有關高速公路ETC門架系統智能化的設計

陳建霖

（廣西交通投資集團百色高速公路運營有限公司 廣西壯族自治區百色市 533800）

高速公路ETC門架系統智能化設備主要由車道控制器、ETC天線、車牌圖像識別設備、補光設備、高清全景攝像機等組成。為保障ETC 門架系統安全、穩定、可靠運行，需要按照最新的國家行業標準設計研發一套戶外智能機柜，以有效解決了大功率供電、多電壓輸入輸出、在線浮充式后備電源、不間斷供電零時間切換、動力環境控制等問題。ETC 門架一體化智能機柜核心功能包括了戶外機柜、配電單元、工業空調、UPS、后備電池、防雷、消防、智能門禁、動環監控等功能，具有防盜、防塵、防水、防腐、蓄電能力長、實時監控、智能預警等特點。

1 高速公路ETC門架系統智能化的設計思路和原則

不同高速公路ETC門架系統又有自己的特定要求，一般有單艙、雙艙、三艙機型等來滿足各省高速公路的不同需求，其中高速公路ETC 門架智能化系統設計思路和原則如下：

1.1 創新型結構設計

高速公路一體化智能話ETC 機柜采用“拼裝式模塊化”的創新型結構設計，客戶可現場快速安裝，各功能模塊分步安裝，預留線槽、孔以及對插端子;設備安裝方便、線纜走線便捷美觀。

1.2 功能模塊化設計

高速公路一體化智慧機柜集電源轉換供應、后備電源（N+1）儲能、數據采集、數字報警、攝像單元、智能溫控等多個功能模塊于一體，實現了產品的高可靠性、高集成性、易維護性。

1.3 遠程網管功能

高速公路一體化智慧機柜配套的后臺設備運維管理系統，能夠配合甲方需求，進行遠程監測高速公路一體化智慧機柜內設備的狀態(設備工作狀態、逆變與整流電源運行狀態、環境狀態、門開合狀態等)、處理工作異常或設備故障(自動巡檢、主動告警、1000條以上的日志記錄、GPS 定位、設備自動上線等)、實時遠程管理(信息查詢、參數配置、自動同步、遠程開關控制等)。

2 高速公路ETC門架系統智能化的設計方案考量細則

ETC 門架系統一體化智能機柜提供配套的一體化監控系統。在解決方案層面采用先進、可靠的動環系統產品，主要實現以下四個目標：提供穩定可靠的動力環境監控系統；為運維管理提供有效的信息；具有可擴展性，可與第三方平臺對接；節省運維管理費用，達到短期投資長期受益的目的。因此，高速公路ETC門架系統智能化的設計方案中需要考量以下幾點：

（1）電壓平臺高(組成相同電壓平臺的電池組,串聯數量更少)；

（2）能量密度大(重量輕、體積小)，高速公路ETC門架系統一體化節能型戶外機柜；

（3）使用壽命長,環保(鐵鋰電芯循環壽命能達到 3000 次,為鉛酸電池的4～5 倍)；

（5）免維護性(減少后期人工維護成本)；

（6）更綠色環保,不含鉛等重金屬污染。一體化節能型戶外機柜。

圖1

ETC 門架系統戶外一體化智能綜合柜采用門裝嵌入式機柜空調,不占機柜(房)內部空間；為了提高制冷連續性和運行可靠性,設計中需考慮采用空調供電由 UPS 提供,兩臺空調互為備份,輪值運行設計。如圖1所示。

（1）制冷：空調可以通過顯示屏或后臺軟件設置參數:制冷開啟溫度和制冷停止溫度。當機柜內溫度高于制冷開啟溫度時,開始制冷；當機柜內溫度低于制冷停止溫度時,停止制冷。

（2）除濕：當柜內濕度大于除濕開啟濕度(默認 75%，范圍50%～99%)，且柜內溫度小于除濕開啟溫度(默認25℃，范圍20 ～40℃)時，接通電加熱除濕；當柜內溫度升到除濕停止溫度(默認 30℃，范圍 25 ～50℃)，或濕度回落到除濕停止濕度(默認65%，范圍 50%～99%)時停止加熱。

3 某高速公路ETC門架系統智能化設計方案

某高速公路ETC 門架智能化一體柜，是為高速公路室外ETC門架系統所設計的綠色節能產品，可集成主設備、系統電源、交直流配電、環境監控、電池和防雷接地設備；同時也可以做為功能柜用途(電源柜、電池柜、傳輸柜等)，幫助高速公路管理方實現ETC 門架系統站址易選取、節能減排、快速部署的便捷性部署。同時具有豐富的溫控方案（熱交換、TEC、直通風）供選擇；并可為不同的倉體提供不同的溫控方式，實現高效節能減排。

