淺析ETC門(mén)架系統(tǒng)

鄭宏斌

（安徽省高等級(jí)公路工程監(jiān)理有限公司，安徽 合肥 230000）

1 ETC門(mén)架系統(tǒng)建設(shè)背景

隨著我國(guó)深化收費(fèi)公路體制改革的不斷推進(jìn)，收費(fèi)公路相關(guān)問(wèn)題如降低過(guò)橋成本，有效控制客貨車(chē)審批不合規(guī)，隨意收費(fèi)、隨意罰款等等得到了進(jìn)一步的解決。現(xiàn)階段已經(jīng)基本取消國(guó)道、省際快車(chē)實(shí)現(xiàn)快速直通收費(fèi)，擁堵程度得到有效的緩解。隨著電子不停車(chē)快捷收費(fèi)（ETC）技術(shù)的大規(guī)模推廣，全國(guó)支線公路收費(fèi)站在2019年底已經(jīng)基本取消，不停車(chē)快速收費(fèi)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，擁堵現(xiàn)象明顯減少，為群眾提供方便的總體建設(shè)已經(jīng)初步目標(biāo)。

2 總體架構(gòu)

全國(guó)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)框架由收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)結(jié)算管理中心（以下簡(jiǎn)稱“部聯(lián)網(wǎng)中心”）、省聯(lián)網(wǎng)結(jié)算管理中心（以下簡(jiǎn)稱“省聯(lián)網(wǎng)中心”）、省內(nèi)區(qū)域/路段中心、ETC門(mén)架、收費(fèi)站、ETC車(chē)道、ETC/MTC混合車(chē)道等組成。

本文將重點(diǎn)介紹ETC門(mén)架系統(tǒng)的構(gòu)成，以及在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)中的作用。

3 ETC門(mén)架系統(tǒng)的功能及構(gòu)成

3.1 ETC門(mén)架系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1.1 ETC門(mén)架的設(shè)置原則

1）在改變交通流（例如入口/出口匝道、交叉路口）前，在路段設(shè)置ETC橋梁；2）在省界設(shè)置ETC門(mén)架時(shí)，必須分別由兩個(gè)相鄰省份設(shè)置；3）ETC門(mén)框應(yīng)置于直線段出入口匝道末端與十字路口，直線距離應(yīng)該在1.5km～3km之內(nèi)，不符合要求的路段可結(jié)合具體情況予以調(diào)整；4）ETC關(guān)口站框架的布局應(yīng)盡量避免頻率接近5.8GHz的干擾源。；5）在達(dá)成ETC門(mén)架功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)綜合考慮安放場(chǎng)地的選擇，優(yōu)先選擇電源、安裝、接線合適的場(chǎng)地，并盡可能靠近施工現(xiàn)場(chǎng)附近的收費(fèi)站房；6）避開(kāi)交通擁堵厲害的路段、避開(kāi)背光等干擾，以便準(zhǔn)確識(shí)別車(chē)牌圖像；7）其位置需要盡可能離高速公路主線還有相鄰的非收費(fèi)公路遠(yuǎn)一些。

3.1.2 ETC門(mén)架系統(tǒng)布局

ETC門(mén)架系統(tǒng)系統(tǒng)由上下雙向龍門(mén)組成。上下雙向門(mén)架應(yīng)向后錯(cuò)開(kāi)，距離不宜小于30m，且不宜過(guò)遠(yuǎn)。省界ETC門(mén)架系統(tǒng)設(shè)置在省界的ETC門(mén)架系統(tǒng)，上、下行方向各設(shè)置兩個(gè)門(mén)架。路段ETC門(mén)架系統(tǒng)設(shè)置在非省界的路段ETC門(mén)架系統(tǒng)，上、下行方向各設(shè)置一個(gè)門(mén)架。

3.1.3 ETC門(mén)架系統(tǒng)構(gòu)成

ETC門(mén)架系統(tǒng)包括的設(shè)備、設(shè)施主要有：車(chē)道控制器、RSU、車(chē)牌圖像識(shí)別設(shè)備（含光補(bǔ)償設(shè)備）、高清全景攝像機(jī)、站級(jí)服務(wù)器、防雷接地設(shè)施、通信設(shè)備、電源設(shè)備、北斗授時(shí)設(shè)備，現(xiàn)階段，我省對(duì)車(chē)道控制器、RSU、車(chē)牌圖像識(shí)別設(shè)備、高清全景攝像機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備都采用冗余設(shè)置，提高可靠性。

