2019年6月14日，公路科學(xué)研究院在北京國(guó)家會(huì)議中心召開“科技成果發(fā)布會(huì)”，中交國(guó)通公司發(fā)布了ETC門架系統(tǒng)一體化智能機(jī)柜產(chǎn)品。

ETC門架系統(tǒng)一體化智能機(jī)柜的研發(fā)需求源自于總理在2019年政府工作報(bào)告中提出的要深化收費(fèi)公路制度改革，兩年內(nèi)基本取消全國(guó)高速公路省界收費(fèi)站，實(shí)現(xiàn)不停車快捷收費(fèi)，減少擁堵，便利群眾。目前交通運(yùn)輸行業(yè)正在全力推進(jìn)此項(xiàng)重大任務(wù)。

5月16日《深化收費(fèi)公路制度改革取消高速公路省界收費(fèi)站實(shí)施方案》，5月下旬，*又印發(fā)了《關(guān)于大力推動(dòng)高速公路ETC發(fā)展應(yīng)用工作的通知》，目前交通運(yùn)輸行業(yè)正在全力推進(jìn)此項(xiàng)重大任務(wù)；正在有序地進(jìn)行升級(jí)改造，優(yōu)先解決高速公路省界收費(fèi)站，部署ETC智能門架系統(tǒng)；其次解決高速公路出入口收費(fèi)站，實(shí)現(xiàn)不停車快捷收費(fèi)，減少擁堵。

• ETC門架系統(tǒng)一體化柜簡(jiǎn)介

ETC門架系統(tǒng)，需要吊裝在露天的高速公路上，ETC門架系統(tǒng)的一體化柜也安裝在門架旁，一體化柜需適應(yīng)各種復(fù)雜氣候環(huán)境：暴曬、防塵防、防潮濕、防霉變、防鹽霧、防銹，要抗風(fēng)、抗震。如下圖所示：

ETC門架系統(tǒng)一體化柜也叫ETC戶外一體化柜（簡(jiǎn)稱:ETC一體化柜），其主要為門架車道控制機(jī)、工業(yè)交換機(jī)、收費(fèi)系統(tǒng)PC等設(shè)備提供一體化收容和為門架設(shè)備提供可靠供備電，保障路側(cè)關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的可靠運(yùn)行。根據(jù)業(yè)務(wù)需求選擇合適空間的戶外機(jī)柜，常見的如下圖：

為了給高速公路收費(fèi)系統(tǒng)提供可靠的支撐，戶外柜將配置UPS電源及電池設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、配電設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備。如下圖所示：

ETC業(yè)務(wù)設(shè)備有：收費(fèi)系統(tǒng)PC、車道控制器、天線控制器、RSU（Road Side Unit）設(shè)備等。

1. 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)設(shè)計(jì)為“ETC門架系統(tǒng)一體化智能機(jī)柜”提供配套的一體化監(jiān)控系統(tǒng)。在解決方案層面采用*、可靠的動(dòng)環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)以下四個(gè)目標(biāo)：

• 提供穩(wěn)定可靠的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。
• 為運(yùn)維管理提供有效的信息。
• 具有可擴(kuò)展性，可與第三方平臺(tái)對(duì)接。
• 節(jié)省運(yùn)維管理費(fèi)用，達(dá)到短期投資*受益的目的。

2. 建設(shè)內(nèi)容

動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)涉及的監(jiān)控對(duì)象包括：

3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1. 設(shè)計(jì)原則

• *性：采用、國(guó)內(nèi)流行的*技術(shù)，適應(yīng)技術(shù)發(fā)展需求；
• 成熟性：以實(shí)用為原則，采用成熟的經(jīng)過工程檢驗(yàn)的*技術(shù)；
• 適用性：注重系統(tǒng)功能的適用性，不片面強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)功能的多樣性，使構(gòu)建的系統(tǒng)具有高的性價(jià)比；
• 開放性：采用開放的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能支持任意網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和任意廠商產(chǎn)品；
• 標(biāo)準(zhǔn)化：采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品；
• 可擴(kuò)展性：本工程應(yīng)考慮到未來發(fā)展，在設(shè)計(jì)布線系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的擴(kuò)充、升級(jí)能力；方案具有平滑的擴(kuò)容和升級(jí)能力，以適應(yīng)建設(shè)方業(yè)務(wù)發(fā)展和管理的需要。
• 安全性及可靠性：采用嚴(yán)格的、安全的可靠性措施。保證系統(tǒng)正常運(yùn)行、信息傳遞的安全及運(yùn)行的可靠；
• 易管理、易維護(hù)性：應(yīng)充分考慮到管理維護(hù)的可視化、層次化，應(yīng)真正做到系統(tǒng)所有資源狀況一目了然。能充分保證將設(shè)備故障控制在盡可能小的范圍內(nèi)，不影響故障設(shè)備之外的設(shè)備和系統(tǒng)，保證各系統(tǒng)正常運(yùn)行。
• 所選的室外設(shè)備，除滿足室外防、防塵以及防雷要求外，必須考慮低溫和高溫的影響，保證設(shè)備在此溫度時(shí)能夠正常工作。
• 開放的數(shù)據(jù)接口，監(jiān)控系統(tǒng)未來考慮與其他監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)。

