“智慧高速公路”管理平台建设研究

胡静 张广浩 冀金科 孙晓亮

摘要：高速公路智能管理控制系统是“智慧高速公路”的雏形，有利于改变当前的信息孤岛现象，打通各种数据源之间的关联，发现潜在事件链，为高速公路的安全运行与指挥管理提供决策支持。依托京港澳高速驻信段改扩建工程，从数据源、数据采集层、基础技术支撑层、应用系统层、系统部署层等多方面阐述了高速公路智能管控系统总体架构。从而为打造畅通、安全、有序、高效的“智慧高速公路”提供雏形及应用案例。

关键词：高速公路;智能管控;架构设计;智慧高速

中图分类号：U495文献标识码：A

0引言

高速公路智能管理控制系统是“智慧高速公路”管理平台的雏形，有利于改变当前的信息孤岛现象，打通各种数据源之间的关联，发现潜在事件链，为高速公路的安全运行与指挥管理提供决策支持。其建设应用将有力提升高速公路的运营效率，实现资源的最优化配置。京港澳高速公路向北直至首都北京，向南至广东、香港等沿海地区，是承载国家南北运输的公路大动脉。本文依托全国首个高速公路智能管控示范项目——京港澳高速驻信段智能管控科技示范工程，探讨“智慧高速公路”管理平台总体架构设计及实现。为通道型高速公路运行管控技术提供全面的示范应用，并将为河南全省、乃至我国中西部地区高速公路下一阶段“智慧交通”的建设树立示范样板。

1总体框架设计

为了更好地组织“智慧高速公路”管理平台总体设计和开发，最大限度地实现已有相关系统及组件的可重用性和可扩展性。尽量科学地展现示范工程的运行效果，以客观、实际满足业务应用需求为主导，应该充分考虑云计算、物联网等新一代信息技术，围绕“集成创新、管理创新和服务创新”，针对智慧高速公路的需求进行总体架构设计。

“智慧高速公路”管理平台总体架构，包括数据源、数据采集层、基础技术支撑层、应用系统层、系统部署層等，以及安全保障体系、标准与研究体系（见图1）。

1.1数据源

“智慧高速公路”管理平台主要有外场设备和地理信息两个类数据源。外场设备指视频摄像机、气象检测器、交通流检测器、DSRC路侧采集天线（RSU）、道路事件采集（人工、视频事件检测器等）、移动终端采集设备、收费站数据采集等。地理信息指从河南省交通运输厅或其它单位共享过来的GIS相关基础数据和专题数据。

1.2数据采集层

数据采集层是指从数据源采集的各类业务数据信息，包括视频信息、交通流数据、交通气象数据、交通事件数据、收缴费数据、应急管理及预警数据，路段地理位置信息、路段收费站点、沿线服务区，停车区、桥梁隧道等基础类信息和相关设施类信息等。该采集层是“智慧高速公路”管理平台所有子综合应用系统的数据支撑层。

1.3基础技术支撑层

基础技术支撑介于数据采集层和物理应用系统之间，其功能是面向不同系统用户，为本次项目数据集成、应用集成和用户界面集成提供各类数据服务和功能服务支撑。基础技术架构以“服务”为核心，借助其松散耦合的特性，采用分层的思想，以企业服务总线（ESB）为核心，基于中间件技术，建立统一通信集成服务平台，构建各级系统间的无缝集成，形成统一的体系结构和完整数据链，满足多层级互操作的集成需求。

（1）GIS共享平台：包括GIS图层制作、GIS桩点定位、GIS服务接口等。

（2）数据交换与共享平台：包括数据ETL处理、数据存储、数据共享、标准化处理、数据安全和大数据管理等。

（3）虚拟化云平台：依托购置的虚拟化服务器、存储等设备，构建服务器虚拟化资源池以及高性能云计算平台，以满足大数据分析及系统的快速访问效果。

（4）统一通信服务平台：为服务提供者和使用者提供一定程度的隔离。采用ESB技术，可以进行动态路由，并进行接口映射，有效地将异类基础数据对象统一起来，提供即插即用的相关设计，从而有效地整合交通系统各类服务资源，对于需求各异的交通业务系统提供统一的通信服务支撑平台。

（5）逻辑功能服务：该层为系统业务接入层，利用WebService技术，通过对GIS、设备、监测、应急、信息服务等多个不同应用的需求拆分，对海量数据进行实时智慧化处理，形成多个可复用的服务接口，从而成为整个业务系统综合应用的纽带。

