ETC門架智慧運維關鍵技術應用探討

譚 浩

（湖北交投集團武黃高速公路運營管理有限公司,湖北 武漢 430000）

0 引言

近年來，我國的高速公路收費改革持續推進，在現代化技術支持下構建的ETC門架系統，為快速收費提供了技術支持。雖然在當下的發展條件下，ETC門架系統表現出了可靠性、精準性的優勢，但尚存在一些問題，特別是在智慧運維模式下，為保障系統可靠性，需注重相關技術的科學應用。未來隨著人工智能在ETC門架系統中的使用，系統必將有更為完整的功能和更為優越的性能。

1 ETC門架系統基本概述

1.1 聯網收費總體架構

當前的高速公路發展中，基本建成了全國聯網收費系統，系統的構成復雜，以部聯網中心、省聯網中心、省內區域/路段中心、ETC門架、收費站、ETC車道為主，如圖1所示。

圖1 全國高速公路聯網收費系統架構

1.2 系統構成

全國高速公路聯網收費系統中，ETC門架系統是其中的關鍵構成部分，這一子系統包含有門架結構、RSU天線、天線控制器、高清攝像機、車牌識別器、補光燈、以太網交換機、站級服務器、站級工作站、通信與供電系統等。不同系統之間的相互配合，使ETC門架系統兼具多個功能，為公路收費提供了巨大的便捷性，形成了智能化工作模式。

1.3 系統功能

ETC門架的技術、結構決定了其功能的多樣性，結合當前的ETC門架系統，系統支持雙片式或者單片式車載單元、5.8 GHz復合通行卡，在公路中建立了ETC門架系統后，一旦有車輛通過系統，車載單元（OBU）自動激活，直接與門架通信，由ETC分段計費與扣費，自動生成交易流水；MTC車輛經過門架時，門架系統自動將路段信息、費用信息記入復合通信卡，生成路徑信息、費用通行記錄[1]。

1.3.1 車牌識別功能

車牌識別是ETC門架系統最為基礎的功能，在此功能的支持下，門架抓拍區域自主識別車牌顏色、號碼等基本信息，采集到的信息被上傳到相應的模塊，生成圖像流水記錄。一旦在ETC門架系統中出現了雙片式OBU未插卡、車載單元被拆卸等異常情況，導致無法保持正常通信，在車牌識別系統輔助下，系統在短時間內可恢復正常狀態，生成完整的路徑信息。

1.3.2 自我檢測、程序更新功能ETC門架系統也具備自我檢測、程序更新的功能，當處于正常運行條件時，ETC系統的運行信息、設備實時狀態信息同步被發送到省級聯網中心，中心接收了信息后，由其統一下發系統參數[2]。在同一路段上的兩個門架，獨立工作，二者互為冗余，如果發生了通信網絡異常的情況，可立即進入脫機離線狀態，在通信正常后，自動將本地滯留數據上傳到省聯網中心系統。

2 ETC門架智慧運維關鍵技術

2.1 運維業務流程重構

在ETC門架智慧運維系統中，運維業務流程的重構是其中的重點部分，具體如圖2所示。

圖2 高速公路機電運維流程

傳統的運維模式下，在運維過程中涉及了省高速公路監控中心、收費站、路段監控中心、運維單位等主體，運維為分級管理模式。收費站監控室負責日常的巡檢，一旦在巡檢過程中發現了異常情況，及時將此異常情況上報；路段監控中心依據對故障類型、等級、維護級別的確定，利用電話等方式派發工單，通知運維單位并組織專人進入現場開展專業化維護，生成運維報告，將全部的運維信息匯總后上傳給省高速公路監控中心。

智慧運維模式下的ETC門架系統，具有傳統運維模式無法比擬的優越性，其業務流程主要表現在以下幾個方面：故障申報，在系統的故障申報頁面上直接上報故障情況；工單下發，當設備確認故障后自動生成派工單并下發到運維中心；方案審核，由運維中心對已有故障所提交的技術方案實施全面審查；維修上報，組織專人進入現場開展設備維修，將結果上報給分中心[3]。

