广西高速公路省界收费站工程ETC门架系统建设及维护措施

丘福兴

（南宁高速公路运营有限公司，广西 南宁 530000）

1 工程概况

以广西壮族自治区撤销高速公路省界收费站项目为例，对ETC 门架系统建设及维护措施进行分析。该系统共计将安设9 个省界虚拟站，其中包含7 个运营路段站以及2 个项目路段站。在这9 个省界虚拟站中，将安设274 套ETC 门架系统，其中运营路段站将安设194套，剩余80 套则安设在项目路段中。经计算，本项目共计需要改造204个收费站、842条车道。

2 省界/路段ETC门架系统建设

2.1 系统布局及构成

（1）整个ETC 门架系统包含上、下行两部分。若ETC门架系统安设在省界，此时两个方向要各自配备两个门架。所有的门架提前准备好备用设备，一旦主设备在工作中出现异常，则进行替换。在正常运行过程中，同向的两个门架同时启动工作，这样做的目的是当一个门架出现故障时，另一个门架可以代替完成全部收费工作。为了防止两个门架之间存在信号干扰等问题，同向的两个门架之间必须间隔0.5km 以上。若同向路口不需要安设两个门架，也可以根据实际情况只安设其中一个，提前配备好关键冗余设备。

（2）所有非省界路段的ETC 门架系统，上、下两个方向单独设置门架。与省界路段ETC 门架系统一致，所有的门架系统提前安设REU、车牌图像识别设施等关键设置，以便主设备无法正常工作时，备用设备能够代替工作，保证收费工作的正常开展。

（3）ETC 门架系统中主要包含以下设施：门架基础、RSU、车道控制器、高清摄像头、补光灯、供电设施、通信设施、网络安全设施、交安标志标线设施以及防雷接地设施等。

2.2 ETC门架基础制作

（1）门架基础是由钢筋混凝土制成而成，原材料为C25混凝土，强度满足ETC门架的受力标准。

（2）对所有金属构件提前进行热镀锌处理，必须确保所有金属构件都满足国家标准和行业标准。

（3）开挖时，可适当借助机械设备辅助施工。必须严格挑选建筑材料，确保砂、水泥、钢筋等原材料都满足设计要求。施工前合理放置所用材料，并标记其规格、产地以及用途等内容。

（4）浇筑前，再次排查所有的设备、原材料是否符合设计标准，确保无误后正式开始浇筑。所有操作必须严格依照设计标准有序开展，保证最终浇筑效果满足要求。

（5）浇筑工作结束之后洒水养护，养护结束前不能使其暴露于阳光下。混凝土养护时间必须达到28d，若情况特殊可适当延长养护时间。

2.3 ETC门架安装

2.3.1 安装要求

（1）项目设计使用板梁式或桁架结构的ETC 门架，安装前进行热镀锌处理，门架结构主要包含两个立柱和一个横梁。结构的镀锌量必须大于600g/m2。

（2）为了维持结构的稳定性，确保其强度满足设计标准，所有的构件应交叉连接在一起。在ETC 门架的路侧方向提前安设便于施工人员攀爬的安全梯，门架背后安设维修走道以便后续维修等工作的开展。

（3）设计规定最终ETC 门架支架的垂直度误差上限控制在3%以内，两支柱基础中心线不重合度误差上限为5%，横梁水平误差上限控制在2%以内。

2.3.2 安装工艺

（1）施工准备。考虑到ETC 门架吊装工序复杂，涉及多个环节，因此施工前制定详细的施工方案，并仔细检查所有施工设备的性能；要求所有参与施工的工作人员严格依照设计标准、流程开展施工。同时，项目团队派遣专业人员复核所有地脚位置、螺杆间隔、螺杆角度等参数指标是否完全符合设计标准。此外，项目团队主动与交警、路政等相关部门协商，提前做好交通的分流工作等。

（2）准备工作全部完成后开始门架立柱的吊装与调整。吊装作业必须按以下流程进行：先安装两侧的立柱，然后吊装桁架。吊装时，可以先把钢丝绳固定在立柱头部，再将白棕绳绑在两端，安排专业人员看管。起吊前再次检查所有工具、联结点、门架等是否都在指定位置，若出现偏移则及时调整。待柱头与地面距离0.5～1m 时，再次检查各个部位是否仍在指定位置，若出现偏移应再次调整。整个施工过程中，施工人员可借助线坠观察其垂直度，保证架身完全垂直、平稳。

