“智慧欄桿機”落地泉廈

■文/圖｜福建泉廈高速公路管理有限公司 徐智勇 張金開 張志雄

高速公路省界收費站取消之后，收費站ETC車道大量推廣建設，ETC車道的無人化值守水平也隨之提高，但同時也出現一些不足。例如收費軟件突發故障卡死，或者車道出現斷電事故，電動欄桿處于抬桿狀態時，可能出現ETC車輛未交費直接通行的情況。針對該問題，福建泉廈高速公路管理有限公司（以下簡稱“泉廈公司”）研發了智慧欄桿機，解決ETC車道無人值守產生的欄桿機脫桿、斷桿、長時間不落桿、線圈短路等故障信息無法及時發現的問題，實現快速處理，提高通行效率。

管理需求

2019年實施取消省界收費站項目后，泉廈公司所轄7個收費站的ETC車道增加為62個，造成機電設備的維護難度加大，且ETC車道的無人值守特性決定了對設備維護及時性的高要求。由于彼時欄桿機的實時監測和故障報警功能不完善，逐漸無法滿足運維需求。2019年9月10日，池店收費站ETC出口六車道收費軟件突發故障卡死，導致前車過車后欄桿接收不到落桿信號一直處于抬桿狀態，161部ETC車未能正常交費直接駛離高速公路。2020年6月23日，翔安收費站出口兩車道突然發生斷電事故，電動欄桿一直處于打開狀態，事后通過審片查詢共有51車次過車未交易。上述兩個案例表明傳統的“人工巡查-發現故障-現場維修”的管養模式已經逐漸不能滿足運維需求，迫切需要更智能的管理手段來主動發現并解決問題。

傳統的欄桿機運行狀態監測手段是通過路網中心調度員利用視頻輪巡或收費站現場稽查人員巡視的方式來進行，每個路網中心都涵蓋上百條車道，收費站現場稽查人員也要巡視十幾條車道，一旦出現欄桿狀態異常，或因放行導致費源流失的情況，都難以及時發現。ETC車道連續過車時，自動欄桿機會一直處于抬桿狀態，這也將影響工作人員對于車道是否處于異常抬桿狀態的誤判、漏判。

由于影響欄桿機不正常工作的因素多樣，僅僅通過現場“眼看、手摸、耳聞”獲取欄桿機故障原因的手段效率不高、效果不佳，且稽查人員或信息員的認知水平各不相同，在上報故障時，未必能夠清楚說明欄桿機故障的原因，必須經維護人員到現場排查后才能找到故障問題所在，影響欄桿機故障修復效率。因此依靠現有管理手段并不能及時發現問題，迫切需要借助科技力量，實現欄桿機精細化管理，讓自動欄桿機可以“自己說話”。

解決方案

主要思路

為了解決上述問題，泉廈公司提出了智慧欄桿機的概念，即“智慧欄桿機=常規欄桿機+自診斷功能+智慧管養功能”，智慧欄桿機在常規欄桿機的基礎上，增加多種傳感器，利用4G/5G無線傳輸技術，將數據傳輸到云平臺并進行管理，實現故障自診斷，并對故障進行報警，提示機維人員進行維護處理。此外，針對部分故障，智慧欄桿機還能遠程進行操作，實現故障快速處理。

依托物聯網技術，智慧欄桿機能夠自動采集實時數據和狀態信息功能，具有欄桿機實時狀態監測、異常故障報警、遠程操作重啟、防逃費四大功能。

依托故障自診斷技術，智慧欄桿機能夠通過現場聲光報警將欄桿機設備狀態反饋給收費人員立即處理；將故障信息發送給相關技術人員，通知其在第一時間了解欄桿機故障，對一些可以遠程恢復的故障，遠程操控復位；對于需要到現場恢復的故障，可以通過查詢故障代碼，準確定位故障位置，攜帶合適的配件、工具到場維修。同時，還能夠統計設備運行情況，為預防性養護提供數據支撐。

智慧管養功能是利用物聯網技術將欄桿機的運行狀態及故障信息，通過有線或無線方式傳輸到云平臺進行存儲、處理。技術員通過PC端或手機移動終端的人機交互界面進行實時管理。

系統架構

感知層主要承擔感知信息的作用和處理控制指令的功能，實現自動欄桿機故障自診斷、基礎運行參數的采集和對應用層指令的處理，包含故障診斷主機、欄桿機的控制器、相關的傳感器（如溫度、濕度、電壓和電流監測及脫桿、斷桿狀態等）和車輛檢測器等。

網絡層為感知層和應用層提供穩定、高效的數據交互。網絡層將欄桿機的數據上傳至云平臺或服務器，同時將云平臺或服務器的相關指令準確下發給對應的欄桿機。網絡層可基于專用內網，也可基于互聯網，以有線或無線方式組網。

應用層對感知層上報的數據進行儲存、分析和管理，并借助PC端、移動端等人機交互界面，為用戶提供豐富的人機交互體驗。應用層主要基于云存儲、云技術和云平臺等云技術手段，可以部署于公有云或私有云。

只要身處網絡覆蓋范圍，工作人員均可通過PC端或移動端打開云平臺人機交互界面，實時查看賬號權限下每臺自動欄桿機的運行情況。可查看的內容包含欄桿機控制器的基本參數、欄桿機控制器接口實時狀態、車檢器基本參數和地感線圈實時狀態。在4G信號良好的情況下，所有變量更新延時小于兩秒。

主要功能

系統構架

技改后的欄桿機

數據監控平臺

防逃費功能一旦由于各種原因出現斷桿、脫桿、不落桿或斷電問題，欄桿機能夠立即發出報警信號（聲光報警和短信、微信通知），提示相關人員進行處理，防止逃費事件發生。不落桿時間可以根據各站所車流情況靈活設置。

