高速公路ETC門架系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備安裝問題探討

魏俊

（江西方興科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

當(dāng)前高速公路正在全力落實(shí)智能化建設(shè)，繳費(fèi)方式隨著ETC 的推廣，曾經(jīng)傳統(tǒng)的入口停車取卡、出口停車交卡并繳費(fèi)的做法已逐漸被取代，ETC門架系統(tǒng)建成后，開啟了高速公路全線無停車的分段無感支付模式，在降低交通運(yùn)輸管理成本的同時(shí)，使車輛出行更加便捷。在這一過程中，ETC門架系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的建設(shè)安裝質(zhì)量對(duì)于該系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性就顯得尤為重要，為此，必須在該系統(tǒng)建設(shè)過程中實(shí)施規(guī)范化施工。

1 工程概況

某高速公路起訖樁號(hào)K132+300—K164+650，全長32.35km，設(shè)計(jì)行車速度120km/h，該路段于1990 年建成通車后，又于2000年將K152+450—K164+650段改擴(kuò)建為雙向八車道。為保證該高速公路收費(fèi)、監(jiān)控、救援等系統(tǒng)的高效運(yùn)行，以便為車主提供更方便快捷的行車體驗(yàn)，該公路部分路段于2020 年1 月進(jìn)行了ETC門架系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備安裝，并通過各項(xiàng)配套技術(shù)的應(yīng)用使該系統(tǒng)基本功能和附加功能均得到充分發(fā)揮。安裝ETC 門架緣于國家自2020 年1 月1 日起取消高速公路省際收費(fèi)站的整體部署，省際收費(fèi)站全部取消后，主要通過安裝ETC 門架進(jìn)行全程行徑記錄和實(shí)時(shí)收費(fèi)，ETC門架安裝后可實(shí)時(shí)識(shí)別和感應(yīng)車輛，并待車輛通過門架時(shí)直接讀取車輛信息，等車輛運(yùn)行至出口門架時(shí)即時(shí)扣繳通行費(fèi)，并由收費(fèi)所在后臺(tái)校驗(yàn)，即可完成省與省之間的計(jì)費(fèi)結(jié)算。

2 ETC門架系統(tǒng)組成

高速公路ETC 門架系統(tǒng)主要通過分路段收費(fèi)單元的設(shè)置，以及新型分段計(jì)費(fèi)模式的實(shí)施，保證車輛通行過程中計(jì)費(fèi)及扣費(fèi)的準(zhǔn)確性、合理性及快捷性，并同時(shí)將全過程中的數(shù)據(jù)、視頻、圖片等資料實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)庫，形成完整的運(yùn)系及收費(fèi)數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析、實(shí)時(shí)共享，達(dá)到高速公路運(yùn)行管理智能化、人性化的最終目的。

2.1 門架前端系統(tǒng)

該ETC 收費(fèi)門架前端主要為工控機(jī)、一體化機(jī)柜、車牌識(shí)別設(shè)備、RSU及視頻監(jiān)控設(shè)備，各部分之間配合運(yùn)行以便收集到完整的交通運(yùn)行及收費(fèi)數(shù)據(jù)。

（1）工控機(jī)：在該ETC 收費(fèi)門架系統(tǒng)運(yùn)行過程中，主要起到處理數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)上傳的作用，本公路ETC 門架系統(tǒng)所用的工控機(jī)采用國產(chǎn)麒麟安全云操作系統(tǒng)[1]，將由車牌識(shí)別設(shè)備和RSU 收集到的數(shù)據(jù)通過收費(fèi)軟件進(jìn)行計(jì)算處理和控制，并同時(shí)傳輸至所對(duì)應(yīng)門架服務(wù)器。

（2）一體化機(jī)柜：各種型號(hào)的一體化機(jī)柜均包括檢測(cè)模塊、門禁、UPS、ODF、空調(diào)等部分，主要為工控機(jī)、交換機(jī)、RSU 控制器等設(shè)備提供安裝和放置場(chǎng)所。一體化機(jī)柜的檢測(cè)模塊則主要用于供電、溫濕度等機(jī)柜運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

