基于云計算的智慧高速公路運營中心研究與設計

陳海天

摘要：為了可以更好地完成高速公路收費、維護管理和安全管理等工作，文章主要分析了基于云計算的智慧高速公路運營中心研究與設計，建立智慧高速公路運營技術平臺，更加快速并精準地完成高速公路的收費、維護管理和安全管理等工作，可為建設智慧高速公路提供參考。

關鍵詞：交通;高速公路;云計算

中圖分類號：U412.366 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.049

文章編號：1673-4874（2019）10-0179-04

0引言

在我國交通行業的不斷發展中，高速公路作為其中重要的基礎設施，發展更為迅速。根據數據顯示，截至2018年，我國的高速公路總長就已經達到了13.6萬km。高速公路的快速發展也為我國運輸服務業提供了強勁的發展動力，從而提高了國內經濟的發展速度。

在不斷發展的過程中，針對國內的高速公路，已經設立了各項分工明細的部門，如收費中心、監管中心等，這些部門與互聯網深度相結合，建立了較為完善的數據庫和服務器，并且完善了其中的多種應用功能。隨著互聯網、云計算、GOS+BOM等技術的不斷進步，對于如何建立智慧高速公路運營中心也逐漸被人們所重視。

1 基于云計算的智慧高速公路網運營中心框架研究

1.1 云計算架構與傳統IT架構的比選

隨著云計算的不斷發展，各國對于云計算的重視程度也在持續增加。在2015年，黨中央與國務院共同發布了《國務院關于促進云計算創新發展培育信息產業新業態的意見》，表示將全力增強云計算服務能力，提高云計算自主創新能力以及大數據的開發利用。在2017年，云計算就已成功在重點領域占據了一定的地位，并形成了較為完善的產業鏈條和發展格局，加快了相關行業的發展。

我國工信部也在2017年提出了《云計算發展三年行動計劃》，并表示在未來將從提升技術水平、增強產業能力、推動行業應用、保障網絡安全、營造產業環境等多個方面，推動云計算的健康快速發展。同時，使用科學可靠的解決方案，進一步保障云計算的發展環境，推動核心技術的發展，使云計算服務能力達到國際的領先地位。

在國內IT技術不斷進步的推動下，越來越多行業開始應用IT技術。但在傳統的IT基礎框架下，存在著資源匱乏、工作人員忙：于補救與部署工作這兩種不良情況，技術的復雜程度也不斷提高，從而拖延了應用的上線時間。

為順應時代發展，彌補傳統工廠基礎框架的缺點，我國成功建立了完善的云計算框架。這項技術是通過采用多云處理器進行系統設計，并運用更為完善的管理方案，完成對系統的集中管理，從而達到優化設計、提高資源使用率、降低服務器租用價格、推動行業發展等目的。云計算架構系統拓撲圖如圖1所示。

通過數據分析，與傳統IT基礎框架相比，云計算框架具有資源有效利用、降低成本等各項優點。因此，將云計算框架運用到高速公路這一行業中，有著重要的發展意義。

1.2 基于私有云的智慧高速公路運營中心框架設計

目前，我國已成功建立了高速公路網運營中心，包含收費、稽查、監測等多種業務，但由于其功能具有種類多、用戶多、計算多等特點，所以其業務具有獨有性，建立基于私有云的智慧高速公路運營中心就有著重要的意義。完善建立私有云智慧高速公路運營中心需要分層次，如分為基礎設施層、云服務層以及運維業務支撐層等。

基礎設施層，其主要包含服務器、網絡和存儲這些基礎設施，并運用這些基礎設施搭建出云平臺的物理環境?；A設施層的主要作用是通過虛擬化等技術，使服務器、儲存以及網絡虛擬化構建各類資源池，滿足基礎服務。

云服務層是指在云平臺中主要作為云計算中心的接口與平臺。云服務層在云平臺中主要承擔計算與分析等功能，可以為用戶提供更加完善的服務。

2 智慧高速公路網運營中心的計算、網絡及儲存資源池設計

2.1虛擬化計算設計

虛擬化計算，主要是通過對資源性質進行轉換，使物理資源轉化為邏輯性質，再進行計算。在運算過程中通過將服務器進行虛擬化，使一臺服務器演化咸多臺或幾十臺的虛擬化服務器，從而形成資源池，降低物理條件的限制，提高資源的有效利用，增強計算能力。

2.2 虛擬化網絡設計

虛擬化網絡主要是通過分布式虛擬交換機進行建立的，其中分布式交換機主要是起到了與各臺主機相互連通的鏈接作用。分布式交換機的兩端分別與虛擬機和物理以太網適配器相連，形成了網絡的互通，同時也建立了主機與虛擬機之間的聯系。

2.3 虛擬化儲存設計

虛擬化儲存設計主要將存儲設備轉化為數據儲存，并且仍然作為儲存容器，即將虛擬機轉化為一組文件儲存在數據存儲中。其中數據儲存是邏輯性的儲存容器，可以將存儲在其內部的存儲設備特點掩蓋，并準備相同的模型進行虛擬機文件儲存。

