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摘 要：作者通过对自由流收费设施智能运维系统设计与思考，包括运维系统设计思路、总体设计、功能设计、前段监测设备等内容的设计与思考，力图运用机电技术与信息化手段，提升自由流收费系统的稳定性，降低维护、维修难度。展望通过分析基础数据，从而提高管理部门对收费运营、交通流等方面的精细化管理，指导提高运维设计的科学性、高效性。
关键词：智能运维;收费设施;自由流
中图分类号：U495 文献标识码：A
0 引言
为了深化收费公路制度改革，提高综合交通运输网络效率，降低物流成本。因此，交通运输部结合我国高速公路建设、运营和收费技术发展现状，明确提出实现电子不停车快捷收费（ETC）、辅以车牌图像识别、多种支付手段融合应用的技术路径。2018年5月国务院常务会议做出“推动取消高速公路省界收费站”的重大决策部署。2020年1月1日零时，全国29个联网省份的487个省界收费站全部取消，交通部及各省自治区完成了采用自由流收费模式的新收费模式切换上线工作。
保证ETC自由流门架系统所属设备的正常和高效运行显得尤为重要[1]。而由于高速公路路上的ETC自由流门架设施布设位置难以人工维护，如维护需通过封道等低效率高成本的措施进行，使得系统维护难度大，并且标识的路径被参与通行的计算，标识准确性要求很高，为此需设计高效稳定的ETC自由流收费系统运行状态监测系统，来确保收费能力的可靠性和系统维护的及时性，是至关重要的[2]。
1 主要存在的问题
目前的维护模式是“被动发现、被动接报、被动维护”[3]。故障发现与处置主要依靠收费站人员主动发现，随后上报维护人员，维护前往现场凭经验修复，修复完成后现场核验的流程。此流程的时效性在自由流收费模式下，会出现大量故障处置滞后以及维护质量不可估量的问题，从而影响收费业务的稳定性。
2 系统设计思路与总体设计
2.1 设计思路
通过调研ETC自由流收费设施的系统构成，研究监测设备类型和具体监测指标，调研相关设备厂商，建立产品协议库，同时，研究和设计设备运行及监测数据传输方式，选型研究前端通讯模块，确保网络安全通信，并通过设计和开发后台运行状态监测软件平台，实现全省范围ETC自由流收费设施实时在线运行状态监测，分析统计状态数据，对设备运行状态分级管理，监测到故障设备可实现备用设备的实时切换，保障系统的稳定运行，自由流收费运维管理系统网络拓扑图如图1所示。
2.2 系统目标
（1）监测自由流收费设施的运行、环境状态。在线实时监测其自由流收费设备运行状态，通过研究建立智能监测方案和监测指标、参数等，及时发现收费设施运行、环境等全方位的异常情况。
（2）當自由流收费设备运行过程中发生异常情况时，能实时甚至提前发现问题，精准定位异常情况位置，通过及时通知维修人员进行处理或切换备件等方式，保障收费系统正常运行。
（3）提升自由流收费设施的完好率，减少封道等维护维修工作，提高收费系统的收费效率，减少稽查工作量，同时保证了高速公路的通畅运行。
（4）加强自由流收费设施运行维护的管理，包括维护人员的管理、设备运维管理模式及管理方案。减少维护管理的成本、增加管理人员的工作效率、提高维护人员的安全。
（5）为全省各路公司搭建自由流收费设施监测运维管理平台提供技术支撑。
3 监测系统功能设计
以监测设备传输的ETC自由流收费运行数据为基础，建立自由流收费运行监测平台，对实施汇聚的数据进行分析处理，对设备运行状态分级管理，监测到故障设备可实现备用设备的实时切换，保障系统的稳定运行，实现各ETC设备远程化、批量化、可视化、自动化智能管理，因此，平台需涵盖以下几点功能：
数据存储传输功能：接受监测设备传输来的监测数据，以及ETC自由流收费系统发来的相关运行日志等信息，并将接受来的数据存储下来。
