高速公路收费站智能运维监控系统的设计与实现

纸

作者：沉阳、朱莉、丁雪（江西金鹿科技发展有限公司）

摘要：高速公路取消省界收费站后，收费站机电设备处于无人值守的环境。 准确快速地找到故障点非常重要。 本文利用物联网技术建立高速公路收费运营状态智能监控平台，实现对收费站车道、桅杆、机房等机电设备运行状态和故障的远程监控和维护，拥堵检测等。 . 区内车辆、人员进出数据统一显示在数据大屏平台上。

国道取消省级收费站后，车辆过省界无需减速停车，降低了油耗和时间成本，提高了过往车辆的行驶速度，降低了物流成本，有利于货物流通和高速公路畅通。 但改革后，收费站的软硬件检查种类较多。 收费站车道设备、ETC门架系统、机房设备在无人值守时，一旦出现故障，不易及时发现，导致故障点无法及时维修。 维修可能会导致严重拥堵。 针对这一问题，构建了高速公路收费运营状态智能监控平台。 平台可接收来自物联网智能车道控制器、ETC门架系统、机房动环主机设备的实时运行状态数据，通过数据分析判断设备运行状态。 若发现收费站设备异常或故障，智能综合监控平台软件消息将及时推送至运维终端，及时告知运维人员故障点的准确位置。时间。 此外，运维人员可通过客户端网页浏览器或手机App登录查看所有收费站设备的实时运行状态，实现对收费站设备的远程控制。

一

系统总览

(1)高速公路收费站监控系统存在的问题 高速公路收费系统主要包括两类机电设备，ETC车道系统和ETC门架系统。 取消省界收费站，实行新的收费模式后，这两类机电设备处于无人值守环境，但对它们的检测要求更高。 快速掌握和了解设备故障点对于维护人员来说非常重要。 传统人工巡检不准确，耗时长，无法及时发现故障点，容易造成交通拥堵。 (2)收费站车道设备运维监控高速公路收费站车道机电设备运维监控如图1)、自助缴费机、红绿灯、抓拍摄像头、车道摄像头、自动栏杆、 ETC天线、收费显示器、雨棚灯等设备。 物联网智能车道控制器采集各设备的具体参数，上传至智能监控平台。 当设备参数超过预警阈值时，系统会提醒管理人员，以便第一时间发现并排除故障。

图1 车道机电设备运维监控组成 （3）ETC龙门架系统运维监控 ETC龙门架系统机电设备由路侧单元RSU、高清摄像头、交换机、防火墙、工控机、智能监控组成主机、UPS电源、空调等设备组成。 ETC门架系统智能控制柜监控主机实时监控ETC门架系统机电设备状态和柜内环境参数。 智能监控平台通过ETC门架智能控制柜的监控主机对相应设备进行实时监控。 高速公路运维人员可通过B/S浏览器和手机APP查看设备实时运行状态，一旦出现故障第一时间推送给运维人员。 ETC门架系统机电设备运维监控框架如图2所示。

图2 ETC门架系统机电设备运维监控架构图 (4) 收费站园区出入口智能安防出入口及人员通道智能管控系统。 出入口车辆智能控制系统主要采用电动停车+车牌识别模块设备组合，对设备进行集成联动，对车辆进出进行控制。 出入口车辆智能管控系统支持车牌识别配置方式，实现出入口高度智能化控制管理。 使用抓拍设备对进出收费站的车辆进行抓拍识别，系统会提示相关信息，包括语音提示和信息显示。 车辆进出时，可根据需要提示语音和欢迎标语，车牌将作为车辆进出证件。收费站etc通行数据分析，可以进行精准的车辆管理，大大提高出入口的作业效率。 收费站人员通道智能管控系统采用以太网TCP/IP通讯方式，主要由闸机、人脸组件、人脸采集器、客户端、管理平台、中央管理机等组成。 监控室采用专业的管理平台，结合人脸生物识别技术和计算机网络技术，通过人脸比对识别技术实现人员管理功能。 (5)收费站机房运维监控采用动态环境监控主机集成收费站机房门禁系统、安防摄像头、温湿度传感器、烟感火灾探测器和保证机房人身安全的其他设备。 (6)收费站拥堵检测利用激光雷达检测收费站拥堵情况。 激光雷达安装在收费站车道方向两侧，50m和100m均可安装收费站etc通行数据分析，分级报警。 车辆长时间存在于激光雷达扫描范围内的收费站内，产生收费站拥堵告警，上传至收费站智能监控平台，由平台通知收费站​​运维人员。

二

设计

(1)收费站智能监控平台框架如图3所示。收费​​站智能监控平台框架主要由三部分组成。 安全平台； 第二部分为收费站基础数据； 第三部分是大屏显示，工作PC上的显示，Pad上的显示。 收费站智能监控平台从网络收费数据、智能车道控制监控平台、ETC门架系统监控平台、校园安防平台等业务系统中提取业务数据，并结合收费站基础数据库监控运营情况收费站区域设备、业务运行状态形成收费站智能监控平台和大屏数据展示解决方案，有效支持大屏和手机APP展示。 收费站运维人员可以通过智能监控平台实时了解收费站的运维状况。