地感線圈短路、斷路報警當地感線圈出現破皮，相連導線之間觸碰短路，此時線圈雖然導通，但電感量偏低，會導致車檢器無法正常工作，進而無法正常檢測車道通行車輛，影響車道的通車效率，甚至出現車輛逃費現象。當地感線圈出現斷路，相當于車檢器沒有接入線圈，造成車檢器無法正常檢測車道通行車輛，從而影響車道的通車效率，甚至出現車輛逃費現象。

車檢器死機報警車檢器基本參數包含：靈敏度等級、工作頻率、初始化校準次數、有車濾波等級、無車濾波等級、溫飄校準等級、死機判斷時間和死機自復位時間。當車檢器出現死機時，車道軟件會認為車輛一直存在，從而影響車道軟件的邏輯判斷，進而影響車道的通車效率，甚至出現車輛逃費現象。

車檢器遠程復位實際使用過程中，車檢器經常因為線圈干擾等因素，出現死機現象。此時，不管線圈上方是否有車，車檢器都會持續檢測線圈有車，影響車道軟件的邏輯判斷，降低車道的通車效率，甚至出現車輛逃費現象。車檢器遠程復位，能夠快速處理故障，提高維護效率。

控制器遠程復位欄桿機控制器基本參數包含工作時長、抬桿次數、落桿次數、抬桿時間、落桿時間。接口實時狀態有欄桿機控制-開、欄桿機控制器-關、欄桿機控制器-停、識別信號、防砸模塊和車檢模塊接口。如果出現運行異常，只要網絡正常連接，就能夠遠程進行復位，恢復欄桿機的正常使用。

欄桿機數據采集采集欄桿機控制器的基本參數、欄桿機控制器接口實時狀態、車檢器基本參數、地感線圈實時狀態及工作環境溫、濕度情況等。欄桿機采集的各項數據，通過無線（4G）方式將數據傳輸至云平臺進行存儲、管理。目前，泉廈公司已將數據接入內網，并對告警信息分級，其中重要告警會在監控員電腦上實時彈窗顯示，便于快速處理故障。

使用效果

從2020年12月起，泉廈公司陸續在廈門收費站、翔安收費站、池店收費站選取8個車流量較大的車道對自動欄桿機進行改造，使用情況良好，在提高維護效率、防止費源流失方面效果明顯。

2021年11月某日凌晨1時左右，某拖掛車在翔安四道交易完成，車尾完全離開防砸線圈，欄桿下落后，司機發現無法通過車道，直接倒車，反向撞斷欄桿臂，觸發防逃費報警。云平臺及時向工作人員發出防逃費報警和欄桿斷裂的信息。同時，欄桿機上安裝的聲光報警器開啟報警，現場工作人員立即趕到現場，關閉車道，攔截肇事車輛，阻止了因欄桿斷裂導致的車輛逃費行為，并減少了由欄桿斷裂導致的路產損失。

2021年12月13日至15日，云平臺多次推送翔安4道的線圈4出現斷開和短路的故障報警信息。后經實際處理，確定為線圈接線松動，接觸不良所致。

經驗總結

通過泉廈高速對3個收費站共7個車道3種品牌的自動欄桿機進行智慧化技改可以看出：其智慧化技改，能夠解決收費運營過程中的防逃費和設備管養問題。對于欄桿機被車撞開的脫桿，以及被車撞到的斷桿，即使相關機電技術人員和管理人員不在現場，也能及時發現問題，并通知收費所相關人員進行處理，以防止逃費等現象的發生。對于涉及的路產損失，也能夠第一時間發現，及時攔截或定位肇事車輛進行索賠。

通過實時采集欄桿機的運行參數、狀態（含故障）等信息，以及故障處理記錄，可作為設備穩定性、壽命的科學、客觀評價，并統計可能存在逃費的時間點、對人員現場處理問題等效率考評的決策依據。

此外，機維人員在收到經技改后的智慧欄桿機故障報警后，可利用PC端或手機端等人機操作界面進行遠程復位，快速解決問題，能夠節省大量的人工、車輛費用，提高效率，降低人員在車道作業可能的危險因素，對于保暢通和提高車道通行效率具有積極意義。

2022年6月，福建省高速公路學會組織召開了《基于物聯網和故障自診斷技術的智慧欄桿機》項目成果驗收會，與會專家一致同意項目通過驗收。2022年7月，福建省高速公路學會舉辦《基于物聯網和故障自診斷技術的智慧欄桿機》科技成果評價會，與會專家給予“項目成果總體達到國際領先水平”的高度評價。2022年7月21日，福建省高速公路集團有限公司下發智慧欄桿機推廣應用的通知。

推廣應用

機電系統運維數字化、網絡化、智能化是智慧交通和高質量發展要求的趨勢。智慧欄桿機具備現有自動欄桿機的基本功能，同時基于物聯網技術、傳感技術、有線/無線數據傳輸技術，實現自動欄桿機遠程監測、故障自診斷、遠程維護和報警聯動等管理和服務功能，對推進智慧高速的建設，具有重要意義。未來，廈門其他高速公路的相關機電設備也將實現接入智慧管養云平臺，實現車道、路側、隧道、橋梁邊坡等全部設施設備的實時監控、故障自診斷及遠程維護，為智慧交通的智能管養落地提供堅實的技術支持。

智慧欄桿機目前已在福建高速多個運營公司推廣使用，截至2023年4月，已安裝120余套。根據使用效果及用戶評價，有效地提高了運營管理智能化水平，提高了故障處理效率，也進一步提高了車道的通行效率。

收費站車道布局