黑龍江省高速公路聯網監控系統升級改造方案研究

許征帆

黑龍江省交通信息通信中心 哈爾濱 香坊 150081

1 網絡現狀及存在的問題

2004年10月2日，黑龍江省實現了以哈爾濱為中心、以外環高速公路為樞紐，連接綏滿公路哈爾濱大慶段高速公路、哈伊公路呼蘭綏化段高速公路、綏滿公路哈爾濱尚志段高速公路、同三公路哈爾濱拉林河省界高速公路網聯網收費，聯網里程約473公里。省聯網中心于2004年建成并正式投入運營使用，建成后從未進行改造。

目前，省聯網中心的局域網，以功能分區劃分為子網，分別是：收費業務管理系統、拆賬清分管理系統、IC卡發行管理系統、網絡管理、對外信息服務系統等幾個計算機子網。每個子網均設置了一臺以太網交換機，通過以太網口與兩臺核心以太網交換機連接，構成本地收費局域網。各路段與省聯網中心之間通過路由器構成廣域網。省聯網中心設置兩臺核心路由器接收底端收費站上傳的數據。收費站配置1臺路由器，提供2個2M接口：一個接口與路段分中心路由器連接，另一個2M與省聯網中心核心路由器連接。每個路段收費分中心設置1臺路由器，分別通過2M通道與收費站連接，另外再通過2個10/100M通道分別與管理中心的2個核心路由器連接。聯網收費系統通過以上方式構成了計算機網絡平臺。

表1 網絡平臺主要設備情況統計表

如上表所示，原中心設置了2 套CATALYST 4507核心交換機,作為網絡平臺的核心交換設備，設置了2套CISCO7513核心路由器，作為網絡平臺的核心節點設備。核心交換機和核心路由器組成了原管理中心的網絡平臺骨干設備。以上網絡構成方式基本合理，但存在2M數量眾多，傳輸帶寬并不高等問題，因此需要根據技術的發展進行完善。

2 系統網絡改造設計

省聯網中心配置兩臺新的核心以太網交換機，以雙歸屬方式通過萬兆通道相連接構成，它們互相分擔負載、互為備份，構成省聯網中心計算機網絡主干。兩臺骨干以太網交換機通過ISL互連，它們具有完全相同的配置，互相分擔負載、互相備份，減少主干的單點故障并保證網絡骨干的傳輸性能，同時每臺交換機采用冗余系統引擎和冗余電源配置，保證網絡核心的高可用性。

省聯網中心的各接入層業務子網（服務器及存儲子網、網絡管理子網、交通監控子網、視頻監視子網、決策支持子網、對外服務子網、收費業務管理子網、IC卡票證管理子網、內部查詢子網、辦公自動化子網）將通過千兆接口連接到兩個骨干以太網交換機上。

在核心以太網交換機上通過VLAN劃分技術將各接入層功能子網劃分為多個相互隔離的VLAN，保證了各分系統數據的安全和獨立，同時通過核心以太網交換機的第三層交換，提供各功能子網之間互相通信的能力，對于功能子網間的數據訪問，可通過第三層的訪問控制進行安全控制，保證功能子網之間只有合法的訪問被允許，而非法的功能子網間訪問則無法通過第三層進行交換。

省聯網中心的全局服務器以萬兆分別接入兩臺萬兆光口以太網交換機上，再通過萬兆接口與核心以太網交換機進行雙歸屬連接，保證各子網快速訪問。網絡平臺與“一環五射”舊路收費站連接使用的是2M通道，而“一環五射”舊路改造要將2M通道改造為10/100M通道，同時區域管理中心的數據傳輸通道改造也為10/100M通道。改造后的傳輸通道直接接入本中心新核心路由器。但原核心路由器上的2M接口較為混亂，目前無法將接口與收費站一一對應起來。所以本方案可以待“一環五射”舊路改造時，收費站通信接口升級成10/100M通道后，原核心路由器將逐步淘汰，而現階段這兩臺核心路由器暫時保留。

此外，還預留了如ETC系統的其他系統接口，方便高速公路內部子網的擴展。其他系統可以通過其以太網交換機以雙歸屬方式通過千兆接口與省聯網中心的兩臺核心以太網交換機相連。

3 監控系統改造方案

省聯網監控中心采用核心以太網＋業務子網的組網方式，在省聯網監控中心設置2臺核心以太網交換機，各個接入層子網如交通監控子網、視頻監控子網、決策支持子網、服務器及存儲子網、對外服務子網等分別為一個相對獨立的子網，交通監控子網、視頻監控子網、決策支持子網和對外服務子網的以太網交換機均通過千兆網口分別與兩臺核心以太網交換機相連；服務器及存儲子網的兩臺以太網交換機分別通過萬兆光口與兩臺核心以太網交換機相連。核心以太網交換機則通過核心路由器及SDH干線傳輸系統與局監控中心和BOT項目路段監控中心相連，實現與局監控中心和BOT項目路段監控中心的通信傳輸。

大屏幕拼接顯示系統設備則直接接入視頻監控子網，以方便顯示和控制。

這樣，在省聯網監控中心，通過核心交換機，省聯網監控中心交通監控、視頻監控、決策支持、對外服務子系統設備、大屏幕拼接顯示子系統設備共同構成了一個綜合的監控系統網絡，與局監控中心及各路段監控中心以及下屬監控機構構成了監控廣域網。

