聶歡

摘要 文章通過對現(xiàn)有高速公路收費站智能運維系統(tǒng)進行評估，分析其中存在的不足之處，探索智能化技術(shù)在運維中的應(yīng)用，掌握智能運維系統(tǒng)的架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)，并通過案例確保高速公路收費站智能運維系統(tǒng)構(gòu)建滿足實際標準要求。

關(guān)鍵詞 高速公路；收費站；智能運維；系統(tǒng)構(gòu)建

中圖分類號 U495文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0183-03

0 引言

在社會經(jīng)濟全面發(fā)展背景下，面對車流量大，傳統(tǒng)高速公路收費站需及時作出系統(tǒng)優(yōu)化與調(diào)整，確保高速公路道路順暢通行。該研究旨在探討如何通過引入智能化技術(shù)，改進現(xiàn)有的運維體系，提高收費站的服務(wù)質(zhì)量和運營效率。聚焦于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、大數(shù)據(jù)與預(yù)測分析的應(yīng)用、設(shè)備運維監(jiān)測技術(shù)，以及ETC門架系統(tǒng)的監(jiān)控優(yōu)化。同時，對數(shù)據(jù)安全和隱私保護策略也進行了深入研究，以確保系統(tǒng)的安全可靠運行。

1 現(xiàn)有系統(tǒng)評估與不足分析

1.1 當(dāng)前高速公路收費站運維現(xiàn)狀

當(dāng)前高速公路收費站運維信息孤島現(xiàn)象嚴重，不同收費站之間信息難以實時共享，導(dǎo)致大數(shù)據(jù)分析、實時監(jiān)控和故障預(yù)警無法實現(xiàn)?，F(xiàn)行系統(tǒng)多依賴于人工操作，缺乏有效的自動化和智能化手段，無法滿足7×24 h運行的要求。ETC（電子不停車快速收費）系統(tǒng)雖廣泛部署，但與車輛識別系統(tǒng)、票務(wù)系統(tǒng)和計費系統(tǒng)整合不足，缺乏高效的車流量管理和擁堵預(yù)警機制[1]。此外，系統(tǒng)機電設(shè)施普遍面臨老化問題，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備故障、系統(tǒng)宕機等情況，且維護響應(yīng)時間長，影響通行效率和用戶體驗。綜上，智能運維系統(tǒng)在提升收費站運營效率、確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定、優(yōu)化資源分配和提升用戶滿意度方面的迫切需求日益凸顯。

1.2 系統(tǒng)性能和效率的局限性

高速公路收費站的系統(tǒng)性能和運行效率局限性，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理延遲、實時性不足、資源調(diào)度不暢和故障恢復(fù)時間長等方面。首先，現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施無法有效支撐大規(guī)模并發(fā)交易處理，尤其在車流量高峰時段，系統(tǒng)運行時間增長，交易處理功能使用效果降低，導(dǎo)致車輛通行緩慢，影響車流量的高效通過。其次，現(xiàn)行的故障檢測機制不具備自動化和智能化特點，故障定位和修復(fù)周期長，無法實現(xiàn)快速的故障恢復(fù)和備份切換，影響系統(tǒng)的持續(xù)可用性。再者，由于缺乏有效的負載均衡機制和資源調(diào)度策略，系統(tǒng)在面對突發(fā)事件時，如車禍、道路維修或極端氣候條件，調(diào)度響應(yīng)不靈敏，難以實現(xiàn)資源的快速重新分配和優(yōu)化。此外，現(xiàn)有系統(tǒng)的能耗管理不足，設(shè)備運行成本高，特別是在能源消耗和散熱方面，未采用綠色節(jié)能技術(shù)。最后，隨著ETC系統(tǒng)不斷的推廣，ETC車輛不斷增加，個人和車輛信息數(shù)據(jù)正在以前所未有的規(guī)模被收集、存儲、調(diào)用，數(shù)據(jù)泄露和系統(tǒng)破壞的風(fēng)險大幅增加。以上因素共同限制了高速公路收費站智能運維系統(tǒng)的性能和運行效率[2]。