（3）車牌識(shí)別設(shè)備：該設(shè)備主要在各車道ETC 門架上部迎車流側(cè)安裝，而在背車流側(cè)則間隔2～3 個(gè)車道安裝，該設(shè)備所采集到的車輛運(yùn)行圖片、車牌等信息將與門架工控機(jī)計(jì)費(fèi)軟件所提供數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，從而保證數(shù)據(jù)真實(shí)可靠完整。

（4）RSU：該天線系統(tǒng)與車輛內(nèi)部CPC 卡或OBU卡的數(shù)據(jù)交換主要通過安裝于ETC 門架上部的RSU 天線系統(tǒng)完成，數(shù)據(jù)進(jìn)一步經(jīng)由一體化機(jī)柜內(nèi)部天線控制器校驗(yàn)后傳輸至工控機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。

2.2 門架后端系統(tǒng)

該ETC 收費(fèi)門架后端包括交換機(jī)、路由器、門架服務(wù)器及防火墻等設(shè)備。

（1）門架服務(wù)器：主要用于回傳處理工控機(jī)數(shù)據(jù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過雙鏈路傳輸至公路指揮中心；該設(shè)備同時(shí)還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取及查詢功能。

（2）交換機(jī)：該ETC 收費(fèi)門架數(shù)據(jù)在鏈路傳輸?shù)倪^程中，門架交換機(jī)以小環(huán)方式接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及主干網(wǎng)[2]，保證數(shù)據(jù)逐級(jí)上傳的可行性。

2.3 通信及供配電系統(tǒng)

該ETC 收費(fèi)門架前端通信通過雙向環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在一方通信中斷后另一方通信并不受影響；后端通信則通過有線+無線的雙鏈路方式，分別將公路通信數(shù)據(jù)傳輸至省級(jí)數(shù)據(jù)匯總中心以及由省中心再傳輸至部級(jí)數(shù)據(jù)匯總中心。

該ETC 收費(fèi)門架借用GF 高速公路隧道和收費(fèi)站供電系統(tǒng)電源，這種雙電源互切供電形式可以為ETC 門架系統(tǒng)提供可靠穩(wěn)定的電力來源。

3 機(jī)電設(shè)備安裝施工

3.1 門架前端系統(tǒng)安裝

3.1.1 一體化機(jī)柜安裝

在進(jìn)行一體化機(jī)柜吊裝前必須進(jìn)行機(jī)柜基礎(chǔ)法蘭尺寸、螺栓孔位等的檢查，并通過線纜盤留情況定出線孔具體位置。同時(shí)檢查一體化機(jī)柜內(nèi)設(shè)備安裝是否牢固，零部件齊全程度，機(jī)柜內(nèi)走線設(shè)計(jì)，線纜標(biāo)簽等情況。

該高速公路ETC 門架所采用的華為ICC500 型一體化機(jī)柜，吊裝過程必須由扁平吊帶輔助進(jìn)行，鋼絲繩和機(jī)柜部件的接觸點(diǎn)必須通過纏繞布條加強(qiáng)保護(hù)，避免鋼絲繩直接接觸一體化機(jī)柜，還應(yīng)均衡設(shè)置吊點(diǎn)，防止吊裝過程中出現(xiàn)機(jī)柜失穩(wěn)傾覆的情況，具體見圖1，吊裝過程中任意兩根對(duì)角吊線形成的豎向夾角應(yīng)不超出90°。待將機(jī)柜吊離地面7～10cm 后應(yīng)進(jìn)行吊帶穩(wěn)固程度、機(jī)柜主體是否傾斜、鋼絲繩緊扣情況等的檢查。將木板水平墊在運(yùn)輸車輛車廂底部，并在一體化機(jī)柜各面板間及其可能與車體接觸的地方填塞泡沫板，避免在機(jī)柜結(jié)構(gòu)運(yùn)輸過程中受到摩擦、擠壓和碰撞。

圖1 一體化機(jī)柜吊裝示意圖

一體化機(jī)柜安裝時(shí)必須避免機(jī)柜底座猛烈接觸基礎(chǔ)螺栓，應(yīng)將螺栓緩緩穿入機(jī)柜底座安裝孔，保證機(jī)柜安裝方向的正確性，保證其兩側(cè)柜門均應(yīng)向邊坡向開啟，同時(shí)檢查機(jī)柜水平與垂直度。安裝無誤后通過圍板密封機(jī)柜底座。

