四川省高速治超數據系統設計

張天成

摘要 文章重點對四川省高速公路治超數據系統設計技術進行了分析，通過對現有四川省高速公路治超系統運行模式的了解和研究，并結合目前四川省高速公路的發展需求，對治超數據系統設計技術進行改革和優化處理，避免了違法超限運輸車輛進入高速，確保四川省高速公路行駛的安全和道路的暢通。

關鍵詞 高速公路；治超數據系統；數據導向治超模式

中圖分類號 U495文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）10-0004-04

0 引言

隨著高速公路建設的不斷推進和電子不停車收費系統（ETC）技術的大力推廣，通行高速公路的違法超限超載貨運車輛時有出現，不僅易引發道路交通事故，而且會嚴重破壞公路路面和橋梁設施，危害人民的生命財產安全和道路交通運輸安全。為確保高速公路安全暢通，嚴格執行全國統一的超限超載認定標準，建立健全高速入口檢測、出口倒查和責任追究等治超執法聯動工作機制，實現全國高速入口治超“一盤棋”，建設高速治超數據系統滿足路面治超執法、治超監督監管、移動治超檢測需求迫在眉睫。

1 系統功能性能要求

1.1 功能要求

（1）路面治超執法需求。治超執法人員主要包括收費站、勸返站等各類一線開展貨車治超業務的執法人員。收費站執法人員和勸返站執法人員希望在貨運車輛稱重檢測的時候獲取到車輛的驅動軸信息和車輛的長寬高尺寸信息以及系統判斷提示出該車輛是否超限，發現超限車輛后能夠獲取到車輛的超限許可信息。

（2）治超監督監管需求。治超監管人員主要是指省級高速管理局中治超監管人員，需要對省內的收費站、勸返站等各類站點進行管理，對站點的實時狀況進行檢測，全面掌握治超工作的運行情況。結合ETC門架信息，實現貨車（大件運輸車）運行軌跡查詢，有助于一線執法人員查處普通貨車駁載逃避超限檢測、偷逃通行費、大件運輸車不按規定時間、路線行駛等違法行為。

通過數據挖掘分析發現運行過程中出現的新情況和新問題，制定合理的調整方案和管理政策。對轄區內治超業務進行運行管理，對治超力量分布及業務運行、運行效率進行動態監管，對治超過程進行監督，及時糾正治超過程中的不合規和不合法行為。

（3）移動治超檢測需求。實現大件運輸車事前、事中和事后監管，利用科技治超手段，編制相關數據接收及監管接口規范文檔，及時接收稱重數據，并達到對高速移動治超車在高速公路行駛路線的跟蹤和大件運輸車事中的監管功能。

1.2 性能需求

（1）系統信息量需求。根據業務數據的數據量、存儲需求和增長速度，按照4層7類構建數據要求，包括低數據量和低增長量的系統支持數據，一般數據量低增長量的外部關聯數據、基礎信息數據、治超檢測數據和統計分析數據，一般數據量高存儲量的超限許可數據，以及高數據量高增長量的車輛檢測數據。

（2）系統可靠性需求。省級高速治超系統是實時在線的業務系統，必須具備7×24 h不間斷運行能力，整個可用性A≥99.9%，MTBF（平均無故障工作時間）/MTBF+MTTR。