3.2. 設(shè)計(jì)依據(jù)

整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)要遵循有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)，滿足但不限于以下技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范：

3.3. 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖示，單套系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集層、一體化數(shù)據(jù)采集器、展示層組成。

一、數(shù)據(jù)采集層

由單個(gè)機(jī)柜內(nèi)的采集傳感器、被監(jiān)控的對(duì)象組成。其中：

• UPS、精密空調(diào)、智能機(jī)柜鎖通過RS485接入一體化數(shù)據(jù)采集器；
• 漏（DI）、感（DI）、門磁（DI）、電鎖（DO）、溫濕度（RS485）接入一體化數(shù)據(jù)采集器；

二、一體化數(shù)據(jù)采集器

接入機(jī)柜內(nèi)的傳感器和智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、解析、存儲(chǔ)、上傳，完成單個(gè)機(jī)柜的設(shè)備環(huán)境監(jiān)控管理，提供頁面展示、告警管理、報(bào)表管理等功能。具備以下特點(diǎn)：

• 穩(wěn)定可用：嵌入式主機(jī)采用ARM Cortex A9 32位處理器，eMMC內(nèi)嵌式存儲(chǔ)器，無機(jī)械硬盤設(shè)計(jì)，減少存儲(chǔ)器故障。整機(jī)低功耗、穩(wěn)定性好，可勝任-40~85℃寬溫工作環(huán)境。
• 功能豐富：LINUX操作系統(tǒng)，采用底端協(xié)議解析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、解析、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)、報(bào)警、配置管理，支持web瀏覽器顯示監(jiān)控組態(tài)界面
• 獨(dú)立系統(tǒng)：可外接工業(yè)屏作或KVM為一個(gè)獨(dú)立的本地動(dòng)環(huán)系統(tǒng)使用，支持北向接口上傳DCIM/動(dòng)環(huán)。
• 便捷管理：同時(shí)接入動(dòng)環(huán)、門禁、視頻、報(bào)警設(shè)備等，組網(wǎng)管理更輕松、便捷。
• 運(yùn)行穩(wěn)定：基于ARM架構(gòu)的嵌入式設(shè)計(jì)，10年+*運(yùn)行。
• 配置便捷：采用Web遠(yuǎn)程配置，簡(jiǎn)單培訓(xùn)可上手，配置文件一鍵導(dǎo)出復(fù)制。
• 維護(hù)便捷：RJ45接線口支持供電，減少布線、安裝便捷、、上電自動(dòng)下載配置信息。
• 支持北向接口（如SNMP），可向第三方平臺(tái)提供數(shù)據(jù)接口。

三、展示層

• 一體化數(shù)據(jù)采集器支持Web訪問界面。
• 一體化數(shù)據(jù)采集器支持HDMI/VGA通過KVM查看本地界面。

4. 設(shè)備監(jiān)控

5. 系統(tǒng)功能

5.1. 界面功能

5.1.1. 系統(tǒng)首頁

展示單柜/多柜的重要運(yùn)行參數(shù)，空間/電力設(shè)計(jì)上限；當(dāng)前告警；監(jiān)控對(duì)象通訊狀態(tài)等。

監(jiān)控界面顯示內(nèi)容：

• UPS負(fù)載率
• UPS電壓和電流
• 空調(diào)運(yùn)行數(shù)量
• 空調(diào)送風(fēng)及回風(fēng)溫度
• 環(huán)境溫度，環(huán)境濕度
• IT負(fù)荷，市電負(fù)荷，制冷負(fù)荷
• 安全運(yùn)行天數(shù)，設(shè)備通訊異常數(shù)量
• 實(shí)時(shí)PUE，實(shí)時(shí)總功率，實(shí)時(shí)IT功率，PUE曲線
• 總電能，IT電能，其他電能及柱形圖

