高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)感知系統(tǒng)分析

周波

（運(yùn)城北高速公路管理有限公司，山西 運(yùn)城 044000）

1 感知系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)概述

感知系統(tǒng)也叫作ETC 系統(tǒng)，主要是在車輛上安裝載有車輛信息的車載裝置，這時(shí)車輛在進(jìn)入電子收費(fèi)通道入口時(shí)，高速公路數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)就會(huì)讀取車載裝置的相關(guān)信息，以此從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出匹配車輛數(shù)據(jù)以后進(jìn)而放行。同時(shí)，感知系統(tǒng)主要是將各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，由數(shù)據(jù)管理中心統(tǒng)一保管。感知系統(tǒng)對(duì)通行車輛進(jìn)行分析，以此生成扣費(fèi)交易，并且實(shí)時(shí)上傳到銀行，銀行處理完成后，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)管理中心。另外，高速公路車道系統(tǒng)在檢測車輛進(jìn)入車道后，車載單元與微波天線就會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并且利用車載電子標(biāo)簽對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行識(shí)別，直接扣除車主儲(chǔ)存的賬戶。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）低運(yùn)行成本。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，感知系統(tǒng)的運(yùn)行效率相對(duì)較高，其反應(yīng)速度一般為3 秒，比傳統(tǒng)人工運(yùn)行效率可以提高3 ～4 倍，避免一些延時(shí)的問題。同時(shí)，感知系統(tǒng)在應(yīng)用的時(shí)候，通常不需要人員進(jìn)行干預(yù)，這樣可以有效降低運(yùn)行成本。

（2）高安全性。一般情況下，感知系統(tǒng)主要示意微波通信為主，并且微波通信主要是以交通部門所指定的頻段為主，并且借用相關(guān)金融交易認(rèn)證，進(jìn)而有效完成相關(guān)工作的要求，切實(shí)保證高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的安全性。

（3）適應(yīng)性廣。感知系統(tǒng)不僅可以高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行有著明顯的應(yīng)用，還能在加油站、停車場、年審檢測等方面，也有廣泛的使用，為其相關(guān)工作展開的便利性，提供了重要的保障。

2 感知系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 第一種模塊

第一種感知模塊主要是安裝于車道控制器機(jī)箱內(nèi)，并且外接設(shè)備的端子可以直接利用感知模塊與外接設(shè)備進(jìn)行連接，這樣感知模塊就可以準(zhǔn)確檢測到高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。同時(shí)，可以將檢測到的數(shù)據(jù)，利用RS232 串行通信口與車控器進(jìn)行連接，這樣可以將檢測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，并且對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，借用高速公路收費(fèi)站專用的計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)統(tǒng)一管理和統(tǒng)計(jì)。

2.2 第二種模塊

第二種感知模塊安裝位置與第一種相同，都是安裝于車道控制器機(jī)箱內(nèi)，不同的是，可以安裝單獨(dú)的機(jī)箱內(nèi)，并且針對(duì)外接設(shè)備的端子接線，可以引到感知模塊與外接設(shè)備進(jìn)行連接。同時(shí)，第一種感知模塊可以與高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備中交換機(jī)進(jìn)行連接，利用專用計(jì)算機(jī)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和統(tǒng)計(jì)，以此保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和安全性。另外，第一種感知模塊可以與車道控制器連接的時(shí)候，不會(huì)實(shí)行數(shù)據(jù)通信，可以針對(duì)自身的需求，單獨(dú)數(shù)據(jù)使用，以此保證車道控制器運(yùn)行的獨(dú)立性。

3 感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)測對(duì)象確定

需要根據(jù)高速收費(fèi)站的類別，需要初步去定在線監(jiān)測的前端設(shè)備，主要包括雨棚信號(hào)燈、通行信號(hào)燈、報(bào)警器、自動(dòng)欄桿機(jī)、車輛檢測器、費(fèi)額顯示器等方面，并且這些設(shè)備一般可以分為兩種，第一種為非智能設(shè)備，例如，信號(hào)燈、自動(dòng)欄桿機(jī)、車輛檢測器；第二種就是智能設(shè)備，例如，費(fèi)額、顯示器、稱重設(shè)備等方面。同時(shí)，非智能設(shè)備僅僅是執(zhí)行設(shè)備，或者檢測設(shè)備，并且屬于開關(guān)量接口，但是接口不能得到高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的工作狀態(tài)。

