高速公路智能管理系统设计方法研究

苏亚斌

（河北高速公路集团有限公司大广分公司，河北衡水 053000）

0 引言

监控系统是高速公路三大管理系统之一，随着互联网、云计算、大数据的发展，高速公路监控管理系统要引入先进的科学技术，拓展系统服务功能，使系统满足信息共享、车辆信息监控、大数据分析、实时感知数据等方面的要求。在智能监控系统设计中，要采用分布式部署方案，统一数据交换、设备接口、网络传输、监控业务等方面的相关标准，建立数据共享平台，自动统计分析各路段的路况，为有关部门管理决策提供依据。

1 工程概况

某高速公路里程已达7 000km，形成五纵四横一环八连的高速公路网。高速公路管理模式为“一省一局”，均由公路局作为管理主体，这为全省高速公路建设统一的监控管理系统创建了有利条件。当前，该省部分地区已经建立起了集施工信息、值班管理、视频监控等传统监控管理功能于一体的信息系统，但尚未开发智能调度、智能管理、智能分析等功能，且各监控系统平台相互独立，导致监控管理信息化、智能化、协同化水平偏低。为解决这一问题，提出一种标准化的智能管理系统架构，目的在于打破信息孤岛、系统平台不一的局限，构建起统一的智能监控管理系统。

2 高速公路智能管理系统设计方法

2.1 系统架构思路

2.1.1 “云”监控管理系统

智能监控管理系统基于“云”服务设计理念，采用逻辑一致、独立运行的设计方法，提高系统容灾能力[1]。在与总中心断网的情况下，各监控分中心可以独立完成监控、调度工作；在与总中心联网的情况下，监控分中心可以与其他监控分中心实现业务联动、数据共享。

2.1.2 SOA架构

本系统采用SOA架构，设置独立功能模块，各功能模块之间解耦合，确保系统能够有效应对监控业务的变化；系统各模块提供相应的服务，单点维护或发生故障都不会对其他模块运行造成影响；系统具备较强的可扩展性，可以对接高速公路其他智能管理系统。

2.1.3 元数据架构

利用创新性技术创建广谱数据总线是本系统架构的核心构成机制。系统数据建模与访问以元数据为中心，基于元数据架构建设集成性系统；广谱数据总线采用元数据驱动，基于元数据建模，支持多媒体数据、空间数据、关系数据、文本数据、实时数据等多种类型数据的处理，能够为综合信息数据集成应用创造条件[2]。

2.2 系统架构设计

本系统采用分布式云服务设计，覆盖省监控中心（省中心）、各区域监控分中心（区域中心）、各路段监控子中心（路段中心），通过系统监控全省各路段的运行情况。

2.2.1 物理架构设计

省监控中心部署各类型服务器，包括通信类、应用服务类、流媒体类、数据库类、数据分析类服务器，省中心设置防火墙，在公网环境下发布服务信息，并通过内部专网对接各监控分中心和子中心[3]。

2.2.2 软件系统设计

（1）系统服务。系统服务面向浏览器用户提供Web服务，采用Java EEWeb服务器，为运行监测模块、应急调度模块、源管理模式、高清卡口模块、视频管理模块、业务通讯模块等各种功能模块提供交互支持。系统服务架构集成多样化的监控管理服务，基于广谱数据总线组建实时数据库，增强了智能管理系统的适用性与灵活性[4]。

（2）浏览器前端。浏览器前端采用视频控件、F2Net个性化前端技术。视频控件可以对接视频服务，播放网络视频，支持云台和焦距控制，满足双向语音需求；F2Net支持矢量地图服务，集成天地图平台提供通用地理信息控件，可以跟踪和监控海量车辆运行，在短时间内快速定位车辆，多维显示车流量。

