ETC门架智慧运维关键技术应用探讨

谭 浩

（湖北交投集团武黄高速公路运营管理有限公司,湖北 武汉 430000）

0 引言

近年来，我国的高速公路收费改革持续推进，在现代化技术支持下构建的ETC门架系统，为快速收费提供了技术支持。虽然在当下的发展条件下，ETC门架系统表现出了可靠性、精准性的优势，但尚存在一些问题，特别是在智慧运维模式下，为保障系统可靠性，需注重相关技术的科学应用。未来随着人工智能在ETC门架系统中的使用，系统必将有更为完整的功能和更为优越的性能。

1 ETC门架系统基本概述

1.1 联网收费总体架构

当前的高速公路发展中，基本建成了全国联网收费系统，系统的构成复杂，以部联网中心、省联网中心、省内区域/路段中心、ETC门架、收费站、ETC车道为主，如图1所示。

图1 全国高速公路联网收费系统架构

1.2 系统构成

全国高速公路联网收费系统中，ETC门架系统是其中的关键构成部分，这一子系统包含有门架结构、RSU天线、天线控制器、高清摄像机、车牌识别器、补光灯、以太网交换机、站级服务器、站级工作站、通信与供电系统等。不同系统之间的相互配合，使ETC门架系统兼具多个功能，为公路收费提供了巨大的便捷性，形成了智能化工作模式。

1.3 系统功能

ETC门架的技术、结构决定了其功能的多样性，结合当前的ETC门架系统，系统支持双片式或者单片式车载单元、5.8 GHz复合通行卡，在公路中建立了ETC门架系统后，一旦有车辆通过系统，车载单元（OBU）自动激活，直接与门架通信，由ETC分段计费与扣费，自动生成交易流水；MTC车辆经过门架时，门架系统自动将路段信息、费用信息记入复合通信卡，生成路径信息、费用通行记录[1]。

1.3.1 车牌识别功能

车牌识别是ETC门架系统最为基础的功能，在此功能的支持下，门架抓拍区域自主识别车牌颜色、号码等基本信息，采集到的信息被上传到相应的模块，生成图像流水记录。一旦在ETC门架系统中出现了双片式OBU未插卡、车载单元被拆卸等异常情况，导致无法保持正常通信，在车牌识别系统辅助下，系统在短时间内可恢复正常状态，生成完整的路径信息。

1.3.2 自我检测、程序更新功能ETC门架系统也具备自我检测、程序更新的功能，当处于正常运行条件时，ETC系统的运行信息、设备实时状态信息同步被发送到省级联网中心，中心接收了信息后，由其统一下发系统参数[2]。在同一路段上的两个门架，独立工作，二者互为冗余，如果发生了通信网络异常的情况，可立即进入脱机离线状态，在通信正常后，自动将本地滞留数据上传到省联网中心系统。

2 ETC门架智慧运维关键技术

2.1 运维业务流程重构

在ETC门架智慧运维系统中，运维业务流程的重构是其中的重点部分，具体如图2所示。

图2 高速公路机电运维流程

传统的运维模式下，在运维过程中涉及了省高速公路监控中心、收费站、路段监控中心、运维单位等主体，运维为分级管理模式。收费站监控室负责日常的巡检，一旦在巡检过程中发现了异常情况，及时将此异常情况上报；路段监控中心依据对故障类型、等级、维护级别的确定，利用电话等方式派发工单，通知运维单位并组织专人进入现场开展专业化维护，生成运维报告，将全部的运维信息汇总后上传给省高速公路监控中心。

智慧运维模式下的ETC门架系统，具有传统运维模式无法比拟的优越性，其业务流程主要表现在以下几个方面：故障申报，在系统的故障申报页面上直接上报故障情况；工单下发，当设备确认故障后自动生成派工单并下发到运维中心；方案审核，由运维中心对已有故障所提交的技术方案实施全面审查；维修上报，组织专人进入现场开展设备维修，将结果上报给分中心[3]。

