“智慧高速公路”管理平臺建設研究

胡靜 張廣浩 冀金科 孫曉亮

摘要：高速公路智能管理控制系統(tǒng)是“智慧高速公路”的雛形，有利于改變當前的信息孤島現(xiàn)象，打通各種數(shù)據(jù)源之間的關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)潛在事件鏈，為高速公路的安全運行與指揮管理提供決策支持。依托京港澳高速駐信段改擴建工程，從數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)采集層、基礎技術支撐層、應用系統(tǒng)層、系統(tǒng)部署層等多方面闡述了高速公路智能管控系統(tǒng)總體架構。從而為打造暢通、安全、有序、高效的“智慧高速公路”提供雛形及應用案例。

關鍵詞：高速公路;智能管控;架構設計;智慧高速

中圖分類號：U495文獻標識碼：A

0引言

高速公路智能管理控制系統(tǒng)是“智慧高速公路”管理平臺的雛形，有利于改變當前的信息孤島現(xiàn)象，打通各種數(shù)據(jù)源之間的關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)潛在事件鏈，為高速公路的安全運行與指揮管理提供決策支持。其建設應用將有力提升高速公路的運營效率，實現(xiàn)資源的最優(yōu)化配置。京港澳高速公路向北直至首都北京，向南至廣東、香港等沿海地區(qū)，是承載國家南北運輸?shù)墓反髣用}。本文依托全國首個高速公路智能管控示范項目——京港澳高速駐信段智能管控科技示范工程，探討“智慧高速公路”管理平臺總體架構設計及實現(xiàn)。為通道型高速公路運行管控技術提供全面的示范應用，并將為河南全省、乃至我國中西部地區(qū)高速公路下一階段“智慧交通”的建設樹立示范樣板。

1總體框架設計

為了更好地組織“智慧高速公路”管理平臺總體設計和開發(fā)，最大限度地實現(xiàn)已有相關系統(tǒng)及組件的可重用性和可擴展性。盡量科學地展現(xiàn)示范工程的運行效果，以客觀、實際滿足業(yè)務應用需求為主導，應該充分考慮云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術，圍繞“集成創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和服務創(chuàng)新”，針對智慧高速公路的需求進行總體架構設計。

“智慧高速公路”管理平臺總體架構，包括數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)采集層、基礎技術支撐層、應用系統(tǒng)層、系統(tǒng)部署層等，以及安全保障體系、標準與研究體系（見圖1）。

1.1數(shù)據(jù)源

“智慧高速公路”管理平臺主要有外場設備和地理信息兩個類數(shù)據(jù)源。外場設備指視頻攝像機、氣象檢測器、交通流檢測器、DSRC路側(cè)采集天線（RSU）、道路事件采集（人工、視頻事件檢測器等）、移動終端采集設備、收費站數(shù)據(jù)采集等。地理信息指從河南省交通運輸廳或其它單位共享過來的GIS相關基礎數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)。

1.2數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層是指從數(shù)據(jù)源采集的各類業(yè)務數(shù)據(jù)信息，包括視頻信息、交通流數(shù)據(jù)、交通氣象數(shù)據(jù)、交通事件數(shù)據(jù)、收繳費數(shù)據(jù)、應急管理及預警數(shù)據(jù)，路段地理位置信息、路段收費站點、沿線服務區(qū)，停車區(qū)、橋梁隧道等基礎類信息和相關設施類信息等。該采集層是“智慧高速公路”管理平臺所有子綜合應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐層。

1.3基礎技術支撐層

基礎技術支撐介于數(shù)據(jù)采集層和物理應用系統(tǒng)之間，其功能是面向不同系統(tǒng)用戶，為本次項目數(shù)據(jù)集成、應用集成和用戶界面集成提供各類數(shù)據(jù)服務和功能服務支撐。基礎技術架構以“服務”為核心，借助其松散耦合的特性，采用分層的思想，以企業(yè)服務總線（ESB）為核心，基于中間件技術，建立統(tǒng)一通信集成服務平臺，構建各級系統(tǒng)間的無縫集成，形成統(tǒng)一的體系結構和完整數(shù)據(jù)鏈，滿足多層級互操作的集成需求。

（1）GIS共享平臺：包括GIS圖層制作、GIS樁點定位、GIS服務接口等。

（2）數(shù)據(jù)交換與共享平臺：包括數(shù)據(jù)ETL處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)共享、標準化處理、數(shù)據(jù)安全和大數(shù)據(jù)管理等。

（3）虛擬化云平臺：依托購置的虛擬化服務器、存儲等設備，構建服務器虛擬化資源池以及高性能云計算平臺，以滿足大數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)的快速訪問效果。

（4）統(tǒng)一通信服務平臺：為服務提供者和使用者提供一定程度的隔離。采用ESB技術，可以進行動態(tài)路由，并進行接口映射，有效地將異類基礎數(shù)據(jù)對象統(tǒng)一起來，提供即插即用的相關設計，從而有效地整合交通系統(tǒng)各類服務資源，對于需求各異的交通業(yè)務系統(tǒng)提供統(tǒng)一的通信服務支撐平臺。

（5）邏輯功能服務：該層為系統(tǒng)業(yè)務接入層，利用WebService技術，通過對GIS、設備、監(jiān)測、應急、信息服務等多個不同應用的需求拆分，對海量數(shù)據(jù)進行實時智慧化處理，形成多個可復用的服務接口，從而成為整個業(yè)務系統(tǒng)綜合應用的紐帶。