图3 收费站智能监控运维平台架构图 (2) 数据大屏展示平台智能大屏架构如图4所示。智能大屏由以下六部分组成。

图4 智慧大屏框架图（1）智能传感采集：智能传感采集包括车道设备、ETC门架、采集内容。 主要为智能应用提供数据支持，通过设备信息的实时心跳数据聚焦收费站业务。 全链条形成以运行-报警-维护为核心的收费站监控智能感知系统，实现对机电运行过程和车道的及时、全面、准确、稳定的监测和监控。 本次智能感知建设主要构建全新的监控感知网络，包括车道数据采集和ETC桅杆数据采集。 （2）基础设施建设：基础设施包括网络传输、计算存储、安全服务和控制中心三部分。 本项目使用的网络类型主要分为互联网和物联网。 其中，互联网将继续使用现有资源，物联网将使用现有监控网络的建设成果，不再单独进行网络铺设建设。 计算存储服务和安全服务是本项目运行环境的必要因素。 (3) 数据支撑建设：数据支撑建设包括数据标准、数据接入、数据清洗、数据管理、数据库建设、数据交换等，主要服务于数据存储、管理、交换和应用，是数据标准建设的重要组成部分。物联网在资源中心的基础上，建设基础数据库、监控数据库、空间数据库业务数据库等，形成机电维护。 智慧收费站试点还需要与收费网络资源平台互联互通，实现数据对接。 （4）应用支撑建设：应用支撑建设是收费站应用综合集成环境，实现大量应用基础组件，提升公共服务能力，如统一日志、统一用户、信息集成等。 部署收费站智能应用的公共资产，重点关注收费站业务的公共剥离和微服务建设，通过统一为上层智能应用提供公共基础服务支持，支持前端快速进行业务创新. （5）智能应用系统建设：在收费站智能设备的支持下，智能应用对各种信息资源进行整合、挖掘和分析，全面掌握收费站智能设备信息，动态监控人流、车流量，基于业务支撑、服务支撑、辅助决策和综合运维能力，实现设备预警、人员解放、收费站维护精细化、精准化，以及收费信息、访客管理等关键应用的智能化，促进细化收费站监管。 （6）保障体系：智慧保障体系确保智慧收费站各组成部分协同工作，确保各类信息互联互通，确保建设过程和运维管理规范、有序、高效。该项目。 充分利用现有国家标准和行业标准，参照国际先进标准，构建必要的保障体系，形成智慧收费站标准规范体系。 本项目需要建立的保障体系包括政策法规体系、信息安全体系、标准规范体系和运营服务体系。

三

智能大屏逻辑架构

智慧收费站数据大屏的逻辑架构如图5所示，构建了“1244”的逻辑架构。

图5 数据大屏“1”的逻辑架构是“一个网络”。 通过构建全新的监控系统，接入已建立的监控感知数据，构建基于运营-报警-维护收费站监控系统张网的收费站业务智能监控感知系统。 “2”即“两个支撑”，分别是数据支撑和应用支撑。 通过数据抽取、清洗、标准化、共享、交换等功能，实现智慧收费站项目的数据标准化管理； 应用支撑将智能收费站的应用支撑下沉提炼，形成通用支撑平台，在集约化建设的原则下，为上层应用提供统一支撑，通过告警、早期预警、早期预警和早期检测。 “4”即“四个应用”，即收费站管理子系统、综合管理子系统、智能控制子系统、收费网络业务管理系统。 收费站管理子系统，实现对全球收费站的业务管理； 综合管理子系统包括移动应用子系统，实现智能收费站的移动应用管理； 智能控制子系统包括事件记录等功能，实现全局事件的闭环流程管理。 “4”即“四大体系”，即政策法规体系、运营管理体系、安全管理体系和标准规范体系，为智慧收费站建设提供高效的体制机制保障。 统筹推进智慧收费站各项标准、规范、制度、流程的定点应用，为智慧收费站提供标准制度保障。 建立安全管理体系，创新应用安全技术，构建全方位、立体的安全保障体系。 (1) 数据展示面板 管理员用户登录后直接进入数据展示面板，显示当前收费站当日通过车辆数、各车道进/出流量数据、收费情况等数据收费站情况、车道实时状态、机房状态、门禁状态和车道设备状态统计等数据。 收费站智慧大屏平台真实情况如图6所示。

图6 数据展示面板 (2) 设备运行概览 点击图7中设备运行监控后面的“查看更多”按钮，进入设备运行状态概览页面，显示与收费相关的ETC和外部设备的状态数据统计车站巷。

图7 收费站ETC龙门架设备当前运行状态 图8为收费站ETC龙门架设备当前运行状态。 ETC龙门架设备共计500台，其中在线设备400台，离线设备50台，报警设备50台。 图 9 显示了智能车道控制器设备的统计信息。 共有15个智能车道控制器设备，其中在线设备4个，离线设备1个，报警设备0个。

图8 收费站ETC门架设备运行状态

图9 智能车道控制设备统计 图10为ETC设备月故障统计信息。 Lane 001 每月失败次数最多，而 Lane 109 失败次数最少； 图11是智能车道控制器和外部设备的报警状态列表。 然后报警通知管理员，管理员可以直观清晰的知道设备所在的车道，并显示设备问题的原因，便于维护人员准确快速的处理问题设备。

图10 每月ETC故障次数统计信息

图11 智能车道控制器及外部设备报警状态列表

四

结论

本文主要运用现代信息技术、数据通信技术、电子传感技术与控制、计算机技术等手段，实现高速公路收费智能化运营管理，无人收费或减少收费站人员，研制先进的机电设备来代替体力劳动。 收费，精简收费站人员设置，实现高速公路收费站机电设备智能化巡检运维，提高收费站车辆通行效率，提升车主通过收费站的体验，提高提高高速公路运营管理水平，提高高速公路运营效率。 参考文献 [1] 王凯然． 基于“大数据+物联网”技术的高速公路智能调度平台建设[J]. 机电信息, 2019(20): 121-122. [2] 徐洪辉，王冲，范杰． 基于故障状态演化的高速公路机电设备智能检修系统设计[J]. 现代电子技术, 2019(24): 42-43. [3]张诚，信息机房环境管理基础指南[M]． 北京：中国电力出版社，2016.

（原文发表于《中国交通信息化》2022年第3期）

微信编辑 | 胡丽华