CN113409179A - 一种用于高速公路的etc门架运行状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统，应用先进的信息处理机制完成大数据的实时处理，实现对所有设备的监控，完成对路网运行指标的评价，并对资源告警信息进行实时通报提示，实现多层、多点全面联合应用。系统包括系统运维驾驶舱、监控中心、报表中心、设备管理、运维管理和系统管理等子模块。监控中心的核心功能包括软件版本检查、心跳状态统计、心跳实时状态统计、传输延时统计和系统告警信息。报表中心的核心功能包括全省收费站交易金额统计表、高速公路出口站车流量统计、高速公路货车10％优惠金额统计、高速公路出口车流量统计、兜底费率交易量、交易额统计等。系统用到的各类数据依据部标准接口协议和网络管理协议获取。

Description

一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统。

背景技术

虽然高速公路建设发展迅速，但对应的运营管控系统的技术水平却难以匹配，比如ETC收费模式对设备可靠性的依赖程度，相关收费设备种类复杂、应用技术参差不齐、布置较为分散，各子站点的数据信息互不兼容、二次开发应用难度较高，系统工作人员的专业技术水平与运维应用技术难以匹配等。种种问题相互影响、相互制约，导致现行的运营管控系统不能够满足现代化高速公路信息技术综合管控的需要，同时也限制了智慧型收费的推广应用，以及门架管控技术的发展、优化及建设。

以上方法虽然经过实际应用证明了一定的可行性，但存在以下问题：

(1)应急处理能力低

传统的高速公路运营管控系统大多为混合应用，即通过视频监控结合人工排查，对设备及系统的故障进行监测、预警。一旦遇有突发故障，问题就会凸现出来。例如人工识别、故障排查需要较长时间，且效率低下，完全处于被动发现、被动接报的状态；另外，依据故障发生的严重程度，也需要人工对运营管控系统的分组件进行选择性启动，以便采取不同的措施进行处理。这不仅影响对突发事件的处理效率，而且在紧急状况下有可能会出现处理疏漏或延误。

(2)数字化管理能力不足

收费站及ETC门架设备内设的各个子系统作为高速公路运营监测管控的抓手，需要依靠其积累大量的监测数据。但目前ETC门架运行状态监测系统设备单一，监控范围有限，从而导致监测数据来源形式单一，数据分析利用率较低，在一定程度上阻碍了运营管控系统数字化能力的提升。

(3)系统功能完善度不高

随着机动车车流量的日趋增长，高速公路收费、运行综合管理逐渐成为运营管控工作的重难点。目前陕西省省内大多数的收费系统均为独立管控单位，系统功能单一，仅提供简单的应用下发、升级功能，各子系统的联动及控制能力有待进一步加强，收费系统综合集成化管理能力及大数据共享化程度有待进一步的提升。

因此，需深入研究适应未来自动化控制技术发展的高速公路ETC门架运行状态监测系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统，既能够应用先进的信息处理机制完成大数据的实时处理，实现对所有设备的监控，完成对路网运行指标的评价，并对资源告警信息进行实时通报提示；又能够准确切换管控信息，契合不同层级对系统实施实时管控，实现多层、多点全面联合应用，有效提高高速公路的智能运营管理水平和自动化能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统，所述系统包括系统运维驾驶舱、监控中心、报表中心、设备管理、运维管理和系统管理等子模块。监控中心的核心功能包括软件版本检查、心跳状态统计、心跳实时状态统计、传输延时统计和系统告警信息。报表中心的核心功能包括全省收费站交易金额统计表、高速公路出口站车流量统计、高速公路货车10％优惠金额统计、高速公路出口车流量统计、兜底费率交易量、交易额统计等。

进一步地，所述系统用到的各类数据依据部标准接口协议和网络管理协议获取。

进一步地，所述系统用到的依据部标准接口协议获取的数据包括ETC门架牌识数据、ETC交易数据、ETC门架基础信息数据、ETC门架运行状态数据、ETC异常事件数据、车道基础信息数据、收费站交易数据、收费站设备运行状态数据等。

