自由流收費設施智能運維系統設計與思考

汪心淵

摘 要：作者通過對自由流收費設施智能運維系統設計與思考，包括運維系統設計思路、總體設計、功能設計、前段監(jiān)測設備等內容的設計與思考，力圖運用機電技術與信息化手段，提升自由流收費系統的穩(wěn)定性，降低維護、維修難度。展望通過分析基礎數據，從而提高管理部門對收費運營、交通流等方面的精細化管理，指導提高運維設計的科學性、高效性。

關鍵詞：智能運維;收費設施;自由流

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A

0 引言

為了深化收費公路制度改革，提高綜合交通運輸網絡效率，降低物流成本。因此，交通運輸部結合我國高速公路建設、運營和收費技術發(fā)展現狀，明確提出實現電子不停車快捷收費（ETC）、輔以車牌圖像識別、多種支付手段融合應用的技術路徑。2018年5月國務院常務會議做出“推動取消高速公路省界收費站”的重大決策部署。2020年1月1日零時，全國29個聯網省份的487個省界收費站全部取消，交通部及各省自治區(qū)完成了采用自由流收費模式的新收費模式切換上線工作。

保證ETC自由流門架系統所屬設備的正常和高效運行顯得尤為重要[1]。而由于高速公路路上的ETC自由流門架設施布設位置難以人工維護，如維護需通過封道等低效率高成本的措施進行，使得系統維護難度大，并且標識的路徑被參與通行的計算，標識準確性要求很高，為此需設計高效穩(wěn)定的ETC自由流收費系統運行狀態(tài)監(jiān)測系統，來確保收費能力的可靠性和系統維護的及時性，是至關重要的[2]。

1 主要存在的問題

目前的維護模式是“被動發(fā)現、被動接報、被動維護”[3]。故障發(fā)現與處置主要依靠收費站人員主動發(fā)現，隨后上報維護人員，維護前往現場憑經驗修復，修復完成后現場核驗的流程。此流程的時效性在自由流收費模式下，會出現大量故障處置滯后以及維護質量不可估量的問題，從而影響收費業(yè)務的穩(wěn)定性。

2 系統設計思路與總體設計

2.1 設計思路

通過調研ETC自由流收費設施的系統構成，研究監(jiān)測設備類型和具體監(jiān)測指標，調研相關設備廠商，建立產品協議庫，同時，研究和設計設備運行及監(jiān)測數據傳輸方式，選型研究前端通訊模塊，確保網絡安全通信，并通過設計和開發(fā)后臺運行狀態(tài)監(jiān)測軟件平臺，實現全省范圍ETC自由流收費設施實時在線運行狀態(tài)監(jiān)測，分析統計狀態(tài)數據，對設備運行狀態(tài)分級管理，監(jiān)測到故障設備可實現備用設備的實時切換，保障系統的穩(wěn)定運行，自由流收費運維管理系統網絡拓撲圖如圖1所示。

2.2 系統目標

（1）監(jiān)測自由流收費設施的運行、環(huán)境狀態(tài)。在線實時監(jiān)測其自由流收費設備運行狀態(tài)，通過研究建立智能監(jiān)測方案和監(jiān)測指標、參數等，及時發(fā)現收費設施運行、環(huán)境等全方位的異常情況。

（2）當自由流收費設備運行過程中發(fā)生異常情況時，能實時甚至提前發(fā)現問題，精準定位異常情況位置，通過及時通知維修人員進行處理或切換備件等方式，保障收費系統正常運行。

（3）提升自由流收費設施的完好率，減少封道等維護維修工作，提高收費系統的收費效率，減少稽查工作量，同時保證了高速公路的通暢運行。

（4）加強自由流收費設施運行維護的管理，包括維護人員的管理、設備運維管理模式及管理方案。減少維護管理的成本、增加管理人員的工作效率、提高維護人員的安全。

（5）為全省各路公司搭建自由流收費設施監(jiān)測運維管理平臺提供技術支撐。

3 監(jiān)測系統功能設計

以監(jiān)測設備傳輸的ETC自由流收費運行數據為基礎，建立自由流收費運行監(jiān)測平臺，對實施匯聚的數據進行分析處理，對設備運行狀態(tài)分級管理，監(jiān)測到故障設備可實現備用設備的實時切換，保障系統的穩(wěn)定運行，實現各ETC設備遠程化、批量化、可視化、自動化智能管理，因此，平臺需涵蓋以下幾點功能：

