“智慧栏杆机”落地泉厦

■文/图｜福建泉厦高速公路管理有限公司 徐智勇 张金开 张志雄

高速公路省界收费站取消之后，收费站ETC车道大量推广建设，ETC车道的无人化值守水平也随之提高，但同时也出现一些不足。例如收费软件突发故障卡死，或者车道出现断电事故，电动栏杆处于抬杆状态时，可能出现ETC车辆未交费直接通行的情况。针对该问题，福建泉厦高速公路管理有限公司（以下简称“泉厦公司”）研发了智慧栏杆机，解决ETC车道无人值守产生的栏杆机脱杆、断杆、长时间不落杆、线圈短路等故障信息无法及时发现的问题，实现快速处理，提高通行效率。

管理需求

2019年实施取消省界收费站项目后，泉厦公司所辖7个收费站的ETC车道增加为62个，造成机电设备的维护难度加大，且ETC车道的无人值守特性决定了对设备维护及时性的高要求。由于彼时栏杆机的实时监测和故障报警功能不完善，逐渐无法满足运维需求。2019年9月10日，池店收费站ETC出口六车道收费软件突发故障卡死，导致前车过车后栏杆接收不到落杆信号一直处于抬杆状态，161部ETC车未能正常交费直接驶离高速公路。2020年6月23日，翔安收费站出口两车道突然发生断电事故，电动栏杆一直处于打开状态，事后通过审片查询共有51车次过车未交易。上述两个案例表明传统的“人工巡查-发现故障-现场维修”的管养模式已经逐渐不能满足运维需求，迫切需要更智能的管理手段来主动发现并解决问题。

传统的栏杆机运行状态监测手段是通过路网中心调度员利用视频轮巡或收费站现场稽查人员巡视的方式来进行，每个路网中心都涵盖上百条车道，收费站现场稽查人员也要巡视十几条车道，一旦出现栏杆状态异常，或因放行导致费源流失的情况，都难以及时发现。ETC车道连续过车时，自动栏杆机会一直处于抬杆状态，这也将影响工作人员对于车道是否处于异常抬杆状态的误判、漏判。

由于影响栏杆机不正常工作的因素多样，仅仅通过现场“眼看、手摸、耳闻”获取栏杆机故障原因的手段效率不高、效果不佳，且稽查人员或信息员的认知水平各不相同，在上报故障时，未必能够清楚说明栏杆机故障的原因，必须经维护人员到现场排查后才能找到故障问题所在，影响栏杆机故障修复效率。因此依靠现有管理手段并不能及时发现问题，迫切需要借助科技力量，实现栏杆机精细化管理，让自动栏杆机可以“自己说话”。

解决方案

主要思路

为了解决上述问题，泉厦公司提出了智慧栏杆机的概念，即“智慧栏杆机=常规栏杆机+自诊断功能+智慧管养功能”，智慧栏杆机在常规栏杆机的基础上，增加多种传感器，利用4G/5G无线传输技术，将数据传输到云平台并进行管理，实现故障自诊断，并对故障进行报警，提示机维人员进行维护处理。此外，针对部分故障，智慧栏杆机还能远程进行操作，实现故障快速处理。

依托物联网技术，智慧栏杆机能够自动采集实时数据和状态信息功能，具有栏杆机实时状态监测、异常故障报警、远程操作重启、防逃费四大功能。

依托故障自诊断技术，智慧栏杆机能够通过现场声光报警将栏杆机设备状态反馈给收费人员立即处理；将故障信息发送给相关技术人员，通知其在第一时间了解栏杆机故障，对一些可以远程恢复的故障，远程操控复位；对于需要到现场恢复的故障，可以通过查询故障代码，准确定位故障位置，携带合适的配件、工具到场维修。同时，还能够统计设备运行情况，为预防性养护提供数据支撑。

智慧管养功能是利用物联网技术将栏杆机的运行状态及故障信息，通过有线或无线方式传输到云平台进行存储、处理。技术员通过PC端或手机移动终端的人机交互界面进行实时管理。

系统架构

感知层主要承担感知信息的作用和处理控制指令的功能，实现自动栏杆机故障自诊断、基础运行参数的采集和对应用层指令的处理，包含故障诊断主机、栏杆机的控制器、相关的传感器（如温度、湿度、电压和电流监测及脱杆、断杆状态等）和车辆检测器等。

网络层为感知层和应用层提供稳定、高效的数据交互。网络层将栏杆机的数据上传至云平台或服务器，同时将云平台或服务器的相关指令准确下发给对应的栏杆机。网络层可基于专用内网，也可基于互联网，以有线或无线方式组网。

应用层对感知层上报的数据进行储存、分析和管理，并借助PC端、移动端等人机交互界面，为用户提供丰富的人机交互体验。应用层主要基于云存储、云技术和云平台等云技术手段，可以部署于公有云或私有云。

只要身处网络覆盖范围，工作人员均可通过PC端或移动端打开云平台人机交互界面，实时查看账号权限下每台自动栏杆机的运行情况。可查看的内容包含栏杆机控制器的基本参数、栏杆机控制器接口实时状态、车检器基本参数和地感线圈实时状态。在4G信号良好的情况下，所有变量更新延时小于两秒。

主要功能

系统构架

技改后的栏杆机

数据监控平台

防逃费功能一旦由于各种原因出现断杆、脱杆、不落杆或断电问题，栏杆机能够立即发出报警信号（声光报警和短信、微信通知），提示相关人员进行处理，防止逃费事件发生。不落杆时间可以根据各站所车流情况灵活设置。

