論文

作者:瀋陽,朱立,丁雪(江西錦路科技開發有限公司)

摘要:高速公路撤銷省界收費站後,收費站機電設備處於無人值守環境下,準確、快速找到故障點十分重要。本文利用物聯網技術建立高速公路收費運營狀態智慧監測平臺,實現收費站車道、門架、機房、擁堵檢測等機電設備運行狀態及故障遠程監測運維,最終將監測數據、收費數據、收費站院區車輛及人員出入數據統一在數據大屏平臺展示。

全國高速公路取消省界收費站後,車輛通過省界時無需降速停留,減少了油耗和時間成本,提升了通行車輛駕駛速度,降低物流成本,有利於商品的流通與高速公路的通暢度。然而,改革後收費站軟硬件巡檢種類繁多,當收費站車道設備、ETC門架系統、機房設備等處於無人化值守情況下,若出現故障不易被及時發現,導致故障點無法得到及時維護維修,可能造成嚴重擁堵。針對此問題,建設高速公路收費運營狀態智能監測平臺。該平臺能夠實時接收來自物聯網智能車道控制器、ETC門架系統、機房動環主機設備的運行狀態數據,通過數據分析,判斷設備運行狀態。若發現收費站設備異常或故障,智慧綜合監測平臺軟件消息及時將推送至運維終端,從而及時告知運維人員故障點的準確位置。此外,運維人員可以通過客戶端Web瀏覽器或移動端手機App登錄查看所有收費站設備的實時運行狀態,對收費站設備實現遠程控制。

系統概述

(一)目前高速公路收費站監測系統存在的問題
高速公路收費系統主要包括ETC車道系統、ETC門架系統兩大類機電設備。取消省界收費站實行新的收費模式後,這兩大類機電設備處於無人值守環境下,而對其巡檢要求卻更高,如何讓維護人員快速掌握瞭解設備故障點十分重要。傳統的人工巡檢準確度低、檢查時間長,無法及時找到故障點,易造成交通擁堵。
(二)收費站車道設備運維監測
高速公路收費站車道機電設備運維監測組成如圖1所示,收費站車道機電設備由霧燈、欄杆機、物聯網智能車道控制器(含車道工控機)、自助繳費機、通行信號燈、抓拍攝像機、車道攝像機、自動欄杆、ETC天線、費額顯示器、雨棚燈等設備組成。物聯網智能車道控制器採集到各設備的具體參數,上傳至智慧監測平臺。當設備參數超過預警閾值之後,系統會向管理人員報警,以便在第一時間發現故障並排除。
圖1  車道機電設備運維監測組成
(三) ETC門架系統運維監測
ETC門架系統機電設備由路側單元RSU、高清攝像機、交換機、防火牆、工控機、智能監測主機、UPS電源、空調等設備組成。ETC門架系統智能控制櫃監測主機實時監控ETC門架系統機電設備狀態及櫃內環境參數。智慧監測平臺通過ETC門架智能控制櫃監測主機實時監控相應設備,高速公路運維護人員通過B/S瀏覽器及手機App可查看設備實時運行狀態,出現故障時第一時間推送給運維人員。ETC門架系統機電設備運維監測框架如圖2所示。
圖2  ETC門架系統機電設備運維監測框架
(四)收費站院區出入口智慧安防
收費站出入口智慧安防系統由出入口智慧車輛管控系統和人員通道智慧管控系統組成。出入口智慧車輛管控系統主要通過採用電動擋車器+車牌識別模塊設備的組合,並對設備進行整合聯動的方式,對車輛的進出進行管制。出入口智慧車輛管控系統支持車牌識別配置方式,實現了出入口控制管理的高度智能化。通過抓拍設備對出入收費站車輛進行抓拍識別,系統將進行相關信息提示,包含語音提示、信息顯示,車輛駛入、駛出時可以根據需要提示語音,歡迎標語,並將車牌作為車輛出入的憑證,可以進行準確的車輛管理,大大提高出入口的運行效率。收費站人員通道智慧管控系統採用以太網TCP/IP通信方式,主要由閘機、人臉組件、人臉採集器、客戶端、管理平臺、中心管理機等組成,監控室採用專業管理平臺,結合人臉生物識別及計算機網絡技術,通過人臉比對識別技術實現人員管理功能。
(五)收費站機房運維監測
採用動環監測主機整合收費站機房門禁系統、安防攝像機、溫溼度傳感器、煙感火災探測器等設備,保障機房的物理安全。
(六)收費站擁堵檢測
採用激光雷達對收費站擁堵情況進行檢測,激光雷達安裝於收費站進車道方向兩側,可設置50m、100m處安裝,分級告警,車輛長時間存在於激光雷達掃描範圍內,產生收費站擁堵告警並上傳收費站智慧監測平臺,由平臺通知收費站運維人員。

