淺談高速公路數(shù)字化管控系統(tǒng)建設(shè)

楊 函（四川廣巴高速公路有限責(zé)任公司）

淺談高速公路數(shù)字化管控系統(tǒng)建設(shè)

楊 函（四川廣巴高速公路有限責(zé)任公司）

本文圍繞著如何進(jìn)一步提高高速公路的運(yùn)營(yíng)管理水平，從感知層、網(wǎng)絡(luò)層、支撐層、應(yīng)用層由下至上的整套高速公路公路數(shù)字化運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，并提出了如何建立統(tǒng)一的運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)提出了一些思路。

高速公路；運(yùn)營(yíng)管理；數(shù)字化；前端智能設(shè)備

1 引言

傳統(tǒng)的高速公路管理一般都基于高速公路機(jī)電系統(tǒng)，即通信、收費(fèi)、監(jiān)控三大系統(tǒng)[1]。高速公路的建設(shè)周期跨度很長(zhǎng)，而公路運(yùn)營(yíng)監(jiān)控和管理的技術(shù)也是不斷在發(fā)展，而且發(fā)展的速度還非常快，這就導(dǎo)致了在各個(gè)時(shí)期的道路建設(shè)中存在各種各樣參差不齊的技術(shù)，出現(xiàn)了系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，模數(shù)混合，管理難度大，運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大的問題。

面對(duì)高速公路建設(shè)的快速的發(fā)展，作為高速公路的運(yùn)營(yíng)管理者迫切急需一套標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的、技術(shù)先進(jìn)的運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，來提升其管理的便捷性和有效性。

2 國(guó)內(nèi)高速公路發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的高速公路發(fā)展比西方發(fā)達(dá)國(guó)家晚近半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，從80年代末開始起步，經(jīng)歷了80年代末至1997年的起步建設(shè)階段和1998年至今的快速發(fā)展階段。在改革開放初期，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路客貨運(yùn)輸量急劇增加，公路交通長(zhǎng)期滯后所產(chǎn)生的的后果充分暴露出來，特別是主要干線公路交通擁擠、行車緩慢、事故頻繁。為改善主要干線公路交通緊張狀況，緩解公路交通的瓶頸制約。自1988年我國(guó)大陸首條高速公路滬嘉高速公路建成通車以來，經(jīng)過20多年的持續(xù)快速發(fā)展，我國(guó)高速公路通車總里程實(shí)現(xiàn)了歷史性跨越，截至2015年末，我國(guó)高速公路總里程達(dá)到12萬(wàn)km，位居世界第一位，近十年來年均增長(zhǎng)率在10%以上，當(dāng)前的絕對(duì)增量依然強(qiáng)勁。

圖1 我國(guó)高速公路通車?yán)锍碳霸鲩L(zhǎng)趨勢(shì)

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高速公路管控系統(tǒng)以高可靠性、高效率的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與通信技術(shù)為基礎(chǔ)，講高速公路管控系統(tǒng)劃分為感知層（設(shè)備層）、網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)支撐層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層四個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)[2～4]，如圖2所示。

（1）感知設(shè)備層：標(biāo)準(zhǔn)化的前端智能設(shè)備，采集最原始的數(shù)據(jù)，區(qū)域控制器（PLC）是在自動(dòng)化控制領(lǐng)域比較重要的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，攝像機(jī)作為管理人員現(xiàn)場(chǎng)的“眼睛”更是能直觀了解現(xiàn)場(chǎng)的交通情況；緊急電話和廣播作為在緊急情況下的一種音頻呼叫和提醒司乘人員的技術(shù)手段也是比較重要的。

（2）網(wǎng)絡(luò)層：后端與感知設(shè)備層通信的物理通信系統(tǒng)和介質(zhì)；目前采用基本都是工業(yè)級(jí)的，具備千兆數(shù)據(jù)傳輸能力的系統(tǒng)和設(shè)備，同時(shí)，隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，安全的無(wú)線通信業(yè)逐步應(yīng)用到高速公路管控中來，如認(rèn)證式的WiFi，345G基于蜂窩的無(wú)線通信技術(shù)，帶寬也能達(dá)到使用要求。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（3）支撐層：作為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)構(gòu)件，為上層運(yùn)用提供基礎(chǔ)服務(wù)和數(shù)據(jù)來源。

①數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)：包括關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)等；

②消息服務(wù)系統(tǒng)：高速公路管控系統(tǒng)中比較重要的一點(diǎn)就是數(shù)據(jù)采集，一方面是對(duì)前端智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，另一方面是對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的收集作為管理和決策的依據(jù)。因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性有一定要求，而采集的設(shè)備或系統(tǒng)都是分布在不同的地點(diǎn)，采用目前比較受歡迎的分布式消息隊(duì)列系統(tǒng)也是一種不錯(cuò)的選擇。針對(duì)遠(yuǎn)過程調(diào)用可以采用Facebook的Thrift來實(shí)現(xiàn)；