（3）基础服务。系统软件的基础服务包括对象数据管理服务、实时数据总线服务、实时数据管理服务、数据库服务和地理信息服务。前三项服务归类为广谱数据总线服务，采用分布式数据访问设计，支持数据远程实时传输；系统采用ORACLE数据库，且采用ArcGISserver管理矢量地理信息。

（4）后台数据处理服务。路段中心布设数据采集服务器，用于采集车检器、气象仪、能见度仪、高清卡口、GPS移动车辆、收费站、DCS现场控制系统的数据；后台数据处理服务提供LED控制、视频录制、视频云台控制、即时通讯、实时数据存储、数据共享交换功能。

（5）智慧分析服务。基于云计算集群部署指挥分析服务器，用于分析视频摄像机采集的数据，掌握道路交通状况，计算平均车速和车流量；整合车检器、收费站获取的数据，结合道路基础特征数据，预测未来时间段的交通状况；采用数据挖掘技术，分析过往的交通大数据，为交通规划提供决策依据。

2.3 数据采集与交换设计

2.3.1 数据采集与控制

数据采集与控制服务采用模块化设计，区域中心和路段中心执行统一的数据采集与控制架构，具体分为以下三层：

（1）调度层。采集器实时采集监控数据，将数据写入实时数据总线，并监听实时数据总线上的设备控制指令，根据指令完成设备控制任务[5]。

（2）功能层。执行编解码转换操作，统一数据对象格式，统一不同型号设备的通信协议，并为不同类型设备提供编解码器，使各设备之间可以有效执行指令。

（3）协议层。设置能够适配不同类型设备通信接口需求的公共组件，如TCP/IP协议、关系数据库交换等。

2.3.2 运行策略

（1）监听。自定义间隔时间，下达数据采集指令，根据指令读取设备上的报文。

（2）同步与异步。数据采集器支持两种采集方式，在同步采集方式下，采集器发出指令，读取设备回复，在同一网络环境下实现多个设备通信；在异步采集方式下，通过相互分离的设备接口发送指令、接收恢复，满足高频率数据采集需求。

（3）采集频率。数据采集服务器支持自定义定时、定频，无需考虑单次轮询时间，在采集完成一轮循环后进入到下一轮循环，满足设备故障巡检要求[6]。

2.3.3 数据共享交换

（1）实时数据交换。在外部系统接口的支持下，调取中间数据库，根据权限设置实时转发数据总线节点中的数据，预先设定允许读取的设备数据。

（2）事件数据交换。采用HTTPREST服务接口，支持本系统内部各子系统之间的信息联动，实现各路段监控中心之间的业务信息共享，方便路段监控中心从本系统中提取更加完整的时间信息[7]。

（3）数据共享发布。系统可以将事件信息、基础数据、实时数据、成果数据通过脱密、转换的方式滤除敏感信息，再共享发送给网站、微信、微博以及第三方应用平台，满足对外数据公布的需求。

2.4 系统接口设计

2.4.1 REST服务接口

REST适用于Web应用程序，用于支持客户端与服务器之间的交互请求，可以在任何时间点重启服务器请求，适合云计算环境，改善客户端数据缓存性能。在REST服务接口下，系统数据访问划分为多种资源，每个资源都配置一个地址，共享同一界面。

2.4.2 中间交换库接口

系统保留中间交换库接口，避免中间表数据因未及时接收数据而被新数据覆盖。中间表设置一个字段标记，记录当前数据状态，即当时状态与被删除状态两种状态。系统提供其他状态自定义功能，不强制要求交换程序中删除数据记录[8]。

3 结语

高速公路管理系统要向智能化方向发展，运用SOA体系架构和分布式部署方案，围绕元数据设计“云”管理系统，并在系统中融入交通地理信息系统关键技术，实现系统实时获取信息、共享交换数据、深度挖掘数据、智能分析数据等功能。监控智能管理系统要覆盖全省的路网信息系统，与其他管理系统对接，不断优化系统功能，全方位掌握全省范围内的交通信息状况。