2.2 接口標準化

隨著ETC門架系統的形成，所構建的系統在運維的過程中可以保持相對的穩定性。因為功能較多，為發揮系統功能和性能優勢，系統中配備有多種設備。為保障這些不同設備之間的可靠連接，應用接口標準化技術，通過接口保障不同設備、子系統之間的可靠關聯。在ETC門架智慧運維方案設計的初期階段，采用統一設備接口標準，依據設備選型、采購對廠家設備的接口需求，為設備運維預留標準化智能接口。在接口的科學設置下，不同模塊、子系統之間可保持良好的連接，系統通信更為高效。通過接口得到關于設備狀態、故障、參數等方面的信息，經由對這些信息的掌握，能了解設備的具體情況，進而制定更有針對性的維護策略。通過這一方式，提升了運維效率，解決了設備運行中的諸多問題。標準化接口下，設備狀態方面的信息能從心跳數據包中得到，ETC門架設備定期產生1條心跳數據，在接口下所得到的心跳數據可實時上傳到相應模塊。

2.3 基于機器學習的智慧運維決策技術

ETC門架系統中，為構建智慧運維模式，需應用智慧運維決策技術，在具體的系統設計中，引入機器學習方法實現故障的遠程識別、運維決策。在智能技術不斷進步的今天，機器學習有了顯著的發展，智能學習可以分析歷史數據，從中獲得各項指標的規律性特征，依據實時掌握的信息，對未知信息加以預測。在ETC門架系統的智慧運維所構建的運維決策模型中，2個階段均采用的是機器學習思維。第一個階段為系統的故障學習階段，能對ETC門架系統內的各個設備開展狀態、參數、故障情況等的關聯分析，經由智能學習模塊對歷史數據的學習，預測故障發生的概率、類型。第二個階段為運維決策階段，參考歷史運維記錄、運維效果，對不同故障條件下運維策略的合理性加以精準評估，構建專業的運維決策學習模型，自動生成實時故障運維工單。在系統投入運行的最初階段，故障學習模型、運維決策學習模型都被賦予了初始參數。在運維工作持續開展的過程中，模型不斷自我學習，積累數據，依據相應的結果進行參數的調整，使模型與實際相符合。

2.4 機柜空調監控技術

在ETC門架智慧平臺的運行中，利用智能精密空調網絡監控終端與空調連接，隨后經由網線實現與網絡的連接，此方式可全面采集空調的運行狀態數據。由智能化模塊監測與分析空調的運行情況，采用Web網頁、郵件或者SNMP等方式，實時顯示空調數據與狀態，一旦監測到了異常數據，立即啟動報警模塊。通過網頁界面可對空調開展遠程開關機控制，即使發生了停電重新來電的情況，也可自動恢復到停電前的狀態，使機房溫度、濕度等參數保持正常，滿足機房運行中的環境需求。機柜空調監控方案實現了對UPS、空調、鋰電池、門禁、機房環境的集中化、遠程化管理，在監控到異常情況時，自動推送報警信息。

2.5 智能機柜技術

ETC門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務的便捷性。在現階段的條件下，技術不斷進步，ETC門架智慧運營系統包含的現代化技術越來越多，智能機柜技術成為了其中的重點技術。此技術的使用，為ETC門架系統整體設備收容管理預留了更多的容量空間。多制式電壓輸出設備在智能機柜技術輔助下，運營更為智能，符合節能運行的需求，完全能滿足24 h不間斷、高可靠運行的條件。很多地方的高速公路ETC門架智慧運維系統，通過智能機柜技術與其他技術的結合，滿足了部、省級平臺分級分域統一管理、可視化管理的標準。此外，智能機柜兼具物理防盜功能，柜體本體無裸露可拆卸零部件，基本不會發生人為損壞的現象，系統的門開告警功能，由智能化模塊實時監控電子門鎖的開關狀態，一旦監控到了異常情況，立即發送告警信息，提醒相關人員開展專業化處理。