2 智能化技術(shù)在運維中的應(yīng)用探索

2.1 大數(shù)據(jù)和預(yù)測分析在維護管理中的角色

在高速公路收費站智能運維系統(tǒng)中，大數(shù)據(jù)和預(yù)測分析技術(shù)是實現(xiàn)高效維護管理的關(guān)鍵驅(qū)動力。首先，大數(shù)據(jù)技術(shù)通過收集、整合和分析來自各個收費站的實時交通流量數(shù)據(jù)、ETC系統(tǒng)交易數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等海量信息，為運維決策提供了數(shù)據(jù)支持，通過對數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，系統(tǒng)可改變交通流量模式、識別設(shè)備故障趨勢、預(yù)測擁堵高峰等，進而優(yōu)化收費站的資源配置和交通引導(dǎo)策略。其次，預(yù)測分析在系統(tǒng)維護管理中尤為關(guān)鍵，例如，通過采用機器學(xué)習(xí)算法來預(yù)測設(shè)備故障，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)測性維護，大幅減少了因設(shè)備突發(fā)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)宕機時間，確保了高速公路的暢通和安全。同時，預(yù)測分析還可以在大規(guī)模數(shù)據(jù)集上實施先進的趨勢分析，為未來的基礎(chǔ)設(shè)施投資和升級提供決策依據(jù)。此外，實時數(shù)據(jù)處理和分析不僅加強了對異常交易的監(jiān)控，提高了反欺詐能力，還優(yōu)化了收費精度和透明度，從而增強了用戶的信任和滿意度[3]。

2.2 收費站車道設(shè)備運維監(jiān)測

收費站車道設(shè)備運維監(jiān)測是智能運維的核心組成部分，其結(jié)構(gòu)涵蓋了多種高精尖設(shè)備和技術(shù)。首先，車道攝像機作為主要的監(jiān)控設(shè)備，不僅實時捕捉車輛通行情況，還通過高清視頻流分析技術(shù)，配合后端的圖像處理系統(tǒng)，實現(xiàn)對車流量、車型分類以及異常行駛行為的實時監(jiān)控[4]。其次，車牌識別系統(tǒng)（ANPR）通過先進的光學(xué)字符識別技術(shù)，自動讀取通過收費站的車輛車牌，與中央數(shù)據(jù)庫進行信息匹配，確保快速、準確地計費，并在欺詐或違規(guī)事件中迅速觸發(fā)警報。此外，通行燈系統(tǒng)通過與車道控制器的緊密配合，根據(jù)車輛識別信息和收費狀態(tài)，實時指示車輛通行或停止，從而優(yōu)化交通流和減少擁堵。同時，集成的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備如氣象傳感器、路面狀況檢測器等，實時收集環(huán)境數(shù)據(jù)，為防范極端天氣和路況提供數(shù)據(jù)支持。這些設(shè)備通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與智能運維中心連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸和分析。綜合運用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)、云計算和人工智能（AI）算法，收費站車道設(shè)備運維監(jiān)測系統(tǒng)不僅保障了高速公路的暢通和安全，還提升了運維效率和準確性[5]。

2.3 ETC門架系統(tǒng)運維監(jiān)測

在現(xiàn)代化的高速公路收費站運維管理中，ETC門架系統(tǒng)作為非接觸式自動收費系統(tǒng)的核心，其穩(wěn)定性直接影響著高速公路的通行效率與安全。該節(jié)主要探討利用智能化技術(shù)對ETC門架系統(tǒng)進行高效、精確的運維監(jiān)測。目前，通過智能運維平臺，系統(tǒng)能夠?qū)﹂T架服務(wù)器、車道機、交換機、機柜的溫度和濕度、RSU天線、車牌識別系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備和環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。

（1）門架服務(wù)器是ETC系統(tǒng)中負責(zé)數(shù)據(jù)處理和交換的關(guān)鍵設(shè)備，其穩(wěn)定性和安全性直接關(guān)乎ETC系統(tǒng)的可靠性。運用探針檢測技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測服務(wù)器的運行狀態(tài)，包括CPU使用率、內(nèi)存占用率等，一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)將自動觸發(fā)預(yù)警，確保運維團隊能夠及時響應(yīng)。車道機和交換機作為ETC門架系統(tǒng)的重要組成部分，負責(zé)車輛數(shù)據(jù)的即時處理和傳輸，系統(tǒng)同樣通過探針技術(shù)對其網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸速率進行監(jiān)測，確保信息傳遞暢通無阻。

（2）機柜的溫度和濕度環(huán)境對ETC門架系統(tǒng)硬件的穩(wěn)定運行有著直接影響。探針檢測技術(shù)可實時監(jiān)測機柜內(nèi)環(huán)境，一旦溫度和濕度超出設(shè)定的安全范圍，智能運維系統(tǒng)將立即啟動調(diào)節(jié)機制或通知運維人員，從而確保設(shè)備的長期穩(wěn)定運行。