5.1.2. 電力拓?fù)?/span>

展示當(dāng)前單柜/多柜 的受電、饋電線路路由及各節(jié)點(diǎn)主要電力參數(shù)。

監(jiān)控界面顯示內(nèi)容：

• 市電輸入電壓、電流、頻率，電能，功率負(fù)載率，電流負(fù)載率
• 配電圖
• 各個(gè)IT支路的電壓，電流，功率

5.1.3. 設(shè)備視圖

主要設(shè)備的監(jiān)控畫面。包括：UPS、空調(diào)、溫濕度、感等。

• UPS監(jiān)控界面

監(jiān)控界面顯示內(nèi)容：

• UPS輸入輸出參數(shù)(可修改，包括但不限于電壓，電流，功率，頻率，負(fù)載率等)
• UPS重要狀態(tài)信息(可修改)
• UPS拓?fù)鋱D
• 電池組總電壓，總電流
• 電池組每節(jié)電池電壓，內(nèi)阻，溫度柱形圖及數(shù)據(jù)表格

• 空調(diào)監(jiān)控界面

監(jiān)控界面顯示內(nèi)容：

• 回風(fēng)溫度
• 送風(fēng)溫度
• 回風(fēng)濕度
• 空調(diào)狀態(tài)信息（包括但不限于機(jī)組運(yùn)行方式，風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等）
• 空調(diào)開關(guān)機(jī)
• 空調(diào)詳細(xì)參數(shù)（包括但不限于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速等）
• 空調(diào)設(shè)置參數(shù)（包括但不限于回風(fēng)溫度設(shè)定，送風(fēng)溫度設(shè)定，回風(fēng)高溫告警等）

• 環(huán)境監(jiān)控界面

監(jiān)控界面顯示內(nèi)容：

• 溫濕度
• 漏，應(yīng)急風(fēng)扇，感等設(shè)備狀態(tài)。

5.1.4. 告警記錄

任意時(shí)間段的告警記錄，包括：告警名稱、產(chǎn)生時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間。

監(jiān)控界面顯示內(nèi)容：

• 全部告警
• 告警類別分類
• 已確認(rèn)告警
• 門禁事件

5.1.5. 歷史數(shù)據(jù)

提供告警、運(yùn)行數(shù)據(jù)等歷史報(bào)表數(shù)據(jù)查詢。

監(jiān)控界面顯示內(nèi)容：

• 各個(gè)設(shè)備的歷史告警
• 歷史數(shù)據(jù)曲線圖
• 攝像頭抓拍圖片

5.1.6. 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)支持本地設(shè)置，支持如下功能：

• 查看系統(tǒng)版本，*信息
• 設(shè)備在線狀態(tài)
• 設(shè)備具體設(shè)備點(diǎn)值
• 短信告警及告警設(shè)置
• 門禁設(shè)置
• 采集器IP設(shè)置

5.2. 告警管理

告警通知：界面、短信（預(yù)留）。

告警等級(jí)：系統(tǒng)支持多級(jí)告警（一般告警、重要告警、緊急告警）。

告警抓拍：可設(shè)定告警聯(lián)動(dòng)視頻抓拍，例如：門禁被打開時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)進(jìn)行抓拍。

告警展示：告警等級(jí)、告警描述、產(chǎn)生時(shí)間。

5.3. 北向接口

系統(tǒng)內(nèi)置北向服務(wù)，根據(jù)規(guī)范要求（默認(rèn)提供SNMP接口），選取需要上傳的點(diǎn)值即可。

6. 組網(wǎng)方案

本項(xiàng)目將與各運(yùn)營(yíng)商合作，由運(yùn)營(yíng)商提供各個(gè)一體化柜接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與總監(jiān)控中心的互聯(lián)互通。

