ETC 門架監控控制器在高速公路收費站中的應用

李欣然

（中交一公院西安金路交通工程科技發展有限責任公司，陜西 西安710077）

當前，高速公路收費站形式逐漸由傳統的封閉式收費制度調整成為開放式的收費制度，并且對行駛車輛進行了分段的計費和扣費形式[1]。在每個互通立交之間都會設置ETC門架監控控制器，而該裝置在實際運行過程中的質量，直接影響著高速公路收費的業務水平?；诖?，開展ETC門架監控控制器在高速公路收費站中的應用研究。

1 高速公路收費站中ETC 門架監控控制器設計

ETC門架監控控制器由ETC傳感器網絡、通信控制及傳輸、監控數據異常報警及顯示三部分組成，其中ETC傳感器網絡實現對車載ETC終端信號的采集與識別，通信控制及傳輸模塊完成ETC信息及圖像信息上傳信息、控制指令等下傳信息的穩定、低延時傳輸，監控數據異常報警及顯示是人機交互接口，完成人在環路的控制功能。

1.1 ETC門架監控控制器布設

ETC 門架監控控制器是高速公路收費站當中的重要結構，應當將監控器設立在交通流量大的互通樞紐的匝道位置上，或設置在沿線的各個收費站匝道上。圖1 為ETC門架監控控制器布設示意圖。架。選擇在臨近建設區域位置上的高速公路收費站，在該位置上敷設兩條長度、橫截面面積等參數完全相同的通信光纜，將其延伸到ETC門架監控控制器的門架位置，以此構成與ETC門架上行、下行以及收費站，三者于一體的封閉式環路，為ETC門架監控控制器提供更加快速的通信數據傳輸條件。為了保證ETC門架監控控制器在實際運行過程中接收信息的準確性，在ETC 門架上還配備4G或5G路由器，以此構成擔憂主備雙鏈路的通信組網結構。

圖1 ETC 門架監控控制器布設示意圖

1.2 多ETC門架監控控制器通信傳輸及控制

在每臺ETC 門架監控控制器上均配備了單獨的一組監測體系，多個ETC門架監控控制器之間的通信傳輸與連通時通過工業以太網交換機的接入完成。通過工業以太網，將控制器監測到的信號傳遞到控制中心。當接收到相應的信號后，將其與之前存儲的設備運行數據同時進行處理，并對ETC門架的狀態進行預測，以此幫助ETC門架管理人員對其進行運維決策[2]。以此，將被動的ETC門架養護方式轉變為主動的ETC門架養護方式，進一步降低對資源的浪費。圖2 為多臺ETC門架監控控制器通信傳輸流程圖。

圖2 多臺ETC 門架監控控制器通信傳輸流程圖

在ETC門架監控控制器當中連接用于對ETC門架電源能耗進行監測的裝置以及光纜通訊設備，以此對整個ETC門架和道路運行等工作狀態進行監測，從而對ETC 門架運行的電流、電壓、功率以及設備的能耗等進行實時控制。在ETC門架監控控制器當中引入輔助決策樹，通過該模塊對ETC門架發生異常運行情況時的維護工作方式進行選擇，并對ETC門架的養護周期和可靠度預警等進行干預。

對于多ETC門架并行工作系統，屏蔽干擾、準確識別是功能指標實現的關鍵點。各ETC門架工作中發射的電磁波會形成串擾，雙車道同時行車也會存在同源干擾，而解決串擾常用的降低發射功率辦法與車牌識別準確率之間存在矛盾點。為有效、低成本的解決多通道信號串擾問題，可以使用通道編碼的技術手段，即對同一站點多路ETC門架的信號采用編碼方式加以區分，考慮到系統復雜度和響應時間問題，編碼設置為8 位，TTL 碼型，考慮到ETC 門架間相鄰干擾最為嚴重，因此編碼分為前后各4 位翻轉模式編制，實現對各ETC門架穩定工作的設計要求。

1.3 監控數據異常報警及顯示

按照報警電路顯示設計方式，在本文設計的ETC門架監控控制器當中引入LCD5520 型號的液晶顯示器，并通過移動數據終端的接入，實現對監控過程中產生異常數據的報警和顯示[3]。在ETC門架監控控制器開始運行時，將通過攝像頭掃描到的ETC門架各項數據信息進行記錄，并通過液晶顯示器顯示在控制中心當中。圖3 為ETC門架監控控制器數據異常報警與顯示模塊組成。

圖3 ETC 門架監控控制器數據異常報警與顯示模塊組成

為了方便ETC門架監管人員對ETC門架狀態的遠程、實時監控，通過無線通信的形式，將控制中心顯示器當中顯示的各項數據傳輸到監管人員手持設備當中，以此做到更加快速的對ETC門架狀態進行監測[4]。將ETC門架在運行過程中的標準范圍進行設定，包括ETC門架是否正常運行、ETC門架是否損壞、ETC門架天線以及相關設備的外觀狀態和ETC門架是否被異物遮擋等信息[5]。便于ETC 門架監控控制器在ETC 門架異常時更加快速地對ETC 門架的運行情況以及ETC門架信息進行顯示。為了方便高速公路收費站人員對監控情況進行監測，在ETC門架監控控制器的顯示器上設置四個引腳，分別用于控制顯示器亮度、連接顯示器與監控器、裝置質量的輸入和輸出、對ETC門架運行數據的讀寫[6]。通過ETC門架監控控制器的顯示裝置，高速公路收費站人員能夠在第一時間查看到收費站周圍ETC門架的運行情況，并通過事先設定的區域范圍，產生異常數據后，立即進行遠程調控，并發出相應的警報信號。

2 實驗論證分析

完成對本文ETC門架監控控制器設計后，選擇以某地區高速公路為例，該高速公路每日的車流量較大，采用傳統ETC門架監控控制器很難完成對車輛的有效監測，因此本文將新的ETC門架監控控制器引入到該高速公路的收費站中。表1 為實驗過程中的各項參數設置。

表1 實驗參數設置

根據表1 中的參數設定，完成本文ETC門架監控控制器的實際運行，將運行結果與傳統控制器進行比較，驗證本文ETC門架監控控制器的應用效果。將實驗結果進行記錄，并繪制成如表2 所示。

表2 兩種控制器實驗結果對比

由表2 中的數據可以看出，在本文控制器的運行下，ETC門架穩定運行時間明顯比傳統控制器運行下穩定運行時間長。在實驗過程中，第二次實驗傳統控制器出現穩定運行時間僅為12.84min的原因是由于，在實驗剛開始階段ETC門架出現了數據傳輸異?，F象，通過本文控制器的調節在對短的時間內完成了對ETC門架的快速維護，而傳統方法并未完成對ETC門架的維護造成在后續時間內ETC門無法保持穩定運行狀態的問題產生。因此，通過實驗證明，本文提出的ETC門架監控控制器在高速公路收費站實際應用中，能夠提供更加精準的控制操作，并確?？刂菩?，為ETC 門架的穩定運行提供保障，進一步降低了ETC門架運行和維護的成本，實現對資源的高效利用。

結束語

本文通過開展ETC門架監控控制器在高速公路收費站中的應用研究，設計了一種全新的控制器裝置，在高速公路建設大環境下，ETC 門架及相關配套附屬裝置是發展智慧公路建設的主要基礎設施。因此，在后續的研究中，本文還將沿用該控制器的設計思路，針對高速公路上各類基礎設施及裝置的建設進行深入研究，為實現高速公路高質量、高水準運行提供技術條件。