高速公路智慧服務區(qū)信息化建設技術分析

易善斌

（中交建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司，河北 石家莊 050091）

引言

目前，高速公路服務區(qū)的管理模式已經(jīng)不能適應當前高速公路的發(fā)展速度，需要作出改變，實現(xiàn)準確的信息合成，將每一個服務區(qū)聯(lián)系在一起，因此，服務區(qū)域的信息化已成為熱點課題，以便不使服務區(qū)域成為信息孤島[1-3]。同時，從全國各地的信息建設看，總體發(fā)展特征和區(qū)域特征已逐步形成。因此，建設現(xiàn)代化的高速公路服務區(qū)必不可少[4]。結合現(xiàn)代網(wǎng)絡技術，運用軟件開發(fā)，將目前的計算機技術運用到高速公路的服務區(qū)中，旨在提供更加方便的出行體驗。

1 分布式數(shù)據(jù)庫技術

目前社會已經(jīng)進入大數(shù)據(jù)時代，服務區(qū)分布廣，需要建立全面的數(shù)據(jù)庫，加強各個服務區(qū)的聯(lián)系和數(shù)據(jù)庫共享。面對這個的大數(shù)據(jù)時代，原始的集中式數(shù)據(jù)庫不能滿足時代發(fā)展的要求，需要考慮新的方法進行維護和治療，而分布式數(shù)據(jù)庫正在緩慢地提出和使用。與大多數(shù)現(xiàn)有的集中式數(shù)據(jù)庫相比，分布式數(shù)據(jù)庫在生產(chǎn)中具有更多功能：（1）分布式數(shù)據(jù)庫有很好的擴展性能。原始數(shù)據(jù)庫中從未提供過此功能。數(shù)據(jù)存儲過程具有更多顯著特征。（2）有許多成本的增加。在大數(shù)據(jù)應用階段，假設選擇了舊數(shù)據(jù)庫，則在容量擴展過程中會浪費大量金錢，從而導致成本的支出上升，但是收成的影響相對較小，但是分布式數(shù)據(jù)庫可以以較低的成本提供容量擴展操作，并具有更突出的功能。（3）分布式數(shù)據(jù)庫為用戶提供了更多功能。服務區(qū)可以使用諸如分布式數(shù)據(jù)庫之類的功能，這些功能使存儲，組織和分析大數(shù)據(jù)變得更加輕松快捷。

對于大數(shù)據(jù)，在存儲和整理數(shù)據(jù)方面使用較多的是分布式數(shù)據(jù)庫法。分布式數(shù)據(jù)庫法范圍廣，使用效率高，深受大家喜愛。分布式數(shù)據(jù)庫法為搜索操作提供了更好的功能，并且可以使用更多功能，例如，存在自助數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。這種類型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常需要面對更大的客戶群，并且很有可能存在并發(fā)訪問。因此，分布式數(shù)據(jù)庫法內(nèi)的并發(fā)可以提供控制功能。根據(jù)對當前情況的調(diào)查，了解了對于分布式數(shù)據(jù)庫，最多可以有200個人同時完成一次查詢信息的操作。當搜索少于1億個數(shù)據(jù)時，分布式數(shù)據(jù)庫工具可以控制2 h內(nèi)的操作延遲。假設需要搜索約2億個數(shù)據(jù)，則分布式數(shù)據(jù)庫可以縮短搜索時間，并控制在40 min內(nèi)。綜上所述，分布式數(shù)據(jù)庫在搜索過程中起著主導作用。

分布式數(shù)據(jù)庫法在數(shù)據(jù)加載方面有較強的優(yōu)勢，這是其獨有的數(shù)據(jù)處理手段。考慮到當前大數(shù)據(jù)的趨勢，更改數(shù)據(jù)加載操作的效果非常方便，因此，分布式數(shù)據(jù)庫方法可以在此領域更具有效性，這也是積極使用分布式數(shù)據(jù)庫技術的關鍵因素之一。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，分布式數(shù)據(jù)庫方法可以完成約30億個匯總數(shù)據(jù)，并且可以將單個節(jié)點的負載速度保證在15 000 s以內(nèi)。每月統(tǒng)計數(shù)據(jù)每月可以超過300億個項目，并且單個節(jié)點在加載數(shù)據(jù)過程中的效率可以超過每秒55 000個項目，這也是取得良好效果的具體標志。分布式數(shù)據(jù)庫的結構見圖1。

