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(dāng)前的信息孤島現(xiàn)象，打通各種數(shù)據(jù)源之間的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)潛在事件鏈，為高速公路的安全運(yùn)行與指揮管理提供決策支持。依托京港澳高速駐信段改擴(kuò)建工程，從數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)采集層、基礎(chǔ)技術(shù)支撐層、應(yīng)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(gòu)。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(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞：高速公路;智能管控;架構(gòu)設(shè)計(jì);智慧高速

中圖分類號(hào)：U495文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(tái)的雛形，有利于改變當(dāng)前的信息孤島現(xiàn)象，打通各種數(shù)據(jù)源之間的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)潛在事件鏈，為高速公路的安全運(yùn)行與指揮管理提供決策支持。其建設(shè)應(yīng)用將有力提升高速公路的運(yùn)營(yíng)效率，實(shí)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(guó)家南北運(yùn)輸?shù)墓反髣?dòng)脈。本文依托全國(guó)首個(gè)高速公路智能管控示范項(xiàng)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(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。為通道型高速公路運(yùn)行管控技術(shù)提供全面的示范應(yīng)用，并將為河南全省、乃至我國(guó)中西部地區(qū)高速公路下一階段“智慧交通”的建設(shè)樹(shù)立示范樣板。

1總體框架設(shè)計(jì)

為了更好地組織“智慧高速公路”管理平臺(tái)總體設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，最大限度地實(shí)現(xiàn)已有相關(guān)系統(tǒng)及組件的可重用性和可擴(kuò)展性。盡量科學(xué)地展現(xiàn)示范工程的運(yùn)行效果，以客觀、實(shí)際滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求為主導(dǎo)，應(yīng)該充分考慮云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，圍繞“集成創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和服務(wù)創(chuàng)新”，針對(duì)智慧高速公路的需求進(jìn)行總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。

“智慧高速公路”管理平臺(tái)總體架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)采集層、基礎(chǔ)技術(shù)支撐層、應(yīng)用系統(tǒng)層、系統(tǒng)部署層等，以及安全保障體系、標(biāo)準(zhǔn)與研究體系（見(jiàn)圖1）。

1.1數(shù)據(jù)源

“智慧高速公路”管理平臺(tái)主要有外場(chǎng)設(shè)備和地理信息兩個(gè)類數(shù)據(jù)源。外場(chǎng)設(shè)備指視頻攝像機(jī)、氣象檢測(cè)器、交通流檢測(cè)器、DSRC路側(cè)采集天線（RSU）、道路事件采集（人工、視頻事件檢測(cè)器等）、移動(dòng)終端采集設(shè)備、收費(fèi)站數(shù)據(jù)采集等。地理信息指從河南省交通運(yùn)輸廳或其它單位共享過(guò)來(lái)的GIS相關(guān)基礎(chǔ)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(wù)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(fèi)數(shù)據(jù)、應(yīng)急管理及預(yù)警數(shù)據(jù)，路段地理位置信息、路段收費(fèi)站點(diǎn)、沿線服務(wù)區(qū)，停車區(qū)、橋梁隧道等基礎(chǔ)類信息和相關(guān)設(shè)施類信息等。該采集層是“智慧高速公路”管理平臺(tái)所有子綜合應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐層。

1.3基礎(chǔ)技術(shù)支撐層

基礎(chǔ)技術(shù)支撐介于數(shù)據(jù)采集層和物理應(yīng)用系統(tǒng)之間，其功能是面向不同系統(tǒng)用戶，為本次項(xiàng)目數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用集成和用戶界面集成提供各類數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)支撐?；A(chǔ)技術(shù)架構(gòu)以“服務(wù)”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(wù)總線（ESB）為核心，基于中間件技術(shù)，建立統(tǒng)一通信集成服務(wù)平臺(tái)，構(gòu)建各級(jí)系統(tǒng)間的無(wú)縫集成，形成統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)和完整數(shù)據(jù)鏈，滿足多層級(jí)互操作的集成需求。

（1）GIS共享平臺(tái)：包括GIS圖層制作、GIS樁點(diǎn)定位、GIS服務(wù)接口等。

（2）數(shù)據(jù)交換與共享平臺(tái)：包括數(shù)據(jù)ETL處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)共享、標(biāo)準(zhǔn)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(tái)：依托購(gòu)置的虛擬化服務(wù)器、存儲(chǔ)等設(shè)備，構(gòu)建服務(wù)器虛擬化資源池以及高性能云計(jì)算平臺(tái)，以滿足大數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)的快速訪問(wèn)效果。

（4）統(tǒng)一通信服務(wù)平臺(tái)：為服務(wù)提供者和使用者提供一定程度的隔離。采用ESB技術(shù)，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由，并進(jìn)行接口映射，有效地將異類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一起來(lái)，提供即插即用的相關(guān)設(shè)計(jì)，從而有效地整合交通系統(tǒng)各類服務(wù)資源，對(duì)于需求各異的交通業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的通信服務(wù)支撐平臺(tái)。

（5）邏輯功能服務(wù)：該層為系統(tǒng)業(yè)務(wù)接入層，利用WebService技術(shù)，通過(guò)對(duì)GIS、設(shè)備、監(jiān)測(cè)、應(yīng)急、信息服務(wù)等多個(gè)不同應(yīng)用的需求拆分，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)智慧化處理，形成多個(gè)可復(fù)用的服務(wù)接口，從而成為整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)綜合應(yīng)用的紐帶。

