备4G或5G路由器，以此构成担忧主备双链路的通信组网结构。

图1 ETC 门架监控控制器布设示意图

1.2 多ETC门架监控控制器通信传输及控制

在每台ETC 门架监控控制器上均配备了单独的一组监测体系，多个ETC门架监控控制器之间的通信传输与连通时通过工业以太网交换机的接入完成。通过工业以太网，将控制器监测到的信号传递到控制中心。当接收到相应的信号后，将其与之前存储的设备运行数据同时进行处理，并对ETC门架的状态进行预测，以此帮助ETC门架管理人员对其进行运维决策[2]。以此，将被动的ETC门架养护方式转变为主动的ETC门架养护方式，进一步降低对资源的浪费。图2 为多台ETC门架监控控制器通信传输流程图。

图2 多台ETC 门架监控控制器通信传输流程图

在ETC门架监控控制器当中连接用于对ETC门架电源能耗进行监测的装置以及光缆通讯设备，以此对整个ETC门架和道路运行等工作状态进行监测，从而对ETC 门架运行的电流、电压、功率以及设备的能耗等进行实时控制。在ETC门架监控控制器当中引入辅助决策树，通过该模块对ETC门架发生异常运行情况时的维护工作方式进行选择，并对ETC门架的养护周期和可靠度预警等进行干预。

对于多ETC门架并行工作系统，屏蔽干扰、准确识别是功能指标实现的关键点。各ETC门架工作中发射的电磁波会形成串扰，双车道同时行车也会存在同源干扰，而解决串扰常用的降低发射功率办法与车牌识别准确率之间存在矛盾点。为有效、低成本的解决多通道信号串扰问题，可以使用通道编码的技术手段，即对同一站点多路ETC门架的信号采用编码方式加以区分，考虑到系统复杂度和响应时间问题，编码设置为8 位，TTL 码型，考虑到ETC 门架间相邻干扰最为严重，因此编码分为前后各4 位翻转模式编制，实现对各ETC门架稳定工作的设计要求。

1.3 监控数据异常报警及显示

按照报警电路显示设计方式，在本文设计的ETC门架监控控制器当中引入LCD5520 型号的液晶显示器，并通过移动数据终端的接入，实现对监控过程中产生异常数据的报警和显示[3]。在ETC门架监控控制器开始运行时，将通过摄像头扫描到的ETC门架各项数据信息进行记录，并通过液晶显示器显示在控制中心当中。图3 为ETC门架监控控制器数据异常报警与显示模块组成。

图3 ETC 门架监控控制器数据异常报警与显示模块组成

为了方便ETC门架监管人员对ETC门架状态的远程、实时监控，通过无线通信的形式，将控制中心显示器当中显示的各项数据传输到监管人员手持设备当中，以此做到更加快速的对ETC门架状态进行监测[4]。将ETC门架在运行过程中的标准范围进行设定，包括ETC门架是否正常运行、ETC门架是否损坏、ETC门架天线以及相关设备的外观状态和ETC门架是否被异物遮挡等信息[5]。便于ETC 门架监控控制器在ETC 门架异常时更加快速地对ETC 门架的运行情况以及ETC门架信息进行显示。为了方便高速公路收费站人员对监控情况进行监测，在ETC门架监控控制器的显示器上设置四个引脚，分别用于控制显示器亮度、连接显示器与监控器、装置质量的输入和输出、对ETC门架运行数据的读写[6]。通过ETC门架监控控制器的显示装置，高速公路收费站人员能够在第一时间查看到收费站周围ETC门架的运行情况，并通过事先设定的区域范围，产生异常数据后，立即进行远程调控，并发出相应的警报信号。

2 实验论证分析

完成对本文ETC门架监控控制器设计后，选择以某地区高速公路为例，该高速公路每日的车流量较大，采用传统ETC门架监控控制器很难完成对车辆的有效监测，因此本文将新的ETC门架监控控制器引入到该高速公路的收费站中。表1 为实验过程中的各项参数设置。

表1 实验参数设置

根据表1 中的参数设定，完成本文ETC门架监控控制器的实际运行，将运行结果与传统控制器进行比较，验证本文ETC门架监控控制器的应用效果。将实验结果进行记录，并绘制成如表2 所示。

表2 两种控制器实验结果对比

由表2 中的数据可以看出，在本文控制器的运行下，ETC门架稳定运行时间明显比传统控制器运行下稳定运行时间长。在实验过程中，第二次实验传统控制器出现稳定运行时间仅为12.84min的原因是由于，在实验刚开始阶段ETC门架出现了数据传输异常现象，通过本文控制器的调节在对短的时间内完成了对ETC门架的快速维护，而传统方法并未完成对ETC门架的维护造成在后续时间内ETC门无法保持稳定运行状态的问题产生。因此，通过实验证明，本文提出的ETC门架监控控制器在高速公路收费站实际应用中，能够提供更加精准的控制操作，并确保控制效率，为ETC 门架的稳定运行提供保障，进一步降低了ETC门架运行和维护的成本，实现对资源的高效利用。

结束语

本文通过开展ETC门架监控控制器在高速公路收费站中的应用研究，设计了一种全新的控制器装置，在高速公路建设大环境下，ETC 门架及相关配套附属装置是发展智慧公路建设的主要基础设施。因此，在后续的研究中，本文还将沿用该控制器的设计思路，针对高速公路上各类基础设施及装置的建设进行深入研究，为实现高速公路高质量、高水准运行提供技术条件。