3.2 ETC門(mén)架系統(tǒng)的功能

ETC門(mén)架系統(tǒng)當(dāng)中的功能主要有：1）其交易處理流程對(duì)OBU單、雙芯片OBU以及CPC卡均支持。其加解密運(yùn)算用的是國(guó)產(chǎn)SM4對(duì)稱密碼算法，同時(shí)也支持符合JR/T 0025規(guī)定的算法DES與3DES；2）所有通行車(chē)輛（含ETC、MTC車(chē)輛在內(nèi)）的車(chē)牌顏色與號(hào)碼均可在系統(tǒng)中被自動(dòng)識(shí)別出來(lái)，再經(jīng)過(guò)人工核對(duì)修正后，將識(shí)別出來(lái)的一切相關(guān)信息，以二進(jìn)制圖片的形式，做流水記錄，并存入站級(jí)服務(wù)器當(dāng)中；3）對(duì)ETC車(chē)輛分段予以計(jì)費(fèi)扣費(fèi)，輸出ETC交易流水（也就是通行憑證），一旦未能成功扣費(fèi)，需要輸出相應(yīng)的ETC通行記錄。對(duì)ETC交易流水、輸出的通行記錄、以及圖像流水記錄做匹配，再手動(dòng)進(jìn)行核對(duì)修正；找出沒(méi)能成功扣費(fèi)車(chē)輛的圖像記錄，并報(bào)送省聯(lián)網(wǎng)中心以及部聯(lián)網(wǎng)中心；4）實(shí)現(xiàn)MTC車(chē)輛分段計(jì)費(fèi)。CPC卡可以提供相關(guān)信息，可以接受更新后的信息，同時(shí)生成CPC卡使用記錄。系統(tǒng)自動(dòng)匹配CPC卡流量記錄和圖像流量記錄，可由人工核對(duì)修正，篩選出計(jì)費(fèi)失敗MTC車(chē)輛的圖像流水記錄，及時(shí)報(bào)送給省網(wǎng)中心跟部網(wǎng)中心；5）ETC門(mén)架必須配備卸重機(jī)構(gòu)，讓同一車(chē)輛只能形成一個(gè)流量或一條記錄，同一輛車(chē)不僅有OBU還要有CPC卡，只生成CPC卡通行記錄，并上傳至省聯(lián)網(wǎng)中心系統(tǒng)和部聯(lián)網(wǎng)中心系統(tǒng)。如果同一車(chē)輛在同一ETC門(mén)架系統(tǒng)內(nèi)，連續(xù)生成ETC交易流水、通行記錄、CPC卡通行，或者是圖像流水記錄，不僅要將重復(fù)的流程以及記錄做刪除處理，還要報(bào)送給省網(wǎng)中心和部網(wǎng)中心；6）具有自檢功能、程序和應(yīng)用也可以在線更新，可實(shí)時(shí)向省網(wǎng)中心和部網(wǎng)中心上報(bào)ETC門(mén)架系統(tǒng)及設(shè)備信息，即車(chē)道控制器CPU占用率、內(nèi)存占用率、硬盤(pán)占用率，關(guān)鍵設(shè)備在線、工作狀態(tài)，包括機(jī)柜溫、濕度，供電狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等；7）接收省網(wǎng)中心發(fā)布的ETC門(mén)架系統(tǒng)參數(shù)并予以更新；8）與北斗授時(shí)時(shí)鐘保持同步；9）關(guān)鍵設(shè)備（如RSU以及車(chē)牌圖像識(shí)別等）要求做冗余設(shè)計(jì)，使其能全天持續(xù)工作；10）應(yīng)用信息的存儲(chǔ)應(yīng)具有備份與容錯(cuò)機(jī)制。它最多可存儲(chǔ)180d的圖像、30d的視頻；11）在通信網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，應(yīng)能獨(dú)立工作，允許離線運(yùn)行。此時(shí)，全部操作數(shù)據(jù)均允許本地存儲(chǔ)。等到網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的時(shí)候，被暫時(shí)扣留在本地的數(shù)據(jù)就會(huì)馬上自動(dòng)報(bào)送給省網(wǎng)中心與部網(wǎng)中心，從而使數(shù)據(jù)完整、一致、可靠、真實(shí)，為數(shù)據(jù)的確定性與安全性提供保障；12）具備最基本的防雷保護(hù)還有接地保護(hù)，在防雷擊方面和防浪涌沖擊方面，具備滿足要求的能力，為人員和相關(guān)設(shè)備的安全提供保障。能實(shí)現(xiàn)基本的防雷保護(hù)效果以及接地保護(hù)效果。