2.2 接口标准化

随着ETC门架系统的形成，所构建的系统在运维的过程中可以保持相对的稳定性。因为功能较多，为发挥系统功能和性能优势，系统中配备有多种设备。为保障这些不同设备之间的可靠连接，应用接口标准化技术，通过接口保障不同设备、子系统之间的可靠关联。在ETC门架智慧运维方案设计的初期阶段，采用统一设备接口标准，依据设备选型、采购对厂家设备的接口需求，为设备运维预留标准化智能接口。在接口的科学设置下，不同模块、子系统之间可保持良好的连接，系统通信更为高效。通过接口得到关于设备状态、故障、参数等方面的信息，经由对这些信息的掌握，能了解设备的具体情况，进而制定更有针对性的维护策略。通过这一方式，提升了运维效率，解决了设备运行中的诸多问题。标准化接口下，设备状态方面的信息能从心跳数据包中得到，ETC门架设备定期产生1条心跳数据，在接口下所得到的心跳数据可实时上传到相应模块。

2.3 基于机器学习的智慧运维决策技术

ETC门架系统中，为构建智慧运维模式，需应用智慧运维决策技术，在具体的系统设计中，引入机器学习方法实现故障的远程识别、运维决策。在智能技术不断进步的今天，机器学习有了显著的发展，智能学习可以分析历史数据，从中获得各项指标的规律性特征，依据实时掌握的信息，对未知信息加以预测。在ETC门架系统的智慧运维所构建的运维决策模型中，2个阶段均采用的是机器学习思维。第一个阶段为系统的故障学习阶段，能对ETC门架系统内的各个设备开展状态、参数、故障情况等的关联分析，经由智能学习模块对历史数据的学习，预测故障发生的概率、类型。第二个阶段为运维决策阶段，参考历史运维记录、运维效果，对不同故障条件下运维策略的合理性加以精准评估，构建专业的运维决策学习模型，自动生成实时故障运维工单。在系统投入运行的最初阶段，故障学习模型、运维决策学习模型都被赋予了初始参数。在运维工作持续开展的过程中，模型不断自我学习，积累数据，依据相应的结果进行参数的调整，使模型与实际相符合。

2.4 机柜空调监控技术

在ETC门架智慧平台的运行中，利用智能精密空调网络监控终端与空调连接，随后经由网线实现与网络的连接，此方式可全面采集空调的运行状态数据。由智能化模块监测与分析空调的运行情况，采用Web网页、邮件或者SNMP等方式，实时显示空调数据与状态，一旦监测到了异常数据，立即启动报警模块。通过网页界面可对空调开展远程开关机控制，即使发生了停电重新来电的情况，也可自动恢复到停电前的状态，使机房温度、湿度等参数保持正常，满足机房运行中的环境需求。机柜空调监控方案实现了对UPS、空调、锂电池、门禁、机房环境的集中化、远程化管理，在监控到异常情况时，自动推送报警信息。

2.5 智能机柜技术

ETC门架在高速公路中的使用，有效提高了高速公路管理水平和服务的便捷性。在现阶段的条件下，技术不断进步，ETC门架智慧运营系统包含的现代化技术越来越多，智能机柜技术成为了其中的重点技术。此技术的使用，为ETC门架系统整体设备收容管理预留了更多的容量空间。多制式电压输出设备在智能机柜技术辅助下，运营更为智能，符合节能运行的需求，完全能满足24 h不间断、高可靠运行的条件。很多地方的高速公路ETC门架智慧运维系统，通过智能机柜技术与其他技术的结合，满足了部、省级平台分级分域统一管理、可视化管理的标准。此外，智能机柜兼具物理防盗功能，柜体本体无裸露可拆卸零部件，基本不会发生人为损坏的现象，系统的门开告警功能，由智能化模块实时监控电子门锁的开关状态，一旦监控到了异常情况，立即发送告警信息，提醒相关人员开展专业化处理。