进一步地，所述系统用到的依据网络管理协议获取的数据来自其所管辖的下级设备，诸如收费站的安全设备、三层交换机、授时设备、收费服务器、车道工控机、其他辅助设备等，以及ETC门架设备的牌识设备、机柜、天线控制器、门架服务器、门架工控机、其他辅助设备等，数据包括诸如各设备的网络开销、CPU开销、内存开销、硬盘开销及其他属性信息等。这些数据信息依据网络管理协议不断地向ETC门架运行状态监测系统上报实时数据，为ETC门架运行状态监测系统全面实施系统级管控提供支撑依据。

进一步地，中台作为系统数据接收模块，获取这些数据后，负责对数据进行清洗、转换、加载，最终转换为执行业务所需的结构化数据，处理好的结构化数据分为两种：一种是监控数据，包括下级各设备的实时心跳数据、下级各设备的基础信息数据；另一种是统计分析的数据，包括门架交易特情统计、门架交易接收量统计、反标漏标统计、交易流量、金额统计、出入口站车流量统计；牌识详情统计、牌识接收量统计、牌识成功率统计、报表数据，以及门架服务器、门架工控机、天线控制器、数据传输统计数据等。其中统计分析类数据的时间粒度分为小时级、日级、月级，便于为后续业务提供灵活的时间查询范围。

转换为业务所需的结构化数据后，即可进行符合视觉规范的人机交互页面展示，展示元素包括运维驾驶舱、监控中心、报表中心、设备管理、运维管理和系统管理等子模块。其中监控中心的核心功能包括软件版本检查、心跳状态统计、心跳实时状态统计、传输延时统计和系统告警信息。报表中心的核心功能包括全省收费站交易金额统计、高速公路出口站车流量统计、高速公路货车10％优惠金额统计、高速公路出口车流量、兜底费率交易量统计、交易额统计等。

常态工作时，ETC门架运行状态监测系统在数据获取阶段，充分利用监控配置的优势，依据API和国际标准化网管这两种方式，获取陕西省高速公路各门架和车道的运行状态信息，运行状态信息包括依据部标准接口协议和网络管理协议获取的各类型数据，一部分是依据部标准接口协议的ETC、收费站的相关数据；另一部分是依据网络管理协议监控的设备数据，包括各设备的网络开销、CPU开销、内存开销、硬盘开销与其他属性信息，这些数据通过省中心汇聚服务器定时向ETC门架运行状态监测系统发送。

数据中台接收到门架和车道的运行状态信息后，应用大数据技术对数据进行清洗、转换、加载处理。中台数据处理方式为通过CHD集群和redis集群进行初步数据汇集处理。CDH集群包括HDFS、Hbase、kafka，汇集处理之后经过Flink进行分析计算，经过JOB这一离线处理过程，对业务所需数据进行处理，最终在Mysql中得到业务所需的结构化的数据。

数据中台对后台大数据的信息流向进行控制，并为应用层提供统一标准和规格的数据。即中台集群机制约定所有基层各设备的数据接入系统后，在软件内部需按照“汇聚层-明细层-轻度汇聚层-集市层-应用层”的顺序进行数据流转，同时对每层内的数据流转方向也进行了规定。所有数据处理完毕后，最终显示在人机交互界面上。下级汇入的数据按照各自设备的刷新周期不断更新，系统对接入数据定周期(1ms) 循环上述的处理过程，并更新系统的人机交互界面对应的功能模块的数据标签或图形标签，如运维驾驶舱、监控中心、报表中心、设备管理、运维管理和系统管理子模块的对应标签。同时，后台对接入的数据标记时间，实时存储于系统数据分析功能模块的报表中心，以便后续调用、查询和分析。

系统前述的过程完成后，即可进行前端功能的展示。在符合人机工程学的交互界面上，为不同的管理层级和岗位提供登录选择，工作人员可在界面上完成角色、账号、管理结构的切换，规范不同层级的工作人员的软件应用权限，为合理、有效应用软件制定使用要求。所有的系统工作流水信息全部以日志形式记录，对设备明细及对应的运维巡检历史全部标记时间，存入巡检模块。

工作人员可在系统监控功能模块的监控中心子模块中，实现对门架及收费站设备软硬件资源的实时监控，具体如下所示：

(1)应用设备监控驾驶舱以统计汇总的方式，监控收费单元系统整体运行情况以及单个设备运行状态，包括根据用户需求和权限，按照省级、集团级和分公司级，进行自有用户权限的监控数据查询(整体交易成功率和连通合格率、用户权限下的下级单位整体数据、下级实时交易成功率和连通合格率、实时告警信息、依据告警等级分类统计和设备类型分类统计两种不同模式展示各项指标异常的门架及车道数量)；

