自由流收費(fèi)設(shè)施智能運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)與思考

汪心淵

摘 要：作者通過(guò)對(duì)自由流收費(fèi)設(shè)施智能運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)與思考，包括運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路、總體設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、前段監(jiān)測(cè)設(shè)備等內(nèi)容的設(shè)計(jì)與思考，力圖運(yùn)用機(jī)電技術(shù)與信息化手段，提升自由流收費(fèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低維護(hù)、維修難度。展望通過(guò)分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而提高管理部門(mén)對(duì)收費(fèi)運(yùn)營(yíng)、交通流等方面的精細(xì)化管理，指導(dǎo)提高運(yùn)維設(shè)計(jì)的科學(xué)性、高效性。

關(guān)鍵詞：智能運(yùn)維;收費(fèi)設(shè)施;自由流

中圖分類(lèi)號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

為了深化收費(fèi)公路制度改革，提高綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)效率，降低物流成本。因此，交通運(yùn)輸部結(jié)合我國(guó)高速公路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和收費(fèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，明確提出實(shí)現(xiàn)電子不停車(chē)快捷收費(fèi)（ETC）、輔以車(chē)牌圖像識(shí)別、多種支付手段融合應(yīng)用的技術(shù)路徑。2018年5月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議做出“推動(dòng)取消高速公路省界收費(fèi)站”的重大決策部署。2020年1月1日零時(shí)，全國(guó)29個(gè)聯(lián)網(wǎng)省份的487個(gè)省界收費(fèi)站全部取消，交通部及各省自治區(qū)完成了采用自由流收費(fèi)模式的新收費(fèi)模式切換上線(xiàn)工作。

保證ETC自由流門(mén)架系統(tǒng)所屬設(shè)備的正常和高效運(yùn)行顯得尤為重要[1]。而由于高速公路路上的ETC自由流門(mén)架設(shè)施布設(shè)位置難以人工維護(hù)，如維護(hù)需通過(guò)封道等低效率高成本的措施進(jìn)行，使得系統(tǒng)維護(hù)難度大，并且標(biāo)識(shí)的路徑被參與通行的計(jì)算，標(biāo)識(shí)準(zhǔn)確性要求很高，為此需設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的ETC自由流收費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，來(lái)確保收費(fèi)能力的可靠性和系統(tǒng)維護(hù)的及時(shí)性，是至關(guān)重要的[2]。

1 主要存在的問(wèn)題

目前的維護(hù)模式是“被動(dòng)發(fā)現(xiàn)、被動(dòng)接報(bào)、被動(dòng)維護(hù)”[3]。故障發(fā)現(xiàn)與處置主要依靠收費(fèi)站人員主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，隨后上報(bào)維護(hù)人員，維護(hù)前往現(xiàn)場(chǎng)憑經(jīng)驗(yàn)修復(fù)，修復(fù)完成后現(xiàn)場(chǎng)核驗(yàn)的流程。此流程的時(shí)效性在自由流收費(fèi)模式下，會(huì)出現(xiàn)大量故障處置滯后以及維護(hù)質(zhì)量不可估量的問(wèn)題，從而影響收費(fèi)業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

通過(guò)調(diào)研ETC自由流收費(fèi)設(shè)施的系統(tǒng)構(gòu)成，研究監(jiān)測(cè)設(shè)備類(lèi)型和具體監(jiān)測(cè)指標(biāo)，調(diào)研相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)商，建立產(chǎn)品協(xié)議庫(kù)，同時(shí)，研究和設(shè)計(jì)設(shè)備運(yùn)行及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方式，選型研究前端通訊模塊，確保網(wǎng)絡(luò)安全通信，并通過(guò)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)后臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全省范圍ETC自由流收費(fèi)設(shè)施實(shí)時(shí)在線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，分析統(tǒng)計(jì)狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分級(jí)管理，監(jiān)測(cè)到故障設(shè)備可實(shí)現(xiàn)備用設(shè)備的實(shí)時(shí)切換，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，自由流收費(fèi)運(yùn)維管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)目標(biāo)

（1）監(jiān)測(cè)自由流收費(fèi)設(shè)施的運(yùn)行、環(huán)境狀態(tài)。在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其自由流收費(fèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)研究建立智能監(jiān)測(cè)方案和監(jiān)測(cè)指標(biāo)、參數(shù)等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)收費(fèi)設(shè)施運(yùn)行、環(huán)境等全方位的異常情況。

