基于BIM+GIS技術的ETC門架系統運維管理平臺應用探討

作者簡介：李迪杰（1982—），碩士，工程師，主要從事高速公路運營管理工作。

摘要：文章結合物聯網、BIM+GIS和大數據等新一代信息技術，提出高速公路ETC門架系統的智能化運維解決方案，實現設施設備的智能運維，可大幅提高ETC門架系統運維管理效率，有效提升ETC門架設備管養水平。

關鍵詞：高速公路；BIM+GIS；ETC門架系統；運維管理

中圖分類號：U491.5⁺4A521792

0 引言

2020-01-01，全國高速公路聯網收費系統完成并網切換，自此，高速公路收費模式轉變為分段式精確計費模式。在新的收費模式下，ETC門架系統承載著分段計費及路徑識別等重要功能，是實現高速公路通行費精確計費的關鍵，因此確保ETC門架系統的穩定運行成為高速公路運營管理的一項重要工作。

1 ETC門架運維工作現狀分析

相比以往的收費模式，現有收費模式對ETC門架設備的持續穩定運行提出了更高要求，ETC門架系統需保持穩定的運行狀態，確保準確讀取通行車輛的通行信息，實現精確計費。面對大量的機電設備及復雜的運行環境，ETC門架系統必須要定期進行檢修、維護，及時消除各種設備故障隱患，確保系統穩定可靠運行^［1］。在當前ETC門架系統日常管養工作中，存在設備數量多、分布范圍廣、維護難度大等問題，且缺乏有效的設備故障預警手段，設備故障的處置工作仍然以被動發現故障、人工填報維修處置、人工驗收的方式進行，設備維護及時性達不到要求，設備運維耗時長，人力物力浪費嚴重，同時缺乏有效的預警和提醒，部分設備隱患長期不被發現，存在一定的安全風險。

2 解決方案

基于BIM+GIS融合技術的高速公路ETC門架系統運維管理平臺以新一代信息技術為核心，可有效解決現階段ETC門架運維管理中存在的問題，可為高速公路機電系統運維管理提供一套實用的智能化管理綜合解決方案。該平臺融合了物聯網、BIM+GIS和大數據等新一代信息技術，可以有效發揮其在模型設計、數據采集、分析預測、模擬仿真等方面的作用，助力推進交通產業數字化，進一步促進高速公路機電系統運維智能化發展。

3 ETC門架系統運維管理平臺總體架構及系統功能

3.1 運維管理平臺總體架構

ETC門架系統運維管理平臺結合高速公路運營管理的實際需要，對不停車收費門架系統的軟硬件運行狀態實現全面監控，保障門架系統正常運行。系統采用感知層、數據層、平臺層、應用展現層四層管理架構，如圖1所示。

感知層：通過高速公路全路段布設的智能傳感器，按固定周期獲取ETC門架機電設備的實時狀態等信息，實現對ETC門架機電設備狀態的監測。感知層是門架系統運行監測、設備管養的基礎，為高速公路機電系統智能化運維提供數據支持^［2］。

數據層：可實現對ETC門架運行狀態、設備故障信息、設備運行性能、歷史數據、維修記錄等設備系統及管養數據的存儲管理。

平臺層：包括中間件、數據庫等內容，通過統一的服務實現相關應用組件的有效整合和管理，為平臺運行提供軟件環境。

應用展現層：實現高速公路ETC門架系統的設備管理、狀態監視、數據管理、系統配置、數據訂閱等業務。

3.2 智慧運維管理平臺主要功能

3.2.1 設備基礎數據管理

設備管理功能包括設備資產和設備屬性兩大模塊。

設備資產是整個系統的基礎數據，是系統后續功能的依據。該模塊主要用于維護高速公路ETC門架相關的設備，主要包括門架、車牌識別器、抓拍補光燈、射頻天線、供配電控制箱（柜）、蓄電池、低壓電源轉換器、天線控制器、路側計算單元、交換機、機柜恒溫系統等設備。

設備屬性模塊主要用于配置設備資產具體的屬性信息，除維護設備類型的基礎信息外，還用于維護設備的狀態、設備壽命閥值、開始使用時間、維修頻次閥值、歷史維修記錄。設備運行狀態、使用壽命、維修情況會在設備預警模塊進行相應的顯示。

3.2.2 機電設備布設管理

機電布設用于對設備資產和三維BIM模型進行管理，建立關聯后，通過點擊三維模型，能預覽設備資產對應的屬性信息，也可通過點擊設備資產定位到具體的三維模型。該模塊主要分為兩部分，一部分展示設備資產數據，另一部分展示實際的三維場景。

3.2.3 ETC門架設備維修管理

設備維修模塊用于管理設備維修的相關數據，維修人員選擇具體的機電設備，填寫本次維修記錄，并上傳相關附件，確定信息無誤后，勾選數據并點擊提交按鈕，將本次維修信息上報給審批人員審批；審批人員根據實際情況，對本次的維修操作情況通過審核或者退回審核，如果退回審批后，維修人員根據反饋進行修改后，再發起審批流程。

