技术〈TECHNOLOGY
D O I : 10.ki.itsc.2021.02.010
郑剑锋，金如克，倪智华，徐梦洁
(浙江高速信息工程技术有限公司，浙江杭州310000)
摘要：本平台结合高速公路ETC门架实时监测及智能运维的需求，依托物联网技术、大数据挖掘及深度学习，解决现有运维体系人员要求高、缺口大、手动干预效率低、人工巡检时效差、故障鉴定存误差、标准不一难管理等问题，建立一套ETC门架智能运维平台来统一管理标准、简化流程、提升效率、智能决策，保障ETC门架系统正常运行。 关键词：高速公路；ETC门架；物联网•，智能运维
2020年1月1日，浙江省高速公路所有省界收费站按计划撤除 完毕，接轨全国路网实施并网切换，省界收费站同步打开。为配 合撤站的顺利完成，浙江全省高速公路新建1969个ETC门架系 统，新建门架系统涵盖RSU、高清车牌识别系统、服务器、户外 机柜、供电系统、通信设备、防雷设施及附属设施等， 实现车辆 在自由流行驶状态下的ETC车辆“分段计费，分段收费”，MTC车 辆“分段计费，统一收费”。所以，ETC门架系统能否正常运行会 直接影响高速公路经营单位营收、司乘人员计费及行驶体验。
―、ETC门架设备运维管理现状
在完成撤站后，省中心全面负责ETC门架系统的监视和管 理，通过无线/有线方式对ETC门架系统设备状态进行查询及远 程控制，监督、检查路段中心（分中心）做好ETC门架系统设备 的维护、保养和抢修。路段中心（分中心）具体负责ETC门架系 统的监视和管理，确保ETC门架系统设备处于良好的正常运行状 态，并负责ETC门架系统设备的维护、保养和抢修。省中心负责 省中心系统的运行维护管理，保障结算系统的正常运行；路段收 费系统（分中心、收费站、车道）由各高速公路经营单位负责维 护管理，保障路段系统的正常运行和数据的实时传输。
二、平台建设的必要性
2019年，中共中央、国务院印发《交通强国战略》，提出要 强化交通基础设施养护，加强基础设施运行监测检测，提高养护 专业化、信息化水平，增强设施耐久性和可靠性。对标《交通强 国战略》及交通运输部、省内考核指标，在现行的系统运行维护 管理现状下，高速公路经营单位的系统运维工作量与工作难度较 撤站前大大增加。
经统计分析，现有运维体系存在ETC门架运维工作人员要求 高、缺口大，信息采集靠人工巡检加部分监控的方式时效差，设 备故障触发、报警处理人工干预完成效率低，决策分析基本凭经 验，设备故障标准不一，集团统一管理难等问题。所以，需要一 套智能化运维平台来统一管理标准，简化流程，并依托物联网技 术及大数据挖掘，提升效率，智能决策。ETC门架部分考核指标 见下表。
ETC门架部分考核指标表
ETC门架运行监测
门架数
连通合格串
RSU正常率
牌识设备正常率
OBU交易成功率
CPC计费成功率
车牌识别率
数据传输运行监测
门架交易流水及时率阿维菌素油膏
门架牌识流水及时率
黑名单下载及时丰
黑名单记账
三、平台设计架构
(一）平台架构
ETC门架智能运维平台分为展现层、应用层、支撑层、网络 层以及感知层，如图1所示。
展现层主要是通过PC端和APP端双端展现。
应用层分为资产管理子系统、运维管理子系统、设备监测子 系统、专项管理、决策分析以及系统管理聚氨酯浆料
等子系统组成。通过开 放一系列的API供外部系统调用，让外部系统也能获取到设备相 关信息，以此来完善智能运维平台的生态。
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C H IN A IT S J O U R N A L V o l.253N o 02 2021
2021年第02期（总第253期）|中国交通信息化
展现层曰APP&H5
资产管理子系统运维管理子系统
设备基础倌息设备变更管理备品备件管理采钩管理故_修管理维护管理
知识库管理定额库管理
设备监测子系统
设备监涵总览I设备分项监控
告驁管理I视频管理
应用层
专项管理子系统
项目计划I方案设计组织机构管理人员角管理
数据字典额操作B志1理
决策数据分析
设备质屋分祈|人员绩效分析
支撑层短信服务
网络设备
、办公网、互联网
图i总体架构
支撑层主要包含服务器、网关、存储等硬件设备，以及采 （三）设备接入方式集、短信、流程引擎等相关配套程序。
网络层涵盖了路段分中心及集团内收费、监控、办公以及互
联网。
感知层主要为物联网平台，可通过此平台对接高速公路ETC
门架系统内各类设备，实现设备的快速接入。
(二）中台架构
除平台架构的搭建外，ETC门架智能运维平台还通过业务中
台、技术中台、数据中台三大中台进行赋能，如图2所示。数据
中台实现对ETC门架智能运维相关数据的清洗、汇聚、存储，通
