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论 文

作者：史强强（上海电科市政工程有限公司）

摘要：ETC门架系统在我国高速公路收费系统中发挥着重要作用，分段计费和扣费的收费制式完善了收费系统功能，ETC门架系统运维保障的重要性随之突显。本文介绍了多种ETC门架运维手段，包括设备状态监测、数据传输监测、数据质量分析及监测网络带宽等，利于高频故障点的早预防、早发现、早介入、早恢复，助力高速公路收费系统和新收费模式平稳运行。

目前，上海已在全市16个路段830公里（含外环线）高速公路的关键点位布设了318套门架系统。随着系统正式上线使用，日常运维工作变得十分重要。由于系统由多部分组成，分布位置偏，数量多，无人值守，故障点不易发现，故多方位手段助力ETC门架系统运维必不可少。这样，运维团队就可以及时准确地了解门架系统及设施的运行状态、数据传输质量和网络占用带宽情况等，提高运维效率。

一

ETC门架系统结构

（一）硬件结构

ETC门架系统包括前端系统和后端系统，前端系统包括门架前端软件、车道控制器、车牌图片识别设备、RSU天线和RSU控制器、补光灯、PSAM（消费安全访问模块）卡等，后端系统包括门架后端软件、服务器、NAS磁盘阵列、三层交换机等。ETC门架、RSU天线设备、车牌识别设备、补光灯如图1所示。

图1ETC门架、RSU天线设备、车牌识别设备、补光灯

（二）软件结构

ETC门架前端系统的主要功能为对车辆的交易介质进行业务处理，读取用户OBU或CPC卡内信息，对基础信息（车辆信息、出入口信息等）进行合法性及有效性判断，再根据门架部署的软件，调取本省的计费模块Feeserver服务，进行计费。如果有特殊情况干扰，则根据门架交易中的特情值进行相应的处理。ETC门架后端系统的主要功能为接收并存储门架前端系统上传的ETC/CPC交易通行记录、门架运行状态信息、车辆图片等牌识设备信息等，再经过部站链路、省站链路、区域/路段中心链路等，上传至对应的上级系统服务端，对数据传输的完整性进行校验。

系统软件整体采用冗余热备架构，保证单台宕机的情况下，门架系统可正常运行。门架前端部署两台RSU控制器、两台工控机互为主备，多个RSU天线和多台车牌图像识别设备协同工作，将门架系统产生的交易数据、牌识数据，通过负载均衡的模式传给门架后端系统。门架后端部署两台服务器及一台NAS磁盘阵列，服务器互为主备，实现文件系统存储共享，在门架主程序Etcdfs及中间件的配合下，支持所有数据写到双主模式的Mysql数据库中，供各上级系统的数据验证、处理、使用等。同时，车牌图像识别设备抓拍的车牌图片，也将同步到文件存储磁盘中，用于后期稽核追缴逃费取证等。系统整体架构如图2所示。

图2整体架构

二

设备状态运维

（一）设备状态监测

本方案独立开发了一套ETC门架运行监测平台，用于监测门架设备状态信息、路段异常事件、预警统计、实时告警推送等，用图表数据呈现各路段异常趋势，用平面地图点位呈现具体告警信息，支持实时告警推送及告警信息查看。告警信息以弹窗、列表方式通知，实时告警数据包括告警产生时间、异常点位归属路段、门架编号、设备名称等。平台对大量的历史数据进行统计与分析，对超出阈值范围地发出预警提示，对相应设备进行提前干预，通过异常点位门架检测进行预防性维修，节省运维成本，提高运维效率。ETC门架运行监测平台如图3所示。

图3ETC门架运行监测平台

门架系统提供了简易的服务器后台辅助页面，对相关软件状态、实时监测数据、运行日志等进行查看，具体包括部署日志、运行日志、数据监测（当日）、RSU日志、版本信息、接口调试、离线配置、数据处理、牌识设备日志、前端工控机心跳，以及门架->省和门架->部等。通过查看软件状态和巡检数据，可以初步判断门架软件运行状态和外场设施设备状态，对异常软件和故障点位做出范围性的判断，为接下来的运维提供修复方向。ETC门架主后台辅助页面如图4所示。

图4ETC门架主后台辅助页面

门架上传数据和心跳信息的链路分为两路：一路为省站链路，通过省站链路向省中心上传数据和心跳信息；一路为部站链路，通过部站链路向部中心上传数据和心跳信息。首先，通过门架心跳信息，查看门架运行的整体状态，心跳信息包括了门架相关设备（前端系统、后端系统）的运行状态。其次，通过门架数据上传情况（未传、传失败、已传），判断网络链路是否连通；通过分析未传数据，判断是否发生网络延时或丢包等情况；通过分析传失败数据，判断是否发生重传、网络带宽上限、服务端未响应等情况，排除异常情况。最后，确认已传数据的质量是否符合省中心和部中心的要求，进行验证处理。ETC门架后台数据监测如图5所示，牌识设备状态监测及故障率如图6所示。

图5ETC门架后台数据监测

图6 牌识设备状态监测及故障率

（二）设备信息采集

只有当门架所有组成设备都正常运行时，各系统支撑软件才能正常运行，整套系统才能正常使用。门架各项硬件设备状态的实时监测尤为关键。在门架数据上传过程中，需要采集设备的心跳状态，将心跳信息定时发送给服务端，对接收到的心跳信息进行筛选、分类、自定义规则，保证各项设备良好运转。目前，部中心制定规则，每15分钟发送一次心跳。以此为标准制定各项指标。

