高速公路收費站機電設備運行狀態感知系統分析

周波

（運城北高速公路管理有限公司，山西 運城 044000）

1 感知系統

1.1 系統概述

感知系統也叫作ETC 系統，主要是在車輛上安裝載有車輛信息的車載裝置，這時車輛在進入電子收費通道入口時，高速公路數據采集處理系統就會讀取車載裝置的相關信息，以此從數據庫中調出匹配車輛數據以后進而放行。同時，感知系統主要是將各項數據進行上傳，由數據管理中心統一保管。感知系統對通行車輛進行分析，以此生成扣費交易，并且實時上傳到銀行，銀行處理完成后，將數據實時返回數據管理中心。另外，高速公路車道系統在檢測車輛進入車道后，車載單元與微波天線就會進行數據交換，并且利用車載電子標簽對各項數據和信息進行識別，直接扣除車主儲存的賬戶。

1.2 系統特點

（1）低運行成本。根據相關調查，感知系統的運行效率相對較高，其反應速度一般為3 秒，比傳統人工運行效率可以提高3 ～4 倍，避免一些延時的問題。同時，感知系統在應用的時候，通常不需要人員進行干預，這樣可以有效降低運行成本。

（2）高安全性。一般情況下，感知系統主要示意微波通信為主，并且微波通信主要是以交通部門所指定的頻段為主，并且借用相關金融交易認證，進而有效完成相關工作的要求，切實保證高速公路收費站機電設備運行的安全性。

（3）適應性廣。感知系統不僅可以高速公路收費站機電設備運行有著明顯的應用，還能在加油站、停車場、年審檢測等方面，也有廣泛的使用，為其相關工作展開的便利性，提供了重要的保障。

2 感知系統構成

2.1 第一種模塊

第一種感知模塊主要是安裝于車道控制器機箱內，并且外接設備的端子可以直接利用感知模塊與外接設備進行連接，這樣感知模塊就可以準確檢測到高速公路收費站機電設備運行的狀態。同時，可以將檢測到的數據，利用RS232 串行通信口與車控器進行連接，這樣可以將檢測數據實時上傳，并且對相關數據進行處理，借用高速公路收費站專用的計算機，實時統一管理和統計。

2.2 第二種模塊

第二種感知模塊安裝位置與第一種相同，都是安裝于車道控制器機箱內，不同的是，可以安裝單獨的機箱內，并且針對外接設備的端子接線，可以引到感知模塊與外接設備進行連接。同時，第一種感知模塊可以與高速公路收費站機電設備中交換機進行連接，利用專用計算機對各項數據進行管理和統計，以此保證數據的準確性和安全性。另外，第一種感知模塊可以與車道控制器連接的時候，不會實行數據通信，可以針對自身的需求，單獨數據使用，以此保證車道控制器運行的獨立性。

3 感知系統設計

3.1 監測對象確定

需要根據高速收費站的類別，需要初步去定在線監測的前端設備，主要包括雨棚信號燈、通行信號燈、報警器、自動欄桿機、車輛檢測器、費額顯示器等方面，并且這些設備一般可以分為兩種，第一種為非智能設備，例如，信號燈、自動欄桿機、車輛檢測器；第二種就是智能設備，例如，費額、顯示器、稱重設備等方面。同時，非智能設備僅僅是執行設備，或者檢測設備，并且屬于開關量接口，但是接口不能得到高速公路收費站機電設備運行的工作狀態。

3.2 檢測算法

感知系統中的檢測算法，需要根據高速公路收費站機電設備中的非智能設備和智能設備分為信號對等分狀態、自動欄桿機狀態等檢測和判斷方面，就以非智能設備信號等狀態為例，其中，雨棚燈相對較為復雜，這樣一旦產生故障，不僅極端不會完全顯示，其維護的指示燈也不亮，這樣就很容易導致故障判斷存在誤差。因此，在感知系統檢測算法設計的時候，需要考慮雨棚的工作地層電壓以及電流判斷方式，根據電壓的實際數值，判斷是否存在運行故障，如果就需要立即進行處理。但是，在實際運行的時候，工作電源極為開關電源，并且由于電源電流如果與的實際點亮的像素數成線性關系不符的話，這時開關電源可以擁有容性負載，以及雨棚燈的自動調節性能，這時需要根據電流的情況，有針對地進行算法設計，以保證算法的準確性。另外，由于雨棚燈的能耗相對較低，所以在電流采樣判斷的時候，需要對過零檢測、取樣積分、滑動平均、背景自適應、模糊識別等方面進行綜合算法，形成一個綜合性的算法系統。由于智能設備的通信設備的協議存在一定的差異，但是通信運行狀態可以監測，所以需要依靠車道的實際操作狀態，以及設備運行的狀態，分析高速公路收費站機電設備運行是否處于正常的狀態，根據狀態進行調整，以此減少故障的產生，提升機電設備運行的穩定性。

3.3 硬件設計

（1）硬件設計是感知系統設計的核心，注重該方面的設計，可以對一般高速公路收費站機電設備所反饋的注重電流電壓檢測的優化，并且在設計的時候，硬件主要是以粒子濾波技術對各種高速公路收費站機電設備參數進行測量和處理，以保證檢測的準確性。同時，在設計的時候，需要重點考慮高速公路收費站機電設備的對外接口，通常是采用螺釘式插拔端子，這樣可以為后期接線提供相對便利的條件。