（3）系統并發性需求。支持在線并發1 000個實時設備點的數據接收能力。

（4）系統可用性需求。支持省級規模收費站貨車監測完整性統計、及時性運行監測的業務需求。1 000個實時點的情況下，運行監測數據處理延時應少于10 min。

（5）系統響應性需求。系統一般業務操作響應時間約2～4 s，一般空間數據檢索時間約3～6 s，大數據量綜合分析小于30 s。

2 系統架構設計

治超數據系統設計遵循資源層、數據層、平臺層和應用層四層架構（如圖1所示）。

資源層：主要包括CPU/GPU計算資源、云服務器、云存儲、云計算內存資源，為應用提供統一的計算和存儲能力，同時建設安全系統，保證系統不受網絡攻擊與病毒侵害。

數據層：主要針對收費站點信息、設備狀態信息、車輛軌跡信息、車輛超限信息、標準規則庫等數據，建立統一的數據標準，實現對數據的統一管理、統一治理和共享交換。

平臺層：主要包括資源管理平臺、數據共享平臺、計算分析平臺、數據交換平臺、一體化數字底座，實現資源通管、數據分析、數據可視的底座支持。

應用層：是治超數據中心的業務應用，主要包括車輛運行監控、超限業務監督、車牌標準庫對比、重點車輛管理、治超專題分析、系統運維管理等應用功能。

3 系統外部運用設計

省級高速治超系統部署于省級網聯中心，對上需要與部級治超系統進行數據交換，對下需要與區域/路段端節點進行數據交換（見圖2）。具體流程如下所述：

系統里的上行數據主要為稱重檢測數據和稱重圖像數據。稱重檢測數據包括出、入口稱重檢測系統采集的出、入口稱重檢測數據，通過專網由收費站上傳至省聯網中心再上傳至部聯網中心，同時還應通過部級專線由收費站直接上傳至部聯網中心。稱重圖像數據包括出、入口稱重檢測系統采集的出、入口稱重圖像數據，通過專網上傳至省聯網中心。部聯網中心將出、入口車輛稱重檢測數據通過部級專線及時推送至治超系統部級平臺[1]。

系統下行數據主要為大件運輸許可名單、嚴重違法失信超限超載運輸當事人名單和大件運輸許可名單。治超系統部級平臺將大件運輸許可名單、嚴重違法失信超限超載運輸當事人名單等通過部級專線由部聯網中心通過專網下發到省聯網中心，由省聯網中心下發到收費站。

4 系統內部設計

4.1 系統網絡設計

系統網絡按照GB 17859—1999、GA/T 1389—2017 的要求，遵循《聯網收費系統省域系統并網接入網絡安全基本技術要求》的相關規定，參照網絡安全等級保護中在安全通信網絡、安全區域邊界及安全計算環境等方面的三級安全保護要求[2]，同時充分考慮外場設備的物聯網屬性，開展安全保護[3]。

4.2 系統數據架構設計

系統數據架構基于Hadoop架構進行設計，按照數據采集、數據存儲計算、數據共享構建三層數據架構，構建統一數據管控平臺，實現數據的統一治理、統一運用和安全共享。

數據采集部分采用Flume框架實現數據采集與解析；通過FTP文件方式實現對數據文件的采集，再通過Sqoop方式實現將數據庫數據裝載到HDFS文件系統。

計算存儲服務采用HDFS文件系統提供統一的大數據存儲；滿足全量數據留存、資源的統一調度與管理和海量數據的批處理，支持流數據處理、復雜事件處理和高并發的指標級數據共享。

數據共享采用基于HTTP協議REST風格的OpenAPI完成同步處理與基于消息隊列（MQ）完成異步處理，實現類SOA面向服務的架構體系。支持OAuth提供一個安全的、開放而又簡易的授權協議。數據共享服務部署在集群環境中以應對高并發的訪問請求，并實現集群的負載均衡。

統一平臺管控采用MVC模式架構進行搭建，實現業務邏輯、數據、界面顯示分離構造，并可實現統一數據管控基礎下的用戶交互需求個性化定制需求。

5 系統功能設計

系統功能設計包括重點貨車運輸運行監管、移動治超管理、高速貨車大數據分析。

5.1 重點貨車運輸運行監管

利用高速公路治超入口出口數據，結合貨車實時定位數據以及門架數據等，實現重點貨車車輛有效監控對超限運輸情況進行監督管理，及時發現超限違規運輸行為；對于大件運輸車輛等存在安全風險車輛在省內高速的運輸行為監管，杜絕安全隱患。系統主要功能包括運行監控、數據查詢和基礎信息管理等功能模塊。

