“智慧欄桿機(jī)”落地泉廈

■文/圖｜福建泉廈高速公路管理有限公司 徐智勇 張金開 張志雄

高速公路省界收費(fèi)站取消之后，收費(fèi)站ETC車道大量推廣建設(shè)，ETC車道的無人化值守水平也隨之提高，但同時(shí)也出現(xiàn)一些不足。例如收費(fèi)軟件突發(fā)故障卡死，或者車道出現(xiàn)斷電事故，電動(dòng)欄桿處于抬桿狀態(tài)時(shí)，可能出現(xiàn)ETC車輛未交費(fèi)直接通行的情況。針對(duì)該問題，福建泉廈高速公路管理有限公司（以下簡(jiǎn)稱“泉廈公司”）研發(fā)了智慧欄桿機(jī)，解決ETC車道無人值守產(chǎn)生的欄桿機(jī)脫桿、斷桿、長(zhǎng)時(shí)間不落桿、線圈短路等故障信息無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題，實(shí)現(xiàn)快速處理，提高通行效率。

管理需求

2019年實(shí)施取消省界收費(fèi)站項(xiàng)目后，泉廈公司所轄7個(gè)收費(fèi)站的ETC車道增加為62個(gè)，造成機(jī)電設(shè)備的維護(hù)難度加大，且ETC車道的無人值守特性決定了對(duì)設(shè)備維護(hù)及時(shí)性的高要求。由于彼時(shí)欄桿機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警功能不完善，逐漸無法滿足運(yùn)維需求。2019年9月10日，池店收費(fèi)站ETC出口六車道收費(fèi)軟件突發(fā)故障卡死，導(dǎo)致前車過車后欄桿接收不到落桿信號(hào)一直處于抬桿狀態(tài)，161部ETC車未能正常交費(fèi)直接駛離高速公路。2020年6月23日，翔安收費(fèi)站出口兩車道突然發(fā)生斷電事故，電動(dòng)欄桿一直處于打開狀態(tài)，事后通過審片查詢共有51車次過車未交易。上述兩個(gè)案例表明傳統(tǒng)的“人工巡查-發(fā)現(xiàn)故障-現(xiàn)場(chǎng)維修”的管養(yǎng)模式已經(jīng)逐漸不能滿足運(yùn)維需求，迫切需要更智能的管理手段來主動(dòng)發(fā)現(xiàn)并解決問題。

傳統(tǒng)的欄桿機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段是通過路網(wǎng)中心調(diào)度員利用視頻輪巡或收費(fèi)站現(xiàn)場(chǎng)稽查人員巡視的方式來進(jìn)行，每個(gè)路網(wǎng)中心都涵蓋上百條車道，收費(fèi)站現(xiàn)場(chǎng)稽查人員也要巡視十幾條車道，一旦出現(xiàn)欄桿狀態(tài)異常，或因放行導(dǎo)致費(fèi)源流失的情況，都難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。ETC車道連續(xù)過車時(shí)，自動(dòng)欄桿機(jī)會(huì)一直處于抬桿狀態(tài)，這也將影響工作人員對(duì)于車道是否處于異常抬桿狀態(tài)的誤判、漏判。

由于影響欄桿機(jī)不正常工作的因素多樣，僅僅通過現(xiàn)場(chǎng)“眼看、手摸、耳聞”獲取欄桿機(jī)故障原因的手段效率不高、效果不佳，且稽查人員或信息員的認(rèn)知水平各不相同，在上報(bào)故障時(shí)，未必能夠清楚說明欄桿機(jī)故障的原因，必須經(jīng)維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)排查后才能找到故障問題所在，影響欄桿機(jī)故障修復(fù)效率。因此依靠現(xiàn)有管理手段并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，迫切需要借助科技力量，實(shí)現(xiàn)欄桿機(jī)精細(xì)化管理，讓自動(dòng)欄桿機(jī)可以“自己說話”。