圖1 多主節(jié)點雙向復制的分布式數(shù)據(jù)庫結構

2 大數(shù)據(jù)分析技術

全面的服務區(qū)管理平臺需要分析來自每個服務區(qū)管理平臺的數(shù)據(jù)。建立服務區(qū)管理平臺需要有三個子系統(tǒng)：大數(shù)據(jù)預覽平臺，大數(shù)據(jù)顯示平臺和運營數(shù)據(jù)分析平臺，因此服務區(qū)管理需要應用大數(shù)據(jù)分析技術。

Python技術目前包括許多技術，涵蓋基于Python技術的Scikit-learn和Tensorflow框架。大規(guī)模大數(shù)據(jù)的維護需要以分布式存儲和分布式計算為中心的大數(shù)據(jù)分析。作為一種彈性分布式計算技術，Spark可以應用于大數(shù)據(jù)操作。 Spark框架支持用戶在群集內(nèi)存中加載和存儲數(shù)據(jù)。這對于算法處理特別有用，因為分析操作可以重復很多次。Spark框架技術可以使用HDFS以分布式方式存儲大數(shù)據(jù)，以完成集群中的分布式計算。Python和Spark的結合使您可以使用HDFS以分布式方式存儲大量數(shù)據(jù)，甚至可以在群集（僅適用于Sparkstand，Hadoop YARN，Mesos）上運行分布式計算。

作為一個大數(shù)據(jù)存儲和處理平臺，Hadoop提供了極大的靈活性，經(jīng)濟性，可伸縮性和可靠性。借助分布式文件系統(tǒng)，Hadoop可以通過一臺服務器分發(fā)到數(shù)千臺服務器。mashup體系結構的完整數(shù)據(jù)處理引擎技術能夠?qū)Y構化、非結構化、半結構化的數(shù)據(jù)執(zhí)行融合存儲以及統(tǒng)一查詢，其中結構化、半結構化數(shù)據(jù)兩者存儲于MPP數(shù)據(jù)庫，而非結構化數(shù)據(jù)則存儲于系統(tǒng)上的分布式文件中，因此符合多源異構大數(shù)據(jù)的存儲要求。在mashup體系結構結構中MPP計算引擎負責結構化大數(shù)據(jù)計算任務，Hadoop計算引擎則負責非結構化/半結構化大數(shù)據(jù)的計算任務。大數(shù)據(jù)混搭存儲平臺的內(nèi)部結構基于集成的Spark計算引擎MPP超大型集群融合Hadoop Hive。大數(shù)據(jù)處理子平臺提供了統(tǒng)一的計算模型，統(tǒng)一的訪問接口，統(tǒng)一的管理配置，針對上層應用程序的統(tǒng)一安全保證以及與Spark的緊密集成。內(nèi)置MPP數(shù)據(jù)庫+Hadoop完整數(shù)據(jù)處理引擎技術。大數(shù)據(jù)存儲平臺架構具體見圖2。

圖2 平臺架構

混搭體系結構中完整數(shù)據(jù)處理引擎的關鍵技術為應用程序提供了統(tǒng)一的訪問方法和查詢語言，從而降低了平臺維護和開發(fā)的成本，提高了效益。通過視頻圖像技術可以檢測來往的運行車輛，這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)為服務區(qū)提供的信息基礎，可以預測人流量，以及需要的車位和資源，這是服務區(qū)域內(nèi)載人車輛的調(diào)度和運行分析的重要指南，對服務區(qū)的信息化發(fā)展具有重要意義。