3.2 檢測算法

感知系統(tǒng)中的檢測算法，需要根據(jù)高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備中的非智能設(shè)備和智能設(shè)備分為信號(hào)對(duì)等分狀態(tài)、自動(dòng)欄桿機(jī)狀態(tài)等檢測和判斷方面，就以非智能設(shè)備信號(hào)等狀態(tài)為例，其中，雨棚燈相對(duì)較為復(fù)雜，這樣一旦產(chǎn)生故障，不僅極端不會(huì)完全顯示，其維護(hù)的指示燈也不亮，這樣就很容易導(dǎo)致故障判斷存在誤差。因此，在感知系統(tǒng)檢測算法設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要考慮雨棚的工作地層電壓以及電流判斷方式，根據(jù)電壓的實(shí)際數(shù)值，判斷是否存在運(yùn)行故障，如果就需要立即進(jìn)行處理。但是，在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，工作電源極為開關(guān)電源，并且由于電源電流如果與的實(shí)際點(diǎn)亮的像素?cái)?shù)成線性關(guān)系不符的話，這時(shí)開關(guān)電源可以擁有容性負(fù)載，以及雨棚燈的自動(dòng)調(diào)節(jié)性能，這時(shí)需要根據(jù)電流的情況，有針對(duì)地進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，以保證算法的準(zhǔn)確性。另外，由于雨棚燈的能耗相對(duì)較低，所以在電流采樣判斷的時(shí)候，需要對(duì)過零檢測、取樣積分、滑動(dòng)平均、背景自適應(yīng)、模糊識(shí)別等方面進(jìn)行綜合算法，形成一個(gè)綜合性的算法系統(tǒng)。由于智能設(shè)備的通信設(shè)備的協(xié)議存在一定的差異，但是通信運(yùn)行狀態(tài)可以監(jiān)測，所以需要依靠車道的實(shí)際操作狀態(tài)，以及設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，分析高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行是否處于正常的狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，以此減少故障的產(chǎn)生，提升機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.3 硬件設(shè)計(jì)

（1）硬件設(shè)計(jì)是感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，注重該方面的設(shè)計(jì)，可以對(duì)一般高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備所反饋的注重電流電壓檢測的優(yōu)化，并且在設(shè)計(jì)的時(shí)候，硬件主要是以粒子濾波技術(shù)對(duì)各種高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備參數(shù)進(jìn)行測量和處理，以保證檢測的準(zhǔn)確性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要重點(diǎn)考慮高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備的對(duì)外接口，通常是采用螺釘式插拔端子，這樣可以為后期接線提供相對(duì)便利的條件。

（2）在硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要重點(diǎn)考慮維護(hù)模塊，尤其是雨棚燈、通行等、霧燈等方面，并且如果直接供電的話，需要采取電壓檢測是和電流檢測相互結(jié)合的方式，判斷直接供電的電壓和電流是否穩(wěn)定，一旦產(chǎn)生異常，需要立即進(jìn)行調(diào)整，減少異常的情況的產(chǎn)生。針對(duì)欄桿機(jī)等方面，需要利用數(shù)字比對(duì)的方式，對(duì)輸出控制信號(hào)以及反饋設(shè)備等進(jìn)行檢驗(yàn)，并且與車控器進(jìn)行連接，費(fèi)額顯示器、計(jì)重設(shè)備等信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果，分析運(yùn)行情況，做出判斷以及處理，確保良好的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）要重點(diǎn)考慮硬件模塊接口，做好擴(kuò)展設(shè)計(jì)，綜合考慮高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度、濕度、環(huán)境光亮度等方面，并且需要根據(jù)燈光或空調(diào)開關(guān)等情況進(jìn)行控制，這樣才能減少高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生異常。例如，亭內(nèi)監(jiān)測的時(shí)候，如果溫度已經(jīng)到底一定參數(shù)值，并且已經(jīng)持續(xù)一段時(shí)間后，感知系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示人員，通過利用遠(yuǎn)程的方式，將空調(diào)關(guān)閉，避免產(chǎn)能源消耗。同時(shí)，在感知系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要根據(jù)情況將智能芯片放置其中，其目的就是實(shí)現(xiàn)可以編程的目的，并且還具備網(wǎng)絡(luò)和串行接口，以此滿足高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中不同的傳輸和組網(wǎng)模式，提升其使用性能。另外，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要考慮車道控制器的接口，做好保護(hù)模塊設(shè)計(jì)，這樣不僅可以具備車道設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、信息獲取功能，也可以保證數(shù)據(jù)和信息的安全性，以便后期使用的準(zhǔn)確性。

3.4 車道運(yùn)行狀態(tài)后臺(tái)監(jiān)測

高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)感知系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，不能僅僅考慮某一個(gè)方面，還需要對(duì)其他方面進(jìn)行綜合考慮，車道運(yùn)行狀態(tài)后臺(tái)檢測就是其中一個(gè)重要內(nèi)容。但是，由于車道運(yùn)行狀態(tài)后臺(tái)監(jiān)測設(shè)計(jì)與其他方面有著很大的不同，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