解決方案

主要思路

為了解決上述問題，泉廈公司提出了智慧欄桿機(jī)的概念，即“智慧欄桿機(jī)=常規(guī)欄桿機(jī)+自診斷功能+智慧管養(yǎng)功能”，智慧欄桿機(jī)在常規(guī)欄桿機(jī)的基礎(chǔ)上，增加多種傳感器，利用4G/5G無線傳輸技術(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)并進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)故障自診斷，并對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警，提示機(jī)維人員進(jìn)行維護(hù)處理。此外，針對(duì)部分故障，智慧欄桿機(jī)還能遠(yuǎn)程進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)故障快速處理。

依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智慧欄桿機(jī)能夠自動(dòng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息功能，具有欄桿機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、異常故障報(bào)警、遠(yuǎn)程操作重啟、防逃費(fèi)四大功能。

依托故障自診斷技術(shù)，智慧欄桿機(jī)能夠通過現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警將欄桿機(jī)設(shè)備狀態(tài)反饋給收費(fèi)人員立即處理；將故障信息發(fā)送給相關(guān)技術(shù)人員，通知其在第一時(shí)間了解欄桿機(jī)故障，對(duì)一些可以遠(yuǎn)程恢復(fù)的故障，遠(yuǎn)程操控復(fù)位；對(duì)于需要到現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)的故障，可以通過查詢故障代碼，準(zhǔn)確定位故障位置，攜帶合適的配件、工具到場(chǎng)維修。同時(shí)，還能夠統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行情況，為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

智慧管養(yǎng)功能是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將欄桿機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及故障信息，通過有線或無線方式傳輸?shù)皆破脚_(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理。技術(shù)員通過PC端或手機(jī)移動(dòng)終端的人機(jī)交互界面進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。

系統(tǒng)架構(gòu)

感知層主要承擔(dān)感知信息的作用和處理控制指令的功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)欄桿機(jī)故障自診斷、基礎(chǔ)運(yùn)行參數(shù)的采集和對(duì)應(yīng)用層指令的處理，包含故障診斷主機(jī)、欄桿機(jī)的控制器、相關(guān)的傳感器（如溫度、濕度、電壓和電流監(jiān)測(cè)及脫桿、斷桿狀態(tài)等）和車輛檢測(cè)器等。

網(wǎng)絡(luò)層為感知層和應(yīng)用層提供穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)交互。網(wǎng)絡(luò)層將欄桿機(jī)的數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)或服務(wù)器，同時(shí)將云平臺(tái)或服務(wù)器的相關(guān)指令準(zhǔn)確下發(fā)給對(duì)應(yīng)的欄桿機(jī)。網(wǎng)絡(luò)層可基于專用內(nèi)網(wǎng)，也可基于互聯(lián)網(wǎng)，以有線或無線方式組網(wǎng)。

應(yīng)用層對(duì)感知層上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、分析和管理，并借助PC端、移動(dòng)端等人機(jī)交互界面，為用戶提供豐富的人機(jī)交互體驗(yàn)。應(yīng)用層主要基于云存儲(chǔ)、云技術(shù)和云平臺(tái)等云技術(shù)手段，可以部署于公有云或私有云。

只要身處網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，工作人員均可通過PC端或移動(dòng)端打開云平臺(tái)人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)查看賬號(hào)權(quán)限下每臺(tái)自動(dòng)欄桿機(jī)的運(yùn)行情況。可查看的內(nèi)容包含欄桿機(jī)控制器的基本參數(shù)、欄桿機(jī)控制器接口實(shí)時(shí)狀態(tài)、車檢器基本參數(shù)和地感線圈實(shí)時(shí)狀態(tài)。在4G信號(hào)良好的情況下，所有變量更新延時(shí)小于兩秒。

主要功能

系統(tǒng)構(gòu)架

技改后的欄桿機(jī)

數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)

防逃費(fèi)功能一旦由于各種原因出現(xiàn)斷桿、脫桿、不落桿或斷電問題，欄桿機(jī)能夠立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)（聲光報(bào)警和短信、微信通知），提示相關(guān)人員進(jìn)行處理，防止逃費(fèi)事件發(fā)生。不落桿時(shí)間可以根據(jù)各站所車流情況靈活設(shè)置。

