基于多源異構數據融合的路網管控平臺設計

韓超帆

（山西交通控股集團有限公司 山西省太原市 030000）

交通是國民經濟戰略性、先導性、基礎性產業，是要素空間流動的“血脈”，也是數字經濟、新基建發展的重要先行領域。在移動互聯背景下，以云計算、大數據等技術創新為基礎的智慧交通已成為交通運輸發展的新趨勢，同時隨著人們從“走得了”到“走得好”的需求轉變對高速公路整體運行效能和潛力的發展提出了更高的要求，對路網應急協調管理能力提出更高要求，急需構建網絡化智能化的運行管理與服務體系，保證高速公路的安全暢通[1-4]。為此有必要搭建一個信息化、智能化的路網管控平臺，提高公司信息傳遞和綜合管理能力，及時掌握高速路況、事件、設備運行等安全態勢，提升出行服務信息發布手段和效率，增強智慧監測、安全態勢感知、運營管理、信息傳遞和發布的綜合聯動水平。

1 系統總體架構

為構建以“車、路、網、云”為一體的路網管控平臺，系統建立了“一中心”，主要包括數據資源匯聚中心，整合高速公路運營數據，把實時數據與傳統業務數據進行整合，將各類結構化、非結構化、半結構化的數據，包括收費站數據、設備管理數據、視頻管理數據等信息，進行數據集成、數據轉換處理，然后各自建模分析，形成專題數據，把專題數據應用到相應的應用平臺中，提供支撐[5-8]。系統總體技術架構分為數據感知層、網絡接入層、數據支撐層、業務能力層、平臺服務層。總體架構如圖1所示。

圖1：系統總體架構

1.1 數據感知層

數據感知層將平臺所需的數據進行收集，其中收費站設備設施負責收集并存儲收費站數據、視頻數據、牌識數據[9]，門架系統負責收集并存儲交易流水、牌識數據，隧道設備設施使用多種設備采集數據，包括風機、車道指示器、交通指示燈、照明、情報板、攝像機、卷簾門、COVI、風速風向、微波車檢、洞外路燈和限速標志，路段設備設施采集攝像機和情報板以及巡查車輛數據，此外，數據采集也采納諸如百度地圖、高德地圖等第三方推送的路段信息數據。

1.2 網絡接入層

網絡接入層主要包括收費站設備設施、門架、隧道設施設備等相關數據通過交通專網、匯聚至網絡匯集點并通過核心交換機接入數據支撐層；視頻監控數據通過交通視頻監控網絡并轉接入就近匯聚點、然后通過核心交換機接入數據支撐層；高德、百度、騰訊地圖等第三方數據則直接通過互聯網、通過VPN 通道經由網絡安全設備接入數據支撐層。

1.3 數據支撐層

數據支撐層主要存儲基礎信息、路網綜合信息、應急指揮調度、路網路況運行、智慧出行信息、設備設施、巡查車輛的數據等。按照數據業務屬性將數據分為基礎數據和業務數據，其中基礎數據包括了道路、橋梁、隧道、服務區及用戶等基礎信息，采用主流Oracle 數據庫進行存儲，Oracle 數據庫是一款關系數據庫管理系統，擁有可移植性好、使用方便、功能強等優點，在各類大、中、小、微機環境中都適用。業務數據按照數據類型分為結構化數據、半結構化數據、非結構化數據及影像數據等。非關系型數據采用阿里的FastDFS，FastDFS 是一個開源的輕量級分布式文件系統，容易搭建一套高性能的文件服務器集群提供文件上傳、下載等服務。

1.4 業務能力層

業務能力層展示了路網管控平臺的核心功能，主要包括基礎信息管理、設備設施運行狀況監測、視頻大數據分析、路網綜合管理、應急指揮調度、智慧出行信息發布、大數據分析。

1.5 平臺服務層

平臺服務層展示了路網管控平臺服務對象，包括路段運營公司、行業主管部門及社會公眾。其中路段運營公司通過路網管控平臺實現路網全要素感知，為保障路網運營安全提供支撐；行業主管部門通過路網管理平臺和路段運營公司聯動，實現應急事件處置的跨部門聯動，社會公眾可通過路網管控平臺掌握路段前方情報板信息，為行駛安全提供保障。

2 功能設計

如圖2所示為路網管控平臺功能設計，具體功能包括基礎信息管理、設備設施運行狀況監測、視頻大數據分析、路網綜合管理、應急指揮調度、智慧出行信息發布以及大數據分析，具體功能建設內容如下：

圖2：功能設計

2.1 基礎信息管理

如圖3所示，基礎信息管理實現對所有路產設施、機電設施及巡檢車輛的統一管理，動態維護路產設施、機電設施及巡檢車輛信息，形成分路段、分公司、分級分類的臺賬。路產設施管理包括路段信息、橋梁信息、隧道信息、收費站信息、服務區信息、路產維護站信息等基礎數據的匯聚、管理，實現對這些信息的添加、刪除、修改、查詢等；機電設施管理對高速公路收費站、門架、路段、隧道等機電設備設施，按路段權限、部門權限進行權屬管理，對所有的機電設施進行分類管理、編碼管理、區域管理，如通信設施、消防設施、監控設施、收費設施等，實現對所有路段、分公司、隧道管理站、收費站、服務區等機電設備的添加、刪除、修改以及后期的動態維護；巡檢車輛管理對所有巡檢車輛進行管理，實現基本信息管理，包括車輛類型、車輛購買時間、車輛發動機號、大架號、車輛用途、歸屬部門等信息維護。