监测设备的运行状态，包括车道控制器CPU、内存、硬盘的占用率，关键设备（RSU、车牌图像识别设备）在线状态及工作状态（如RSU发射、接收工作状态），机柜温度、湿度、防盗，供电和通信网络工作状态等。机柜工作状态可与华为后台软件对接。后期可加入异常状态的分析预警，对各单元监测数据进行数据标准化处理，并将数据汇集至中心运维服务器。通过在运维服务器上部署的大数据分析、智能算法策略分析，实现对系统内各硬件的资源瓶颈周期预估，对设备使用寿命进行跟踪，提前预警临界设备，并同时排查网络、电力等系统设备可能存在的风险，做到故障预警的智能化。
数据统计分析，可查询各门架的ETC交易流水、ETC通行记录、CPC卡通行记录、图像流水记录等。根据路公司需要现阶段所需数据统计内容主要包括以下几点：
（1）门架捕获数;
（2）图片捕获数;
（3）图片识别数;
（4）图像识别率;
（5）OBU收费金额（元）;
（6）CPC卡收费金额（元）;
（7）总收费金额（元）;
（8）门架交易成功数;
（9）OBU交易总量;
（10）OBU交易成功量;
（11）ETC交易成功率;
（12）CPC计费总量;
（13）CPC成功量;
（14）CPC计费功功率。
后期可根据需求增加统计数据以及对这些数据进行有效分析，更全面的掌握路公司自由流收费运行情况。
数据分析预警功能：根据监测设备传输来的实时数据，分析ETC自由流收费系统是否存在异常，当数据未能达到或高于运行系统指标时，给予警报。
远程控制功能：能具体到单个ETC自由流收费相关设备，包括设备复位、重启、程序更新等。 运维跟踪服务：能以运维app或短信的形式发维护信息给相关的维护人员，并对维护状态进行实时跟踪，显示维护的最新状态。
平台的系统架构可以采用主流的“Web服务-应用服务-数据库”三层架构的方式设计，并通过负载平衡措施满足平台额的高可用需求。
4 展望与思考
2019年起，交通部推行取消省界收费站工作，公司一次性投入大量资金建设自由流收费设施系统。此系统采取门架逐一扣费的形式，但系统并不完善，尤其存在漏缴、逃缴、收费金额不准确的情况，并且公司无法掌握实际收费数据。2020年3月，交通部修改了自由流收费系统的结算方式，从之前的门架扣费改为门架计费、拟合路径后收费站统一扣费。改变后的方式处于验证阶段，公司无法掌握实际收费数据的问题依然存在，并且门架的功能弱化导致投入产出比的降低。
根据以上叙述的拥堵和自由流收费的两个问题，结合浙江智慧交通的发展方向，利用自由流收费的门架系统和现有的视频监控等其他基础设施，改善高速公路的通行管理及自由流收费系统监测、维护、数据统计分析等迫在眉睫的问题。借此，一方面需提城高速公路的综合管控能力、行车安全系数和通行效率;另一方面需提高自由流收费的效率与准确性，增加门架等自由流设施一次性高投入的智慧化高效利用。有助于通过智慧管控降低运营管理成本、提高营收效益、节约成本开支。
通过对收费数据的监测、大数据分析和收费设备稳定运行的保障，逐步提高自由流收费的效率与准确性，可为下一阶段（彻底取消收费站）更加高效、快捷、精准的自由流收费做准备。
利用已完成一次性投入的ETC自由流门架的实时交互能力，从而掌握实时交通数据（交通量、车速等）。利用实时数据以及其他可利用的大数据，通过分析预测、联动预案、诱导等手段，实现对各路段的交通态势感知及智能管控，有效提高交通安全系数、减少拥堵情况，提高路网通行效率。
5 結语
对自由流收费设施运维管理系统的设计研究，有很好的功能性和通用性，不但可以满足各高速公路ETC自由流收费的实际需要，帮助各个高速公路上的ETC自由流收费系统达到高效稳定的长期运行，还适用于未来智慧高速车路协同设备的运行监测。后期在经过不断的推广和完善，可以延伸至车路协同智能路侧设备的维护应用并覆盖全国各大高速公路以及未来的智慧高速。
参考文献：
[1]龙开红.ETC自由流系统运行监控体系设计[J].中国交通信息化，2014，16（07）：71-72.
[2]龙开红，周玲，汤成，等.匝道ETC自由流解决方案及应用效果分析[J].中国交通信息化，2019，21（02）：118-121+125.