現(xiàn)場(chǎng)的接入網(wǎng)纖將有以下形式：光纖專線、4G、寬帶等

7. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

7.1. 硬件設(shè)備可靠

本項(xiàng)目中選用的一體化數(shù)據(jù)采集器具備的穩(wěn)定性，單臺(tái)設(shè)備可確保*運(yùn)行超過10年。一體化數(shù)據(jù)采集器作為整套系統(tǒng)底層的數(shù)據(jù)源頭對(duì)接的設(shè)備，考慮到監(jiān)控對(duì)象→一體化數(shù)據(jù)采集器之間是單一連接，一體化數(shù)據(jù)采集器的穩(wěn)定性非常重要。

本項(xiàng)目采用ARM一體化數(shù)據(jù)采集器，具備以下技術(shù)特征：

• 高可靠設(shè)計(jì)：一體化數(shù)據(jù)采集器主板采用一體化ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)，整機(jī)功耗小于12W?？刂破鞫丝谥С?4KV/2KA國(guó)家4類防雷標(biāo)準(zhǔn)；高標(biāo)準(zhǔn)防潮防塵處理；全端口過流、過壓、防反接、防錯(cuò)接保護(hù)。
• 雙看門狗、雙時(shí)鐘：雙看門狗設(shè)計(jì)確保一體化數(shù)據(jù)采集器在運(yùn)行中*死機(jī)、數(shù)據(jù)*中斷。
• 電信級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：工作環(huán)境滿足溫度：-40~85°C，相對(duì)濕度：5%~95%。
• 底層設(shè)備協(xié)議解析，支撐整體系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)解析，降低中心數(shù)據(jù)處理壓力。
• 底端離線報(bào)警技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)中斷后報(bào)警依然可通過底端設(shè)備離線發(fā)送，解除報(bào)警對(duì)平臺(tái)的依賴性，提升底端設(shè)備智能平，強(qiáng)化系統(tǒng)可靠性。

• ARM一體化數(shù)據(jù)采集器對(duì)比X86一體化數(shù)據(jù)采集器：

7.2. 數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)

ARM一體化數(shù)據(jù)采集器具備“數(shù)字濾波+信號(hào)時(shí)間戳+離線存儲(chǔ)+斷點(diǎn)續(xù)傳”多種數(shù)據(jù)處理機(jī)制，確保監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集更精準(zhǔn)。

• 數(shù)字濾波

ARM一體化數(shù)據(jù)采集器支持?jǐn)?shù)字濾波，自動(dòng)將采集數(shù)據(jù)中的干攏因素過濾，免除了外界干擾數(shù)據(jù)被采集后造成的系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)頻發(fā)。

• 信號(hào)時(shí)間戳（區(qū)別中心平臺(tái)信號(hào)時(shí)間戳）

一體化數(shù)據(jù)采集器自帶“時(shí)間戳”功能，一體化數(shù)據(jù)采集器對(duì)每次查詢值（RS485/DI/AI/SNMP接入設(shè)備信號(hào)）附加一個(gè)“時(shí)間戳”并上傳至中心。

• 離線存儲(chǔ)、斷點(diǎn)續(xù)傳

一體化數(shù)據(jù)采集器支持本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)，即使網(wǎng)絡(luò)中斷也不影響數(shù)據(jù)采集；網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，自動(dòng)同步本地?cái)?shù)據(jù)。

• 采用“數(shù)字濾波+信號(hào)時(shí)間戳+離線存儲(chǔ)+斷點(diǎn)續(xù)傳”的價(jià)值體現(xiàn)：

• 解決因網(wǎng)絡(luò)中斷導(dǎo)致的數(shù)據(jù)追溯不準(zhǔn)確的問題

舉例說明：若在中心平臺(tái)對(duì)所有信號(hào)添加時(shí)間戳，在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷故障及恢復(fù)后，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大批量類似下圖的歷史數(shù)據(jù)曲線。

原因：在采用中心平臺(tái)信號(hào)時(shí)間戳的情況下，網(wǎng)絡(luò)通訊中斷期間，電表數(shù)據(jù)無法上傳，待通訊恢復(fù)后數(shù)據(jù)再次上傳，中心平臺(tái)以當(dāng)前接收到的用電量呈現(xiàn)并存入歷史數(shù)據(jù)，導(dǎo)致曲線出現(xiàn)斷崖式下跌和增長(zhǎng)， 實(shí)際情況應(yīng)該是一條平滑的直線。