（1）運行監控。通過以GIS地圖上以圖標顯示接入站點位置，標記已超限站點和未超限站點，并實時更新站點超限狀況，站點超限量統計、站點搜索，站點詳情包括站點信息、站點今日檢測量、今日超限量、檢測時間、站點實時視頻、站點視頻回放、站點檢測數據及歷史記錄完成實時監控。電子圍欄監控用來對禁入電子圍欄進行監控以及設置，違規車輛進入電子圍欄時進行預警提示，支持用戶自定義禁入的區域、車輛、時間范圍等。

（2）業務監督。通過平臺可監控每個檢測站的過車檢測數據，包括車牌、車輛圖片、短視頻、總重、超限率、是否超限等基本信息。同時，平臺從行政區域、時間、檢測量、超限范圍等多維度對檢測站的檢測情況、超限情況等業務情況進行統計分析。

（3）重點車輛管理。構建重點車輛管理功能，包括黑名單車輛、大件運輸車輛等構建車輛信息庫，車輛信息關聯收費信息、治超信息、GPS信息等，對于重點車輛進行實時高效的管理，構建重點車輛名單庫。

5.2 移動治超管理

移動治超管理主要包括完成與移動治超車前端系統對接，及時將稱重移動監測數據、長寬高移動檢測數據、現場采集圖片等上傳至省治超中心，并完成現場執法人員移動業務的數據查驗和實時分析跟蹤，并將上傳至省中心的數據進行統計、查詢、上傳等業務管理。超限錄入可以對線下執行的超限業務信息進行錄入，包括車輛號碼、車輛顏色、站點和車型等，可以進行上傳照片信息操作和視頻上傳等操作。上傳視頻文件使用離線緩存方式上傳。App支持拍攝視頻超限數據錄入。App還可以離線緩存可以后續上傳。

5.3 高速貨車大數據分析

大數據分析模塊主要對積累的業務數據進行統計分析，目的是幫助管理人員發現積累的業務數據的規律，

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挖掘業務數據潛在的價值，進而輔助管理人員科學決策，合理安排人財物力、規范管理模式和提升工作效率。比如對超限比較嚴重的區域、線路和車輛重點關注。

（1）統計分析。使用通過稱重設備檢測的記錄作為基礎數據，對單位時間內通過道路上的某一地點或者某一路段實際參與交通的車輛數量進行統計分析。監管人員通過一張圖可了解交通量整體情況，并可了解過去一段時間超限超載嚴重的區域和路段，方便作為重點超限超載監管對象。提供每個站點的詳細過車檢測數據，可通過條件篩選查詢，包括時間、車牌號、是否超限、超限率等查詢功能。

（2）專題分析。利用大數據分析技術，設備檢測的記錄作為基礎數據，對各個區域或者路段的超限情況進行統計分析，方便管理人員對特定的專題情形進行重點監管。

（3）數據報表。定義關鍵指標，對于高速公路治超的關鍵業務處理過程和環節進行統計分析。入口勸返工作報表以高速公路入口稱重檢測數據和高速公路貨車通行數據為基礎，用各個高速公路入口的稱重檢測貨車數量除以高速公路入口貨車數量（利用高速公路貨車通行數據計算），得到各高速公路入口通過稱重檢測設備的貨車比例，對比例過低的站點進行提示，形成入口勸返車數據報表。超限站點報表以高速公路貨車通行數據為基礎，計算其中違法超限運輸的貨車數量（可以設置閾值去掉稱重誤差情況），提取并統計上述貨車的通行記錄，對各站點放入的違法超限運輸貨車數量/占比進行排名，對排名靠前的站點進行提示。

6 結語

通過高速治超數據系統設計技術，可完善治超數據采集，提高貨車運行動態監測能力，完善線性業務應用，并提供數據綜合處理分析能力，形成治超數據資產。該系統的建設，可有效地與其他系統進行數據共享，探索新型數據導向治超模式。

參考文獻

[1]陳廣輝. 江西省高速公路收費站入口稱重檢測治超系統[J]. 中國交通信息化， 2020（4）： 93-96.

[2]計算機信息系統安全保護劃分準則： GB 17859—1999[S]. 北京：中國標準出版社， 1999.

[3]信息安全技術網絡安全等級保護定級指南： GA/T 1389

—2017[S]. 北京：中國標準出版社， 2017.