3.2.4 ETC門架系統設備巡檢管理

巡檢人員對機電設備進行巡檢后，可通過月度巡檢模塊記錄本次巡檢的范圍，并記錄具體機電設備的使用狀態。如果設備狀態出現異常，可選擇推薦的處理方式（維修、更換、其他），如果選擇的處理方式為其他，需填寫具體的處理意見。另外該模塊還提供臺賬功能，通過該功能可查看到每次巡檢的設備總數、正常設備數、異常設備數、已處理的異常設備、未處理的異常設備等。

3.2.5 ETC門架系統設備預警管理

系統可透過設備預警看板直觀地看到所有門架，門架上標識的不同顏色表示門架存在的異常狀態。點擊具體的門架設備，在頁面中設有設備類型導航欄，點擊設備類型能查看到該門架同一設備類型的全部設備資料卡片，資料卡片展示的內容根據設備類型的不同有所差異，但從總體上來說，主要展示設備監控屬性、設備狀態及設備預警信息三大類數據。

3.2.6 三維可視化功能

三維可視化功能可實現在視覺上將BIM模型、機電設備模型、線路所處環境融合到一個場景上，旨在還原真實的場景；在功能上主要實現了行車模擬、機電設備、異常機電設備、異常數據的功能。行車模擬用于模擬車輛通行的情況，通過機電設備管理功能，能定位到具體的設備，查看設備的屬性信息。

4 ETC門架系統運維管理平臺主要技術

平臺融合了GIS、BIM、物聯網、大數據等新一代信息技術，結合ETC門架智能化管養需求，實現了ETC門架系統的可視化、智能化的運維管理。

4.1 BIM+GIS融合技術

BIM圖形引擎用于三維圖層資源的托管管理、功能聚合、資源分發，組件功能涵蓋項目空間定義、空間場景定義、場景元素發布與訪問，提供三維瀏覽數據以及模型屬性數據服務。整合GIS圖層、DEM地形層、地理傾斜攝影圖層、標繪矢量圖層以及各種BIM三維建模資源圖層，為系統多維數字展示提供穩定高可用的資源服務，其功能如圖2所示。

通過對標準格式的BIM模型和GIS地形數據的接入，基于統一的模型粒度標準、圖層劃分標準、材質及貼圖標準、模型體量標準以及數據交互、存儲標準，結合構件劃分、屬性綁定等要求，將構建完成的BIM建筑信息模型與處理完成的三維數字地形相互擬合，實現在三維可視化狀態中對項目全線情況進行動態管理展示。

4.2 物聯網技術

通過物聯網技術，系統可以實時收集相關設備產生的數據信息。數據調度服務定期執行特定的數據提取、交換、分析、存儲的任務，以數據交換引擎實現交換和協同的核心功能，提供模式管理、數據變換和協同等服務。同時通過對數據進行采集、數據加工、數據處理、數據存儲，構建統一的數據平臺，實現對應用平臺層、模型層以及應用層的數據支撐，服務于項目的管理和管控。

4.3 大數據技術

利用大數據技術對ETC門架設備運行數據進行挖掘并建模，在智能運維管理平臺內展示設備運行性能、故障原因等分析結果，管理人員可根據相關數據對設備的運行情況進行研判，逐步推進設備性能結構及人員配置優化，促進設備管養工作效率提升^［3］。

5 應用成果

該智能運維管理平臺成功在浙江省甬臺溫高速公路應用，系統通過GIS模型構建及設備設施BIM建模，實現ETC門架模型和數據的可視化管理，平臺可直觀展示管養路段ETC門架系統設備信息、運行狀態，可對設備故障進行預警，并實現了門架系統管養流程信息化管理，為機電系統運維工作的順利開展提供了強有力的支撐。平臺的應用進一步優化了資源配置，有效提升了ETC門架系統管養水平。

6 結語

基于BIM+GIS融合技術的高速公路交通設施設備智慧運維管理平臺初步實現了ETC門架系統的三維可視化、設備管養信息化、信息共享化、服務標準化，滿足當前高速公路管理單位對ETC門架系統的運維管理需求。在此基礎上，后續可探索通過平臺進一步挖掘利用ETC門架數據進行交通流監控與仿真模擬，基于實測數據還原車輛軌跡，并在此基礎上模擬交通流及交通擁堵狀況，根據不同時期、不同時刻、不同斷面的交通擁堵狀況的分析預測結果，為道路維修養護施工組織及運營管理人員管理決策提供參考，全面提升高速公路運營管理的智慧化水平。

參考文獻

［1］冉 森.高速公路ETC門架系統運維分析［J］.運輸經理世界，2021（23）：87-89.

［2］戴劍軍，彭 巍，傅 達，等.ETC門架智慧運維關鍵技術及應用［J］.湖南交通科技，2020，46（2）：124-128.

［3］李長亮，朱耀宇.基于ITS的智能運維管理平臺解決方案［J］.上海船舶運輸科學研究所學報，2021，44（2）：42-46.