3 平台实现与应用

3.1 平台总体架构

在上述各种技术的综合应用下，所构建的ETC门架智慧运维平台可满足实际的使用需求。此平台架构从下到上分别为数据采集层、基础层、数据层、业务支持层、业务应用层、Web服务层。

数据采集层负责的是各种数据和信息的采集，ETC系统运行时，这一层级接入了ETC门架机电设备，自动采集设备的基础信息、实时状态参数。这一层级中的数据采集和整合，能对机电设备实施专业化管理，维持正常的运行状态，达到运维管理的目标。基础层内配备有Web服务器、操作系统、数据库服务器、嵌入式设备，这些设备的配置可以使基础层为ETC门架的运行提供有效的保障。数据层兼具数据的处理功能，将前期采集到的门架运行状态，故障信息的实时数据、历史数据，维修记录，解决措施等数据集中存储，实施专业化管理。业务支持层提供统一的总线服务，对系统内的各种组件都实施管控，如业务服务中间件、应用中间件、安全中间件、数据交换平台，通过业务支持层对各类组件的管理，保障各种组件发挥应有的作用[4]。业务应用层可实现全省门架系统的故障监测，同时还兼具故障维修流程监管、维修评价、日常养护计划制定等多种功能。Web服务层中的Web端极为重要，具备权限信息浏览、设备操作、数据库查询的功能。

3.2 平台实现

3.2.1 设备状态监控

ETC门架系统中涉及了多种设备。所构建的平台要对设备的运行状态加以全面监控。机电设备监控是保障设备可靠运转的前提，在平台中实时接入设备状态参数、工作参数，依据对这些数据信息的分析，可判定设备运行状态、故障情况。一旦监测到设备存在异常情况，立即开展故障预警。

3.2.2 运行情况展示

在道路网中可清晰显示门架系统内的位置、状态信息，后台操作人员可点击页面站点，在点击的过程中自动弹出该站点ETC门架的实时状态、所属道路信息。一旦在系统运行的过程中设备出现了异常，在地图上自动弹出报警信息。

3.2.3 三维监控巡检

ETC平台负责三维监控巡检，在设备接口辅助下，采集其中的关键设备车道控制器、站级服务器的在线状态、心跳信息，依据对采集信息的处理，实时监测设备的运行状态，实现车牌的精准识别。一旦在系统运行中发生了设备异常或者故障，自动报警，同步生成报警记录。运维人员在平台三维巡检功能下，远程对设备故障区域内的故障情况、原因等加以判定。这种远程化操作的方式，有利于各种故障的科学解决，保障运维效率[5]。

3.3 ETC门架系统智慧运维管理措施

（1）建立网络安全预案机制。ETC智慧门架系统中不可忽视专用收费网络的管理与维护，应结合系统情况和平台特征，制定网络安全预案，构建科学且可行的网络安全管理制度，实施网络环境的监测与预警，针对可能出现的紧急情况，提前制定应急预案。

（2）明确网络系统的重点安全防护对象。对于系统中一些薄弱环节的攻击行为，在内部区域须规划和设计安全地带，整体安全系统中可引入平衡全面的保护技术。有关人员要对ETC门架智慧运维系统中的各个部分开展安全风险等级的划分，依据不同的等级要求，开展安全防护。应定期对内部系统的存储信息、系统保护防火墙的实际情况加以检查与监督，判定系统内是否存在病毒传染或者黑客入侵等异常行为。

4 结束语

在当前的发展条件下，ETC门架智慧运维系统的建设水平、运行稳定性关乎高速公路收费的便捷性，为发挥这一系统在道路管理中的重要作用，在开展ETC门架智慧运维系统设计和建设时，须强化关键技术的应用。在当前的技术发展条件下，ETC门架智慧运维方面的技术取得了显著的成效，但技术发展方面还有很大的发展空间，未来需加大这一方面的技术研发与创新。