③大數(shù)據(jù)計(jì)算分析：Hadoop、Spark、Storm都是現(xiàn)在比較流行的大數(shù)據(jù)計(jì)算分析框架，對(duì)于高速公路運(yùn)營(yíng)管理，越到頂層匯聚的數(shù)據(jù)也會(huì)越多，面對(duì)龐大的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，如何發(fā)揮其價(jià)值也成為目前的一個(gè)技術(shù)運(yùn)營(yíng)的難點(diǎn)，引入大數(shù)據(jù)計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)離線和在線的數(shù)據(jù)分析，為運(yùn)營(yíng)管理提供數(shù)據(jù)發(fā)展的趨勢(shì)，以供決策分析使用。

（4）應(yīng)用層：業(yè)務(wù)管理和日常管理系統(tǒng)，是直接面向運(yùn)營(yíng)管理者的應(yīng)用功能。

①信號(hào)控制：交通、通風(fēng)、照明的信號(hào)控制，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)協(xié)議對(duì)交通信號(hào)燈、車道指示器、風(fēng)機(jī)、卷簾門等設(shè)備的控制；

②環(huán)境監(jiān)測(cè)：隧道內(nèi)一氧化碳、能見度監(jiān)測(cè)，洞外亮度、氣象的監(jiān)測(cè)為機(jī)電控制系統(tǒng)提供控制依據(jù)；

③緊急電話及廣播：為司乘人員提供一種與管理人員聯(lián)系的途徑（緊急電話），同時(shí)也給管理者提供一種將信息傳達(dá)給司乘人員的途徑（廣播），系統(tǒng)基于IP的標(biāo)準(zhǔn)的SIP協(xié)議開發(fā)，能無(wú)縫接入符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，同時(shí)為系統(tǒng)互聯(lián)互通打下基礎(chǔ)，降低運(yùn)營(yíng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；

④視頻監(jiān)控：視頻監(jiān)控是最常用的現(xiàn)行的管理手段，也是能直觀地了解交通現(xiàn)場(chǎng)情況的方式，視頻監(jiān)控的技術(shù)已從模擬發(fā)展到數(shù)據(jù)，圖像質(zhì)量也從標(biāo)清發(fā)展到4K甚至更高的清晰度，過渡期會(huì)存在很多平臺(tái)在現(xiàn)實(shí)管理中使用，給管理帶來不便。系統(tǒng)采用國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)接老舊系統(tǒng)，新建系統(tǒng)必須按照標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)（如公安部的《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》（GB/T28181-2011），交通部的《公路網(wǎng)圖像信息管理系統(tǒng)平臺(tái)互聯(lián)技術(shù)規(guī)范》（GB/T28059-2011），國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ONVIF等），打破設(shè)備廠家的壟斷，充分利用現(xiàn)有的老舊設(shè)備，降低系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；

⑤信息發(fā)布：將管控系統(tǒng)匯聚的綜合交通數(shù)據(jù)，并將路況、施工、惡劣天氣等信息通過路測(cè)或門架情報(bào)板告知司乘人員[5]；

⑥設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)：通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就網(wǎng)絡(luò)通信狀況、工作狀況實(shí)時(shí)檢測(cè)，為系統(tǒng)正常運(yùn)行保駕護(hù)航；

⑦用戶管理：為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的用戶管理權(quán)限管理系統(tǒng)，同一用戶在授權(quán)的前提下憑一個(gè)用戶和密碼能夠使用不同的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路管控系統(tǒng)建設(shè)和功能完善是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，也是一個(gè)建立統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管理體制并不斷積累經(jīng)驗(yàn)的過程。必須盡可能地從頂層設(shè)計(jì)開始，按照統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐步分期建設(shè)，保持各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立和穩(wěn)定，又能保證整個(gè)管控系統(tǒng)的資源共享，一方面是便于使用，另一方面是為了便于決策分析。縱覽全國(guó)各省份的高速公路運(yùn)營(yíng)管理基本存在的問題都是一致的，首先多家高速公路建設(shè)與管理公司并存，各種先進(jìn)設(shè)備分散且多樣而導(dǎo)致的自動(dòng)化程度不高，運(yùn)營(yíng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大，所以建設(shè)一個(gè)先進(jìn)的、可用的高速公路運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)是有必要的。在建設(shè)系統(tǒng)的同時(shí)，還要健全相應(yīng)的管理制度，完善管理體制，提高管控水平和增強(qiáng)服務(wù)意識(shí)[1]。

[1]俞佳飛，徐建閩，胡郁蔥.廣東省高速公路運(yùn)營(yíng)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì).交通信息與安全，2004，22（3）：64～67.

[2]段偉常.高速公路運(yùn)營(yíng)管理信息系統(tǒng)的建設(shè).交通信息與安全，2003，21（5）：97～99.

[3]高永峰.對(duì)我國(guó)高速公路運(yùn)營(yíng)管理的思考.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2003（6）：63～64.

[4]賈元華，康彥民，王志強(qiáng).高速公路運(yùn)營(yíng)管理信息化建設(shè)及方案探討.北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，19（2）：186～187.

[5]符 君.高速公路交通誘導(dǎo)信息發(fā)布的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn).科技傳播，2014（10）.

TP311.52

A

2095-2066（2016）24-0197-02

2016-8-16

楊 函（1978-），男，工程師，本科，主要從事機(jī)電工程及網(wǎng)絡(luò)安全工作。