地感線圈短路、斷路報(bào)警當(dāng)?shù)馗芯€圈出現(xiàn)破皮，相連導(dǎo)線之間觸碰短路，此時(shí)線圈雖然導(dǎo)通，但電感量偏低，會(huì)導(dǎo)致車檢器無法正常工作，進(jìn)而無法正常檢測(cè)車道通行車輛，影響車道的通車效率，甚至出現(xiàn)車輛逃費(fèi)現(xiàn)象。當(dāng)?shù)馗芯€圈出現(xiàn)斷路，相當(dāng)于車檢器沒有接入線圈，造成車檢器無法正常檢測(cè)車道通行車輛，從而影響車道的通車效率，甚至出現(xiàn)車輛逃費(fèi)現(xiàn)象。

車檢器死機(jī)報(bào)警車檢器基本參數(shù)包含：靈敏度等級(jí)、工作頻率、初始化校準(zhǔn)次數(shù)、有車濾波等級(jí)、無車濾波等級(jí)、溫飄校準(zhǔn)等級(jí)、死機(jī)判斷時(shí)間和死機(jī)自復(fù)位時(shí)間。當(dāng)車檢器出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，車道軟件會(huì)認(rèn)為車輛一直存在，從而影響車道軟件的邏輯判斷，進(jìn)而影響車道的通車效率，甚至出現(xiàn)車輛逃費(fèi)現(xiàn)象。

車檢器遠(yuǎn)程復(fù)位實(shí)際使用過程中，車檢器經(jīng)常因?yàn)榫€圈干擾等因素，出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。此時(shí)，不管線圈上方是否有車，車檢器都會(huì)持續(xù)檢測(cè)線圈有車，影響車道軟件的邏輯判斷，降低車道的通車效率，甚至出現(xiàn)車輛逃費(fèi)現(xiàn)象。車檢器遠(yuǎn)程復(fù)位，能夠快速處理故障，提高維護(hù)效率。

控制器遠(yuǎn)程復(fù)位欄桿機(jī)控制器基本參數(shù)包含工作時(shí)長(zhǎng)、抬桿次數(shù)、落桿次數(shù)、抬桿時(shí)間、落桿時(shí)間。接口實(shí)時(shí)狀態(tài)有欄桿機(jī)控制-開、欄桿機(jī)控制器-關(guān)、欄桿機(jī)控制器-停、識(shí)別信號(hào)、防砸模塊和車檢模塊接口。如果出現(xiàn)運(yùn)行異常，只要網(wǎng)絡(luò)正常連接，就能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行復(fù)位，恢復(fù)欄桿機(jī)的正常使用。

欄桿機(jī)數(shù)據(jù)采集采集欄桿機(jī)控制器的基本參數(shù)、欄桿機(jī)控制器接口實(shí)時(shí)狀態(tài)、車檢器基本參數(shù)、地感線圈實(shí)時(shí)狀態(tài)及工作環(huán)境溫、濕度情況等。欄桿機(jī)采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過無線（4G）方式將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理。目前，泉廈公司已將數(shù)據(jù)接入內(nèi)網(wǎng)，并對(duì)告警信息分級(jí)，其中重要告警會(huì)在監(jiān)控員電腦上實(shí)時(shí)彈窗顯示，便于快速處理故障。

使用效果

從2020年12月起，泉廈公司陸續(xù)在廈門收費(fèi)站、翔安收費(fèi)站、池店收費(fèi)站選取8個(gè)車流量較大的車道對(duì)自動(dòng)欄桿機(jī)進(jìn)行改造，使用情況良好，在提高維護(hù)效率、防止費(fèi)源流失方面效果明顯。

2021年11月某日凌晨1時(shí)左右，某拖掛車在翔安四道交易完成，車尾完全離開防砸線圈，欄桿下落后，司機(jī)發(fā)現(xiàn)無法通過車道，直接倒車，反向撞斷欄桿臂，觸發(fā)防逃費(fèi)報(bào)警。云平臺(tái)及時(shí)向工作人員發(fā)出防逃費(fèi)報(bào)警和欄桿斷裂的信息。同時(shí)，欄桿機(jī)上安裝的聲光報(bào)警器開啟報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)工作人員立即趕到現(xiàn)場(chǎng)，關(guān)閉車道，攔截肇事車輛，阻止了因欄桿斷裂導(dǎo)致的車輛逃費(fèi)行為，并減少了由欄桿斷裂導(dǎo)致的路產(chǎn)損失。