门架连通状态：每15分钟发送至少1次心跳，统计24小时内发送的心跳数量，对数据进行验证。按照部中心的要求，心跳数量（按15分钟记1次）比例≥80%视为连通合格，否则为不合格。

门架RSU正常率：通过RSU向中心上传心跳数据，对数据进行验证。按照部中心的要求，心跳信息中RSU状态正常比例≥80%，视为门架RSU状态正常，否则为不合格。

门架车牌识别设备正常率：通过车牌识别设备，向中心上传心跳数据，对数据进行验证。按照部中心的要求，门架发送的心跳信息中，车牌识别设备状态正常比例≥80%视为门架车牌识别设备状态正常，否则为不合格。

各路段参照运行监测平台，导出各项指标，监测各项设备的状态信息，确保硬件运行良好。平台指标如图7所示。

图7运行指标

三

数据分析运维

整个收费系统中最核心的部分是数据，数据的实时性、准确性直接影响收费。一辆车经过门架时，天线设备与车内CPC卡或OBU产生交易数据，车牌识别设备产生牌识交易数据，牌识设备产生车辆抓拍图片。这些数据都是日常运维必须关注的监测项，例如门架系统无交易流水的情况、无牌识流水的情况、有交易流水但未上传的情况、有牌识流水但未上传的情况、有交易流水有上传但未及时上传的情况、有牌识流水有上传但未及时上传的情况等等。这些数据异常情况都需要当作故障加以修复。

中心平台通过统计门架交易数量、交易上传数量和成功交易数量，得出门架交易成功率，判断门架交易是否正常；再通过对比上传的交易数据和牌识数据入库时间，判断数据是否存在延时，定义数据延时等级，统计每个等级的数据，判断数据是否处于合理范围。门架交易数据分析如图8所示。

图8门架交易数据分析

（一）数据实时性

数据是整个系统的载体，数据的实时传输至关重要。新收费系统的核心目的就是不停车收费，缩短车辆通过时间。数据的及时上传是重要环节，各个上级系统准确计算数据可保证通行费用快速结算，车辆迅速通行。所以，数据实时性的监测必不可少，监测事项包括数据是否产生、车辆经过门架产生交易数据的时间、上传至门架数据库的时间、上级系统服务端收到数据的时间，计算交易入库时间差，并制定规则：超过5分钟为无数据，超过15分钟为延时数据，超过30分钟数据为重点观察门架。对这项数据进行监测，可以实时获知门架系统的数据上传过程是否正常。只有数据正常，才可以进行验证，进行准确的交易计费、扣费、清分结算等。实时数据查看如图9所示。

图9实时数据查看

（二）数据时效性

为了保证各项数据的时效性，部中心对于门架交易数据和门架车牌识别数据的上传时间有着严格要求。在车辆经过门架时，门架交易数据产生后10分钟内（含10分钟）上传至部中心，视为门架交易上传及时；门架车牌识别数据产生后10分钟内（含10分钟）上传至部中心，视为门架车牌识别数据上传及时。一条数据从产生到入库，10分钟时间足够。该规则防止了数据上传不及时所导致数据积压或者上传失败等情况。同时，对数据及时率进行统计可以及时发现异常路段，告知运维单位进行修复。门架数据及时率统计如图10所示。

图10 门架数据及时率统计

（三）数据阶段统计

定期对数据进行分类统计必不可少。第一，有助于数据信息挖掘，比如，了解流量高峰期、低峰期的时间，可以更好地制定相应阶段的实施计划。第二，有助于分析异常数据引发的异常收费，排除故障隐患。第三，有助于提高高频故障点位或路段的指标要求，规范部署实施方案，保障运维计划顺利进行。各路段对门架系统核心设备及数据进行每日、每周、每月、每季度汇总统计，并制作趋势图等图表。门架节点故障统计如图11所示。

图11 门架节点故障统计

四

网络带宽运维

除设备状态监测及数据分析，平台也进行网络流量带宽监测，辅助运维。在日常网络管理中，根据网络流量的采集方式，网络流量监测技术分为如下三种：基于网络流量全镜像的监测技术，基于SNMP协议的监测技术和基于Netflow（数据包流）的监测技术。平台经过测试比对，选择了基于SNMP的流量监测技术。通过门架网络设备Agent和MIB（管理对象信息库）所收集的数据流量传输信息，可以了解占用的网络带宽，实时监控各个路段点位的门架网络设备传输状态情况、网络质量情况、网络波峰波谷情况等。网络带宽运维如图12所示。

图12 网络带宽运维

五

总结

门架系统的部署实施和后期运维遇到了很多问题，如硬件配套设施版本不兼容、网络规划导致链路中断排查未果、软件部署失败导致数据上传失败和积压、故障点判断错误等，经过团队协作，门架系统故障率明显下降。目前，在保证网络安全的前提下，平台对所有关键数据进行收集和分类，基本实现门架系统关键节点信息的实时告警推送，如图13所示。

图13 告警推送

未来，运维手段将进一步丰富，如整合各项运行监测系统、丰富各项指标内容、推送全面告警信息、运维制度流程化、挖掘利用门架数据信息、自动化运维等，使智慧运维更上一个台阶。

（原文刊载于2023年第5期《中国交通信息化》）

责任编辑| 郭潇威