1.4应用系统层

“智慧高速公路”管理平台的开发应用应该由高速公路运行状态监测与预警系统、高速公路辅助决策支持系统、高速公路应急指挥调度与处置系统、高速公路出行信息一体化发布系统等组成，以满足道路管理者与道路使用者等不同用户的应用需求。

1.5系统部署层

为了更好地发挥系统功能，在整合和部署上满足部署环境、部署方式等不同部署需求。其中，从部署环境上满足服务器虚拟化端、客户端工作站、手持终端、服务区查询终端等不同类型环境需求;从部署方式上根据用户需求，提供C/S系统与B/S系统相结合的方式以及移动应用方式等。

1.6安全保障体系

基于京港澳高速公路改扩建工程购置的安全系统相关硬件设备与软件，构建安全保障体系，包括安全系统等。

2业务流设计

针对“智慧高速公路”管理平台的总体架构，构建科学合理的业务系统流程设计，应该主要包括以下业务流程：

（1）信息采集：在全程断面交通流检测、全程视频监控等监测系统基础上，建立基于视频的交通事件监测系统，实现对交通事件的自动识别和快速报警;基于专用短程通信（DSRC）的道路交通流数据获取系统，实现对高速公路旅行时间的估计;基于高密度的气象检测设备和气象状态监测预警系统，实现对高速公路沿线气象环境状态的感知，以及低能见度、路面结冰预警等功能。

（2）信息监测与分析：开发高速公路运行状态综合评估与辅助决策支持系统，实现高速公路运行状态的量化分析，并为高速公路日常业务管理、应急处置决策提供直观、有效的数据分析依据。此外，建立设备运行维护管理系统，实现外场、机房设备，应用系统的运行状态实时监测与管理。

（3）系统响应：通过开发主线交通均衡控制系统实现高速公路交通流均衡、稳定运行;通过建立雾区行车主动诱导系统，提升高速公路不良环境下的行车安全性;面向紧急事件应急处置的需求，研发应急指挥调度和处置系统，提升对高速公路交通事件的及时响应和快速处置的能力。

（4）信息服务：构建出行服务信息管理平台，對发布信息进行管理、审核，并能为VMS、微博微信、手机APP或小区推送提供统一的信息来源和发布接口;建立基于VMS的信息联动发布系统，根据交通事件对交通流影响衰减规律，生成面向地理信息的交通信息发布方案，实现路侧可变情报板的联动发布管理;借鉴微博微信等自媒体手段，研发交通信息服务APP软件，实现高速公路交通信息的众包式获取和交通信息的差异化、定制化播发;利用服务区触摸式查询终端、基于WIFI的智能手机应用等方式，提升服务区的信息服务能力和休闲娱乐功能。

3工程实例

2012年，河南省交通运输厅发布的《河南省交通运输信息化重大工程推进方案》明确提出打造“智慧高速公路”的建设理念，并将全力推进“智慧高速公路”建设工程。2014年，交通运输部原则同意了“京港澳高速公路驻马店至信阳段智能管控科技示范工程”实施方案。充分利用现有设施，研发高速公路智能管控系统，包括了高速公路运行状态监测与预警系统、辅助决策支持系统、应急指挥调度和处置系统、一体化的信息发布系统等，实现京港澳高速公路交通运行状态全方位动态感知、科学决策支持、主动交通安全管理和精细化的信息服务。

4结论

“智慧高速公路”是当前高速公路发展的新理念和新模式，是推进高速公路运输管理创新的重要抓手，是提升高速公路运输服务水平的有效途径，也是推动高速公路运输转型发展的重要支撑。“智慧高速公路”的核心驱动力是通过深度的信息化来满足高速公路管理和服务方式转变的需求，其基本内涵是：以物联网、云计算、大数据、移动互联网等新一代信息通信技术的充分运用为主线，以最大限度地开发、整合和利用各类交通信息资源为核心，推动现代信息技术与高速公路运输管理和服务全面融合，以更加精细和动态的方式提升高速公路运输供给能力、运行效率、安全性能和服务质量，实现人、车、物、路等有序、安全、高效、智慧的运转。

“智慧高速公路”管理平台通过对各类交通运行信息的动态监测、汇集和分析，全面掌握高速公路的运营状态，实现高速公路运行状态的集中展示、辅助决策、应急指挥和出行服务发布等，从而为打造畅通、安全、有序、高效的新一代“智慧高速公路”提供雏形及应用案例。