經(jīng)過深度研究，提取具有一定特征的車輛，并對其進行目標檢測，將其特征進行數(shù)據(jù)分析。針對不同的車輛和車輛模型特性建立不同的數(shù)據(jù)樣本數(shù)據(jù)庫。同時，通過結合傳統(tǒng)特征和相關規(guī)則識別方法進行設計。多層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡利用基于深度研究的表達式特征進行大規(guī)模數(shù)據(jù)模擬，并與傳統(tǒng)的基于統(tǒng)計的特征相集成，形成具有較強判別力的目標特征向量，從而實現(xiàn)對多特征的檢測和識別車輛全天候車輛。它專注于解決車輛檢測和識別問題，并且可以根據(jù)服務區(qū)的實際需求量身定制，以提高多種場景下的綜合檢測效率。

3 軟件系統(tǒng)開發(fā)技術

信息化建設是軟硬件結合的過程，是整體性建設，也是軟件系統(tǒng)開發(fā)是重要的組成部分。為此平臺開發(fā)軟件系統(tǒng)時遇到許多技術問題。描述了軟件技術體系結構研究，采用集成ID身份驗證技術，對移動支付進行深入的研究，探討方便快捷的支付方式。

3.1 軟件技術架構研究

軟件系統(tǒng)主要采用的開發(fā)技術是SSH框架技術，包含Struts框架、Spring框架、Hibernate框架，見圖3。

圖3 SSH框架技術

3.2 統(tǒng)一身份認證技術

根據(jù)“單點登錄，無漫游”的概念，該平臺的原始子系統(tǒng)與由服務區(qū)域管理的第三方應用程序系統(tǒng)集成在一起，并且借助帳戶驗證是安全可靠的。高控制界面和ID確定完成。一旦檢測到子系統(tǒng)角色信息共享，整個工作站就可以使用并無縫連接。集成身份認證技術的最基本功能要求是對不同系統(tǒng)之間的用戶執(zhí)行集成管理，從而使系統(tǒng)易于使用，而無需用戶重復登錄系統(tǒng)。

集成的ID身份驗證系統(tǒng)必須滿足功能要求：（1）操作員只需訪問集成身份驗證系統(tǒng)并執(zhí)行完整登錄，即可執(zhí)行所有滿足集成身份驗證系統(tǒng)身份驗證的操作。無需再次記住和操作其他用戶名和密碼。（2）管理員采用集中管理所有系統(tǒng)，將吸引上的用戶進行集中分配，設定用戶權限集中進行管理。（3）在統(tǒng)一身份認證系統(tǒng)下，業(yè)務系統(tǒng)的用戶數(shù)據(jù)必須統(tǒng)一，然后當有用戶信息發(fā)生變化的時候，要及時的進行更新。統(tǒng)一身份認證流程，見圖4。

圖4 統(tǒng)一身份認證流程

3.3 對接移動支付研究

移動支付在日常生活中起著越來越重要的作用。當前，使用最廣泛的移動支付對接方式是微信支付和支付寶，用戶可以通過手機完成支付功能，很多商店和停車場都使用微信或者支付寶付款，簡單快捷，深受廣大市民的喜愛。

微信支付的流程主要是商店收銀員發(fā)起支付請求，賣方的后端系統(tǒng)進行掃描，支付請求傳到微信支付系統(tǒng)，微信支付系統(tǒng)確認支付機構和用戶，微信支付用戶輸入密碼后，在微信客戶端進行確認支付，然后向微信支付系統(tǒng)發(fā)送支付授權。微信支付系統(tǒng)返回支付結果并發(fā)送支付信息。商店結帳柜臺查詢訂單以獲取訂單狀態(tài)。賣方后端系統(tǒng)讀取搜索訂單AIP并進入微信支付操作。微信支付操作將支付狀態(tài)轉移到賣方后端系統(tǒng)，該系統(tǒng)將支付結果返回到商店結帳柜臺。

4 結語

為了實現(xiàn)各服務區(qū)與總部之間的信息協(xié)調(diào)與通信，防止服務區(qū)成為孤島，立足于實踐，提供了智慧服務區(qū)的信息化建設思路。