圖3：基礎信息管理設計

2.2 設備設施運行狀況監測

如圖4所示，設備設施運行狀態監測實現設備設施狀態監測、故障報警管理及維護管理。設備狀態監測可實現對視頻監控設備、車輛監測、氣象監測設備等外場設備的啟/停狀況、正常、故障等運行狀態監測，從而為設備維修提供數據支撐；故障報警管理功能一方面可為運行狀況監測人員提供故障自動報警功能，提醒監測人員啟動應急流程，另一方面可收集故障報警信息，為后期維修甚至統計分析提供數據支撐；維護管理功能可提供維護記錄與設備故障及維修信息查詢，更好的支撐故障維修與設備維護工作。

圖4：設備設施運行狀況監測設計

2.3 視頻大數據分析

如圖5所示，視頻大數據分析實現了視頻播放和視頻事件分析。視頻播放方式支持列表定時輪播和單個視頻播放，視頻事件分析利用CNN 等圖像識別算法對各種交通事件、事故、高危車輛進行實時監控，實時檢測行人、車輛停駛、交通擁堵、車輛逆行、車輛拋灑物碎片、車輛排隊超限、低能見度、車輛行駛速度、車輛車型識別等事件。

圖5：視頻大數據分析設計

2.4 路網綜合管理

如圖6所示，路網綜合管理實現基礎信息及路網數據的地圖展示，基礎信息展示包括路產基礎信息、機電基礎信息及其他信息展示，路產基礎信息包括路段、收費站、服務區、橋梁、隧道等地圖分布展示；機電基礎信息包括情報板、信號燈、監控設備的定位及內容展示；其他信息主要是展示路段沿線救援信息，包括救援單位及聯系方式等，便于及時聯系相關救援單位，進行應急聯動。

圖6：路網綜合管理設計

路網數據展示主要包括路況、重點車輛、巡檢車輛、流量、事件等數據的地圖展示，其中路況通過門架數據、視頻識別、巡查車輛、巡檢人員等進行路況監測，另外通過參照高德、百度、騰訊的實時路況數據綜合判斷路況信息；重點車輛數據主要是包括路段、關鍵節點、特殊環境以及兩客一危一貨、大件運輸車輛等進行監控；巡檢車輛數據主要在地圖上實時定位、跟蹤；流量數據展示門架車流量、收費站車流量、省界車流量、主線流量、擁堵指數等；事件數據在地圖上展示事件發生位置、發生時間、發生地點等，便于值班人員快速定位處理。

2.5 應急指揮調度

如圖7所示，應急指揮調度實現車輛定位管理、車載視頻監控管理、監控對講及視頻語音通話功能及事件上報管理。車輛定位管理可實時查詢路政、養護車輛執行巡檢任務時的位置，也支持巡檢車輛軌跡跟蹤和回放，并對異常軌跡信息進行識別和監測；車載視頻監控管理可將巡檢車輛車載攝像機視頻圖像實時回傳到監控平臺，并實現巡檢車輛車載攝像機視頻圖像的本地存儲、回放、分析；監控對講及視頻語音通話可實現與手持監控對講功能，便于進行現場監控及進度跟蹤，同時可實時調取無人機視頻圖像，查看現場狀況；事件上報管理提供各類突發事件信息報送，并支持手機APP 端報送事件信息[10]。

圖7：應急指揮調度設計

2.6 智慧出行信息發布

智慧出行信息發布實現了情報板聯動信息發布，可根據實時交通狀態、氣象狀況信息等，同時結合高速公路管控情況以及歷史交通運行狀態進行深入分析，針對易擁堵路段、交通事故多發路段、惡劣氣象易發路段、長大橋梁或隧道入口前等特殊路段，結合主線控制、匝道控制、霧天行車誘導、智能消冰除雪等情況通過情報板發布聯動信息。

2.7 大數據分析

如圖8所示，大數據分析針對路網全要素進行全面分析，實現通行費分析、車流量流向分析、事件分析及設備狀態分析。通行費分析圍繞時間、空間、行政、車輛等相關維度，對高速公路通行費的現金與非現金支付金額進行各項數據統計分析統計項；車流量流向分析路段、收費站的流量流向；事件分析提供各交通事故發生地點、時間、天氣狀況、事故原因、事故影響、損失情況等的查詢服務和分類、多維度統計，為高速路網安全管理提供決策支持；設備狀態分析對基礎設施資源（服務器、網絡、存儲）的運行狀態，CPU、內存、磁盤等關鍵性指標以及路網的視頻監控、外場設備的狀況、正常率、故障率等進行統計分析。

圖8：大數據分析設計

3 結束語

本系統通過對高速公路的多源異構數據資源進行全面有效整合，實現跨地域、跨系統、跨部門、跨業務的協同管理和精準運營，針對重點路段、關鍵節點、特殊環境等重點場景，充分發揮“人、路、網、云”相互關聯的融合感知技術、自動監測技術、防控技術等，實現數據資源匯聚融合、路網運行監測、重點車輛監控、應急指揮調度、智能信息發布、決策分析等關鍵功能，為路網運行安全和運營管理提供智力支撐。