高速公路收费站机电设备运行状态感知系统分析

周波

（运城北高速公路管理有限公司，山西 运城 044000）

1 感知系统

1.1 系统概述

感知系统也叫作ETC 系统，主要是在车辆上安装载有车辆信息的车载装置，这时车辆在进入电子收费通道入口时，高速公路数据采集处理系统就会读取车载装置的相关信息，以此从数据库中调出匹配车辆数据以后进而放行。同时，感知系统主要是将各项数据进行上传，由数据管理中心统一保管。感知系统对通行车辆进行分析，以此生成扣费交易，并且实时上传到银行，银行处理完成后，将数据实时返回数据管理中心。另外，高速公路车道系统在检测车辆进入车道后，车载单元与微波天线就会进行数据交换，并且利用车载电子标签对各项数据和信息进行识别，直接扣除车主储存的账户。

1.2 系统特点

（1）低运行成本。根据相关调查，感知系统的运行效率相对较高，其反应速度一般为3 秒，比传统人工运行效率可以提高3 ～4 倍，避免一些延时的问题。同时，感知系统在应用的时候，通常不需要人员进行干预，这样可以有效降低运行成本。

（2）高安全性。一般情况下，感知系统主要示意微波通信为主，并且微波通信主要是以交通部门所指定的频段为主，并且借用相关金融交易认证，进而有效完成相关工作的要求，切实保证高速公路收费站机电设备运行的安全性。

（3）适应性广。感知系统不仅可以高速公路收费站机电设备运行有着明显的应用，还能在加油站、停车场、年审检测等方面，也有广泛的使用，为其相关工作展开的便利性，提供了重要的保障。

2 感知系统构成

2.1 第一种模块

第一种感知模块主要是安装于车道控制器机箱内，并且外接设备的端子可以直接利用感知模块与外接设备进行连接，这样感知模块就可以准确检测到高速公路收费站机电设备运行的状态。同时，可以将检测到的数据，利用RS232 串行通信口与车控器进行连接，这样可以将检测数据实时上传，并且对相关数据进行处理，借用高速公路收费站专用的计算机，实时统一管理和统计。

2.2 第二种模块

第二种感知模块安装位置与第一种相同，都是安装于车道控制器机箱内，不同的是，可以安装单独的机箱内，并且针对外接设备的端子接线，可以引到感知模块与外接设备进行连接。同时，第一种感知模块可以与高速公路收费站机电设备中交换机进行连接，利用专用计算机对各项数据进行管理和统计，以此保证数据的准确性和安全性。另外，第一种感知模块可以与车道控制器连接的时候，不会实行数据通信，可以针对自身的需求，单独数据使用，以此保证车道控制器运行的独立性。

3 感知系统设计

3.1 监测对象确定

需要根据高速收费站的类别，需要初步去定在线监测的前端设备，主要包括雨棚信号灯、通行信号灯、报警器、自动栏杆机、车辆检测器、费额显示器等方面，并且这些设备一般可以分为两种，第一种为非智能设备，例如，信号灯、自动栏杆机、车辆检测器；第二种就是智能设备，例如，费额、显示器、称重设备等方面。同时，非智能设备仅仅是执行设备，或者检测设备，并且属于开关量接口，但是接口不能得到高速公路收费站机电设备运行的工作状态。

3.2 检测算法

感知系统中的检测算法，需要根据高速公路收费站机电设备中的非智能设备和智能设备分为信号对等分状态、自动栏杆机状态等检测和判断方面，就以非智能设备信号等状态为例，其中，雨棚灯相对较为复杂，这样一旦产生故障，不仅极端不会完全显示，其维护的指示灯也不亮，这样就很容易导致故障判断存在误差。因此，在感知系统检测算法设计的时候，需要考虑雨棚的工作地层电压以及电流判断方式，根据电压的实际数值，判断是否存在运行故障，如果就需要立即进行处理。但是，在实际运行的时候，工作电源极为开关电源，并且由于电源电流如果与的实际点亮的像素数成线性关系不符的话，这时开关电源可以拥有容性负载，以及雨棚灯的自动调节性能，这时需要根据电流的情况，有针对地进行算法设计，以保证算法的准确性。另外，由于雨棚灯的能耗相对较低，所以在电流采样判断的时候，需要对过零检测、取样积分、滑动平均、背景自适应、模糊识别等方面进行综合算法，形成一个综合性的算法系统。由于智能设备的通信设备的协议存在一定的差异，但是通信运行状态可以监测，所以需要依靠车道的实际操作状态，以及设备运行的状态，分析高速公路收费站机电设备运行是否处于正常的状态，根据状态进行调整，以此减少故障的产生，提升机电设备运行的稳定性。

3.3 硬件设计

（1）硬件设计是感知系统设计的核心，注重该方面的设计，可以对一般高速公路收费站机电设备所反馈的注重电流电压检测的优化，并且在设计的时候，硬件主要是以粒子滤波技术对各种高速公路收费站机电设备参数进行测量和处理，以保证检测的准确性。同时，在设计的时候，需要重点考虑高速公路收费站机电设备的对外接口，通常是采用螺钉式插拔端子，这样可以为后期接线提供相对便利的条件。

