基于ETC門架流量數(shù)據(jù)的收費(fèi)站車流擁堵預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張紅梅

（山西交通控股集團(tuán)有限公司 太舊高速公路分公司，山西 太原 030031）

0 引言

高速公路不停車電子收費(fèi)（ETC）系統(tǒng)是智能交通的重要組成部分，對(duì)提高高速公路收費(fèi)站的通行能力、減少收費(fèi)站排隊(duì)擁堵現(xiàn)象、降低能源消耗和環(huán)境污染等方面有非常積極的作用，受到了社會(huì)的廣泛認(rèn)可。隨著全國取消省界收費(fèi)站工作的圓滿完成，ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)進(jìn)入了一個(gè)新的歷史時(shí)期。

ETC聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息對(duì)高速公路運(yùn)營管理決策，交通運(yùn)輸行業(yè)運(yùn)行監(jiān)測(cè)乃至區(qū)域經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析都具有非常重要的作用?；谑召M(fèi)站通行量數(shù)據(jù)和ETC門架數(shù)據(jù)進(jìn)行收費(fèi)站擁堵預(yù)警監(jiān)測(cè)，能夠有效提高高速公路各收費(fèi)站通行能力及運(yùn)行管理決策水平，提高高速公路運(yùn)營效率，確保路網(wǎng)安全暢通。

1 建設(shè)背景

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，社會(huì)車輛保有量不斷增加，社會(huì)公眾出行和物流快速流轉(zhuǎn)對(duì)高速公路暢通運(yùn)營提出了更高的要求。區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡性、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及運(yùn)輸結(jié)構(gòu)特征，引起了高速公路路段通行量的不均衡性。

山西交通控股集團(tuán)有限公司太舊高速公路分公司所轄太舊、平陽、五盂、陽泉西環(huán)4條路段，其中太舊高速公路（太原—舊關(guān)）、平陽高速公路（太原—陽泉）是國家高速公路網(wǎng)青銀高速、京昆高速的重要組成部分，是山西省重要的煤炭運(yùn)輸通道和出省高速，運(yùn)營里程約269 km，共設(shè)匝道收費(fèi)站11處。由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，部分收費(fèi)站常年處于易擁堵狀態(tài)，在節(jié)假日、惡劣天氣以及季節(jié)性流量增加時(shí)，收費(fèi)站安全暢通運(yùn)營面臨著極大困難和挑戰(zhàn)。因此，通過更加科學(xué)、及時(shí)、準(zhǔn)確的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警手段，提前感知路網(wǎng)、路網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)站運(yùn)營管理的科學(xué)決策迫在眉睫。

2 設(shè)計(jì)思路和原則

收費(fèi)站實(shí)際通行能力是評(píng)價(jià)收費(fèi)站的一個(gè)重要指標(biāo)，它由設(shè)計(jì)理論值和具體運(yùn)行情況相結(jié)合得出。在實(shí)際運(yùn)行中，不同收費(fèi)站收費(fèi)廣場(chǎng)車輛容量不同，通過對(duì)收費(fèi)站流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過出口流量數(shù)據(jù)、ETC門架數(shù)據(jù)、上下行流量數(shù)據(jù)對(duì)收費(fèi)站車流數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，當(dāng)車流量接近、達(dá)到、超過收費(fèi)站流量閾值時(shí)，在不同時(shí)間段進(jìn)行提前告警，提示管理人員及時(shí)采取有效措施完成車輛疏導(dǎo)，緩解收費(fèi)站出口廣場(chǎng)的擁堵，提高運(yùn)營服務(wù)水平。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)堅(jiān)持以下原則：一是業(yè)務(wù)前瞻性原則，根據(jù)高速公路管理發(fā)展和規(guī)劃，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具備一定的前瞻性，統(tǒng)籌考慮高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合未來技術(shù)發(fā)展，以更豐富可靠的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)支撐；二是技術(shù)先進(jìn)性原則，采用主流架構(gòu)和技術(shù)，確保系統(tǒng)功能性能滿足需求，并便于后期拓展；三是數(shù)據(jù)安全性、可追溯原則，系統(tǒng)充分考慮對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)各個(gè)重要數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行備份，確保數(shù)據(jù)安全性，并建立高效的數(shù)據(jù)索引以實(shí)現(xiàn)快速查詢；四是工作流程去人工化原則，隨著高速公路收費(fèi)業(yè)務(wù)的復(fù)雜度不斷增大，系統(tǒng)將更多的工作流程進(jìn)行自動(dòng)化或半自動(dòng)化操作，極大程度降低人工干預(yù)的可能，也降低人工誤操作的可能性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)各收費(fèi)站實(shí)際運(yùn)行中的管理需求，結(jié)合收費(fèi)數(shù)據(jù)情況，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體架構(gòu)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)和應(yīng)用功能模塊設(shè)計(jì)。