2021年12月13日至15日，云平臺(tái)多次推送翔安4道的線圈4出現(xiàn)斷開和短路的故障報(bào)警信息。后經(jīng)實(shí)際處理，確定為線圈接線松動(dòng)，接觸不良所致。

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通過泉廈高速對(duì)3個(gè)收費(fèi)站共7個(gè)車道3種品牌的自動(dòng)欄桿機(jī)進(jìn)行智慧化技改可以看出：其智慧化技改，能夠解決收費(fèi)運(yùn)營(yíng)過程中的防逃費(fèi)和設(shè)備管養(yǎng)問題。對(duì)于欄桿機(jī)被車撞開的脫桿，以及被車撞到的斷桿，即使相關(guān)機(jī)電技術(shù)人員和管理人員不在現(xiàn)場(chǎng)，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并通知收費(fèi)所相關(guān)人員進(jìn)行處理，以防止逃費(fèi)等現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)于涉及的路產(chǎn)損失，也能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，及時(shí)攔截或定位肇事車輛進(jìn)行索賠。

通過實(shí)時(shí)采集欄桿機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)（含故障）等信息，以及故障處理記錄，可作為設(shè)備穩(wěn)定性、壽命的科學(xué)、客觀評(píng)價(jià)，并統(tǒng)計(jì)可能存在逃費(fèi)的時(shí)間點(diǎn)、對(duì)人員現(xiàn)場(chǎng)處理問題等效率考評(píng)的決策依據(jù)。

此外，機(jī)維人員在收到經(jīng)技改后的智慧欄桿機(jī)故障報(bào)警后，可利用PC端或手機(jī)端等人機(jī)操作界面進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位，快速解決問題，能夠節(jié)省大量的人工、車輛費(fèi)用，提高效率，降低人員在車道作業(yè)可能的危險(xiǎn)因素，對(duì)于保暢通和提高車道通行效率具有積極意義。

2022年6月，福建省高速公路學(xué)會(huì)組織召開了《基于物聯(lián)網(wǎng)和故障自診斷技術(shù)的智慧欄桿機(jī)》項(xiàng)目成果驗(yàn)收會(huì)，與會(huì)專家一致同意項(xiàng)目通過驗(yàn)收。2022年7月，福建省高速公路學(xué)會(huì)舉辦《基于物聯(lián)網(wǎng)和故障自診斷技術(shù)的智慧欄桿機(jī)》科技成果評(píng)價(jià)會(huì)，與會(huì)專家給予“項(xiàng)目成果總體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”的高度評(píng)價(jià)。2022年7月21日，福建省高速公路集團(tuán)有限公司下發(fā)智慧欄桿機(jī)推廣應(yīng)用的通知。

推廣應(yīng)用

機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是智慧交通和高質(zhì)量發(fā)展要求的趨勢(shì)。智慧欄桿機(jī)具備現(xiàn)有自動(dòng)欄桿機(jī)的基本功能，同時(shí)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感技術(shù)、有線/無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)欄桿機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、故障自診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)和報(bào)警聯(lián)動(dòng)等管理和服務(wù)功能，對(duì)推進(jìn)智慧高速的建設(shè)，具有重要意義。未來，廈門其他高速公路的相關(guān)機(jī)電設(shè)備也將實(shí)現(xiàn)接入智慧管養(yǎng)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車道、路側(cè)、隧道、橋梁邊坡等全部設(shè)施設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障自診斷及遠(yuǎn)程維護(hù)，為智慧交通的智能管養(yǎng)落地提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。

智慧欄桿機(jī)目前已在福建高速多個(gè)運(yùn)營(yíng)公司推廣使用，截至2023年4月，已安裝120余套。根據(jù)使用效果及用戶評(píng)價(jià)，有效地提高了運(yùn)營(yíng)管理智能化水平，提高了故障處理效率，也進(jìn)一步提高了車道的通行效率。

收費(fèi)站車道布局