• 解決數(shù)據(jù)相對(duì)時(shí)間軸的滯后問題

即使在網(wǎng)絡(luò)通訊正常的情況下，考慮到設(shè)備到中心平臺(tái)的信號(hào)延時(shí)，采用中心平臺(tái)對(duì)信號(hào)添加時(shí)間戳，其結(jié)果數(shù)據(jù)與時(shí)間的匹配上存在滯后。反之，采用一體化數(shù)據(jù)采集器信號(hào)時(shí)間戳的方案可解決這一難題。

• 識(shí)別“僵尸設(shè)備”和“無效數(shù)據(jù)”

通過計(jì)算傳感器數(shù)據(jù)后一次更新時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間差值是否在系統(tǒng)設(shè)置的設(shè)備采集周期范圍內(nèi)，來判斷設(shè)備數(shù)據(jù)是否真實(shí)，更快速地識(shí)別“僵尸設(shè)備”和“無效數(shù)據(jù)”。

• 減少數(shù)據(jù)延遲導(dǎo)致的“誤報(bào)”

現(xiàn)象：在平臺(tái)上看到的一條“實(shí)時(shí)告警”，到現(xiàn)場(chǎng)去看設(shè)備，告警早已結(jié)束了（由于信號(hào)傳輸延遲+中心平臺(tái)時(shí)間戳導(dǎo)致）。時(shí)間戳解決：在一體化數(shù)據(jù)采集器點(diǎn)值上傳帶時(shí)間戳，滿足告警條件時(shí)，以點(diǎn)值的時(shí)間戳為告警產(chǎn)生時(shí)間，從而減少人工現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。

7.3. 數(shù)據(jù)采集快速

系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集層考慮采用信號(hào)頭超時(shí)、數(shù)據(jù)濾波、的技術(shù)，確保設(shè)備到采集層的采集速度在5秒以內(nèi)。

• 設(shè)備-一體化數(shù)據(jù)采集器：信號(hào)頭超時(shí)

一體化數(shù)據(jù)采集器內(nèi)置Modbus采集指令做了優(yōu)化，在采集指令中增加了“信號(hào)頭超時(shí)”功能：對(duì)每一個(gè)串口下的每個(gè)地址設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)做時(shí)長(zhǎng)校驗(yàn)，設(shè)定主機(jī)在發(fā)送單條采集指令后開始計(jì)時(shí)0.1秒，超過0.1秒后再向下一個(gè)地址的設(shè)備下發(fā)采集指令直至完成整個(gè)串口的輪詢。對(duì)比常規(guī)情況，通過0.1秒的時(shí)長(zhǎng)校驗(yàn)替換響應(yīng)等待（常規(guī)串口輪詢過程中，若串口下單個(gè)備因自身故障無法反饋數(shù)據(jù)，那么此次一體化數(shù)據(jù)采集器的采集命令就一直卡著等待數(shù)據(jù)），終實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)采集。優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

• 單總線采集速度更快；
• 單總線多個(gè)手拉手設(shè)備中，不因單個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)中斷導(dǎo)致整條總線數(shù)據(jù)無法采集；
• 更快速地識(shí)別掉線設(shè)備（3秒內(nèi)識(shí)別）。

• 數(shù)據(jù)主動(dòng)上傳機(jī)制

系統(tǒng)可自定義更新區(qū)間范圍，對(duì)于采集的數(shù)值在區(qū)間范圍內(nèi)變化的則不上傳給服務(wù)器，只有在區(qū)間范圍外的數(shù)值才會(huì)主動(dòng)上傳給服務(wù)器，以節(jié)省帶寬資源和降低服務(wù)器硬盤頻繁的讀寫率。例如：1個(gè)溫濕度傳感器，如果這個(gè)溫濕度傳感器的溫度/濕度在連續(xù)24小時(shí)內(nèi)幾乎無任何變化，在這種情況下，一體化數(shù)據(jù)采集器無需實(shí)時(shí)上報(bào)溫濕度數(shù)據(jù)，中心平臺(tái)默認(rèn)以上一次的溫度/濕度值進(jìn)行記錄存儲(chǔ)。

7.4. 系統(tǒng)快速部署

1、現(xiàn)場(chǎng)快速交付

系統(tǒng)由我方根據(jù)項(xiàng)目需求配置完成后，提供“配置文件”，現(xiàn)場(chǎng)安裝人員將配置文件導(dǎo)入一體化數(shù)據(jù)采集器即可完成1套智能機(jī)柜的配置。其它相同配置的智能機(jī)柜，批量復(fù)制即可完成快速配置。

2、現(xiàn)場(chǎng)快速維護(hù)