（3）RSU天線及控制器作為無線通信的核心，需要保持高效的信號傳輸能力。系統(tǒng)實時持續(xù)監(jiān)測RSU控制器的在線情況，一旦檢測到RSU控制器不在線或在線不穩(wěn)定，將迅速定位問題源頭，縮短故障恢復(fù)時間。車牌識別系統(tǒng)則是實現(xiàn)無停車快捷收費的關(guān)鍵，系統(tǒng)通過對識別準確率進行實時分析，對其在線情況進行監(jiān)測，確保其高效性和準確性，一旦識別率下降或車牌識別儀不在線，將及時通知運維團隊調(diào)整算法或進行設(shè)備校準，及時解決不在線問題。

3 智能運維系統(tǒng)的架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

智能運維系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計是實現(xiàn)高速公路收費站高效運營的基石，涵蓋智慧展示服務(wù)、收費站檢測數(shù)據(jù)庫、智能車道控制器檢測平臺、高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)平臺、ETC門架檢測平臺等關(guān)鍵組件。系統(tǒng)核心依托分布式微服務(wù)架構(gòu)，確保各模塊獨立運行、快速響應(yīng)、容錯性高及橫向擴展的靈活性。智慧展示服務(wù)提供實時、可視化的運營數(shù)據(jù)面板，集成了數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)算法，支持決策者洞悉運營狀態(tài)，快速做出基于數(shù)據(jù)的決策。收費站檢測數(shù)據(jù)庫采用高可用性設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余存儲、快速讀寫和自動備份，支持大數(shù)據(jù)的實時處理和長期存儲。智能車道控制器檢測平臺集成了車流量監(jiān)控、異常行為檢測、車道設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等功能，通過先進的傳感器網(wǎng)絡(luò)和邊緣計算技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的低延遲處理和實時反饋。高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)將高速公路沿線、服務(wù)區(qū)、隧道、收費站攝像機視頻流通過云網(wǎng)關(guān)安全對接，實現(xiàn)高速公路車輛、道路信息視頻存儲、視頻控制及視頻共享等功能。另外，高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)平臺可根據(jù)對接平臺的視頻數(shù)量，統(tǒng)計設(shè)備在線情況，通過視頻監(jiān)控模式進行輪訓(xùn)、軌跡回放，在重點路段通過上云網(wǎng)關(guān)進行視頻數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)交通事件智能分析，對現(xiàn)場事件及時預(yù)警、告警，有效支撐路網(wǎng)狀態(tài)感知與收費站交通事件應(yīng)急處置等工作，大幅提高了高速公路收費站對高速公路路況的監(jiān)管能力，提升了高速公路出行服務(wù)保障能力，更好地滿足人民群眾高品質(zhì)出行需求[6]。

ETC門架檢測平臺則聚焦于無感支付系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，包括但不限于交易驗證、異常交易監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等，確保系統(tǒng)安全、可靠且高效。所有這些平臺和服務(wù)都通過高速、安全的網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時同步和系統(tǒng)的協(xié)同運作。此外，系統(tǒng)還引入了基于人工智能的預(yù)測性維護模塊，能夠預(yù)測設(shè)備可能出現(xiàn)的故障，并自動安排維護任務(wù)，大幅減少了系統(tǒng)的停機時間和維護成本。通過這一整體架構(gòu)設(shè)計，智能運維系統(tǒng)實現(xiàn)了高速公路收費站的高效率、高穩(wěn)定性運營，為未來的智能交通系統(tǒng)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

3.2 數(shù)據(jù)安全和隱私保護策略

在智能運維系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)成為加強安全控制和隱私保護策略的基石。系統(tǒng)不僅實施數(shù)據(jù)加密、訪問控制、入侵檢測系統(tǒng)（IDS）和分布式拒絕服務(wù)（DDoS）防御等多層安全控制策略，還積極利用數(shù)據(jù)分析工具來提升這些策略的有效性。實時數(shù)據(jù)流的監(jiān)控和分析使系統(tǒng)能夠即時識別并對抗安全威脅，同時，行為分析技術(shù)的引入讓系統(tǒng)能夠通過持續(xù)的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，識別并建立正常的行為模型，有效區(qū)分并響應(yīng)異常活動。