[3]汤成，李奇峰，陈伟明，等.高速公路ETC自由流收费技术探讨[J].中国交通信息化，2019，21（01）：118-120.
关键词：智能运维;收费设施;自由流
中图分类号：U495 文献标识码：A
0 引言
为了深化收费公路制度改革，提高综合交通运输网络效率，降低物流成本。因此，交通运输部结合我国高速公路建设、运营和收费技术发展现状，明确提出实现电子不停车快捷收费（ETC）、辅以车牌图像识别、多种支付手段融合应用的技术路径。2018年5月国务院常务会议做出“推动取消高速公路省界收费站”的重大决策部署。2020年1月1日零时，全国29个联网省份的487个省界收费站全部取消，交通部及各省自治区完成了采用自由流收费模式的新收费模式切换上线工作。
保证ETC自由流门架系统所属设备的正常和高效运行显得尤为重要[1]。而由于高速公路路上的ETC自由流门架设施布设位置难以人工维护，如维护需通过封道等低效率高成本的措施进行，使得系统维护难度大，并且标识的路径被参与通行的计算，标识准确性要求很高，为此需设计高效稳定的ETC自由流收费系统运行状态监测系统，来确保收费能力的可靠性和系统维护的及时性，是至关重要的[2]。
1 主要存在的问题
目前的维护模式是“被动发现、被动接报、被动维护”[3]。故障发现与处置主要依靠收费站人员主动发现，随后上报维护人员，维护前往现场凭经验修复，修复完成后现场核验的流程。此流程的时效性在自由流收费模式下，会出现大量故障处置滞后以及维护质量不可估量的问题，从而影响收费业务的稳定性。
2 系统设计思路与总体设计
2.1 设计思路
通过调研ETC自由流收费设施的系统构成，研究监测设备类型和具体监测指标，调研相关设备厂商，建立产品协议库，同时，研究和设计设备运行及监测数据传输方式，选型研究前端通讯模块，确保网络安全通信，并通过设计和开发后台运行状态监测软件平台，实现全省范围ETC自由流收费设施实时在线运行状态监测，分析统计状态数据，对设备运行状态分级管理，监测到故障设备可实现备用设备的实时切换，保障系统的稳定运行，自由流收费运维管理系统网络拓扑图如图1所示。
2.2 系统目标
（1）监测自由流收费设施的运行、环境状态。在线实时监测其自由流收费设备运行状态，通过研究建立智能监测方案和监测指标、参数等，及时发现收费设施运行、环境等全方位的异常情况。
（2）當自由流收费设备运行过程中发生异常情况时，能实时甚至提前发现问题，精准定位异常情况位置，通过及时通知维修人员进行处理或切换备件等方式，保障收费系统正常运行。
（3）提升自由流收费设施的完好率，减少封道等维护维修工作，提高收费系统的收费效率，减少稽查工作量，同时保证了高速公路的通畅运行。
（4）加强自由流收费设施运行维护的管理，包括维护人员的管理、设备运维管理模式及管理方案。减少维护管理的成本、增加管理人员的工作效率、提高维护人员的安全。
（5）为全省各路公司搭建自由流收费设施监测运维管理平台提供技术支撑。
3 监测系统功能设计
以监测设备传输的ETC自由流收费运行数据为基础，建立自由流收费运行监测平台，对实施汇聚的数据进行分析处理，对设备运行状态分级管理，监测到故障设备可实现备用设备的实时切换，保障系统的稳定运行，实现各ETC设备远程化、批量化、可视化、自动化智能管理，因此，平台需涵盖以下几点功能：
数据存储传输功能：接受监测设备传输来的监测数据，以及ETC自由流收费系统发来的相关运行日志等信息，并将接受来的数据存储下来。
监测设备的运行状态，包括车道控制器CPU、内存、硬盘的占用率，关键设备（RSU、车牌图像识别设备）在线状态及工作状态（如RSU发射、接收工作状态），机柜温度、湿度、防盗，供电和通信网络工作状态等。机柜工作状态可与华为后台软件对接。后期可加入异常状态的分析预警，对各单元监测数据进行数据标准化处理，并将数据汇集至中心运维服务器。通过在运维服务器上部署的大数据分析、智能算法策略分析，实现对系统内各硬件的资源瓶颈周期预估，对设备使用寿命进行跟踪，提前预警临界设备，并同时排查网络、电力等系统设备可能存在的风险，做到故障预警的智能化。