(2)应用资源告警监控模块对接入系统的门架设备(门架服务器、门架工控机、授时设备、天线控制器、牌识设备、机柜)进行实时监控，对出现异常报警信息的设备进行告警提示。用灾难、严重、一般、警告、信息五个等级来区分严重程度。不同告警类型用不用颜色显示，可显示用户账户下所有设备各类告警数量，以及告警数量和已恢复的告警数量等明细；

(3)应用日志分析功能模块可完成一键登录、连通管理，实现全系统的日志集中管理，省去运维工作人员依次不停的登录各台服务器读取日志的操作，大幅提升日志查询分析效率，降低人为登录服务器时，由于误操作进而导致后续故障。

工作人员可在系统数据分析功能模块中，完成对门架及收费站设备上报数据的实时整合、分析，具体如下所示：

(1)完成多数据源关联，跨数据库跨数据表取数，可应用多业务系统数据，将相关业务数据统一报表，让更多的数据应用于经营分析和业务管控。报表包括设备基础运行情况统计、兜底费用统计、请求计费统计、减免费额统计、节假日免费统计、门架拆分金额及车流量统计等；

(2)应用报表设计器，简单灵活设计所需报表。通过数据决策系统，进行报表统一访问和管理，实现各种业务主题分析、数据填报等，点击列表处集团名称，即可下翻至路段、门架等下级子设备；

(3)可允许通过PC端和移动端访问报表，能够实现丰富多样的图表分析、钻取分析、多维度分析、自定义分析、即时分析等，便于操作人员更好的阅读报表数据，应用分析。如陕西省全省收费站交易金额统计表可分三个维度进行统计：ETC交易、现金交易、移动支付交易，每个维度又细分为客车、货车和专项作业车。

本发明所述ETC门架运行状态监测系统既能够准确、可靠的完成对所辖区域所有高速公路联网设备的全局掌控，实现对全省高速公路设施设备状态信息的实时管控、预警和资源整合；又能够有效保证系统全局管控的准确性和实时性。本发明的技术方案与现有技术相比有益效果为：

(1)采用开放的监控方式API，其接入的是依据部标准接口协议的通行记录业务采集接口、通知业务接口、运行监测业务接口、系统更新接口等数据信息；

(2)依据国际化标准，硬件设备数据信息依据国际通用标准网络管理通信协议接入，包括系统的网络开销、CPU、内存、硬盘开销与其他属性等信息。国际通用标准网络管理通信协议可以将所有设备无障碍的接入系统中，而且接入过程不需要任何外接硬件设备和其他系统，极大的提高了设备接入的覆盖率和系统开放性；

(3)在系统设计上，采用多点通讯的形式，应用数据中台处理分析，充分运用网络通讯特点，将底层设备的数据实时发往ETC门架运行状态监测系统进行接收、判断和显示，对设备的状态信息进行实时预警，统筹资源调配，大大提高了对高速公路进行实时状态管控的效率，提升了监督管理质量；

(4)执行多元化、全方位自动化控制，对底层所辖设备及系统故障进行实时预警监测，实现自动化故障告警，主动发现、接报潜在性故障。对突发故障事件开启系统自动识别排查模式，时效性高、资源调度少；依据故障发生的程度，自动识别排查、精准定位，智能选择启动不同系统来采取应对措施，提高事故处理效率，减少紧急状况下的疏漏；

(5)软件运行稳定，以系统内设的各个子模块作为智能管控的抓手，对所辖区域的门架及收费站设备的设备心跳(运行状态)数据、交易数据等多渠道、多种类的流水数据及状态信息进行实时、准确交互，确保数据分析及利用的准确度，充分发挥数字化管理的优势；

(6)系统可对紧急事件或突发故障进行自动判定，并提供解决提示，同时将对应故障的详细情况与解决后的状态信息等情况通过邮件、钉钉、微信等多种方式发送故障告警，有效提高事件报送效率；

