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

ETC門架系統(tǒng)一體化智能機柜的研發(fā)需求源自于總理在2019年政府工作報告中提出的要深化收費公路制度改革，兩年內基本取消全國高速公路省界收費站，實現(xiàn)不停車快捷收費，減少擁堵，便利群眾。目前交通運輸行業(yè)正在全力推進此項重大任務。

5月16日《深化收費公路制度改革取消高速公路省界收費站實施方案》，5月下旬，*又印發(fā)了《關于大力推動高速公路ETC發(fā)展應用工作的通知》，目前交通運輸行業(yè)正在全力推進此項重大任務；正在有序地進行升級改造，優(yōu)先解決高速公路省界收費站，部署ETC智能門架系統(tǒng)；其次解決高速公路出入口收費站，實現(xiàn)不停車快捷收費，減少擁堵。

• ETC門架系統(tǒng)一體化柜簡介

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，一體化柜需適應各種復雜氣候環(huán)境：暴曬、防塵防、防潮濕、防霉變、防鹽霧、防銹，要抗風、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（簡稱:ETC一體化柜），其主要為門架車道控制機、工業(yè)交換機、收費系統(tǒng)PC等設備提供一體化收容和為門架設備提供可靠供備電，保障路側關鍵生產設備的可靠運行。根據(jù)業(yè)務需求選擇合適空間的戶外機柜，常見的如下圖：

為了給高速公路收費系統(tǒng)提供可靠的支撐，戶外柜將配置UPS電源及電池設備、空調設備、配電設備、網絡傳輸設備、環(huán)境監(jiān)控設備。如下圖所示：

ETC業(yè)務設備有：收費系統(tǒng)PC、車道控制器、天線控制器、RSU（Road Side Unit）設備等。

1. 項目概況

本項設計為“ETC門架系統(tǒng)一體化智能機柜”提供配套的一體化監(jiān)控系統(tǒng)。在解決方案層面采用*、可靠的動環(huán)系統(tǒng)產品，實現(xiàn)以下四個目標：

• 提供穩(wěn)定可靠的動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。
• 為運維管理提供有效的信息。
• 具有可擴展性，可與第三方平臺對接。
• 節(jié)省運維管理費用，達到短期投資*受益的目的。

2. 建設內容

動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)涉及的監(jiān)控對象包括：

3. 系統(tǒng)設計

3.1. 設計原則

• *性：采用、國內流行的*技術，適應技術發(fā)展需求；
• 成熟性：以實用為原則，采用成熟的經過工程檢驗的*技術；
• 適用性：注重系統(tǒng)功能的適用性，不片面強調系統(tǒng)功能的多樣性，使構建的系統(tǒng)具有高的性價比；
• 開放性：采用開放的技術標準，能支持任意網絡設備和任意廠商產品；
• 標準化：采用標準化的設計，優(yōu)先選用標準化產品；
• 可擴展性：本工程應考慮到未來發(fā)展，在設計布線系統(tǒng)時應充分考慮系統(tǒng)的擴充、升級能力；方案具有平滑的擴容和升級能力，以適應建設方業(yè)務發(fā)展和管理的需要。
• 安全性及可靠性：采用嚴格的、安全的可靠性措施。保證系統(tǒng)正常運行、信息傳遞的安全及運行的可靠；
• 易管理、易維護性：應充分考慮到管理維護的可視化、層次化，應真正做到系統(tǒng)所有資源狀況一目了然。能充分保證將設備故障控制在盡可能小的范圍內，不影響故障設備之外的設備和系統(tǒng)，保證各系統(tǒng)正常運行。
• 所選的室外設備，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，保證設備在此溫度時能夠正常工作。
• 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. 設計依據(jù)

整個系統(tǒng)的建設要遵循有關國家標準和標準，滿足但不限于以下技術標準及規(guī)范：

3.3. 系統(tǒng)架構

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

由單個機柜內的采集傳感器、被監(jiān)控的對象組成。其中：

• UPS、精密空調、智能機柜鎖通過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

接入機柜內的傳感器和智能設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、解析、存儲、上傳，完成單個機柜的設備環(huán)境監(jiān)控管理，提供頁面展示、告警管理、報表管理等功能。具備以下特點：