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在運(yùn)營管理中，系統(tǒng)采用路段內(nèi)多級(jí)分層管理方式，對(duì)流水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集上傳、預(yù)處理后，針對(duì)不同層級(jí)用戶所關(guān)注的信息差異，平臺(tái)提供從粗到細(xì)，逐級(jí)下鉆的功能，滿足不同層級(jí)的管理需求。業(yè)務(wù)層級(jí)如圖1所示。

圖1 業(yè)務(wù)管理層級(jí)圖

根據(jù)各級(jí)業(yè)務(wù)需求、業(yè)務(wù)規(guī)劃、劃分對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)劃如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

復(fù)用現(xiàn)有收費(fèi)車道/ETC門架到收費(fèi)站、路段中心的網(wǎng)絡(luò)鏈路，系統(tǒng)采用路段集中部署方式，通過內(nèi)部生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)向路段管理人員、收費(fèi)站管理人員提供車流監(jiān)測(cè)和預(yù)警服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.3 應(yīng)用功能設(shè)計(jì)

3.3.1 車流實(shí)時(shí)顯示

通過可視化圖形、列表、消息推送等形式，實(shí)時(shí)展示收費(fèi)站前后30 km范圍內(nèi)門架、收費(fèi)站的實(shí)時(shí)車流量。

3.3.2 閾值設(shè)置

系統(tǒng)提供界面，對(duì)有權(quán)限人員可以進(jìn)行相關(guān)管理閾值設(shè)置，當(dāng)累計(jì)流量接近或超過閾值，系統(tǒng)主動(dòng)進(jìn)行告警。

3.3.3 車流預(yù)警

系統(tǒng)設(shè)置車流閾值，當(dāng)快到達(dá)閾值時(shí)，系統(tǒng)通過聲音、界面紅色顯色、彈窗告警等方式發(fā)出預(yù)警提示。

3.3.4 車流恢復(fù)穩(wěn)定預(yù)判

通過收費(fèi)站前后30 km范圍內(nèi)門架、收費(fèi)站的實(shí)時(shí)車流量的分析，對(duì)收費(fèi)站車流恢復(fù)穩(wěn)定所需時(shí)間進(jìn)行預(yù)判。

3.3.5 歷史車輛分流分析

通過分析收費(fèi)站上行和下行車道各門架的歷史車流量，結(jié)合入口收費(fèi)站的入口信息分析數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)天不同時(shí)段車輛的分流情況進(jìn)行預(yù)判分析。

3.3.6 路段車流顯示

車流信息顯示可以按照收費(fèi)站、門架、路段等不同維度進(jìn)行展示。

3.3.7 統(tǒng)計(jì)查詢

可查詢各種運(yùn)營數(shù)據(jù)的綜合報(bào)表，通過詳實(shí)的明細(xì)報(bào)表，全面了解該路段的車流情況。

3.3.8 應(yīng)急處置

當(dāng)車流達(dá)到不同等級(jí)的預(yù)警值時(shí)，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)不同等級(jí)的應(yīng)急處置，系統(tǒng)記錄具體執(zhí)行情況。

3.3.9 系統(tǒng)管理

可對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行權(quán)限管理、系統(tǒng)配置管理以及操作日志查詢。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

結(jié)合應(yīng)用需求、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)及數(shù)據(jù)安全情況，選用目前主流B/S架構(gòu)和Java技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫選用Microsoft SQL Server 2017。

在系統(tǒng)開發(fā)功能和性能方面，功能上應(yīng)滿足上述設(shè)計(jì)功能。性能方面可靠性要求每100 000次操作少于3次錯(cuò)誤；穩(wěn)定性要求穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間大于10 000 h；打開一般系統(tǒng)界面的響應(yīng)時(shí)間在2 s內(nèi)；對(duì)于一般的系統(tǒng)提交操作，響應(yīng)時(shí)間在3 s內(nèi)；對(duì)于簡(jiǎn)單的查詢操作，響應(yīng)時(shí)間在2 s內(nèi)，對(duì)于較復(fù)雜的組合查詢，響應(yīng)時(shí)間在5 s內(nèi)。

5 結(jié)語

基于ETC門架流量數(shù)據(jù)的收費(fèi)站車流擁堵預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已開發(fā)完成，并成功應(yīng)用于太舊高速的晉中北、陽泉收費(fèi)站，平陽高速的東梁、東黃水收費(fèi)站。系統(tǒng)投入使用半年來，各項(xiàng)功能運(yùn)行正常，在4個(gè)收費(fèi)站累計(jì)觸發(fā)預(yù)警18次，有效預(yù)警率達(dá)94%，對(duì)各收費(fèi)站提前啟動(dòng)預(yù)案，及時(shí)疏導(dǎo)放行提供了科學(xué)決策依據(jù)，對(duì)保障收費(fèi)站正常運(yùn)行起到了積極作用。