(7)系统可依据外部导入数据及内部收集数据，结合历史故障数据，通过预示曲线分析及数据比对，提前预判关键指标走向，实现潜在故障预判及故障预警；

(8)系统依据工业标准设计，运行性能稳定，可持续工作时间长，满足高层级 7*24h不间断运行的要求。系统采用双服务器(主、备服务器配置)模式构建软件运行平台，在主服务器出现故障的情况下，可自动切换至备份服务器工作，双冗余备份的设计模式使主备服务器无缝衔接切换工作。

附图说明

图1为实施例中所述一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统的组成示意图。图2、图3、图4为实施例中所述一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1

一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统，包括系统运维驾驶舱、监控中心、报表中心、设备管理、运维管理和系统管理等子模块。监控中心的核心功能包括软件版本检查、心跳状态统计、心跳实时状态统计、传输延时统计和系统告警信息。报表中心的核心功能包括全省收费站交易金额统计表、高速公路出口站车流量统计、高速公路货车10％优惠金额统计、高速公路出口车流量统计、兜底费率交易量、交易额统计等。

系统软件应用IntelliJ IDEA开发，硬件设备为主备服务器双冗余配置，数据库服务器为MySQL，操作系统软件为CentOS7.6_yaxin，应用服务器中间件为Tomcat 8.0， JDK版本为1.8。

本实施例所述ETC门架运行状态监测系统的工作原理：

常态工作时，在数据获取阶段，ETC门架运行状态监测系统利用监控配置的优势，依据API和国际标准化网管这两种方式，获取陕西省高速公路各门架和车道的运行状态信息，运行状态信息包括依据部标准接口协议和网络管理协议获取的各类型数据，一部分是依据部标准接口协议的ETC、收费站的相关数据；另一部分是依据网络管理协议监控的设备数据，包括各设备的网络开销、CPU开销、内存开销、硬盘开销与其他属性信息，这些数据通过省中心汇聚服务器定时向ETC门架运行状态监测系统发送。

在数据处理阶段，数据中台接收到门架和车道的运行状态信息后，应用大数据进行处理，包括清洗、转换、加载。中台数据处理方式为通过CHD集群和redis集群进行初步数据汇集处理。CDH集群包括HDFS、Hbase、kafka，汇集处理之后经过Flink 进行分析计算，经过JOB这一离线处理过程，对业务所需数据进行处理，最终在Mysql 中得到业务所需的结构化的数据。

数据中台为应用层提供统一标准和规格的数据，并对后台大数据的信息流向进行控制。即中台集群机制约定所有基层各设备的数据接入系统后，在软件内部需按照“汇聚层-明细层-轻度汇聚层-集市层-应用层”的顺序进行数据流转，同时对每层内的数据流转方向也进行了规定。所有数据处理完毕后，最终显示在人机交互界面上。下级汇入的数据按照各自设备的刷新周期不断更新，系统对接入数据定周期(1ms) 循环上述的处理过程，并更新系统的人机交互界面对应的功能模块的数据标签或图形标签，如运维驾驶舱、监控中心、报表中心、设备管理、运维管理和系统管理子模块的对应标签。同时，后台对接入的数据标记时间，实时存储于系统数据分析功能模块的报表中心，以便后续调用、查询和分析。

在系统交互界面上，为不同的管理层级和岗位提供登录选择，工作人员可在界面上完成角色、账号、管理结构的切换，规范不同层级的工作人员的软件应用权限，为合理、有效应用软件制定使用要求。所有的系统工作流水信息全部以日志形式记录，对设备明细及对应的运维巡检历史全部标记时间，存入巡检模块。

工作人员可在系统监控功能模块的监控中心子模块中，实现对门架及收费站设备软硬件资源的实时监控，具体如下所示：

(1)应用设备监控驾驶舱以统计汇总的方式，监控收费单元系统整体运行情况以及单个设备运行状态，包括根据用户需求和权限，按照省级、集团级和分公司级，进行自有用户权限的监控数据查询(整体交易成功率和连通合格率、用户权限下的下级单位整体数据、下级实时交易成功率和连通合格率、实时告警信息、依据告警等级分类统计和设备类型分类统计两种不同模式展示各项指标异常的门架及车道数量)；

(2)应用资源告警监控模块对接入系统的门架设备(门架服务器、门架工控机、授时设备、天线控制器、牌识设备、机柜)进行实时监控，对出现异常报警信息的设备进行告警提示。用灾难、严重、一般、警告、信息五个等级来区分严重程度。不同告警类型用不用颜色显示，可显示用户账户下所有设备各类告警数量，以及告警数量和已恢复的告警数量等明细；