• 穩(wěn)定可用：嵌入式主機采用ARM Cortex A9 32位處理器，eMMC內嵌式存儲器，無機械硬盤設計，減少存儲器故障。整機低功耗、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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、解析、存儲、轉發(fā)、報警、配置管理，支持web瀏覽器顯示監(jiān)控組態(tài)界面
• 獨立系統(tǒng)：可外接工業(yè)屏作或KVM為一個獨立的本地動環(huán)系統(tǒng)使用，支持北向接口上傳DCIM/動環(huán)。
• 便捷管理：同時接入動環(huán)、門禁、視頻、報警設備等，組網管理更輕松、便捷。
• 運行穩(wěn)定：基于ARM架構的嵌入式設計，10年+*運行。
• 配置便捷：采用Web遠程配置，簡單培訓可上手，配置文件一鍵導出復制。
• 維護便捷：RJ45接線口支持供電，減少布線、安裝便捷、、上電自動下載配置信息。
• 支持北向接口（如SNMP），可向第三方平臺提供數(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/多柜的重要運行參數(shù)，空間/電力設計上限；當前告警；監(jiān)控對象通訊狀態(tài)等。

監(jiān)控界面顯示內容：

• UPS負載率
• UPS電壓和電流
• 空調運行數(shù)量
• 空調送風及回風溫度
• 環(huán)境溫度，環(huán)境濕度
• IT負荷，市電負荷，制冷負荷
• 安全運行天數(shù)，設備通訊異常數(shù)量
• 實時PUE，實時總功率，實時IT功率，PUE曲線
• 總電能，IT電能，其他電能及柱形圖

5.1.2. 電力拓撲

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

監(jiān)控界面顯示內容：

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

5.1.3. 設備視圖

主要設備的監(jiān)控畫面。包括：UPS、空調、溫濕度、感等。

• UPS監(jiān)控界面

監(jiān)控界面顯示內容：

• 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，負載率等)
• UPS重要狀態(tài)信息(可修改)
• UPS拓撲圖
• 電池組總電壓，總電流
• 電池組每節(jié)電池電壓，內阻，溫度柱形圖及數(shù)據(jù)表格

• 空調監(jiān)控界面

監(jiān)控界面顯示內容：

• 回風溫度
• 送風溫度
• 回風濕度
• 空調狀態(tài)信息（包括但不限于機組運行方式，風機運行狀態(tài)等）
• 空調開關機
• 空調詳細參數(shù)（包括但不限于風機轉速，壓縮機轉速等）
• 空調設置參數(shù)（包括但不限于回風溫度設定，送風溫度設定，回風高溫告警等）

• 環(huán)境監(jiān)控界面

監(jiān)控界面顯示內容：

• 溫濕度
• 漏，應急風扇，感等設備狀態(tài)。

5.1.4. 告警記錄

任意時間段的告警記錄，包括：告警名稱、產生時間、結束時間、確認時間。

監(jiān)控界面顯示內容：

• 全部告警
• 告警類別分類
• 已確認告警
• 門禁事件

5.1.5. 歷史數(shù)據(jù)

提供告警、運行數(shù)據(jù)等歷史報表數(shù)據(jù)查詢。

監(jiān)控界面顯示內容：

• 各個設備的歷史告警
• 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)支持本地設置，支持如下功能：

• 查看系統(tǒng)版本，*信息
• 設備在線狀態(tài)
• 設備具體設備點值
• 短信告警及告警設置
• 門禁設置
• 采集器IP設置

5.2. 告警管理

告警通知：界面、短信（預留）。

告警等級：系統(tǒng)支持多級告警（一般告警、重要告警、緊急告警）。

告警抓拍：可設定告警聯(lián)動視頻抓拍，例如：門禁被打開時，系統(tǒng)會自動聯(lián)動攝像機進行抓拍。

告警展示：告警等級、告警描述、產生時間。

5.3. 北向接口

系統(tǒng)內置北向服務，根據(jù)規(guī)范要求（默認提供SNMP接口），選取需要上傳的點值即可。

6. 組網方案

本項目將與各運營商合作，由運營商提供各個一體化柜接入網絡，實現(xiàn)與總監(jiān)控中心的互聯(lián)互通。

現(xiàn)場的接入網纖將有以下形式：光纖專線、4G、寬帶等

7. 技術優(yōu)勢

7.1. 硬件設備可靠

本項目中選用的一體化數(shù)據(jù)采集器具備的穩(wěn)定性，單臺設備可確保*運行超過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)源頭對接的設備，考慮到監(jiān)控對象→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。

本項目采用ARM一體化數(shù)據(jù)采集器，具備以下技術特征：

• 高可靠設計：一體化數(shù)據(jù)采集器主板采用一體化ARM架構設計，整機功耗小于12W。控制器端口支持 4KV/2KA國家4類防雷標準；高標準防潮防塵處理；全端口過流、過壓、防反接、防錯接保護。
• 雙看門狗、雙時鐘：雙看門狗設計確保一體化數(shù)據(jù)采集器在運行中*死機、數(shù)據(jù)*中斷。
• 電信級標準：工作環(huán)境滿足溫度：-40~85°C，相對濕度：5%~95%。
• 底層設備協(xié)議解析，支撐整體系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)解析，降低中心數(shù)據(jù)處理壓力。
• 底端離線報警技術，網絡中斷后報警依然可通過底端設備離線發(fā)送，解除報警對平臺的依賴性，提升底端設備智能平，強化系統(tǒng)可靠性。