（3）固定架体。架体安装完之后固定其位置，这一工序可以使用螺丝完成。先将螺丝对角交替拧紧，安装至架体前校对其垂直度。螺丝全部安装完成后严格依照设计标准把架体、地脚等部位的金属全部焊牢[1-2]。此外，若门架系统安设在斜坡或土质较松软的区域，则需在周边安放挡土设备。

（4）吊装桁架。施工人员可以在门架中心两端绑扎钢丝绳，顶点位置绑扎长白棕绳，分别交由4组工作人员管理。开始吊装时，选派专门的工作人员全程监督、协调，保证施工安全。待桁架被吊起之后，4 组工作人员同时操作，使定位孔与立柱定位孔吻合，可通过焊接的方式固定桁架与立柱。

2.4 ETC门架系统设备安装

2.4.1 车道控制器

施工人员提前把车道控制器摆放在相应位置并固定；组装好车道控制器的所有零部件，并用缆线按标准连接；施工人员提前把所有缆线有序摆放在控制机机箱中，并根据设计图纸的提示接线；上述工序完成后安装显示器、IO控制板等，并将其连接至对应的电源线和信号线；绑扎整理所有的电源线，并通过悬挂标牌的方式标记；启动机器开始测试，完成调试和设置工作。

2.4.2 CCTV设备安装

（1）依次开启每一个摄像机进行调试与监测，确保所有的摄像机都能够正常工作方可开始安装。若摄像机安装在室外，应单独加防护罩，避免摄像机淋水或沾染灰尘。防护罩全部装好后，施工人员检查摄像机是否安装牢固、防护罩雨刷能否正常工作。考虑到摄像机需要在夜间使用，因此必须确保照明充足，必要时可配备自动光圈镜头。所有自摄像机中引出的电缆应留出1m 的余量，便于摄像机自由转动。固定摄像机中所有的电缆和电源线。开始安装前，对所有摄像机加电监测，确保所有的摄像机无故障。

（2）安装立柱时，借助水平尺测量其水平度、垂直度。严格依照设计标准将摄像机固定在底座、立柱等指定位置。摄像机应安设在监视目标周边，避免其受到损伤。

3 运行维护管理

3.1 日常巡检

为了避免ETC 门架系统存在安全隐患，管理部门必须严格依照巡检标准对高速公路ETC 门架开展日常性和周期性巡检工作，并如实做好巡检记录。管理人员可以通过日常巡检及时了解ETC 门架系统的工作情况、供电状况以及是否存在故障等；通过周期性巡检，可以定期开展观察、检查、测试等工作，及时排查出ETC门架系统是否存在安全隐患，确保其处于正常的工作状态。

日常巡检内容主要包含对ETC 门架运行监测系统、门架数据查询监测设施以及服务器辅助页面等的检测。

3.1.1 ETC门架运行监测系统

为了确保各个机电维护站能够正常开展日常巡检工作，降低日常巡检的难度，专门设计了监测系统，直接对辖区范围内所有ETC 门架集中管理。该系统设计为B/S 模式，包含设备状态显示、统计报表、告警查询等多种功能。因此，管理者可直接通过该系统了解门架的真实运行情况，以便第一时间排查出故障隐患所在。

ETC 门架监测系统主要包含以下几大功能： ①直接了解所有门架系统的真实运行情况，排查其是否出现安全隐患、通信是否正常；②监测机柜温湿度、门磁、市电、蓄电池等的真实运行情况；③记录先前故障隐患出现的时间，查看历史告警。

对于门架系统而言，天线交易成功率与抓拍成功率都是判断门架系统是否处于正常工作状态的重要指标，对于门架系统维持正常工作有着重要的帮助。管理人员可以通过直接调取系统辅助工具了解门架系统的“两率”（天线捕获率和抓拍识别率）及过车记录。若系统显示“两率”过低，则可以利用相关数据监测工具来排查设备故障。