方案設計 

(一)收費站智慧監測平臺框架
如圖3所示,收費站智慧監控平臺框架主要由三個部分組成,第一部分是聯網收費數據、智能車道控制監測平臺、ETC門架系統監測平臺、院區安防平臺;第二部分是收費站基礎數據;第三部分是大屏展示、工作PC端展示、Pad端展示。收費站智慧監測平臺從聯網收費數據、智能車道控制監測平臺、ETC門架系統監測平臺、院區安防平臺等業務系統中抽取業務數據,結合收費站基礎數據庫,對收費站區域內的設備運行情況、業務運行狀況形成收費站智慧監測平臺及數據大屏展示解決方案,有效支撐大屏以及手機端App的展示,收費站運維人員通過智慧監測平臺實時獲取收費站運維狀態。

圖3  收費站智慧監測運維平臺框架
(二)數據大屏展示平臺
智慧大屏框架如圖4所示,智慧大屏由以下六部分組成。
圖4  智慧大屏框架圖
(1)智能感知採集:智能感知採集包括車道設備、ETC門架、採集內容,其主要為智慧應用提供數據支撐,通過設備信息實時心跳數據的方式,圍繞收費站業務全鏈條,形成以運行—告警—維修為收費站監測核心的智能感知體系,實現對機電運營過程和車道及時、全面、準確、穩定的監測和監控。本次智能感知建設主要新建監測感知網,包含車道數據採集、ETC門架數據採集。
(2)基礎設施建設:基礎設施包含網絡傳輸、計算存儲、安全服務和管控中心三部分內容。本次項目涉及的使用網絡類型主要分為互聯網、物聯網,其中互聯網將繼續使用現有資源,物聯網將使用現有監控網的建設成果,不再進行單獨的網絡敷設建設。計算存儲服務和安全服務作為本項目運行環境的必要因素。
(3)數據支撐建設:數據支撐建設包含數據標準、數據接入、數據清洗、數據管理、數據庫建庫、數據交換等內容,主要服務於數據的存儲、管理、交換和應用,是在物聯網資源中心的基礎上,構建基礎數據庫、監測數據庫、空間數據庫業務數據庫等形成機電養護,智慧收費站試點工程還要與收費網資源平臺進行互聯互通,實現數據的連接。
(4)應用支撐建設:應用支撐建設是收費站應用的綜合集成環境,實現大量應用基礎組件和提高公共服務能力,如統一日誌、統一用戶、信息集成等。將收費站智慧應用共性資產下沉,重點聚焦於收費站業務共性剝離和微服務構建,通過為上層智慧應用統一提供公共基礎服務支撐,支持前端快速開展業務創新。
(5)智慧應用系統建設:智慧應用是在收費站智能設備的支撐下,融合和挖掘分析各類信息資源,全面掌握收費站智能設備信息,動態監測人流與車流量狀況,實現設備預警告警、人員解放、收費站養護的精細化和精準化,以及收費信息、訪客管理等重點應用的智慧化,基於業務支撐、服務支持、輔助決策和綜合運維能力,推動收費站監管精細化。
(6)保障體系:智慧保障體系保障智慧收費站各個組成部分能夠協調一致地工作,保障各類信息互聯互通,保障項目建設過程和運維管理的規範、有序、高效。通過充分利用已有國標和行標,參考國際上的先進標準建設必要的保障體系,形成智慧收費站標準規範體系。本項目需要建立的保障體系包括政策法規體系、信息安全體系、標準規範體系和運營服務體系。