（2）當(dāng)自由流收費(fèi)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生異常情況時(shí)，能實(shí)時(shí)甚至提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，精準(zhǔn)定位異常情況位置，通過(guò)及時(shí)通知維修人員進(jìn)行處理或切換備件等方式，保障收費(fèi)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（3）提升自由流收費(fèi)設(shè)施的完好率，減少封道等維護(hù)維修工作，提高收費(fèi)系統(tǒng)的收費(fèi)效率，減少稽查工作量，同時(shí)保證了高速公路的通暢運(yùn)行。

（4）加強(qiáng)自由流收費(fèi)設(shè)施運(yùn)行維護(hù)的管理，包括維護(hù)人員的管理、設(shè)備運(yùn)維管理模式及管理方案。減少維護(hù)管理的成本、增加管理人員的工作效率、提高維護(hù)人員的安全。

（5）為全省各路公司搭建自由流收費(fèi)設(shè)施監(jiān)測(cè)運(yùn)維管理平臺(tái)提供技術(shù)支撐。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

以監(jiān)測(cè)設(shè)備傳輸?shù)腅TC自由流收費(fèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立自由流收費(fèi)運(yùn)行監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)實(shí)施匯聚的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分級(jí)管理，監(jiān)測(cè)到故障設(shè)備可實(shí)現(xiàn)備用設(shè)備的實(shí)時(shí)切換，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各ETC設(shè)備遠(yuǎn)程化、批量化、可視化、自動(dòng)化智能管理，因此，平臺(tái)需涵蓋以下幾點(diǎn)功能：

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸功能：接受監(jiān)測(cè)設(shè)備傳輸來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及ETC自由流收費(fèi)系統(tǒng)發(fā)來(lái)的相關(guān)運(yùn)行日志等信息，并將接受來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)。

監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括車(chē)道控制器CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)的占用率，關(guān)鍵設(shè)備（RSU、車(chē)牌圖像識(shí)別設(shè)備）在線(xiàn)狀態(tài)及工作狀態(tài)（如RSU發(fā)射、接收工作狀態(tài)），機(jī)柜溫度、濕度、防盜，供電和通信網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)等。機(jī)柜工作狀態(tài)可與華為后臺(tái)軟件對(duì)接。后期可加入異常狀態(tài)的分析預(yù)警，對(duì)各單元監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，并將數(shù)據(jù)匯集至中心運(yùn)維服務(wù)器。通過(guò)在運(yùn)維服務(wù)器上部署的大數(shù)據(jù)分析、智能算法策略分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各硬件的資源瓶頸周期預(yù)估，對(duì)設(shè)備使用壽命進(jìn)行跟蹤，提前預(yù)警臨界設(shè)備，并同時(shí)排查網(wǎng)絡(luò)、電力等系統(tǒng)設(shè)備可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，做到故障預(yù)警的智能化。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，可查詢(xún)各門(mén)架的ETC交易流水、ETC通行記錄、CPC卡通行記錄、圖像流水記錄等。根據(jù)路公司需要現(xiàn)階段所需數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）門(mén)架捕獲數(shù);

（2）圖片捕獲數(shù);

（3）圖片識(shí)別數(shù);

（4）圖像識(shí)別率;

（5）OBU收費(fèi)金額（元）;

（6）CPC卡收費(fèi)金額（元）;

（7）總收費(fèi)金額（元）;

（8）門(mén)架交易成功數(shù);

（9）OBU交易總量;

（10）OBU交易成功量;

（11）ETC交易成功率;

（12）CPC計(jì)費(fèi)總量;

（13）CPC成功量;

（14）CPC計(jì)費(fèi)功功率。

后期可根據(jù)需求增加統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，更全面的掌握路公司自由流收費(fèi)運(yùn)行情況。

數(shù)據(jù)分析預(yù)警功能：根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備傳輸來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，分析ETC自由流收費(fèi)系統(tǒng)是否存在異常，當(dāng)數(shù)據(jù)未能達(dá)到或高于運(yùn)行系統(tǒng)指標(biāo)時(shí)，給予警報(bào)。

遠(yuǎn)程控制功能：能具體到單個(gè)ETC自由流收費(fèi)相關(guān)設(shè)備，包括設(shè)備復(fù)位、重啟、程序更新等。

運(yùn)維跟蹤服務(wù)：能以運(yùn)維app或短信的形式發(fā)維護(hù)信息給相關(guān)的維護(hù)人員，并對(duì)維護(hù)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，顯示維護(hù)的最新?tīng)顟B(tài)。