（2）在硬件設計的時候，還要重點考慮維護模塊，尤其是雨棚燈、通行等、霧燈等方面，并且如果直接供電的話，需要采取電壓檢測是和電流檢測相互結合的方式，判斷直接供電的電壓和電流是否穩定，一旦產生異常，需要立即進行調整，減少異常的情況的產生。針對欄桿機等方面，需要利用數字比對的方式，對輸出控制信號以及反饋設備等進行檢驗，并且與車控器進行連接，費額顯示器、計重設備等信號進行監測，根據監測的結果，分析運行情況，做出判斷以及處理，確保良好的運行狀態。

（3）要重點考慮硬件模塊接口，做好擴展設計，綜合考慮高速公路收費站機電設備運行環境溫度、濕度、環境光亮度等方面，并且需要根據燈光或空調開關等情況進行控制，這樣才能減少高速公路收費站機電設備運行狀態產生異常。例如，亭內監測的時候，如果溫度已經到底一定參數值，并且已經持續一段時間后，感知系統會自動提示人員，通過利用遠程的方式，將空調關閉，避免產能源消耗。同時，在感知系統硬件設計的時候，需要根據情況將智能芯片放置其中，其目的就是實現可以編程的目的，并且還具備網絡和串行接口，以此滿足高速公路收費站機電設備運行中不同的傳輸和組網模式，提升其使用性能。另外，在設計的時候，還要考慮車道控制器的接口，做好保護模塊設計，這樣不僅可以具備車道設備狀態數據、信息獲取功能，也可以保證數據和信息的安全性，以便后期使用的準確性。

3.4 車道運行狀態后臺監測

高速公路收費站機電設備運行狀態感知系統具有一定的復雜性，所以在設計的時候，不能僅僅考慮某一個方面，還需要對其他方面進行綜合考慮，車道運行狀態后臺檢測就是其中一個重要內容。但是，由于車道運行狀態后臺監測設計與其他方面有著很大的不同，所以在設計的時候，需要重點考慮以下幾點內容。

（1）根據BS 進行開發，以Windows、Linux 平臺作為介質，展開監測運行，并且在設計的時候，需要對腳本語言進行綜合考慮，做好擴展以便實現更多的功能。同時，車道運行狀態后臺檢測，可以實現動態化管理，并且結合實際需求，實現動態增加和刪除等功能，以實現良好的使用性能。另外，針對車道監控設計方面，可以圖形化界面為主，根據實際情況，對車道進行合理的布置和規劃，并且以收費為基礎，合理布設收費監測設備，這樣可以對各項車道數據進行實時接受。數據接受可以及時發現是否存在故障，并且會利用報警設備給予相應的提示，人員可以根據相應的提示，做出調整，避免運行故障的產生。

（2）車道運行狀態后臺監測設計的時候，需要考慮周圍環境的溫度、濕度以及是否有人活動，根據實際情況，做出調整，以此保證設計的合理性。同時，該設計的實現，可以對車道的運行狀態進行實時控制，獲取相應的數據。

4 感知系統中防逃費技術

防逃費技術也是高速公路收費站機電設備運行狀態感知系統設計的一項重點內容，主要內容如下。

4.1 入口車牌識別

車輛在進入車道以后，感知系統可以快速地進行識別，并且通過車輛影像的抓拍，展開進行一步的處理，以獲取相應的數據和信息。同時，將識別的數據和信息上傳到通信卡以及各項收費站機電設備中，從而展開后續的處理。

4.2 車輛的抓拍

車輛抓拍一般主要是指在車道出入口方面，車輛在進入車道后，感知系統可以對車牌進行識別，這時高速公路收費站機電設備就會對入口、出口等信息進行反復核對，判斷各項信息和數據是否準確。反復核對完成后，如果入口、出口的信息完全相符，就可以按照正常的流程展開處理，這樣可以有效減少異常問題的產生。但是，反復核實以后，信息和數據存在一定的差異，就需要從系統中調出具體的行車信息，并且展開具體的核實和對比工作，以此得到解決，判斷是否存在逃費的現象，這樣可以有效避免高速公路運行產生經濟損失。同時，隨著感知系統得到普遍的影響，在車輛信息抓拍方面，有著明顯的應用，主要是利用拍照系統，對車道的車輛進行抓拍，并且提取出相應的信息，提取后將這些信息傳輸到計算機中，從而進行保存，以便后期進行處理。另外，計算機以智能識別軟件為主，將車輛信息和數據進行提取，將提取的數據和信息上傳到數據庫中，這樣可以為后續的一些相關工作，提供了便利的條件。由于感知系統具有檢測算法的功能，可以快速識別車輛是否存在遮擋車牌號的行為，如果有被發現，需要立即通知相關部門，并且做出嚴格處理，避免類似的情況產生。※

4.3 構建逃費人員列表

感知系統應用到高速公路收費站機電設備中，不僅可以對各項機電設備運行進行檢測，還是可以對經常逃費人員進行管理，構建逃費人員列表，這樣一旦經常逃費人員進入高速公路，可以進行實時的監測與控制，避免產生逃費行為的再次發生，確保高速公路的運行效益。另外，感知系統可以實時獲取逃費人員的證據，并且如果情況較為嚴重，可以對其車輛進行攔截，做出相應的處理。

5 結語

綜上所述，機電設備在高速公路收費站運行中起到了關鍵性的作用，但是，在日常運行中，經常會產生各種問題，這些問題如果不及時發現，就影響高速公路收費站的正常運營。然而，通過利用感知系統可以對高速公路收費站機電設備的運行狀態，實施在線監測，分析其運行狀態是否存在故障，并且及時進行解決。同時，感知系統在高速公路收費站機電設備中，可以實現防逃費的功能，避免出現影響運行效益的行為，確保高速公路收費站穩定的運行，更加促使其實現智能化、自動化的服務水平，為其領域的發展，提供了重要的技術支持。