如表1所示，該戶外標準化ETC 智能機柜解決方案是一種全新的站點安裝方案和產品，它繼承了傳統機房和室外方艙的收容特性，兼具室外機柜的靈活性好、集成度高和精細化溫控的特點，較之傳統機房，具有小型化、節省能耗、快速部署和平滑擴容等優點。室外標準化機柜與傳統機房相比，減少占地面積超過70%，節約溫控能耗50%～85%，節約部署時間約80%。方案包括設備艙、蓄電池艙，可根據站點需求靈活配置。將通過攝像機抓拍采集車輛牌號信息的車牌識別模塊、通過射頻識別方式采集車輛obu 信息的etc 識別模塊、通過衛星定位方式獲取車輛位置信息的位置信息識別模塊，集成在一個一體化采集裝置中，通過can 總線和以太網絡形式連接；同時，通過一個同步控制通道將這三種識別模塊采集的信息進行同步匹配，形成一個完整的信息輸出，供上級系統調用；只需一套集成采集裝置即可完成所有信息的采集，并形成統一的信息輸出。對高速公路車輛的識別方法包括：將車牌識別模塊獲取的車輛抓拍圖片與位置信息識別模塊獲取的設備位置信息進行相關性判別，有效識別車輛行駛方向，剃除單一車牌識別模塊識別的對向車道行駛的車輛信息；將etc 識別模塊識別的車輛牌號信息與位置信息識別模塊獲取的車輛位置信息進行相關性判別，有效識別車輛行駛方向，剃除單一etc 識別模塊識別的對向車道行駛車輛信息；在車牌識別模塊和etc 識別模塊采集信息的同時，疊加對應的車輛的實時位置信息，使得采集的信息包含當前車輛的地理位置信息。將多種類型的采集模塊集成在一個一體化采集裝置中，使原本獨立、分散采集信息的設備形成統一的整體，不僅實現了外觀形式上的集成統一，同時在多類型設備協同工作方面達到了統一，解決了獨立采集設備的分散性和協同工作的局限性。實現多種車輛信息的綜合采集，提高了采集信息的匹配性。此外，將多種類型的采集模塊采集到的車輛信息，通過多類型信息的綜合應用，以及特征信息之間相關性的綜合分析和處理，提升系統識別有效性和準確率，降低誤判率，同時解決了單一識別設備不能有效剔除干擾信息的局限性。總體來看，該ETC 智能化門架系統方案具備安裝靈活、快速的特點，安裝與運營費用較其他方案也得到了大范圍的降低。

表1

4 高速ETC門架自動監測系統

ETC 門架系統設備運行監測是高速運維工作的重中之重，但人工巡查監測耗時多，無法適應收費形勢新變化。利用智能化系統對ETC 門架設備運行情況進行自動監測，改變了傳統工作模式只能依靠運維人員手動逐項巡查監測的現狀，初步實現門架系統設備運行監測智能化，相比之前人工的方式優勢凸顯：

（1）節約人力成本，監測效果顯著。智能化系統設備監測用時不足5 分鐘，相比人工的10 小時，效率明顯提高。

（2）查詢更便捷，數據更詳細。智能化系統能夠將高速公路轄區內多臺服務器進行整合監測，直觀展示各收費數據傳輸狀態具體時間，處置突發問題更高效便捷。

（3）充分利用大數據，提高數據準確率。智能化系統可自動統計門架任意時間段的ETC 和CPC 的車流量、交易特情，并實時分析ETC 和CPC 的交易成功率，數據依據更充足，查詢結果更準確。

（4）建立故障解決方法庫，運維管理系統規范化。智能化系統實現運維人員權限管理，且建立了“故障解決方案庫”，可自動生成設備檢測日志，門架系統運維系統規范化。

5 結語

取消省界收費站工程實施后，ETC 門架系統作為收費單元承擔收費功能，已成為收費系統的重要組成部分。高速公路ETC 收費系統需要對車輛信息進行準確識別的需求，如公路收費系統和治超系統，需要對車輛牌號、行駛狀態等信息進行準確采集，作為收費和處理的依據。但由于車輛狀態和使用環境的復雜性，單一的識別手段往往不能達到滿意的效果，需要采用綜合識別的方法提高車輛信息的識別率。同時，獨立分散的信息采集單元也使得各自采集的信息無法有效融合，存在匹配性問題。因此，如何合理設計高速公路ETC 門架智能化系統并有效投入實踐使用顯得尤為重要，高速ETC 門架系統的智能化手段提升，是高速ETC 系統在后續階段仍需繼續優化與大力探索的技術領域。