數據存儲傳輸功能：接受監(jiān)測設備傳輸來的監(jiān)測數據，以及ETC自由流收費系統發(fā)來的相關運行日志等信息，并將接受來的數據存儲下來。

監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，包括車道控制器CPU、內存、硬盤的占用率，關鍵設備（RSU、車牌圖像識別設備）在線狀態(tài)及工作狀態(tài)（如RSU發(fā)射、接收工作狀態(tài)），機柜溫度、濕度、防盜，供電和通信網絡工作狀態(tài)等。機柜工作狀態(tài)可與華為后臺軟件對接。后期可加入異常狀態(tài)的分析預警，對各單元監(jiān)測數據進行數據標準化處理，并將數據匯集至中心運維服務器。通過在運維服務器上部署的大數據分析、智能算法策略分析，實現對系統內各硬件的資源瓶頸周期預估，對設備使用壽命進行跟蹤，提前預警臨界設備，并同時排查網絡、電力等系統設備可能存在的風險，做到故障預警的智能化。

數據統計分析，可查詢各門架的ETC交易流水、ETC通行記錄、CPC卡通行記錄、圖像流水記錄等。根據路公司需要現階段所需數據統計內容主要包括以下幾點：

（1）門架捕獲數;

（2）圖片捕獲數;

（3）圖片識別數;

（4）圖像識別率;

（5）OBU收費金額（元）;

（6）CPC卡收費金額（元）;

（7）總收費金額（元）;

（8）門架交易成功數;

（9）OBU交易總量;

（10）OBU交易成功量;

（11）ETC交易成功率;

（12）CPC計費總量;

（13）CPC成功量;

（14）CPC計費功功率。

后期可根據需求增加統計數據以及對這些數據進行有效分析，更全面的掌握路公司自由流收費運行情況。

數據分析預警功能：根據監(jiān)測設備傳輸來的實時數據，分析ETC自由流收費系統是否存在異常，當數據未能達到或高于運行系統指標時，給予警報。

遠程控制功能：能具體到單個ETC自由流收費相關設備，包括設備復位、重啟、程序更新等。

運維跟蹤服務：能以運維app或短信的形式發(fā)維護信息給相關的維護人員，并對維護狀態(tài)進行實時跟蹤，顯示維護的最新狀態(tài)。

平臺的系統架構可以采用主流的“Web服務-應用服務-數據庫”三層架構的方式設計，并通過負載平衡措施滿足平臺額的高可用需求。

4 展望與思考

2019年起，交通部推行取消省界收費站工作，公司一次性投入大量資金建設自由流收費設施系統。此系統采取門架逐一扣費的形式，但系統并不完善，尤其存在漏繳、逃繳、收費金額不準確的情況，并且公司無法掌握實際收費數據。2020年3月，交通部修改了自由流收費系統的結算方式，從之前的門架扣費改為門架計費、擬合路徑后收費站統一扣費。改變后的方式處于驗證階段，公司無法掌握實際收費數據的問題依然存在，并且門架的功能弱化導致投入產出比的降低。

根據以上敘述的擁堵和自由流收費的兩個問題，結合浙江智慧交通的發(fā)展方向，利用自由流收費的門架系統和現有的視頻監(jiān)控等其他基礎設施，改善高速公路的通行管理及自由流收費系統監(jiān)測、維護、數據統計分析等迫在眉睫的問題。借此，一方面需提城高速公路的綜合管控能力、行車安全系數和通行效率;另一方面需提高自由流收費的效率與準確性，增加門架等自由流設施一次性高投入的智慧化高效利用。有助于通過智慧管控降低運營管理成本、提高營收效益、節(jié)約成本開支。

通過對收費數據的監(jiān)測、大數據分析和收費設備穩(wěn)定運行的保障，逐步提高自由流收費的效率與準確性，可為下一階段（徹底取消收費站）更加高效、快捷、精準的自由流收費做準備。

利用已完成一次性投入的ETC自由流門架的實時交互能力，從而掌握實時交通數據（交通量、車速等）。利用實時數據以及其他可利用的大數據，通過分析預測、聯動預案、誘導等手段，實現對各路段的交通態(tài)勢感知及智能管控，有效提高交通安全系數、減少擁堵情況，提高路網通行效率。

5 結語

對自由流收費設施運維管理系統的設計研究，有很好的功能性和通用性，不但可以滿足各高速公路ETC自由流收費的實際需要，幫助各個高速公路上的ETC自由流收費系統達到高效穩(wěn)定的長期運行，還適用于未來智慧高速車路協同設備的運行監(jiān)測。后期在經過不斷的推廣和完善，可以延伸至車路協同智能路側設備的維護應用并覆蓋全國各大高速公路以及未來的智慧高速。

參考文獻：

[1]龍開紅.ETC自由流系統運行監(jiān)控體系設計[J].中國交通信息化，2014，16（07）：71-72.

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

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