浙江省高速公路ETC门架智能运维平台

作者：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）

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。

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。

一

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。

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。

图1 总体架构

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。

支撑层主要包含服务器、网关、存储等硬件设备，以及采集、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。

图2 中台架构

（三）设备接入方式

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SDK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，通过增加网络安全设备（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。

图3 网络传输架构

四

ETC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—路段分中心—集团云平台三层管控层级，优化为ETC门架—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、专项协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、精准智能告警

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色来标明。

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。

图5 智能监测截图示意

（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。

图6 设备健康指数截图示意

2、故障趋势预测。解决故障问题关键是找到问题，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。

图7 故障趋势预测截图示意

（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，通过一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。

（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。