智慧大屏邏輯架構

智慧收費站數據大屏邏輯架構如圖5所示,構建了“1244”的邏輯架構。
圖5  數據大屏邏輯架構
“1”是“一張網”,通過新建監測系統,接入已建監測感知數據,按照以運行—告警—維修收費站監測體系,構建收費站業務智慧監測感知一張網。
“2”是“兩支撐”,分別是數據支撐和應用支撐,通過數據抽取、清洗、標準化、共享、交換等功能實現智慧收費站項目的數據標準化管理;應用支撐將智慧收費站的應用支撐進行下沉和提煉,形成共性支撐平臺,在集約建設的原則下統一為上層應用做好支撐,模型支撐通過構建告警、預警早提示早發現等功能做好支撐。
“4”是“四應用”,分別是收費站管理分系統、綜合管理分系統、智慧管控分系統、收費網業務管理系統。收費站管理分系統實現全局收費站的業務管理;綜合管理分系統包含移動應用子系統,實現智慧收費站的移動應用管理;智慧管控分系統包含事件記錄等功能,實現全局事件的閉環流程管理。
“4”是“四體系”,分別是政策法規體系、運營管理體系、安全管理體系和標準規範體系,為智慧收費站提供高效的體制機制保障。統籌推進智慧收費站各類標準、規範、制度、流程的指定應用,為智慧收費站提供標準體系保障。建立安全管理制度,創新應用安全技術,構建全方位、立體化的安全保障體系。
(一)數據展示面板
管理員用戶登錄後直接進入數據展示面板,展示當前收費站的當日過車數量數據,各車道出/入流水數據、收費站收費情況、車道實時狀態、機房設備狀態、門禁狀態及車道設備狀態統計等數據。收費站智慧大屏平臺實況如圖6所示。
圖6  數據展示面板   
 (二)設備運行總覽
點擊圖7設備運行監測後方的“查看更多”按鈕後進入設備運行狀況總覽頁面,頁面中展示了收費站車道相關的ETC、外接設備等狀態數據統計。
圖7  當前收費站ETC門架設備運行狀態
圖8展示了當前收費站ETC門架設備運行狀態,ETC門架設備共500個,其中在線設備400個,離線設備50個,告警設備50個。圖9展示了智能車道控制器設備統計,智能車道控制器設備共15個,其中在線設備4個,離線設備1個,告警設備0個。
圖8 收費站ETC門架設備運行狀態
圖9 智能車道控制器設備統計
圖10為ETC設備月故障次數統計信息,001車道月故障次數最多,而109車道故障次數最少;圖11為智能車道控制器及外接設備告警狀態列表,設備異常時則報警通知管理員,能夠直觀、清晰地知道設備所在車道,並且會顯示設備出問題的原因,使維護人員能夠準確、迅速地處理問題設備。
圖10 ETC故障月故障次數統計信息
圖11 智能車道控制器及外接設備告警狀態列表

結束語

本文主要利用現代化信息技術、數據通信技術、電子傳感技術及控制、計算機技術等手段實現高速公路的智慧收費運營管理、收費無人化值守或減少收費站工作人員,研發先進的機電設備取代人工收費,精簡收費站機構人員設置,實現高速公路收費站機電設備的智能巡檢和運維,提高收費站的車輛通行效率,增強車主通行收費站時的體驗感,提高高速公路運營管理水平,提高高速公路運營效率。
參考文獻
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[2] 徐紅輝,王翀,範傑.基於故障狀態演化的高速公路機電設備智能維護系統設計[J].現代電子技術,2019(24): 42-43.
[3] 張程,信息機房基礎環境管理指南[M].北京:中國電力出版社,2016.

(原文刊載於2022年第3期《中國交通信息化》)


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責任編輯 | 孫婧