1.4應用系統(tǒng)層

“智慧高速公路”管理平臺的開發(fā)應用應該由高速公路運行狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)、高速公路輔助決策支持系統(tǒng)、高速公路應急指揮調(diào)度與處置系統(tǒng)、高速公路出行信息一體化發(fā)布系統(tǒng)等組成，以滿足道路管理者與道路使用者等不同用戶的應用需求。

1.5系統(tǒng)部署層

為了更好地發(fā)揮系統(tǒng)功能，在整合和部署上滿足部署環(huán)境、部署方式等不同部署需求。其中，從部署環(huán)境上滿足服務器虛擬化端、客戶端工作站、手持終端、服務區(qū)查詢終端等不同類型環(huán)境需求;從部署方式上根據(jù)用戶需求，提供C/S系統(tǒng)與B/S系統(tǒng)相結合的方式以及移動應用方式等。

1.6安全保障體系

基于京港澳高速公路改擴建工程購置的安全系統(tǒng)相關硬件設備與軟件，構建安全保障體系，包括安全系統(tǒng)等。

2業(yè)務流設計

針對“智慧高速公路”管理平臺的總體架構，構建科學合理的業(yè)務系統(tǒng)流程設計，應該主要包括以下業(yè)務流程：

（1）信息采集：在全程斷面交通流檢測、全程視頻監(jiān)控等監(jiān)測系統(tǒng)基礎上，建立基于視頻的交通事件監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對交通事件的自動識別和快速報警;基于專用短程通信（DSRC）的道路交通流數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，實現(xiàn)對高速公路旅行時間的估計;基于高密度的氣象檢測設備和氣象狀態(tài)監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)對高速公路沿線氣象環(huán)境狀態(tài)的感知，以及低能見度、路面結冰預警等功能。

（2）信息監(jiān)測與分析：開發(fā)高速公路運行狀態(tài)綜合評估與輔助決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)高速公路運行狀態(tài)的量化分析，并為高速公路日常業(yè)務管理、應急處置決策提供直觀、有效的數(shù)據(jù)分析依據(jù)。此外，建立設備運行維護管理系統(tǒng)，實現(xiàn)外場、機房設備，應用系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時監(jiān)測與管理。

（3）系統(tǒng)響應：通過開發(fā)主線交通均衡控制系統(tǒng)實現(xiàn)高速公路交通流均衡、穩(wěn)定運行;通過建立霧區(qū)行車主動誘導系統(tǒng)，提升高速公路不良環(huán)境下的行車安全性;面向緊急事件應急處置的需求，研發(fā)應急指揮調(diào)度和處置系統(tǒng)，提升對高速公路交通事件的及時響應和快速處置的能力。

（4）信息服務：構建出行服務信息管理平臺，對發(fā)布信息進行管理、審核，并能為VMS、微博微信、手機APP或小區(qū)推送提供統(tǒng)一的信息來源和發(fā)布接口;建立基于VMS的信息聯(lián)動發(fā)布系統(tǒng)，根據(jù)交通事件對交通流影響衰減規(guī)律，生成面向地理信息的交通信息發(fā)布方案，實現(xiàn)路側(cè)可變情報板的聯(lián)動發(fā)布管理;借鑒微博微信等自媒體手段，研發(fā)交通信息服務APP軟件，實現(xiàn)高速公路交通信息的眾包式獲取和交通信息的差異化、定制化播發(fā);利用服務區(qū)觸摸式查詢終端、基于WIFI的智能手機應用等方式，提升服務區(qū)的信息服務能力和休閑娛樂功能。

3工程實例

2012年，河南省交通運輸廳發(fā)布的《河南省交通運輸信息化重大工程推進方案》明確提出打造“智慧高速公路”的建設理念，并將全力推進“智慧高速公路”建設工程。2014年，交通運輸部原則同意了“京港澳高速公路駐馬店至信陽段智能管控科技示范工程”實施方案。充分利用現(xiàn)有設施，研發(fā)高速公路智能管控系統(tǒng)，包括了高速公路運行狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)、輔助決策支持系統(tǒng)、應急指揮調(diào)度和處置系統(tǒng)、一體化的信息發(fā)布系統(tǒng)等，實現(xiàn)京港澳高速公路交通運行狀態(tài)全方位動態(tài)感知、科學決策支持、主動交通安全管理和精細化的信息服務。

4結論

“智慧高速公路”是當前高速公路發(fā)展的新理念和新模式，是推進高速公路運輸管理創(chuàng)新的重要抓手，是提升高速公路運輸服務水平的有效途徑，也是推動高速公路運輸轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要支撐。“智慧高速公路”的核心驅(qū)動力是通過深度的信息化來滿足高速公路管理和服務方式轉(zhuǎn)變的需求，其基本內(nèi)涵是：以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息通信技術的充分運用為主線，以最大限度地開發(fā)、整合和利用各類交通信息資源為核心，推動現(xiàn)代信息技術與高速公路運輸管理和服務全面融合，以更加精細和動態(tài)的方式提升高速公路運輸供給能力、運行效率、安全性能和服務質(zhì)量，實現(xiàn)人、車、物、路等有序、安全、高效、智慧的運轉(zhuǎn)。

“智慧高速公路”管理平臺通過對各類交通運行信息的動態(tài)監(jiān)測、匯集和分析，全面掌握高速公路的運營狀態(tài)，實現(xiàn)高速公路運行狀態(tài)的集中展示、輔助決策、應急指揮和出行服務發(fā)布等，從而為打造暢通、安全、有序、高效的新一代“智慧高速公路”提供雛形及應用案例。