（2）在硬件设计的时候，还要重点考虑维护模块，尤其是雨棚灯、通行等、雾灯等方面，并且如果直接供电的话，需要采取电压检测是和电流检测相互结合的方式，判断直接供电的电压和电流是否稳定，一旦产生异常，需要立即进行调整，减少异常的情况的产生。针对栏杆机等方面，需要利用数字比对的方式，对输出控制信号以及反馈设备等进行检验，并且与车控器进行连接，费额显示器、计重设备等信号进行监测，根据监测的结果，分析运行情况，做出判断以及处理，确保良好的运行状态。

（3）要重点考虑硬件模块接口，做好扩展设计，综合考虑高速公路收费站机电设备运行环境温度、湿度、环境光亮度等方面，并且需要根据灯光或空调开关等情况进行控制，这样才能减少高速公路收费站机电设备运行状态产生异常。例如，亭内监测的时候，如果温度已经到底一定参数值，并且已经持续一段时间后，感知系统会自动提示人员，通过利用远程的方式，将空调关闭，避免产能源消耗。同时，在感知系统硬件设计的时候，需要根据情况将智能芯片放置其中，其目的就是实现可以编程的目的，并且还具备网络和串行接口，以此满足高速公路收费站机电设备运行中不同的传输和组网模式，提升其使用性能。另外，在设计的时候，还要考虑车道控制器的接口，做好保护模块设计，这样不仅可以具备车道设备状态数据、信息获取功能，也可以保证数据和信息的安全性，以便后期使用的准确性。

3.4 车道运行状态后台监测

高速公路收费站机电设备运行状态感知系统具有一定的复杂性，所以在设计的时候，不能仅仅考虑某一个方面，还需要对其他方面进行综合考虑，车道运行状态后台检测就是其中一个重要内容。但是，由于车道运行状态后台监测设计与其他方面有着很大的不同，所以在设计的时候，需要重点考虑以下几点内容。

（1）根据BS 进行开发，以Windows、Linux 平台作为介质，展开监测运行，并且在设计的时候，需要对脚本语言进行综合考虑，做好扩展以便实现更多的功能。同时，车道运行状态后台检测，可以实现动态化管理，并且结合实际需求，实现动态增加和删除等功能，以实现良好的使用性能。另外，针对车道监控设计方面，可以图形化界面为主，根据实际情况，对车道进行合理的布置和规划，并且以收费为基础，合理布设收费监测设备，这样可以对各项车道数据进行实时接受。数据接受可以及时发现是否存在故障，并且会利用报警设备给予相应的提示，人员可以根据相应的提示，做出调整，避免运行故障的产生。

（2）车道运行状态后台监测设计的时候，需要考虑周围环境的温度、湿度以及是否有人活动，根据实际情况，做出调整，以此保证设计的合理性。同时，该设计的实现，可以对车道的运行状态进行实时控制，获取相应的数据。

4 感知系统中防逃费技术

防逃费技术也是高速公路收费站机电设备运行状态感知系统设计的一项重点内容，主要内容如下。

4.1 入口车牌识别

车辆在进入车道以后，感知系统可以快速地进行识别，并且通过车辆影像的抓拍，展开进行一步的处理，以获取相应的数据和信息。同时，将识别的数据和信息上传到通信卡以及各项收费站机电设备中，从而展开后续的处理。

4.2 车辆的抓拍

车辆抓拍一般主要是指在车道出入口方面，车辆在进入车道后，感知系统可以对车牌进行识别，这时高速公路收费站机电设备就会对入口、出口等信息进行反复核对，判断各项信息和数据是否准确。反复核对完成后，如果入口、出口的信息完全相符，就可以按照正常的流程展开处理，这样可以有效减少异常问题的产生。但是，反复核实以后，信息和数据存在一定的差异，就需要从系统中调出具体的行车信息，并且展开具体的核实和对比工作，以此得到解决，判断是否存在逃费的现象，这样可以有效避免高速公路运行产生经济损失。同时，随着感知系统得到普遍的影响，在车辆信息抓拍方面，有着明显的应用，主要是利用拍照系统，对车道的车辆进行抓拍，并且提取出相应的信息，提取后将这些信息传输到计算机中，从而进行保存，以便后期进行处理。另外，计算机以智能识别软件为主，将车辆信息和数据进行提取，将提取的数据和信息上传到数据库中，这样可以为后续的一些相关工作，提供了便利的条件。由于感知系统具有检测算法的功能，可以快速识别车辆是否存在遮挡车牌号的行为，如果有被发现，需要立即通知相关部门，并且做出严格处理，避免类似的情况产生。※

4.3 构建逃费人员列表

感知系统应用到高速公路收费站机电设备中，不仅可以对各项机电设备运行进行检测，还是可以对经常逃费人员进行管理，构建逃费人员列表，这样一旦经常逃费人员进入高速公路，可以进行实时的监测与控制，避免产生逃费行为的再次发生，确保高速公路的运行效益。另外，感知系统可以实时获取逃费人员的证据，并且如果情况较为严重，可以对其车辆进行拦截，做出相应的处理。

5 结语

综上所述，机电设备在高速公路收费站运行中起到了关键性的作用，但是，在日常运行中，经常会产生各种问题，这些问题如果不及时发现，就影响高速公路收费站的正常运营。然而，通过利用感知系统可以对高速公路收费站机电设备的运行状态，实施在线监测，分析其运行状态是否存在故障，并且及时进行解决。同时，感知系统在高速公路收费站机电设备中，可以实现防逃费的功能，避免出现影响运行效益的行为，确保高速公路收费站稳定的运行，更加促使其实现智能化、自动化的服务水平，为其领域的发展，提供了重要的技术支持。