浅谈高速公路数字化管控系统建设

杨 函（四川广巴高速公路有限责任公司）

浅谈高速公路数字化管控系统建设

杨 函（四川广巴高速公路有限责任公司）

本文围绕着如何进一步提高高速公路的运营管理水平，从感知层、网络层、支撑层、应用层由下至上的整套高速公路公路数字化运营系统，并提出了如何建立统一的运营管理平台提出了一些思路。

高速公路；运营管理；数字化；前端智能设备

1 引言

传统的高速公路管理一般都基于高速公路机电系统，即通信、收费、监控三大系统[1]。高速公路的建设周期跨度很长，而公路运营监控和管理的技术也是不断在发展，而且发展的速度还非常快，这就导致了在各个时期的道路建设中存在各种各样参差不齐的技术，出现了系统建设技术标准不统一，模数混合，管理难度大，运营管理技术风险大的问题。

面对高速公路建设的快速的发展，作为高速公路的运营管理者迫切急需一套标准统一的、技术先进的运营管理系统，来提升其管理的便捷性和有效性。

2 国内高速公路发展现状

我国的高速公路发展比西方发达国家晚近半个世纪的时间，从80年代末开始起步，经历了80年代末至1997年的起步建设阶段和1998年至今的快速发展阶段。在改革开放初期，随着我国国民经济的快速发展，公路客货运输量急剧增加，公路交通长期滞后所产生的的后果充分暴露出来，特别是主要干线公路交通拥挤、行车缓慢、事故频繁。为改善主要干线公路交通紧张状况，缓解公路交通的瓶颈制约。自1988年我国大陆首条高速公路沪嘉高速公路建成通车以来，经过20多年的持续快速发展，我国高速公路通车总里程实现了历史性跨越，截至2015年末，我国高速公路总里程达到12万km，位居世界第一位，近十年来年均增长率在10%以上，当前的绝对增量依然强劲。

图1 我国高速公路通车里程及增长趋势

3 系统结构

高速公路管控系统以高可靠性、高效率的计算机网络系统与通信技术为基础，讲高速公路管控系统划分为感知层（设备层）、网络层、业务支撑层和业务应用层四个层级结构[2～4]，如图2所示。

（1）感知设备层：标准化的前端智能设备，采集最原始的数据，区域控制器（PLC）是在自动化控制领域比较重要的一个关键设备，摄像机作为管理人员现场的“眼睛”更是能直观了解现场的交通情况；紧急电话和广播作为在紧急情况下的一种音频呼叫和提醒司乘人员的技术手段也是比较重要的。

（2）网络层：后端与感知设备层通信的物理通信系统和介质；目前采用基本都是工业级的，具备千兆数据传输能力的系统和设备，同时，随着无线通信技术的发展，安全的无线通信业逐步应用到高速公路管控中来，如认证式的WiFi，345G基于蜂窝的无线通信技术，带宽也能达到使用要求。

图2 系统结构图

（3）支撑层：作为整个系统的运行基础构件，为上层运用提供基础服务和数据来源。

①数据存储系统：包括关系型数据库、NoSQL数据库、分布式数据库等；

②消息服务系统：高速公路管控系统中比较重要的一点就是数据采集，一方面是对前端智能设备的运行状态监测，另一方面是对业务数据的收集作为管理和决策的依据。因此对数据采集的实时性有一定要求，而采集的设备或系统都是分布在不同的地点，采用目前比较受欢迎的分布式消息队列系统也是一种不错的选择。针对远过程调用可以采用Facebook的Thrift来实现；

③大数据计算分析：Hadoop、Spark、Storm都是现在比较流行的大数据计算分析框架，对于高速公路运营管理，越到顶层汇聚的数据也会越多，面对庞大的运营数据，如何发挥其价值也成为目前的一个技术运营的难点，引入大数据计算分析，实现离线和在线的数据分析，为运营管理提供数据发展的趋势，以供决策分析使用。

（4）应用层：业务管理和日常管理系统，是直接面向运营管理者的应用功能。

①信号控制：交通、通风、照明的信号控制，采用国际标准数据协议对交通信号灯、车道指示器、风机、卷帘门等设备的控制；

②环境监测：隧道内一氧化碳、能见度监测，洞外亮度、气象的监测为机电控制系统提供控制依据；

③紧急电话及广播：为司乘人员提供一种与管理人员联系的途径（紧急电话），同时也给管理者提供一种将信息传达给司乘人员的途径（广播），系统基于IP的标准的SIP协议开发，能无缝接入符合标准的设备，同时为系统互联互通打下基础，降低运营技术风险；

④视频监控：视频监控是最常用的现行的管理手段，也是能直观地了解交通现场情况的方式，视频监控的技术已从模拟发展到数据，图像质量也从标清发展到4K甚至更高的清晰度，过渡期会存在很多平台在现实管理中使用，给管理带来不便。系统采用国家相关的标准规范对接老旧系统，新建系统必须按照标准建设（如公安部的《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》（GB/T28181-2011），交通部的《公路网图像信息管理系统平台互联技术规范》（GB/T28059-2011），国际标准ONVIF等），打破设备厂家的垄断，充分利用现有的老旧设备，降低系统的运营技术风险；

⑤信息发布：将管控系统汇聚的综合交通数据，并将路况、施工、恶劣天气等信息通过路测或门架情报板告知司乘人员[5]；

⑥设备运行监测：通过数据采集系统对现场设备就网络通信状况、工作状况实时检测，为系统正常运行保驾护航；

⑦用户管理：为系统提供统一的用户管理权限管理系统，同一用户在授权的前提下凭一个用户和密码能够使用不同的业务子系统。

4 结语

高速公路管控系统建设和功能完善是一项复杂的系统工程，也是一个建立统一技术标准规范和管理体制并不断积累经验的过程。必须尽可能地从顶层设计开始，按照统一的技术标准逐步分期建设，保持各业务子系统的相对独立和稳定，又能保证整个管控系统的资源共享，一方面是便于使用，另一方面是为了便于决策分析。纵览全国各省份的高速公路运营管理基本存在的问题都是一致的，首先多家高速公路建设与管理公司并存，各种先进设备分散且多样而导致的自动化程度不高，运营技术风险大，所以建设一个先进的、可用的高速公路运营管理系统是有必要的。在建设系统的同时，还要健全相应的管理制度，完善管理体制，提高管控水平和增强服务意识[1]。

[1]俞佳飞，徐建闽，胡郁葱.广东省高速公路运营管理信息系统的设计.交通信息与安全，2004，22（3）：64～67.

[2]段伟常.高速公路运营管理信息系统的建设.交通信息与安全，2003，21（5）：97～99.

[3]高永峰.对我国高速公路运营管理的思考.内蒙古科技与经济，2003（6）：63～64.

[4]贾元华，康彦民，王志强.高速公路运营管理信息化建设及方案探讨.北京交通大学学报，2002，19（2）：186～187.

[5]符 君.高速公路交通诱导信息发布的系统设计及其实现.科技传播，2014（10）.

TP311.52

A

2095-2066（2016）24-0197-02

2016-8-16

杨 函（1978-），男，工程师，本科，主要从事机电工程及网络安全工作。