1）交通監控子系統

交通監控子系統由1臺千兆以太網交換機、1套交通監控服務器（容錯服務器）、1套數據存儲陣列、2臺交通控制工作站、1臺圖形工作站、1臺信息查詢工作站、1臺系統管理工作站、1臺激光打印機、1臺彩色噴墨打印機、1套KVM切換器、2套LED顯示屏等設備以及相應的系統軟件和應用軟件組成。

服務器和存儲陣列通過萬兆光口接入服務器及存儲子網以太網交換機，其他設備（工作站、打印機等）則通過千兆網絡接口接入交通監控子網以太網交換機，構成交通監控子網，交通監控子網以太網交換機再通過千兆網絡接口分別與兩臺核心以太網交換機相連。

為了方便值班員的日常監控操作，在省聯網監控中心設置一套矩陣式KVM切換設備，該設備由一套矩陣式KVM切換器和若干臺控制終端組成。該系統可實現4臺控制終端同時獨立控制16臺工作站。其中矩陣式KVM切換器同時與交通控制工作站、圖形工作站、信息查詢工作站等相連，4臺控制終端再與KVM切換器相連，每臺控制終端再連接1套鼠標、1套計算機鍵盤、1臺液晶顯示器。在日常值班室，值班員在任意一臺控制終端前，都可切換顯示和控制任意一臺連接到矩陣式KVM切換器上的計算機主機。

2）視頻監控子系統

視頻監控子系統主要由1套視頻監控子網以太網交換機、1套視頻管理服務器、1套視頻存儲陣列、2臺視頻監控工作站、11臺視頻解碼節點設備（4路標清）、2臺視頻解碼節點設備（4路高清）、2臺22'液晶主監視器等組成。其中視頻監控子網以太網交換機利用原有的核心以太網交換機；8臺視頻解碼節點設備（4路標清）利用原有設備。

視頻管理服務器及視頻存儲陣列通過萬兆光口分別接入服務器及存儲子網以太網交換機，其他設備（工作站、打印機等）則通過千兆網絡接口接入視頻監控子網以太網交換機，構成視頻監控子網，實現視頻的存儲、管理、解碼輸出及網上視頻瀏覽等；視頻監控子網以太網交換機再通過千兆網絡接口分別與兩臺核心以太網交換機相連。

視頻監控子系統通過核心以太網交換機及通信系統提供的1000M傳輸通道與局監控中心/BOT項目路段監控中心相連。向局監控中心/BOT項目路段監控中心發布切換控制命令，完成圖像的切換上傳、切換輸出控制等操作。

3）大屏幕投影子系統

大屏幕拼接顯示子系統主要由液晶顯示屏、多屏拼接控制器、工作站、RGB矩陣切換器、RGB長線驅動分配器等構成；多屏拼接控制器通過10/100M接口與省聯網監控中心視頻監控子網以太網交換機相連；拼接控制工作站通過1000M接口與省聯網監控中心視頻監控子網以太網交換機相連。從視頻監控系統的視頻解碼節點設備解碼出40路標清視頻和8路高清視頻接入多屏拼接控制器，經拼接處理后進入大屏幕拼接顯示屏顯示。同時，在省聯網監控中心各工作站上也可通過RGB長線驅動分配器將局域網內工作站顯示器的畫面分配出來，通過RGB矩陣切換器切換出8路RGB信號，接入多屏拼接控制器上，與視頻、圖形等內容綜合拼接顯示。實現對省聯網監控中心視頻、計算機顯示畫面、電子地圖等信息的綜合拼接放大顯示，形成一個查詢準確、顯示全面、操作便捷、管理高效、美觀實用的綜合顯示系統。

4）決策支持子系統

決策支持子系統主要由1臺決策支持子網千兆以太網交換機、1臺決策支持工作站、1臺顯示控制工作站、1套視頻解碼節點設備（4路高清）、4套55”液晶顯示屏、1套多屏拼接控制器、1套RGB矩陣切換器、2套RGB長線驅動分配器等組成。

由于該系統服務級別較高，因此該系統不單獨設置服務器，但可以調用交通監控服務器和視頻管理服務器里的相關數據和視頻。

決策支持工作站和顯示控制工作站均通過千兆網絡接口介入決策支持子網以太網交換機，通過軟件調用各種數據，進行統一處理分析，實現調度指揮。

液晶拼接屏主要用于對上傳的視頻以及決策支持工作站的顯示畫面進行拼接放大顯示。根據顯示的需要，采用2×2×55'液晶拼接顯示屏，從1臺視頻解碼節點設備解碼出4路高清視頻接入液晶拼接顯示屏。另外在決策支持工作站及顯示控制工作站設一套VGA信號分配器，分配出工作站的顯示器信號，轉換為RGB信號輸入RGB矩陣切換器，可切換輸出1～4路計算機圖形信號接入液晶拼接顯示屏，與視頻信號一起拼接放大顯示。

4 結束語

本方案著重說明了黑龍江省高速公路聯網監控系統的改造，通過此方案可以對道路信息、交通流信息、氣象信息、設備運行等信息實現三個等級的監控和管理，整個系統功能更完善、信息數據的利用更廣泛，對我省整體改造提供了價值的幫助。

[1]黑龍江省高速公路聯網收費系統規劃設計要求,2004

[2]李亞強,周宏,錢旻旻.高速公路聯網收費系統的管理和維護[A].第一屆全國公路科技創新高層論壇論文集智能交通與機電工程卷[C],2002年

[3]穆東.國外高速公路如何收費[J].黨政論壇(干部文摘),2011年8期