“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是“智慧高速公路”的雛形，有利于改變當前的信息孤島現象，打通各種數據源之間的關聯，發現潛在事件鏈，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，從數據源、數據采集層、基礎技術支撐層、應用系統層、系統部署層等多方面闡述了高速公路智能管控系統總體架構。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象，打通各種數據源之間的關聯，發現潛在事件鏈，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，實現資源的最優化配置。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，是承載國家南北運輸的公路大動脈。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。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，最大限度地實現已有相關系統及組件的可重用性和可擴展性。盡量科學地展現示范工程的運行效果，以客觀、實際滿足業務應用需求為主導，應該充分考慮云計算、物聯網等新一代信息技術，圍繞“集成創新、管理創新和服務創新”，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，包括數據源、數據采集層、基礎技術支撐層、應用系統層、系統部署層等，以及安全保障體系、標準與研究體系（見圖1）。

1.1數據源

“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據源。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、收費站數據采集等。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相關基礎數據和專題數據。

1.2數據采集層

數據采集層是指從數據源采集的各類業務數據信息，包括視頻信息、交通流數據、交通氣象數據、交通事件數據、收繳費數據、應急管理及預警數據，路段地理位置信息、路段收費站點、沿線服務區，停車區、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的數據支撐層。

1.3基礎技術支撐層

基礎技術支撐介于數據采集層和物理應用系統之間，其功能是面向不同系統用戶，為本次項目數據集成、應用集成和用戶界面集成提供各類數據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，以企業服務總線（ESB）為核心，基于中間件技術，建立統一通信集成服務平臺，構建各級系統間的無縫集成，形成統一的體系結構和完整數據鏈，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）數據交換與共享平臺：包括數據ETL處理、數據存儲、數據共享、標準化處理、數據安全和大數據管理等。

（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，以滿足大數據分析及系統的快速訪問效果。

（4）統一通信服務平臺：為服務提供者和使用者提供一定程度的隔離。采用ESB技術，可以進行動態路由，并進行接口映射，有效地將異類基礎數據對象統一起來，提供即插即用的相關設計，從而有效地整合交通系統各類服務資源，對于需求各異的交通業務系統提供統一的通信服務支撐平臺。

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

1.4應用系統層

“智慧高速公路”管理平臺的開發應用應該由高速公路運行狀態監測與預警系統、高速公路輔助決策支持系統、高速公路應急指揮調度與處置系統、高速公路出行信息一體化發布系統等組成，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系統部署層

為了更好地發揮系統功能，在整合和部署上滿足部署環境、部署方式等不同部署需求。其中，從部署環境上滿足服務器虛擬化端、客戶端工作站、手持終端、服務區查詢終端等不同類型環境需求;從部署方式上根據用戶需求，提供C/S系統與B/S系統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相關硬件設備與軟件，構建安全保障體系，包括安全系統等。

2業務流設計

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

（1）信息采集：在全程斷面交通流檢測、全程視頻監控等監測系統基礎上，建立基于視頻的交通事件監測系統，實現對交通事件的自動識別和快速報警;基于專用短程通信（DSRC）的道路交通流數據獲取系統，實現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監測預警系統，實現對高速公路沿線氣象環境狀態的感知，以及低能見度、路面結冰預警等功能。

（2）信息監測與分析：開發高速公路運行狀態綜合評估與輔助決策支持系統，實現高速公路運行狀態的量化分析，并為高速公路日常業務管理、應急處置決策提供直觀、有效的數據分析依據。此外，建立設備運行維護管理系統，實現外場、機房設備，應用系統的運行狀態實時監測與管理。

（3）系統響應：通過開發主線交通均衡控制系統實現高速公路交通流均衡、穩定運行;通過建立霧區行車主動誘導系統，提升高速公路不良環境下的行車安全性;面向緊急事件應急處置的需求，研發應急指揮調度和處置系統，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，對發布信息進行管理、審核，并能為VMS、微博微信、手機APP或小區推送提供統一的信息來源和發布接口;建立基于VMS的信息聯動發布系統，根據交通事件對交通流影響衰減規律，生成面向地理信息的交通信息發布方案，實現路側可變情報板的聯動發布管理;借鑒微博微信等自媒體手段，研發交通信息服務APP軟件，實現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;利用服務區觸摸式查詢終端、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。充分利用現有設施，研發高速公路智能管控系統，包括了高速公路運行狀態監測與預警系統、輔助決策支持系統、應急指揮調度和處置系統、一體化的信息發布系統等，實現京港澳高速公路交通運行狀態全方位動態感知、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”是當前高速公路發展的新理念和新模式，是推進高速公路運輸管理創新的重要抓手，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型發展的重要支撐。“智慧高速公路”的核心驅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變的需求，其基本內涵是：以物聯網、云計算、大數據、移動互聯網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、整合和利用各類交通信息資源為核心，推動現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、安全性能和服務質量，實現人、車、物、路等有序、安全、高效、智慧的運轉。

“智慧高速公路”管理平臺通過對各類交通運行信息的動態監測、匯集和分析，全面掌握高速公路的運營狀態，實現高速公路運行狀態的集中展示、輔助決策、應急指揮和出行服務發布等，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。