4 ETC門(mén)架系統(tǒng)通信傳輸

4.1 安徽省高速公路通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

1）核心層現(xiàn)狀：核心層以合肥繞城高速環(huán)線光纜及市政光纜租賃組建，選取安徽省交通控股集團(tuán)皖通大廈及及其機(jī)場(chǎng)高速信息中心、合肥處（位于金寨路）、肥東、北環(huán)處（位于雙墩）五個(gè)節(jié)點(diǎn)組建2*10GE分組傳輸環(huán)網(wǎng)。核心層傳輸環(huán)網(wǎng)主要用于業(yè)務(wù)調(diào)度，設(shè)備采用華為PTN3900和PTN3900-8。

2）匯聚層現(xiàn)狀：匯聚層采用10GE分組傳輸環(huán)網(wǎng)，根據(jù)安徽省交通控股集團(tuán)有限公司22個(gè)管理處（公司或中心）所處地理位置進(jìn)行劃分，共組建8個(gè)匯聚環(huán)網(wǎng)：東北匯聚環(huán)網(wǎng)、西南匯聚環(huán)網(wǎng)一、西南匯聚環(huán)二、西南匯聚環(huán)三、南匯聚環(huán)一、南匯聚環(huán)二、東南匯聚環(huán)一及東南匯聚環(huán)二。

4.2 通信系統(tǒng)方案

1）站-部通信傳輸方案：ETC門(mén)架數(shù)據(jù)、視頻通過(guò)專用鏈路傳輸至就近實(shí)體收費(fèi)站服務(wù)器，經(jīng)過(guò)服務(wù)器處理后，各實(shí)體收費(fèi)站設(shè)置4G無(wú)線終端設(shè)備，通過(guò)虛擬專網(wǎng)的接入方式 將數(shù)據(jù)及ETC門(mén)架全景監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭\(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)專線傳輸至部聯(lián)網(wǎng)中心機(jī)房。我省的站部主備通信鏈路均采用運(yùn)營(yíng)商物聯(lián)網(wǎng)方案，4G無(wú)線主用鏈路運(yùn)營(yíng)商為中國(guó)聯(lián)通，備用鏈路運(yùn)營(yíng)商為中國(guó)電信。

2）站-省通信傳輸方案：ETC門(mén)架系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)置于就近實(shí)體收費(fèi)站。為確保ETC門(mén)架數(shù)據(jù)、視頻至就近收費(fèi)站的傳輸穩(wěn)定性、可靠性及實(shí)時(shí)性，采用主備鏈路。主用鏈路傳輸至就近實(shí)體收費(fèi)站，通過(guò)PTN傳輸至省中心。備用鏈路為ETC門(mén)架系統(tǒng)利用高速公路已敷設(shè)光纜將數(shù)據(jù)及ETC門(mén)架全景監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭\(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

3）特殊情況下的主備切換：①主用鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)走向，站-省傳輸數(shù)據(jù)走向：站-高速公路PTN傳輸網(wǎng)-路段中心（交控集團(tuán)中心）-省聯(lián)網(wǎng)中心-部聯(lián)網(wǎng)中心（特指10.254.6.0/24）.站-部傳輸數(shù)據(jù)走向：站-站部4G主鏈路（聯(lián)通4G物聯(lián)網(wǎng)）-部聯(lián)網(wǎng)中心（10.254.0.0/16）；②備用鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)走向：站-省傳輸數(shù)據(jù)走向：站-站省備用4G鏈路（聯(lián)通4G物聯(lián)網(wǎng)）-路段中心（交控集團(tuán)中心）-省聯(lián)網(wǎng)中心-部聯(lián)網(wǎng)中心（特指10.254.6.0/24）.站-部傳輸數(shù)據(jù)走向：站-站部4G備用鏈路（電信4G物聯(lián)網(wǎng)）-部聯(lián)網(wǎng)中心（10.254.0.0/16）。主、備切換主要實(shí)現(xiàn)當(dāng)站-省主用鏈路PTN線路出現(xiàn)斷開(kāi)后（含中間設(shè)備），收費(fèi)廣場(chǎng)、收費(fèi)站、ETC門(mén)架數(shù)據(jù)能自動(dòng)切換至4G備用鏈路通信。當(dāng)PTN線路恢復(fù)后又能自動(dòng)切回主用鏈路狀態(tài)下進(jìn)行通信。當(dāng)收費(fèi)站核心交換機(jī)5720-1上NQA機(jī)制檢測(cè)到與交控集團(tuán)中心核心交換機(jī)互聯(lián)的地址出現(xiàn)無(wú)法連通的情況下，會(huì)聯(lián)動(dòng)VRRP機(jī)制，自動(dòng)將所有數(shù)據(jù)切換至收費(fèi)站核心交換機(jī)5720-2上進(jìn)行傳輸，保證ETC門(mén)架系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。