在高速公路的運營中心中所需要的數據可以分為結構化與非結構化數據。在虛擬化存儲中，兩種數據需要采用不同的方式進行存儲，其中結構化數據可以采用磁盤陣列系統作為存儲資源池進行存儲。而非結構化數據則需要將元數據和真實數據分開，形成分布式的存儲方式。虛擬存儲池由多臺物理設備的存儲空間組合而成，可以提高存儲的利用率，提供更好的服務。虛擬化資源池示意圖如圖2所示。

2.4 云管理系統設計

云管理系統在智慧高速公路運營中心中，主要負責對云資源、云服務、監控等方面進行管理工作。

其中云資源管理是對于各種性質的資源進行統一收集管理，并進行池化工作。運用服務器、網絡以及存儲等自動化工具，將已經收集到的資源轉化為統一的接口，可以實現對各項資源的管理與分配工作。

云服務管理則是為各類用戶提供訪司的通道與接口，可以使用戶實現對于資源的查看、運用與管理等操作。同時云服務管理也為云服務的請求過程進行統一管理，并將各項服務內容進行科學及系統的定義和規劃。

3 智慧高速公路運營中心目標及功能設計

3.1智慧高速公路運營中心實現目標

為建立更加完善的智慧高速公路運營中心平臺，需要建立一個完善的地理信息數據庫，其建立方式主要運用二維與三維模型。完善的地理信息數據庫，與GIS網絡相結合，運營中心將具有全面的信息數據以及完善的業務這兩個優點。同時，也可以達到以下發展目標：

（1）基于GIS網絡，實現對路線、收費統計、監管、數據統計等進行展示。

（2）根據不同的出入口和標識站，建立一個費用的函數模型，并根據網絡拓撲架構圖和出入口車道與標識站的流水，進行綜合計算，計算出車輛的行走路線和精確費用額度，并根據相關的規定，實施下發或降級的處理方案。

（3）可以實時監測到指定時間和地點的車流量、車牌照等信息數據。

（4）可以清晰地查看到高速公路中收費站或管理中心等部門清分數據。

（5）可以展示出車道與標識站這些地點中所運行的設備狀況以及各種緊急信息。

3.2 功能分析

智慧高速公路運營中心具有收費、清分、結算等功能，以下對其中不同系統所具有的功能進行簡要分析。

智慧高速公路運營中心為可以更好地進行業務應用，建立以收費車道、清分結算中心以及管理中心組成的三層框架結構。其主要過程是在收費車道采集信息數據，之后傳輸到清分結算中心，清分結算中心進行統計、分析及檢查，并將一定的權限分配給收費車道，收費車道可以通過權限查詢相關數據。其中收費車道所收集的數據主要是通過規定的專線與清分結算中心進行數據傳輸，清分結算中心與管理中心則通過專網進行數據的流通。這種三層框架結構的工作流程，實現了數據的流通與共享。

清分結算中心的子系統是由各種不同功能的模塊所構成，如報表統計、數據儲存、信息發布、網絡管理等。

收費車道子系統主要是對各種信息數據的收集和實時管理，但因為車道種類的不同，其收集的數據和管理功能也存在不同。如ETC車道中的子系統主要包含了自動扣費、車道設備管理、特情處理等模塊。而MTC車道子系統則包含牌照信息搜集、收費、系統運行參數等模塊。收費車道子系統還有一個重要的監測系統，即交通流及設備設施監測系統，其主要作用之一是對收費車道所收集的信息，如車臉圖片、牌照識別數據等數據進行深層次挖掘，在數據挖掘后，可以得出車輛軌跡分析、反推稽查等數據分析的結果。另一主要作用是對設備設施的監測，主要針對收費車道中的車道設備、標識站和清分結算中的軟硬件進行實時的監控，及時發現突發事件，并在突發事件發生后可以及時檢測，并交與相關部門進行處理，從而快速恢復正常工作。

3.3 智慧高速公路運營中心性能要求

雖然智慧高速公路運營中心平臺具有眾多軟件功能，但這些功能需要達到一定的標準：

（1）系統至少可以滿足并發用戶數上達到200個以上。

（2）系統可以實現同時計算在多條路徑上至少70萬的車輛，并可以在費額下發過程中<5S。

（3）在本地、路段中心以及收費站這三處進行對收費系統的查詢，都可以快速調查，延遲時間<2S。

（4）應用地理信息數據庫中的3D模型，如收費站等，其反應時間≤10S。

4 結語

在近些年的發展中，高速公路行業融入了各種先進的科學技術，具有完善的數據庫與服務器。但在科學技術不斷創新的大環境下，如云計算、GIS網絡等的發展，對傳統的高速公路事業提出了新的挑戰，只有正確地認識到智慧高速公路運營中心這一理念，科學合理地運用先進的云計算、GIS技術，才能更好地實現高速公路行業的不斷發展和進步。