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

7.2. 數(shù)據(jù)采集精準

ARM一體化數(shù)據(jù)采集器具備“數(shù)字濾波+信號時間戳+離線存儲+斷點續(xù)傳”多種數(shù)據(jù)處理機制，確保監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集更精準。

• 數(shù)字濾波

ARM一體化數(shù)據(jù)采集器支持數(shù)字濾波，自動將采集數(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、漏報頻發(fā)。

• 信號時間戳（區(qū)別中心平臺信號時間戳）

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

• 離線存儲、斷點續(xù)傳

一體化數(shù)據(jù)采集器支持本地數(shù)據(jù)存儲，即使網絡中斷也不影響數(shù)據(jù)采集；網絡恢復，自動同步本地數(shù)據(jù)。

• 采用“數(shù)字濾波+信號時間戳+離線存儲+斷點續(xù)傳”的價值體現(xiàn)：

• 解決因網絡中斷導致的數(shù)據(jù)追溯不準確的問題

舉例說明：若在中心平臺對所有信號添加時間戳，在出現(xiàn)網絡中斷故障及恢復后，系統(tǒng)會出現(xiàn)大批量類似下圖的歷史數(shù)據(jù)曲線。

原因：在采用中心平臺信號時間戳的情況下，網絡通訊中斷期間，電表數(shù)據(jù)無法上傳，待通訊恢復后數(shù)據(jù)再次上傳，中心平臺以當前接收到的用電量呈現(xiàn)并存入歷史數(shù)據(jù)，導致曲線出現(xiàn)斷崖式下跌和增長， 實際情況應該是一條平滑的直線。

• 解決數(shù)據(jù)相對時間軸的滯后問題

即使在網絡通訊正常的情況下，考慮到設備到中心平臺的信號延時，采用中心平臺對信號添加時間戳，其結果數(shù)據(jù)與時間的匹配上存在滯后。反之，采用一體化數(shù)據(jù)采集器信號時間戳的方案可解決這一難題。

• 識別“僵尸設備”和“無效數(shù)據(jù)”

通過計算傳感器數(shù)據(jù)后一次更新時間與當前時間差值是否在系統(tǒng)設置的設備采集周期范圍內，來判斷設備數(shù)據(jù)是否真實，更快速地識別“僵尸設備”和“無效數(shù)據(jù)”。

• 減少數(shù)據(jù)延遲導致的“誤報”

現(xiàn)象：在平臺上看到的一條“實時告警”，到現(xiàn)場去看設備，告警早已結束了（由于信號傳輸延遲+中心平臺時間戳導致）。時間戳解決：在一體化數(shù)據(jù)采集器點值上傳帶時間戳，滿足告警條件時，以點值的時間戳為告警產生時間，從而減少人工現(xiàn)場確認。

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頭超時、數(shù)據(jù)濾波、的技術，確保設備到采集層的采集速度在5秒以內。

• 設備-一體化數(shù)據(jù)采集器：信號頭超時

一體化數(shù)據(jù)采集器內置Modbus采集指令做了優(yōu)化，在采集指令中增加了“信號頭超時”功能：對每一個串口下的每個地址設備反饋的數(shù)據(jù)做時長校驗，設定主機在發(fā)送單條采集指令后開始計時0.1秒，超過0.1秒后再向下一個地址的設備下發(fā)采集指令直至完成整個串口的輪詢。對比常規(guī)情況，通過0.1秒的時長校驗替換響應等待（常規(guī)串口輪詢過程中，若串口下單個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)），終實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)采集。優(yōu)勢體現(xiàn)在：

• 單總線采集速度更快；
• 單總線多個手拉手設備中，不因單個設備數(shù)據(jù)中斷導致整條總線數(shù)據(jù)無法采集；
• 更快速地識別掉線設備（3秒內識別）。

• 數(shù)據(jù)主動上傳機制

系統(tǒng)可自定義更新區(qū)間范圍，對于采集的數(shù)值在區(qū)間范圍內變化的則不上傳給服務器，只有在區(qū)間范圍外的數(shù)值才會主動上傳給服務器，以節(jié)省帶寬資源和降低服務器硬盤頻繁的讀寫率。例如：1個溫濕度傳感器，如果這個溫濕度傳感器的溫度/濕度在連續(xù)24小時內幾乎無任何變化，在這種情況下，一體化數(shù)據(jù)采集器無需實時上報溫濕度數(shù)據(jù)，中心平臺默認以上一次的溫度/濕度值進行記錄存儲。

7.4. 系統(tǒng)快速部署

1、現(xiàn)場快速交付

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

2、現(xiàn)場快速維護