高速公路ETC门架系统机电设备安装问题探讨

魏俊

（江西方兴科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

当前高速公路正在全力落实智能化建设，缴费方式随着ETC 的推广，曾经传统的入口停车取卡、出口停车交卡并缴费的做法已逐渐被取代，ETC门架系统建成后，开启了高速公路全线无停车的分段无感支付模式，在降低交通运输管理成本的同时，使车辆出行更加便捷。在这一过程中，ETC门架系统机电设备的建设安装质量对于该系统运行的可靠性就显得尤为重要，为此，必须在该系统建设过程中实施规范化施工。

1 工程概况

某高速公路起讫桩号K132+300—K164+650，全长32.35km，设计行车速度120km/h，该路段于1990 年建成通车后，又于2000年将K152+450—K164+650段改扩建为双向八车道。为保证该高速公路收费、监控、救援等系统的高效运行，以便为车主提供更方便快捷的行车体验，该公路部分路段于2020 年1 月进行了ETC门架系统机电设备安装，并通过各项配套技术的应用使该系统基本功能和附加功能均得到充分发挥。安装ETC 门架缘于国家自2020 年1 月1 日起取消高速公路省际收费站的整体部署，省际收费站全部取消后，主要通过安装ETC 门架进行全程行径记录和实时收费，ETC门架安装后可实时识别和感应车辆，并待车辆通过门架时直接读取车辆信息，等车辆运行至出口门架时即时扣缴通行费，并由收费所在后台校验，即可完成省与省之间的计费结算。

2 ETC门架系统组成

高速公路ETC 门架系统主要通过分路段收费单元的设置，以及新型分段计费模式的实施，保证车辆通行过程中计费及扣费的准确性、合理性及快捷性，并同时将全过程中的数据、视频、图片等资料实时上传数据库，形成完整的运系及收费数据，通过对数据的处理分析、实时共享，达到高速公路运行管理智能化、人性化的最终目的。

2.1 门架前端系统

该ETC 收费门架前端主要为工控机、一体化机柜、车牌识别设备、RSU及视频监控设备，各部分之间配合运行以便收集到完整的交通运行及收费数据。

（1）工控机：在该ETC 收费门架系统运行过程中，主要起到处理数据并实时上传的作用，本公路ETC 门架系统所用的工控机采用国产麒麟安全云操作系统[1]，将由车牌识别设备和RSU 收集到的数据通过收费软件进行计算处理和控制，并同时传输至所对应门架服务器。

（2）一体化机柜：各种型号的一体化机柜均包括检测模块、门禁、UPS、ODF、空调等部分，主要为工控机、交换机、RSU 控制器等设备提供安装和放置场所。一体化机柜的检测模块则主要用于供电、温湿度等机柜运行环境的监测。

（3）车牌识别设备：该设备主要在各车道ETC 门架上部迎车流侧安装，而在背车流侧则间隔2～3 个车道安装，该设备所采集到的车辆运行图片、车牌等信息将与门架工控机计费软件所提供数据进行实时比对，从而保证数据真实可靠完整。

（4）RSU：该天线系统与车辆内部CPC 卡或OBU卡的数据交换主要通过安装于ETC 门架上部的RSU 天线系统完成，数据进一步经由一体化机柜内部天线控制器校验后传输至工控机进行后续处理。

2.2 门架后端系统

该ETC 收费门架后端包括交换机、路由器、门架服务器及防火墙等设备。

（1）门架服务器：主要用于回传处理工控机数据，并将相关数据通过双链路传输至公路指挥中心；该设备同时还具有数据存储、读取及查询功能。

（2）交换机：该ETC 收费门架数据在链路传输的过程中，门架交换机以小环方式接入网络交换机以及主干网[2]，保证数据逐级上传的可行性。

2.3 通信及供配电系统

该ETC 收费门架前端通信通过双向环网结构，在一方通信中断后另一方通信并不受影响；后端通信则通过有线+无线的双链路方式，分别将公路通信数据传输至省级数据汇总中心以及由省中心再传输至部级数据汇总中心。

该ETC 收费门架借用GF 高速公路隧道和收费站供电系统电源，这种双电源互切供电形式可以为ETC 门架系统提供可靠稳定的电力来源。

3 机电设备安装施工

3.1 门架前端系统安装

3.1.1 一体化机柜安装

在进行一体化机柜吊装前必须进行机柜基础法兰尺寸、螺栓孔位等的检查，并通过线缆盘留情况定出线孔具体位置。同时检查一体化机柜内设备安装是否牢固，零部件齐全程度，机柜内走线设计，线缆标签等情况。

该高速公路ETC 门架所采用的华为ICC500 型一体化机柜，吊装过程必须由扁平吊带辅助进行，钢丝绳和机柜部件的接触点必须通过缠绕布条加强保护，避免钢丝绳直接接触一体化机柜，还应均衡设置吊点，防止吊装过程中出现机柜失稳倾覆的情况，具体见图1，吊装过程中任意两根对角吊线形成的竖向夹角应不超出90°。待将机柜吊离地面7～10cm 后应进行吊带稳固程度、机柜主体是否倾斜、钢丝绳紧扣情况等的检查。将木板水平垫在运输车辆车厢底部，并在一体化机柜各面板间及其可能与车体接触的地方填塞泡沫板，避免在机柜结构运输过程中受到摩擦、挤压和碰撞。

图1 一体化机柜吊装示意图

一体化机柜安装时必须避免机柜底座猛烈接触基础螺栓，应将螺栓缓缓穿入机柜底座安装孔，保证机柜安装方向的正确性，保证其两侧柜门均应向边坡向开启，同时检查机柜水平与垂直度。安装无误后通过围板密封机柜底座。