过业务产生的数据反哺业务，将一切数据业务化；技术中台通过
轻量级的开发技术，以实现ETC门架智能运维平台的快速研发迭
代；业务中台承载公司所有的通用业务，将一切业务数据化，以
此来支撑ETC门架智能运维平台的快速研发。
|业务 I中台
|技术 I中台4务能力
指》体系|多f t安全分析丨預瞀B S测I全生命S期
1务层1GIS地图消患推送知识图谱丨基I组织注册用户权限配璽
应用工具层微雇务组件库|済程工具库|规剿工具庠|报表工具库|开发工具癉|»口工具库
数据应用层业务专屋库|数据缓存库|即时分忻库|AI人工智能
图2中台架构
ETC门架智能运维平台对于不同接口类型设备采取不同的接
入监控策略，主要通过SDK接口协议、SNMP协议及利用第三方平
台北向接口二次开发。
门架设备：平台通过车牌识摄像机、天线控制器提供的SD K
接口协议，通过二次开发将协议中包含且需要监测的点位接入平
台。由于只有个别品牌控制器支持多地址数据推送，其余设备协
议暂不支持多地址数据推送，即所有数据只推向门架现场结算/车
牌识别工控机，所以对于单地址推送的设备考虑改从收费站内站
级应用服务器取流水日志并加以分析完成接入，天线回检单元控
制器通过串口服务器连到路段分中心统一接入。
户外机柜：目前各品牌户外机柜综合管理平台已部署在集团
乳胶片内各路段分中心，通过对平台提供的北向接口协议二次开发实现
与ETC门架智能运维系统无缝对接，实现对原平台监控数据的完
全整合。
其他设备：支持网络管理协议的设备，根据设备SNMP协议
开发接入系统，此类设备主要有路侧结算/牌识工控机、交换机、
服务器等。
(四）网络传输架构
目前门架天线设备、牌识设备、收费/牌识现场处理器、应用
服务器等均部署于收费网，需打通收费网与监控网，确保信息数
据能相互交换，考虑到网络安全管理的需要，通过増加网络安全
设备（网闸、防火墙）实现网络安全管理要求，网络传输架构如
图3所示。
技术< TECHNOLOGY
四、E TC门架智能运维平台的应用、优化与核心功能
(一）服务端云架构部署
平台打破既有ETC门架一路段分中心一集团云平台三层管控 层级，优化为ETC门架一集团云平台两层管控层级，资源更加集 中，更契合扁平化管理发展趋势，如图4所示。
图4服务端云架构
(二）基于物联网智能监测
1、 全场景接入
在对多品牌多类型的设备完成协议解析开发后，平台具备了 通用网络通信协议、物联网协议、工业通信协议、专项肋议等多 类型接口协议解析能力，并在设备数据采集过程中完成了结构化 数据、非结构化数据、半结构化数据三类数据格式采集，具备全 场景接入能力。
2、 智能异常监测
设备异常数据在具体门架实时监测页面中显示。实时监测参 数包括信号状态、信号类型、信号名称、信号测值、测值单位、采样时间以及所支持的信号操作。同时实时数据又按照遥信，遥 测，遥调，遥控性质分类。点击实时数据的遥测信号值可以通过 曲线表示。通过对设备采集数据的阈值设置或设备协议中已包含 的正常/异常数据推送，平台可对设备可能会出现的异常进行智能 化实时监测。
3、 清准智能告警
以图表数据显示方式和GIS系统/2D平面图叠加点位方式呈现 告警信息。支持查看实时数据、实时告
警，以告警弹窗方式和 告警列表方式呈现，实时告警数据参数包括告警级别、告警时 间、告警所属的区域、门架编号、设备名称、信号名称、告警 描述、确认人员、确认时间等，不同级别告警分别用不同的颜 来标明。
4、 智能故障处理
运维管理子系统故障检测模块根据故障设备及故障类型自动 生成相应故障单，通过知识库初步判断故障原因，并且按照目前 维修人员情况进行推荐派单。通过故障现象以及同类设备历史故 障原因，平台可通过历史相似度的故障（可通过设备安装位置、定性和定位、故障现象，甚至天气因素等作为相识度因子），给
ETC门架酋能运维平台H 门策总K
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图5
智能监测截图示意
C H IN A IT S J O U R N A L V o l.253 N o.02 2021
2021年第02期（总第253期）丨中国交通信息化
ETC 门架智能运维平台
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出本次故障原因、维修耗时、维修经费等参考参数，使得管理者 能掌握此次故障涉及影响面、费用，便于其进行维修方案的制 定。如果可以远程处理，则调用设备远程控制进行相应处理，如 无法远程处理，则派单至现场进行实地排查处理。
故障处理完成后，由设备管理员对故障设备修复情况进行确 认，且通过后由相关人员进行实际故障费用审核。审核通过的故 障费用清单可作为后续财务报销的凭证，以方便设备管理员或者 委外单位进行费用的结算。智能检测截图示意如图5所示。