数据统计分析，可查询各门架的ETC交易流水、ETC通行记录、CPC卡通行记录、图像流水记录等。根据路公司需要现阶段所需数据统计内容主要包括以下几点：
（1）门架捕获数;
（2）图片捕获数;
（3）图片识别数;
（4）图像识别率;
（5）OBU收费金额（元）;
（6）CPC卡收费金额（元）;
（7）总收费金额（元）;
（8）门架交易成功数;
（9）OBU交易总量;
（10）OBU交易成功量;
（11）ETC交易成功率;
（12）CPC计费总量;
（13）CPC成功量;
（14）CPC计费功功率。
后期可根据需求增加统计数据以及对这些数据进行有效分析，更全面的掌握路公司自由流收费运行情况。
数据分析预警功能：根据监测设备传输来的实时数据，分析ETC自由流收费系统是否存在异常，当数据未能达到或高于运行系统指标时，给予警报。
远程控制功能：能具体到单个ETC自由流收费相关设备，包括设备复位、重启、程序更新等。 运维跟踪服务：能以运维app或短信的形式发维护信息给相关的维护人员，并对维护状态进行实时跟踪，显示维护的最新状态。
平台的系统架构可以采用主流的“Web服务-应用服务-数据库”三层架构的方式设计，并通过负载平衡措施满足平台额的高可用需求。
4 展望与思考
2019年起，交通部推行取消省界收费站工作，公司一次性投入大量资金建设自由流收费设施系统。此系统采取门架逐一扣费的形式，但系统并不完善，尤其存在漏缴、逃缴、收费金额不准确的情况，并且公司无法掌握实际收费数据。2020年3月，交通部修改了自由流收费系统的结算方式，从之前的门架扣费改为门架计费、拟合路径后收费站统一扣费。改变后的方式处于验证阶段，公司无法掌握实际收费数据的问题依然存在，并且门架的功能弱化导致投入产出比的降低。
根据以上叙述的拥堵和自由流收费的两个问题，结合浙江智慧交通的发展方向，利用自由流收费的门架系统和现有的视频监控等其他基础设施，改善高速公路的通行管理及自由流收费系统监测、维护、数据统计分析等迫在眉睫的问题。借此，一方面需提城高速公路的综合管控能力、行车安全系数和通行效率;另一方面需提高自由流收费的效率与准确性，增加门架等自由流设施一次性高投入的智慧化高效利用。有助于通过智慧管控降低运营管理成本、提高营收效益、节约成本开支。
通过对收费数据的监测、大数据分析和收费设备稳定运行的保障，逐步提高自由流收费的效率与准确性，可为下一阶段（彻底取消收费站）更加高效、快捷、精准的自由流收费做准备。
利用已完成一次性投入的ETC自由流门架的实时交互能力，从而掌握实时交通数据（交通量、车速等）。利用实时数据以及其他可利用的大数据，通过分析预测、联动预案、诱导等手段，实现对各路段的交通态势感知及智能管控，有效提高交通安全系数、减少拥堵情况，提高路网通行效率。
5 結语
对自由流收费设施运维管理系统的设计研究，有很好的功能性和通用性，不但可以满足各高速公路ETC自由流收费的实际需要，帮助各个高速公路上的ETC自由流收费系统达到高效稳定的长期运行，还适用于未来智慧高速车路协同设备的运行监测。后期在经过不断的推广和完善，可以延伸至车路协同智能路侧设备的维护应用并覆盖全国各大高速公路以及未来的智慧高速。
参考文献：
[1]龙开红.ETC自由流系统运行监控体系设计[J].中国交通信息化，2014，16（07）：71-72.
[2]龙开红，周玲，汤成，等.匝道ETC自由流解决方案及应用效果分析[J].中国交通信息化，2019，21（02）：118-121+125.
[3]汤成，李奇峰，陈伟明，等.高速公路ETC自由流收费技术探讨[J].中国交通信息化，2019，21（01）：118-120.