3.1.2 交換機(jī)調(diào)試

高速公路ETC 門架交換機(jī)主要通過環(huán)網(wǎng)模式與收費(fèi)站交換機(jī)連接，結(jié)合IP 協(xié)議，一個(gè)ETC 門架分配一個(gè)VLAN 網(wǎng)段，其網(wǎng)關(guān)地址設(shè)置在站級(jí)交換機(jī)中，站級(jí)交換機(jī)之間主要通過TRUNK 接口串聯(lián)，通過ERPS 協(xié)議及RRPP 協(xié)議對(duì)接交換機(jī)環(huán)網(wǎng)。收費(fèi)交換機(jī)中主要接入一體化機(jī)柜監(jiān)測(cè)、天線控制器、工控機(jī)網(wǎng)口、高清車牌識(shí)別等模塊、設(shè)備；視頻交換機(jī)中則接入300萬和900萬像素高清攝像機(jī)。

3.1.3 防雷接地

通過1×4線纜將一體化機(jī)柜內(nèi)全部設(shè)備外殼與接地匯流排連接，再通過1×16 線纜連接接地匯流排和門架接地扁鋼，通過以上操作完成門架系統(tǒng)聯(lián)合防雷接地處理，且接地電阻值控制在1Ω以內(nèi)。

3.1.4 門架上部機(jī)電設(shè)備安裝

包括高清車牌識(shí)別、900 萬廣角攝像機(jī)、RSU、補(bǔ)光燈、標(biāo)志牌等在內(nèi)的高速公路ETC 門架系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備安裝情況具體見圖2，其中（a）為迎車流側(cè)門架機(jī)電設(shè)備安裝布局，（b）為背車流側(cè)門架機(jī)電設(shè)備安裝布局，在兩個(gè)高清車牌識(shí)別設(shè)備之間預(yù)留1個(gè)天線抱箍安裝位置，便于后期安裝冗余天線。

圖2 ETC門架系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備布局

RSU天線應(yīng)安裝在包括應(yīng)急車道在內(nèi)的每個(gè)車道的中沿桿，為獲取最佳的數(shù)據(jù)采集和傳輸效果，應(yīng)安裝在各車道中間位置，通過抱箍將天線固定在中沿桿欄桿上，并使天線設(shè)備平面與豎直方向呈35～45°夾角。該高速公路還要求在一個(gè)ETC 門架上安裝相同型號(hào)的RSU天線，以有效避免不同型號(hào)天線安裝后存在的信號(hào)干擾[3]，此外，還應(yīng)將公路兩側(cè)與門架相背的間距控制在30m 以上。該高速公路起訖樁號(hào)K145+361—K152+450 段上行方向包括應(yīng)急車道在內(nèi)的單向車道數(shù)為單數(shù)，則應(yīng)在應(yīng)急車道以外的剩余車道內(nèi)的任意兩個(gè)車道之間預(yù)留出用于安裝天線抱箍的位置，以便安裝冗余天線。公路其余路段包含應(yīng)急車道在內(nèi)的單向車道均為四車道設(shè)計(jì)，則應(yīng)在全部車道內(nèi)的任意兩個(gè)車道之間預(yù)留出安裝天線抱箍的具體位置。

此外，還應(yīng)在各車道中沿桿上安裝900 萬像素高清車牌識(shí)別系統(tǒng)1套，并應(yīng)在任意兩臺(tái)設(shè)備間預(yù)留出安裝天線抱箍的具體位置，以使除應(yīng)急車道外的每個(gè)車道同時(shí)由兩臺(tái)識(shí)別設(shè)備有效覆蓋。而K145+361—K152+450段上行方向單向車道數(shù)為單數(shù)的門架，1 套設(shè)備需要同時(shí)覆蓋三車道。通過抱箍及鋼扎帶將車牌識(shí)別設(shè)備固定安裝在中沿桿指定位置，考慮到避免不同步的補(bǔ)光燈頻率的影響，一個(gè)門架上全部車牌識(shí)別設(shè)備的生產(chǎn)廠商和規(guī)格型號(hào)必須完全一致，該高速公路主要采用LPRIPC2300型900萬像素高清車牌識(shí)別設(shè)備，并應(yīng)將其與補(bǔ)光燈間距控制在2.5～3.0m范圍內(nèi)，以提升車牌識(shí)別率。