地感线圈短路、断路报警当地感线圈出现破皮，相连导线之间触碰短路，此时线圈虽然导通，但电感量偏低，会导致车检器无法正常工作，进而无法正常检测车道通行车辆，影响车道的通车效率，甚至出现车辆逃费现象。当地感线圈出现断路，相当于车检器没有接入线圈，造成车检器无法正常检测车道通行车辆，从而影响车道的通车效率，甚至出现车辆逃费现象。

车检器死机报警车检器基本参数包含：灵敏度等级、工作频率、初始化校准次数、有车滤波等级、无车滤波等级、温飘校准等级、死机判断时间和死机自复位时间。当车检器出现死机时，车道软件会认为车辆一直存在，从而影响车道软件的逻辑判断，进而影响车道的通车效率，甚至出现车辆逃费现象。

车检器远程复位实际使用过程中，车检器经常因为线圈干扰等因素，出现死机现象。此时，不管线圈上方是否有车，车检器都会持续检测线圈有车，影响车道软件的逻辑判断，降低车道的通车效率，甚至出现车辆逃费现象。车检器远程复位，能够快速处理故障，提高维护效率。

控制器远程复位栏杆机控制器基本参数包含工作时长、抬杆次数、落杆次数、抬杆时间、落杆时间。接口实时状态有栏杆机控制-开、栏杆机控制器-关、栏杆机控制器-停、识别信号、防砸模块和车检模块接口。如果出现运行异常，只要网络正常连接，就能够远程进行复位，恢复栏杆机的正常使用。

栏杆机数据采集采集栏杆机控制器的基本参数、栏杆机控制器接口实时状态、车检器基本参数、地感线圈实时状态及工作环境温、湿度情况等。栏杆机采集的各项数据，通过无线（4G）方式将数据传输至云平台进行存储、管理。目前，泉厦公司已将数据接入内网，并对告警信息分级，其中重要告警会在监控员电脑上实时弹窗显示，便于快速处理故障。

使用效果

从2020年12月起，泉厦公司陆续在厦门收费站、翔安收费站、池店收费站选取8个车流量较大的车道对自动栏杆机进行改造，使用情况良好，在提高维护效率、防止费源流失方面效果明显。

2021年11月某日凌晨1时左右，某拖挂车在翔安四道交易完成，车尾完全离开防砸线圈，栏杆下落后，司机发现无法通过车道，直接倒车，反向撞断栏杆臂，触发防逃费报警。云平台及时向工作人员发出防逃费报警和栏杆断裂的信息。同时，栏杆机上安装的声光报警器开启报警，现场工作人员立即赶到现场，关闭车道，拦截肇事车辆，阻止了因栏杆断裂导致的车辆逃费行为，并减少了由栏杆断裂导致的路产损失。

2021年12月13日至15日，云平台多次推送翔安4道的线圈4出现断开和短路的故障报警信息。后经实际处理，确定为线圈接线松动，接触不良所致。

经验总结

通过泉厦高速对3个收费站共7个车道3种品牌的自动栏杆机进行智慧化技改可以看出：其智慧化技改，能够解决收费运营过程中的防逃费和设备管养问题。对于栏杆机被车撞开的脱杆，以及被车撞到的断杆，即使相关机电技术人员和管理人员不在现场，也能及时发现问题，并通知收费所相关人员进行处理，以防止逃费等现象的发生。对于涉及的路产损失，也能够第一时间发现，及时拦截或定位肇事车辆进行索赔。

通过实时采集栏杆机的运行参数、状态（含故障）等信息，以及故障处理记录，可作为设备稳定性、寿命的科学、客观评价，并统计可能存在逃费的时间点、对人员现场处理问题等效率考评的决策依据。

此外，机维人员在收到经技改后的智慧栏杆机故障报警后，可利用PC端或手机端等人机操作界面进行远程复位，快速解决问题，能够节省大量的人工、车辆费用，提高效率，降低人员在车道作业可能的危险因素，对于保畅通和提高车道通行效率具有积极意义。

2022年6月，福建省高速公路学会组织召开了《基于物联网和故障自诊断技术的智慧栏杆机》项目成果验收会，与会专家一致同意项目通过验收。2022年7月，福建省高速公路学会举办《基于物联网和故障自诊断技术的智慧栏杆机》科技成果评价会，与会专家给予“项目成果总体达到国际领先水平”的高度评价。2022年7月21日，福建省高速公路集团有限公司下发智慧栏杆机推广应用的通知。

推广应用

机电系统运维数字化、网络化、智能化是智慧交通和高质量发展要求的趋势。智慧栏杆机具备现有自动栏杆机的基本功能，同时基于物联网技术、传感技术、有线/无线数据传输技术，实现自动栏杆机远程监测、故障自诊断、远程维护和报警联动等管理和服务功能，对推进智慧高速的建设，具有重要意义。未来，厦门其他高速公路的相关机电设备也将实现接入智慧管养云平台，实现车道、路侧、隧道、桥梁边坡等全部设施设备的实时监控、故障自诊断及远程维护，为智慧交通的智能管养落地提供坚实的技术支持。

智慧栏杆机目前已在福建高速多个运营公司推广使用，截至2023年4月，已安装120余套。根据使用效果及用户评价，有效地提高了运营管理智能化水平，提高了故障处理效率，也进一步提高了车道的通行效率。

收费站车道布局