(三） 大数据预防性养护1、
设备健康指数。平台建立设备历史数据库，通过设备故 障信息的长期积累，从故障发生的频率、类型及使用年限等多角 度出发，利用数据建模技术，模拟设备的生命周期历程及当前节 点，测算出设备当前的性能指标衰减程度，对ETC 门架系统设备 进行全生命周期实时跟踪、管控，为用户提供建设性的设备维护 建议。设备健康指数截图示意如图6所示。
2、
故障趋势预测。解决故障问题关键是到问题，但确定 重复出现的故障及预测未来可能发生的事件对智能化运维来说更 为关键，平台通过海量历史数据进行深度学习、分析，建立算法 模型，对设备进行故障预测，通过对设备异常检测来进行过程干 预，实现预防性维修。故障趋势预测截图示意如图7所示。
(四） 资源集中管理统一调度
在运维全流程中，资源的集中管理统一调度可以使路段分中 心做到库存智能化推送、出库最优化推荐及库房的信息化运作， 有利于ETC 门架系统备件资源的高效使用。
1、库存智能化推送。结合备件更换频率、整体数量、采购 周期、是否关键设备、设备价值等诸多因素，系统库存数量低于
设定数量或无法满足周转需要，系统自动发出采购申请。
2、
出库最优化推荐。平台支持距离最近、历时最短、默认
推荐等多种方式选择备件仓库。
3、
库房信息化运作。维修人员在系统中一旦选中备件后，
系统自动为其锁定，其他人员无法再领取，新入库备件及返修更 换件通过二维码实现入库，备件体系管理人员根据系统库存数量 调拨。
(五） 知识库改进运维过程
平台建立知识库、文档库可对检维修记录入库分类，通过-•
段时间运维经验的积累，系统可提炼标准化知识，实现经验库共
享，在遇到同类型报警故障时可推送历史处理方式，助力运维人 员高效处置6
(六） 移动端助力ETC 门架运维
通过PC 端和移动端的互动配合，平台实现了运维信息采集的 智能化和设备维修的规范化。移动端平台具备设备告警、现场确
认、故障处理、告警恢复、考核评价、每日简报等功能，一线运
维人员及管理人员均可在手机上对ETC 门架设备告警进行处置， 可满足运维人员与管理人员的移动办公需求。
其中，每日简报功能可根据系统运行情况及监测考核要求， 对各类运行数据进行汇集并推送，涵盖ETC 门架整体情况、告警 事件、重点关注、学习驿站四方面内容。目前，毎日简报已与第 三方移动端接口打通，可在钉钉、等软件中查看。
(七） 业务流程再造
通过对路段中心原有设备运维流程的分析，原有流程存在环 节多、无法形成故障流程闭环管理，缺少后续分析数据支撑等缺 点。所以，在本次ETC 门架智能运维平台开发中开发团队与路段
技术< TECHNOLOGY
故障趋势预测栽图示意分中心进行了充分的沟通，实现了运维业务的再造。应用ETC门
架运维平台后，原有人工巡检、派单、维修产生的复杂、低效率 的运维流程简化为设备智能异常监测、自动报警一自动化派单一 经验赋能前端维修一客观量化评估维修状态四个环节，并在维修 过程中备件智能确认、运维知识库经验积累等功能都可以辅助提 高运维效率，迈向运维的智能化、规范化，如图8所示。
杜仲橡胶种植五、结束语
通过一段时间的开发、建设及试点路段分中心运行，ETC门 架智能运维平台已完成6大类共5000多个ETC门架系统设备的接 入。经运行数据统计分析，物联网、大数据挖掘及分析、深度学 习等技术的应用使运维人员的工作效率提升33%，设备维修时长 减少31%，平均故障发现时间小于5分钟，平均故障修复时间小于 4小时，ETC设备完好率长期维持于99.9%。ETC门架智能运维平 台的应用完成了
运维体系的更新迭代，由人工运维转变为机器运 维，由故障事后维修逐渐转变为故障事前预诊。在未来一段时间 内，系统平台会完成浙江全省的部署应用，并进行新功能开发、系统迭代并与其他系统打通融合，保障ETC门架系统正常运行。
参考文献
P1中华人民共和国交通运输部.取消离速公路省界收费坫总体技术方案[z],2〇i9年.
[2】中华人民共和国交通运输部.取消髙速公路t l?收费站工程建设方案[Z1.2019年6
丨发麵11智能异帛自动报曾I iiiSiiVn
图8业务流程优化
月丨3日.
[3]中华人民共和国交通运输部.高速公路ETC门架系统技术要求[Z】.2019年6月12日.
[4】中国共产党中央委员会.中华人民共和国国务院.交通强国建设纲要[Z】，20I9 年9月19曰.
[5]唐燕斌，金如克.浙江高速公路设备智能运管云平台应用探析[J j.中国交通信 息化.2020(7).
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