3.2 門架后端系統(tǒng)安裝

該公路ETC 門架系統(tǒng)主要通過光路環(huán)網(wǎng)與原站級(jí)交換機(jī)連接，考慮到其中部分站級(jí)交換機(jī)生產(chǎn)時(shí)間較早，普遍存在光口不夠等問題，在其拆除過程中，也必須進(jìn)行原站級(jí)交換機(jī)配置等級(jí)的確定，將其配置文件拷貝后合理安裝配置至新交換機(jī)。以上過程對(duì)車道收費(fèi)系統(tǒng)存在短暫的影響，為保證安裝及配置效率，必須積極尋求交換機(jī)維護(hù)站技術(shù)人員幫助，在切換前先將舊交換機(jī)拆除，并將ETC 收費(fèi)門架系統(tǒng)硬盤錄像機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、防火墻及交換機(jī)網(wǎng)口等重新進(jìn)行規(guī)劃配置，保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

此外，如果高速公路ETC 門架系統(tǒng)不采用舊交換機(jī)拆除的處理，則應(yīng)從原視頻交換機(jī)和原收費(fèi)系統(tǒng)中分別引出1根網(wǎng)線并接入新交換機(jī)，同時(shí)進(jìn)行新增IP規(guī)劃配置。服務(wù)器工作站及網(wǎng)口均應(yīng)與收費(fèi)交換機(jī)連接，硬盤刻錄機(jī)則與視頻交換機(jī)連接。ETC收費(fèi)門架系統(tǒng)IP規(guī)劃新增后原IP 規(guī)劃不會(huì)得到復(fù)原，而是在原IP 規(guī)劃暫存的基礎(chǔ)上將新增地址規(guī)劃為原收費(fèi)站地址的二字段。

在原收費(fèi)站機(jī)房內(nèi)安裝數(shù)據(jù)服務(wù)器，機(jī)房內(nèi)機(jī)柜存在直接上架條件的空間，無需新增機(jī)柜空間，上架處理后還應(yīng)將供電雙電源同時(shí)接入，根據(jù)IP 配置系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)置密碼保護(hù)。

4 ETC門架系統(tǒng)維護(hù)管理

高速公路ETC 門架正常運(yùn)行才能確保通行費(fèi)正常收繳以及公路暢通，如遇ETC 門架系統(tǒng)發(fā)生異常，必須第一時(shí)間安排技術(shù)人員維護(hù)，且考慮到互備冗余機(jī)制保護(hù)問題，維護(hù)過程原則上不應(yīng)影響對(duì)行車信息的捕捉與識(shí)別，不應(yīng)中斷ETC 門架系統(tǒng)的順利運(yùn)行，且故障修復(fù)必須在24h內(nèi)完成。

高速公路ETC 門架系統(tǒng)如遇故障，技術(shù)人員通常先實(shí)施遠(yuǎn)程維護(hù)，而遠(yuǎn)程維護(hù)無法解決問題的情況下，必須到現(xiàn)場(chǎng)排查處理。對(duì)于門架前端的電源適配器、工控機(jī)、車牌識(shí)別設(shè)備、RSU天線等未作冗余設(shè)備，應(yīng)根據(jù)設(shè)備總數(shù)及故障發(fā)生頻次，準(zhǔn)備一定比例的備件，在故障發(fā)生后可直接更換，省時(shí)省力。

5 結(jié)語

綜上所述，高速公路ETC 收費(fèi)門架機(jī)電系統(tǒng)安裝是保證公路正常運(yùn)營的必要條件，該高速公路ETC 收費(fèi)門架系統(tǒng)于2020 年年底正式啟用后便開啟了該路段新型收費(fèi)模式的新篇章，該系統(tǒng)未安裝啟用前所普遍存在的系統(tǒng)缺陷、早期數(shù)據(jù)不完整且無法實(shí)時(shí)共享等困擾公路管理部門和車主的問題得到有效解決。高速公路ETC 門架系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備安裝施工及運(yùn)行模式的規(guī)范化對(duì)設(shè)備系統(tǒng)投運(yùn)后性能的正常發(fā)揮十分關(guān)鍵，隨著全國公路一張網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃的持續(xù)推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全問題也受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注，因此在該高速公路ETC門架系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備安裝完備的基礎(chǔ)上，還必須加強(qiáng)項(xiàng)目運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，從而為我國公路運(yùn)行的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保障。