3 平臺實現與應用

3.1 平臺總體架構

在上述各種技術的綜合應用下，所構建的ETC門架智慧運維平臺可滿足實際的使用需求。此平臺架構從下到上分別為數據采集層、基礎層、數據層、業務支持層、業務應用層、Web服務層。

數據采集層負責的是各種數據和信息的采集，ETC系統運行時，這一層級接入了ETC門架機電設備，自動采集設備的基礎信息、實時狀態參數。這一層級中的數據采集和整合，能對機電設備實施專業化管理，維持正常的運行狀態，達到運維管理的目標。基礎層內配備有Web服務器、操作系統、數據庫服務器、嵌入式設備，這些設備的配置可以使基礎層為ETC門架的運行提供有效的保障。數據層兼具數據的處理功能，將前期采集到的門架運行狀態，故障信息的實時數據、歷史數據，維修記錄，解決措施等數據集中存儲，實施專業化管理。業務支持層提供統一的總線服務，對系統內的各種組件都實施管控，如業務服務中間件、應用中間件、安全中間件、數據交換平臺，通過業務支持層對各類組件的管理，保障各種組件發揮應有的作用[4]。業務應用層可實現全省門架系統的故障監測，同時還兼具故障維修流程監管、維修評價、日常養護計劃制定等多種功能。Web服務層中的Web端極為重要，具備權限信息瀏覽、設備操作、數據庫查詢的功能。

3.2 平臺實現

3.2.1 設備狀態監控

ETC門架系統中涉及了多種設備。所構建的平臺要對設備的運行狀態加以全面監控。機電設備監控是保障設備可靠運轉的前提，在平臺中實時接入設備狀態參數、工作參數，依據對這些數據信息的分析，可判定設備運行狀態、故障情況。一旦監測到設備存在異常情況，立即開展故障預警。

3.2.2 運行情況展示

在道路網中可清晰顯示門架系統內的位置、狀態信息，后臺操作人員可點擊頁面站點，在點擊的過程中自動彈出該站點ETC門架的實時狀態、所屬道路信息。一旦在系統運行的過程中設備出現了異常，在地圖上自動彈出報警信息。

3.2.3 三維監控巡檢

ETC平臺負責三維監控巡檢，在設備接口輔助下，采集其中的關鍵設備車道控制器、站級服務器的在線狀態、心跳信息，依據對采集信息的處理，實時監測設備的運行狀態，實現車牌的精準識別。一旦在系統運行中發生了設備異常或者故障，自動報警，同步生成報警記錄。運維人員在平臺三維巡檢功能下，遠程對設備故障區域內的故障情況、原因等加以判定。這種遠程化操作的方式，有利于各種故障的科學解決，保障運維效率[5]。

3.3 ETC門架系統智慧運維管理措施

（1）建立網絡安全預案機制。ETC智慧門架系統中不可忽視專用收費網絡的管理與維護，應結合系統情況和平臺特征，制定網絡安全預案，構建科學且可行的網絡安全管理制度，實施網絡環境的監測與預警，針對可能出現的緊急情況，提前制定應急預案。

（2）明確網絡系統的重點安全防護對象。對于系統中一些薄弱環節的攻擊行為，在內部區域須規劃和設計安全地帶，整體安全系統中可引入平衡全面的保護技術。有關人員要對ETC門架智慧運維系統中的各個部分開展安全風險等級的劃分，依據不同的等級要求，開展安全防護。應定期對內部系統的存儲信息、系統保護防火墻的實際情況加以檢查與監督，判定系統內是否存在病毒傳染或者黑客入侵等異常行為。

4 結束語

在當前的發展條件下，ETC門架智慧運維系統的建設水平、運行穩定性關乎高速公路收費的便捷性，為發揮這一系統在道路管理中的重要作用，在開展ETC門架智慧運維系統設計和建設時，須強化關鍵技術的應用。在當前的技術發展條件下，ETC門架智慧運維方面的技術取得了顯著的成效，但技術發展方面還有很大的發展空間，未來需加大這一方面的技術研發與創新。