1.4應(yīng)用系統(tǒng)層

“智慧高速公路”管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用應(yīng)該由高速公路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)、高速公路輔助決策支持系統(tǒng)、高速公路應(yīng)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(yīng)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(wù)器虛擬化端、客戶端工作站、手持終端、服務(wù)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(jié)合的方式以及移動(dòng)應(yīng)用方式等。

1.6安全保障體系

基于京港澳高速公路改擴(kuò)建工程購(gòu)置的安全系統(tǒng)相關(guān)硬件設(shè)備與軟件，構(gòu)建安全保障體系，包括安全系統(tǒng)等。

2業(yè)務(wù)流設(shè)計(jì)

針對(duì)“智慧高速公路”管理平臺(tái)的總體架構(gòu)，構(gòu)建科學(xué)合理的業(yè)務(wù)系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)，應(yīng)該主要包括以下業(yè)務(wù)流程：

（1）信息采集：在全程斷面交通流檢測(cè)、全程視頻監(jiān)控等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建立基于視頻的交通事件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通事件的自動(dòng)識(shí)別和快速報(bào)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(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路旅行時(shí)間的估計(jì);基于高密度的氣象檢測(cè)設(shè)備和氣象狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路沿線氣象環(huán)境狀態(tài)的感知，以及低能見(jiàn)度、路面結(jié)冰預(yù)警等功能。

（2）信息監(jiān)測(cè)與分析：開(kāi)發(fā)高速公路運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)估與輔助決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速公路運(yùn)行狀態(tài)的量化分析，并為高速公路日常業(yè)務(wù)管理、應(yīng)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(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)、機(jī)房設(shè)備，應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理。

（3）系統(tǒng)響應(yīng)：通過(guò)開(kāi)發(fā)主線交通均衡控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速公路交通流均衡、穩(wěn)定運(yùn)行;通過(guò)建立霧區(qū)行車主動(dòng)誘導(dǎo)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(yīng)急處置的需求，研發(fā)應(yīng)急指揮調(diào)度和處置系統(tǒng)，提升對(duì)高速公路交通事件的及時(shí)響應(yīng)和快速處置的能力。

（4）信息服務(wù)：構(gòu)建出行服務(wù)信息管理平臺(tái)，對(duì)發(fā)布信息進(jìn)行管理、審核，并能為VMS、微博微信、手機(jī)APP或小區(qū)推送提供統(tǒng)一的信息來(lái)源和發(fā)布接口;建立基于VMS的信息聯(lián)動(dòng)發(fā)布系統(tǒng)，根據(jù)交通事件對(duì)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(shí)現(xiàn)路側(cè)可變情報(bào)板的聯(lián)動(dòng)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(wù)APP軟件，實(shí)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(wù)區(qū)觸摸式查詢終端、基于WIFI的智能手機(jī)應(yīng)用等方式，提升服務(wù)區(qū)的信息服務(wù)能力和休閑娛樂(lè)功能。

3工程實(shí)例

2012年，河南省交通運(yùn)輸廳發(fā)布的《河南省交通運(yùn)輸信息化重大工程推進(jìn)方案》明確提出打造“智慧高速公路”的建設(shè)理念，并將全力推進(jìn)“智慧高速公路”建設(shè)工程。2014年，交通運(yùn)輸部原則同意了“京港澳高速公路駐馬店至信陽(yáng)段智能管控科技示范工程”實(shí)施方案。充分利用現(xiàn)有設(shè)施，研發(fā)高速公路智能管控系統(tǒng)，包括了高速公路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)、輔助決策支持系統(tǒng)、應(yīng)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(shí)現(xiàn)京港澳高速公路交通運(yùn)行狀態(tài)全方位動(dòng)態(tài)感知、科學(xué)決策支持、主動(dòng)交通安全管理和精細(xì)化的信息服務(wù)。

4結(jié)論

“智慧高速公路”是當(dāng)前高速公路發(fā)展的新理念和新模式，是推進(jìn)高速公路運(yùn)輸管理創(chuàng)新的重要抓手，是提升高速公路運(yùn)輸服務(wù)水平的有效途徑，也是推動(dòng)高速公路運(yùn)輸轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要支撐?！爸腔鄹咚俟贰钡暮诵尿?qū)動(dòng)力是通過(guò)深度的信息化來(lái)滿足高速公路管理和服務(wù)方式轉(zhuǎn)變的需求，其基本內(nèi)涵是：以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息通信技術(shù)的充分運(yùn)用為主線，以最大限度地開(kāi)發(fā)、整合和利用各類交通信息資源為核心，推動(dòng)現(xiàn)代信息技術(shù)與高速公路運(yùn)輸管理和服務(wù)全面融合，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式提升高速公路運(yùn)輸供給能力、運(yùn)行效率、安全性能和服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)人、車、物、路等有序、安全、高效、智慧的運(yùn)轉(zhuǎn)。

“智慧高速公路”管理平臺(tái)通過(guò)對(duì)各類交通運(yùn)行信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、匯集和分析，全面掌握高速公路的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高速公路運(yùn)行狀態(tài)的集中展示、輔助決策、應(yīng)急指揮和出行服務(wù)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(yīng)用案例。