對于敏感數(shù)據(jù)，如車牌號和用戶賬戶信息，系統(tǒng)不僅通過強加密算法確保其傳輸和存儲的安全，還運用數(shù)據(jù)分析對各類數(shù)據(jù)進行分類、風(fēng)險評級，從而實施差異化的保護措施。此外，智慧展示服務(wù)使用數(shù)據(jù)脫敏技術(shù)，在不泄露個人隱私的前提下，利用數(shù)據(jù)分析結(jié)果提供決策支持。同時，系統(tǒng)通過收集和分析大量歷史和實時數(shù)據(jù)，運用預(yù)測性分析技術(shù)來預(yù)見并防范潛在的安全威脅。

4 實施方案和案例研究

4.1 針對不同規(guī)模收費站的定制化實施方案

定制化實施方案必須針對不同規(guī)模的收費站進行細分，專注于各自的運營復(fù)雜性和技術(shù)需求。大型收費站由于其高車流量和多車道特性，需部署綜合性的智能監(jiān)控系統(tǒng)，強調(diào)數(shù)據(jù)的實時同步和分析處理能力；而中小型收費站則重點在于成本效益和系統(tǒng)靈活性，傾向于采用云服務(wù)和邊緣計算技術(shù)來減少前期投入和維護成本。以下表格概述了不同規(guī)模收費站在智能運維系統(tǒng)實施方案中的關(guān)鍵技術(shù)和策略差異如表1所示：

4.2 成功案例的展示與分析

成功案例的展示與分析對于理解智能運維系統(tǒng)的實際效益和潛在優(yōu)勢至關(guān)重要。例如，A省的XYZ高速公路收費站，首先，通過智能運維平臺充分利用物聯(lián)網(wǎng)（IOT）技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）技術(shù)以及其他輔助設(shè)備，進行高速公路機電設(shè)備信息的收集、傳輸、儲存、加工、分析、預(yù)測、更新和維護，實時檢測關(guān)鍵機電設(shè)備如服務(wù)器、車道機、車牌識別儀、RSU天線等，保障了系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行[7]。其次，通過實施機房門禁系統(tǒng)，對門禁、煙感、溫濕度、UPS等基礎(chǔ)信息進行實時檢測，確保了機房的安全運行環(huán)境，及時響應(yīng)各類安全風(fēng)險，有效防止了因環(huán)境因素導(dǎo)致的設(shè)備損壞或數(shù)據(jù)丟失。再次，引入釘釘養(yǎng)護管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了機電故障的“上報—受理—維修—評價”的流程化管理。該系統(tǒng)改善了故障處理效率，縮短了故障恢復(fù)時間，通過建立一系列有關(guān)基礎(chǔ)信息的表單，保存設(shè)備類型、設(shè)備狀態(tài)、維修等級和頻次、設(shè)備供應(yīng)商以及安裝地點等設(shè)備巡檢的基礎(chǔ)信息，這樣一來就可以隨時調(diào)取查看，實現(xiàn)了高效精準的設(shè)備巡檢保養(yǎng)和維修管理，同時，提供了對維修服務(wù)的評價機制，確保了服務(wù)質(zhì)量的持續(xù)提升[8]。

針對全省高速公路收費站視頻平臺不統(tǒng)一、管理難度大的問題，通過視頻升國標項目實現(xiàn)了視頻統(tǒng)一國標化，實施分層級統(tǒng)一管理。這不僅解決了省中心無法查看視頻圖像的問題，還提高了視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的標準化、互通性和管理效率。接著，通過高速公路視頻云聯(lián)網(wǎng)項目，完善了用戶權(quán)限管理，增設(shè)了視頻管理、視頻發(fā)布管理等功能，對接入云端的各前置視頻上云網(wǎng)關(guān)及視頻資源的統(tǒng)一管理，通過智能監(jiān)測分析識別擁堵和交通事件，實現(xiàn)了面向公眾出行，提供直觀、便捷的實時路況查詢服務(wù)，通過微信公眾號即可實時查看路況監(jiān)控視頻及路面車流量信息，顯著提升了系統(tǒng)的靈活性和資源利用率，滿足人民美好出行需求，提升高速公路服務(wù)水平。

5 結(jié)束語

綜上所述，該研究圍繞高速公路收費站智能運維系統(tǒng)的構(gòu)建進行了全方位的探討和分析。通過實施定制化的實施方案，針對不同規(guī)模的收費站進行了深入研究，并展示了成功案例與其帶來的顯著效益。研究結(jié)果表明，集成智能視頻分析、自動車牌識別系統(tǒng)（ALPR）、實時數(shù)據(jù)處理和預(yù)測性維護等技術(shù)，不僅大幅提升了通行效率，降低了誤識率，還顯著減少了安全事故，驗證了智能運維系統(tǒng)在提升高速公路收費站運營管理中的有效性。

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