(3)应用日志分析功能模块可完成一键登录、连通管理，实现全系统的日志集中管理，省去运维工作人员依次不停的登录各台服务器读取日志的操作，大幅提升日志查询分析效率，降低人为登录服务器时，由于误操作进而导致后续故障。

工作人员可在系统数据分析功能模块中，完成对门架及收费站设备上报数据的实时整合、分析，具体如下所示：

(1)完成多数据源关联，跨数据库跨数据表取数，可应用多业务系统数据，将相关业务数据统一报表，让更多的数据应用于经营分析和业务管控。报表包括设备基础运行情况统计、兜底费用统计、请求计费统计、减免费额统计、节假日免费统计、门架拆分金额及车流量统计等；

(2)应用报表设计器，简单灵活设计所需报表。通过数据决策系统，进行报表统一访问和管理，实现各种业务主题分析、数据填报等，点击列表处集团名称，即可下翻至路段、门架等下级子设备；

(3)可允许通过PC端和移动端访问报表，能够实现丰富多样的图表分析、钻取分析、多维度分析、自定义分析、即时分析等，便于操作人员更好的阅读报表数据，应用分析。如陕西省全省收费站交易金额统计表可分三个维度进行统计：ETC交易、现金交易、移动支付交易，每个维度又细分为客车、货车和专项作业车。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统，其特征在于，所述系统包括系统运维驾驶舱、监控中心、报表中心、设备管理、运维管理和系统管理等子模块。监控中心的核心功能包括软件版本检查、心跳状态统计、心跳实时状态统计、传输延时统计和资源告警监控平台。报表中心的核心功能包括全省收费站交易金额统计表、高速公路出口站车流量统计、高速公路货车10％优惠金额统计、高速公路出口车流量统计、兜底费率交易量、交易额统计等。

2.如权利要求1所述的一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统，其特征在于，所述系统用到的各类数据依据部标准接口协议和网络管理协议获取。

所述系统用到的依据部标准接口协议获取的数据包括ETC门架牌识数据、ETC交易数据、ETC门架基础信息数据、ETC门架运行状态数据、ETC异常事件数据、车道基础信息数据、收费站交易数据、收费站设备运行状态数据等。

所述系统用到的依据网络管理协议获取的数据来自其所管辖的下级设备，诸如收费站的安全设备、三层交换机、授时设备、收费服务器、车道工控机、其他辅助设备等，以及ETC门架设备的牌识设备、机柜、天线控制器、门架服务器、门架工控机、其他辅助设备等，数据包括诸如各设备的网络开销、CPU开销、内存开销、硬盘开销及其他属性信息等。这些数据信息依据网络管理协议不断地向ETC门架运行状态监测系统上报实时数据，为ETC门架运行状态监测系统全面实施系统级管控提供支撑依据。

3.如权利要求1或者2所述的一种用于高速公路的ETC门架运行状态监测系统，其特征在于，所述系统中，中台作为系统数据接收模块，获取这些数据后，负责对数据进行清洗、转换、加载，最终转换为执行业务所需的结构化数据，处理好的结构化数据分为两种：一种是监控数据，包括下级各设备的实时心跳数据、下级各设备的基础信息数据；另一种是统计分析的数据，包括门架交易特情统计、门架交易接收量统计、反标漏标统计、交易流量、金额统计、出入口站车流量统计；牌识详情统计、牌识接收量统计、牌识成功率统计、报表数据，以及门架服务器、门架工控机、天线控制器、数据传输统计数据等。其中统计分析类数据的时间粒度分为小时级、日级、月级，便于为后续业务提供灵活的时间查询范围。

转换为业务所需的结构化数据后，即可进行符合视觉规范的人机交互页面展示，展示元素包括运维驾驶舱、监控中心、报表中心、设备管理、运维管理和系统管理等子模块。其中监控中心的核心功能包括软件版本检查、心跳状态统计、心跳实时状态统计、传输延时统计和系统告警信息。报表中心的核心功能包括全省收费站交易金额统计、高速公路出口站车流量统计、高速公路货车10％优惠金额统计、高速公路出口车流量、兜底费率交易量统计、交易额统计等。

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