3.1.2 交换机调试

高速公路ETC 门架交换机主要通过环网模式与收费站交换机连接，结合IP 协议，一个ETC 门架分配一个VLAN 网段，其网关地址设置在站级交换机中，站级交换机之间主要通过TRUNK 接口串联，通过ERPS 协议及RRPP 协议对接交换机环网。收费交换机中主要接入一体化机柜监测、天线控制器、工控机网口、高清车牌识别等模块、设备；视频交换机中则接入300万和900万像素高清摄像机。

3.1.3 防雷接地

通过1×4线缆将一体化机柜内全部设备外壳与接地汇流排连接，再通过1×16 线缆连接接地汇流排和门架接地扁钢，通过以上操作完成门架系统联合防雷接地处理，且接地电阻值控制在1Ω以内。

3.1.4 门架上部机电设备安装

包括高清车牌识别、900 万广角摄像机、RSU、补光灯、标志牌等在内的高速公路ETC 门架系统机电设备安装情况具体见图2，其中（a）为迎车流侧门架机电设备安装布局，（b）为背车流侧门架机电设备安装布局，在两个高清车牌识别设备之间预留1个天线抱箍安装位置，便于后期安装冗余天线。

图2 ETC门架系统机电设备布局

RSU天线应安装在包括应急车道在内的每个车道的中沿杆，为获取最佳的数据采集和传输效果，应安装在各车道中间位置，通过抱箍将天线固定在中沿杆栏杆上，并使天线设备平面与竖直方向呈35～45°夹角。该高速公路还要求在一个ETC 门架上安装相同型号的RSU天线，以有效避免不同型号天线安装后存在的信号干扰[3]，此外，还应将公路两侧与门架相背的间距控制在30m 以上。该高速公路起讫桩号K145+361—K152+450 段上行方向包括应急车道在内的单向车道数为单数，则应在应急车道以外的剩余车道内的任意两个车道之间预留出用于安装天线抱箍的位置，以便安装冗余天线。公路其余路段包含应急车道在内的单向车道均为四车道设计，则应在全部车道内的任意两个车道之间预留出安装天线抱箍的具体位置。

此外，还应在各车道中沿杆上安装900 万像素高清车牌识别系统1套，并应在任意两台设备间预留出安装天线抱箍的具体位置，以使除应急车道外的每个车道同时由两台识别设备有效覆盖。而K145+361—K152+450段上行方向单向车道数为单数的门架，1 套设备需要同时覆盖三车道。通过抱箍及钢扎带将车牌识别设备固定安装在中沿杆指定位置，考虑到避免不同步的补光灯频率的影响，一个门架上全部车牌识别设备的生产厂商和规格型号必须完全一致，该高速公路主要采用LPRIPC2300型900万像素高清车牌识别设备，并应将其与补光灯间距控制在2.5～3.0m范围内，以提升车牌识别率。

3.2 门架后端系统安装

该公路ETC 门架系统主要通过光路环网与原站级交换机连接，考虑到其中部分站级交换机生产时间较早，普遍存在光口不够等问题，在其拆除过程中，也必须进行原站级交换机配置等级的确定，将其配置文件拷贝后合理安装配置至新交换机。以上过程对车道收费系统存在短暂的影响，为保证安装及配置效率，必须积极寻求交换机维护站技术人员帮助，在切换前先将旧交换机拆除，并将ETC 收费门架系统硬盘录像机、数据服务器、防火墙及交换机网口等重新进行规划配置，保证业务系统正常运行。

此外，如果高速公路ETC 门架系统不采用旧交换机拆除的处理，则应从原视频交换机和原收费系统中分别引出1根网线并接入新交换机，同时进行新增IP规划配置。服务器工作站及网口均应与收费交换机连接，硬盘刻录机则与视频交换机连接。ETC收费门架系统IP规划新增后原IP 规划不会得到复原，而是在原IP 规划暂存的基础上将新增地址规划为原收费站地址的二字段。

在原收费站机房内安装数据服务器，机房内机柜存在直接上架条件的空间，无需新增机柜空间，上架处理后还应将供电双电源同时接入，根据IP 配置系统规划设置密码保护。

4 ETC门架系统维护管理

高速公路ETC 门架正常运行才能确保通行费正常收缴以及公路畅通，如遇ETC 门架系统发生异常，必须第一时间安排技术人员维护，且考虑到互备冗余机制保护问题，维护过程原则上不应影响对行车信息的捕捉与识别，不应中断ETC 门架系统的顺利运行，且故障修复必须在24h内完成。

高速公路ETC 门架系统如遇故障，技术人员通常先实施远程维护，而远程维护无法解决问题的情况下，必须到现场排查处理。对于门架前端的电源适配器、工控机、车牌识别设备、RSU天线等未作冗余设备，应根据设备总数及故障发生频次，准备一定比例的备件，在故障发生后可直接更换，省时省力。

5 结语

综上所述，高速公路ETC 收费门架机电系统安装是保证公路正常运营的必要条件，该高速公路ETC 收费门架系统于2020 年年底正式启用后便开启了该路段新型收费模式的新篇章，该系统未安装启用前所普遍存在的系统缺陷、早期数据不完整且无法实时共享等困扰公路管理部门和车主的问题得到有效解决。高速公路ETC 门架系统机电设备安装施工及运行模式的规范化对设备系统投运后性能的正常发挥十分关键，随着全国公路一张网建设计划的持续推进，网络运行安全问题也受到社会各界广泛关注，因此在该高速公路ETC门架系统机电设备安装完备的基础上，还必须加强项目运行各个环节的网络安全防护，从而为我国公路运行的可持续发展提供技术保障。