平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)可以采用主流的“Web服務(wù)-應(yīng)用服務(wù)-數(shù)據(jù)庫(kù)”三層架構(gòu)的方式設(shè)計(jì)，并通過(guò)負(fù)載平衡措施滿(mǎn)足平臺(tái)額的高可用需求。

4 展望與思考

2019年起，交通部推行取消省界收費(fèi)站工作，公司一次性投入大量資金建設(shè)自由流收費(fèi)設(shè)施系統(tǒng)。此系統(tǒng)采取門(mén)架逐一扣費(fèi)的形式，但系統(tǒng)并不完善，尤其存在漏繳、逃繳、收費(fèi)金額不準(zhǔn)確的情況，并且公司無(wú)法掌握實(shí)際收費(fèi)數(shù)據(jù)。2020年3月，交通部修改了自由流收費(fèi)系統(tǒng)的結(jié)算方式，從之前的門(mén)架扣費(fèi)改為門(mén)架計(jì)費(fèi)、擬合路徑后收費(fèi)站統(tǒng)一扣費(fèi)。改變后的方式處于驗(yàn)證階段，公司無(wú)法掌握實(shí)際收費(fèi)數(shù)據(jù)的問(wèn)題依然存在，并且門(mén)架的功能弱化導(dǎo)致投入產(chǎn)出比的降低。

根據(jù)以上敘述的擁堵和自由流收費(fèi)的兩個(gè)問(wèn)題，結(jié)合浙江智慧交通的發(fā)展方向，利用自由流收費(fèi)的門(mén)架系統(tǒng)和現(xiàn)有的視頻監(jiān)控等其他基礎(chǔ)設(shè)施，改善高速公路的通行管理及自由流收費(fèi)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、維護(hù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等迫在眉睫的問(wèn)題。借此，一方面需提城高速公路的綜合管控能力、行車(chē)安全系數(shù)和通行效率;另一方面需提高自由流收費(fèi)的效率與準(zhǔn)確性，增加門(mén)架等自由流設(shè)施一次性高投入的智慧化高效利用。有助于通過(guò)智慧管控降低運(yùn)營(yíng)管理成本、提高營(yíng)收效益、節(jié)約成本開(kāi)支。

通過(guò)對(duì)收費(fèi)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析和收費(fèi)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的保障，逐步提高自由流收費(fèi)的效率與準(zhǔn)確性，可為下一階段（徹底取消收費(fèi)站）更加高效、快捷、精準(zhǔn)的自由流收費(fèi)做準(zhǔn)備。

利用已完成一次性投入的ETC自由流門(mén)架的實(shí)時(shí)交互能力，從而掌握實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)（交通量、車(chē)速等）。利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及其他可利用的大數(shù)據(jù)，通過(guò)分析預(yù)測(cè)、聯(lián)動(dòng)預(yù)案、誘導(dǎo)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)各路段的交通態(tài)勢(shì)感知及智能管控，有效提高交通安全系數(shù)、減少擁堵情況，提高路網(wǎng)通行效率。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)自由流收費(fèi)設(shè)施運(yùn)維管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，有很好的功能性和通用性，不但可以滿(mǎn)足各高速公路ETC自由流收費(fèi)的實(shí)際需要，幫助各個(gè)高速公路上的ETC自由流收費(fèi)系統(tǒng)達(dá)到高效穩(wěn)定的長(zhǎng)期運(yùn)行，還適用于未來(lái)智慧高速車(chē)路協(xié)同設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)。后期在經(jīng)過(guò)不斷的推廣和完善，可以延伸至車(chē)路協(xié)同智能路側(cè)設(shè)備的維護(hù)應(yīng)用并覆蓋全國(guó)各大高速公路以及未來(lái)的智慧高速。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍開(kāi)紅.ETC自由流系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控體系設(shè)計(jì)[J].中國(guó)交通信息化，2014，16（07）：71-72.

[2]龍開(kāi)紅，周玲，湯成，等.匝道ETC自由流解決方案及應(yīng)用效果分析[J].中國(guó)交通信息化，2019，21（02）：118-121+125.

[3]湯成，李奇峰，陳偉明，等.高速公路ETC自由流收費(fèi)技術(shù)探討[J].中國(guó)交通信息化，2019，21（01）：118-120.