（1）根據(jù)BS 進(jìn)行開發(fā)，以Windows、Linux 平臺(tái)作為介質(zhì)，展開監(jiān)測運(yùn)行，并且在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)腳本語言進(jìn)行綜合考慮，做好擴(kuò)展以便實(shí)現(xiàn)更多的功能。同時(shí)，車道運(yùn)行狀態(tài)后臺(tái)檢測，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化管理，并且結(jié)合實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增加和刪除等功能，以實(shí)現(xiàn)良好的使用性能。另外，針對(duì)車道監(jiān)控設(shè)計(jì)方面，可以圖形化界面為主，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)車道進(jìn)行合理的布置和規(guī)劃，并且以收費(fèi)為基礎(chǔ)，合理布設(shè)收費(fèi)監(jiān)測設(shè)備，這樣可以對(duì)各項(xiàng)車道數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)接受。數(shù)據(jù)接受可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)是否存在故障，并且會(huì)利用報(bào)警設(shè)備給予相應(yīng)的提示，人員可以根據(jù)相應(yīng)的提示，做出調(diào)整，避免運(yùn)行故障的產(chǎn)生。

（2）車道運(yùn)行狀態(tài)后臺(tái)監(jiān)測設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要考慮周圍環(huán)境的溫度、濕度以及是否有人活動(dòng)，根據(jù)實(shí)際情況，做出調(diào)整，以此保證設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)，該設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)車道的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

4 感知系統(tǒng)中防逃費(fèi)技術(shù)

防逃費(fèi)技術(shù)也是高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，主要內(nèi)容如下。

4.1 入口車牌識(shí)別

車輛在進(jìn)入車道以后，感知系統(tǒng)可以快速地進(jìn)行識(shí)別，并且通過車輛影像的抓拍，展開進(jìn)行一步的處理，以獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)和信息。同時(shí)，將識(shí)別的數(shù)據(jù)和信息上傳到通信卡以及各項(xiàng)收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備中，從而展開后續(xù)的處理。

4.2 車輛的抓拍

車輛抓拍一般主要是指在車道出入口方面，車輛在進(jìn)入車道后，感知系統(tǒng)可以對(duì)車牌進(jìn)行識(shí)別，這時(shí)高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備就會(huì)對(duì)入口、出口等信息進(jìn)行反復(fù)核對(duì)，判斷各項(xiàng)信息和數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。反復(fù)核對(duì)完成后，如果入口、出口的信息完全相符，就可以按照正常的流程展開處理，這樣可以有效減少異常問題的產(chǎn)生。但是，反復(fù)核實(shí)以后，信息和數(shù)據(jù)存在一定的差異，就需要從系統(tǒng)中調(diào)出具體的行車信息，并且展開具體的核實(shí)和對(duì)比工作，以此得到解決，判斷是否存在逃費(fèi)的現(xiàn)象，這樣可以有效避免高速公路運(yùn)行產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，隨著感知系統(tǒng)得到普遍的影響，在車輛信息抓拍方面，有著明顯的應(yīng)用，主要是利用拍照系統(tǒng)，對(duì)車道的車輛進(jìn)行抓拍，并且提取出相應(yīng)的信息，提取后將這些信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，從而進(jìn)行保存，以便后期進(jìn)行處理。另外，計(jì)算機(jī)以智能識(shí)別軟件為主，將車輛信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，將提取的數(shù)據(jù)和信息上傳到數(shù)據(jù)庫中，這樣可以為后續(xù)的一些相關(guān)工作，提供了便利的條件。由于感知系統(tǒng)具有檢測算法的功能，可以快速識(shí)別車輛是否存在遮擋車牌號(hào)的行為，如果有被發(fā)現(xiàn)，需要立即通知相關(guān)部門，并且做出嚴(yán)格處理，避免類似的情況產(chǎn)生?！?/p>

4.3 構(gòu)建逃費(fèi)人員列表

感知系統(tǒng)應(yīng)用到高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備中，不僅可以對(duì)各項(xiàng)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行檢測，還是可以對(duì)經(jīng)常逃費(fèi)人員進(jìn)行管理，構(gòu)建逃費(fèi)人員列表，這樣一旦經(jīng)常逃費(fèi)人員進(jìn)入高速公路，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測與控制，避免產(chǎn)生逃費(fèi)行為的再次發(fā)生，確保高速公路的運(yùn)行效益。另外，感知系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取逃費(fèi)人員的證據(jù)，并且如果情況較為嚴(yán)重，可以對(duì)其車輛進(jìn)行攔截，做出相應(yīng)的處理。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)電設(shè)備在高速公路收費(fèi)站運(yùn)行中起到了關(guān)鍵性的作用，但是，在日常運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生各種問題，這些問題如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就影響高速公路收費(fèi)站的正常運(yùn)營。然而，通過利用感知系統(tǒng)可以對(duì)高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)施在線監(jiān)測，分析其運(yùn)行狀態(tài)是否存在故障，并且及時(shí)進(jìn)行解決。同時(shí)，感知系統(tǒng)在高速公路收費(fèi)站機(jī)電設(shè)備中，可以實(shí)現(xiàn)防逃費(fèi)的功能，避免出現(xiàn)影響運(yùn)行效益的行為，確保高速公路收費(fèi)站穩(wěn)定的運(yùn)行，更加促使其實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的服務(wù)水平，為其領(lǐng)域的發(fā)展，提供了重要的技術(shù)支持。