3.1.2 服务器辅助页面

可以直接通过浏览器登录服务器辅助页面，查阅相关监测数据、运行日志等信息。

门架数据监测模块的作用是审查门架交易、心跳数据等信息是否完全上传至服务器，避免出现上传失败的问题。

前端工控机日志模块的功能主要是审查前端工控机的心跳状况，例如，设施北斗授时状态、计算模块版本、软件版本号等。管理人员可通过服务器查阅RSU系统心跳信息状况，特别是各个RSU 的连接情况、温度等内容。

车牌识别设备日志模块：通过该模块可以查看设备的跳动情况，特别是每台设备的识别流水量、成功率等内容。

3.1.3 门架数据查询监测工具

管理人员可以将门架数据查询监测工具与数据库连接起来，这样便能直接查询到系统内所有RSU 天线、车牌识别设备是否在线。此外，该系统具备汇总信息的功能，能够帮助使用者随时了解天线、车牌识别设备的具体交易数目，维持门架运行监测系统的正常工作。利用门架数据查询监测工具能够准确了解所有设备的真实通信状态，以便第一时间找出故障所在，及时处理[3]。

3.2 故障维修

目前大多数收费站出口的ETC 车道都已经取消了扣款的功能，ETC门架能否正常运行在很大程度上关系到通信费能否正常收取。一旦ETC 门架系统出现故障，维修人员必须及时到场维修。通常，若故障不影响ETC门架系统的正常工作，维修人员只要在24h内完成修复就算工作完成；但若是ETC 门架系统故障直接影响到了收费工作，则必须在4h 内完成修复，保障其能够维持基本的运行。

3.2.1 备件储备

一旦ETC 门架设施存在故障，技术员可以通过服务器进行远程维护。若通过远程维护不能完成维修工作，则应现场维修。对于系统中的门架前端设备，尤其是工控机、RSU天线、车牌识别设备等没有提前备份的设备设施，维修站应提前储存一定的备件。而对于服务器、交换机之类的门架后端设备，考虑到设备的成本较高，机电维护中心可以提前统一采购好相应的零部件。表1详细列举了项目所需的ETC 门架系统备品备件储备需求。

表1 ETC门架系统备品备件储备比例

3.2.2 应急抢修

若ETC 门架系统在运行过程中突然出现供电被切断、通信光缆被切断或因自然灾害突发引起的系统故障，严重影响门架系统的正常工作，且无法在规定的时间内完成修复，则属于重大故障。当重大故障发生时，维修人员按照先修保障设备，待门架能够维持正常工作后，再进行彻底修复。一旦出现重大故障，应组建应急抢修队，第一时间采取抢修措施，保障门架系统的正常工作。

通常，ETC 门架设备电源供电由以下4 类组成，即：变电站市电供电、配电房柴油发电机供电、移动小型汽油发电机应急供电以及一体化机柜UPS 应急供电。当变电站市电供电出现问题时，系统会第一时间启动UPS应急供电。为了保证系统的正常工作，UPS应急电源主运用48V/100AH 锂电池组，能够维持门架系统10h 左右的工作，以便在维修人员进行维修的同时，门架系统还能够维持正常工作。考虑到ETC 门架的电力主要来源于周边的收费站、服务区、隧道变电所，因此，故障发生时，可以临时借助站级柴油发电机持续供电，随后依次排查供电线路、变压器、抽屉柜等。若门架供电电缆突然出现故障，且短时间内无法查明故障原因，维修人员可以自带小型汽油发电机，短暂维持供电，避免耽误ETC门架的收费工作。

ETC门架通信需要建立在环网保护体系之中，即直接将主干光缆T接部分纤芯与光缆构成环网。若门架系统运行过程中，单向线路突然出现故障，通信电路会自动进行倒换，此时不会干扰数据传输；但若两个方向的线路同时中断，则必须第一时间进行抢修。

4 结语

ETC门架系统内部非常复杂，其硬件、软件系统都与普通收费车道所使用的系统完全不同，这也使得门架系统日常维护管理难度大幅提升。随着收费体制的改革，ETC门架系统逐渐承担了绝大多数的高速路口收费工作，以前的维护管理机制不能很好地支撑高速公路的正常运行，因此机电管理部门必须提前制定好应急预案，健全ETC 门架管理制度，定期开展技术培训，保障高速公路的运营和服务水平。