黑龍江省高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造方案研究

許征帆

黑龍江省交通信息通信中心 哈爾濱 香坊 150081

1 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及存在的問題

2004年10月2日，黑龍江省實(shí)現(xiàn)了以哈爾濱為中心、以外環(huán)高速公路為樞紐，連接綏滿公路哈爾濱大慶段高速公路、哈伊公路呼蘭綏化段高速公路、綏滿公路哈爾濱尚志段高速公路、同三公路哈爾濱拉林河省界高速公路網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)，聯(lián)網(wǎng)里程約473公里。省聯(lián)網(wǎng)中心于2004年建成并正式投入運(yùn)營(yíng)使用，建成后從未進(jìn)行改造。

目前，省聯(lián)網(wǎng)中心的局域網(wǎng)，以功能分區(qū)劃分為子網(wǎng)，分別是：收費(fèi)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、拆賬清分管理系統(tǒng)、IC卡發(fā)行管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理、對(duì)外信息服務(wù)系統(tǒng)等幾個(gè)計(jì)算機(jī)子網(wǎng)。每個(gè)子網(wǎng)均設(shè)置了一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過以太網(wǎng)口與兩臺(tái)核心以太網(wǎng)交換機(jī)連接，構(gòu)成本地收費(fèi)局域網(wǎng)。各路段與省聯(lián)網(wǎng)中心之間通過路由器構(gòu)成廣域網(wǎng)。省聯(lián)網(wǎng)中心設(shè)置兩臺(tái)核心路由器接收底端收費(fèi)站上傳的數(shù)據(jù)。收費(fèi)站配置1臺(tái)路由器，提供2個(gè)2M接口：一個(gè)接口與路段分中心路由器連接，另一個(gè)2M與省聯(lián)網(wǎng)中心核心路由器連接。每個(gè)路段收費(fèi)分中心設(shè)置1臺(tái)路由器，分別通過2M通道與收費(fèi)站連接，另外再通過2個(gè)10/100M通道分別與管理中心的2個(gè)核心路由器連接。聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)通過以上方式構(gòu)成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

表1 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)主要設(shè)備情況統(tǒng)計(jì)表

如上表所示，原中心設(shè)置了2 套CATALYST 4507核心交換機(jī),作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的核心交換設(shè)備，設(shè)置了2套CISCO7513核心路由器，作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備。核心交換機(jī)和核心路由器組成了原管理中心的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)骨干設(shè)備。以上網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式基本合理，但存在2M數(shù)量眾多，傳輸帶寬并不高等問題，因此需要根據(jù)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行完善。

2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改造設(shè)計(jì)

省聯(lián)網(wǎng)中心配置兩臺(tái)新的核心以太網(wǎng)交換機(jī)，以雙歸屬方式通過萬兆通道相連接構(gòu)成，它們互相分擔(dān)負(fù)載、互為備份，構(gòu)成省聯(lián)網(wǎng)中心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主干。兩臺(tái)骨干以太網(wǎng)交換機(jī)通過ISL互連，它們具有完全相同的配置，互相分擔(dān)負(fù)載、互相備份，減少主干的單點(diǎn)故障并保證網(wǎng)絡(luò)骨干的傳輸性能，同時(shí)每臺(tái)交換機(jī)采用冗余系統(tǒng)引擎和冗余電源配置，保證網(wǎng)絡(luò)核心的高可用性。

省聯(lián)網(wǎng)中心的各接入層業(yè)務(wù)子網(wǎng)（服務(wù)器及存儲(chǔ)子網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理子網(wǎng)、交通監(jiān)控子網(wǎng)、視頻監(jiān)視子網(wǎng)、決策支持子網(wǎng)、對(duì)外服務(wù)子網(wǎng)、收費(fèi)業(yè)務(wù)管理子網(wǎng)、IC卡票證管理子網(wǎng)、內(nèi)部查詢子網(wǎng)、辦公自動(dòng)化子網(wǎng)）將通過千兆接口連接到兩個(gè)骨干以太網(wǎng)交換機(jī)上。

在核心以太網(wǎng)交換機(jī)上通過VLAN劃分技術(shù)將各接入層功能子網(wǎng)劃分為多個(gè)相互隔離的VLAN，保證了各分系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全和獨(dú)立，同時(shí)通過核心以太網(wǎng)交換機(jī)的第三層交換，提供各功能子網(wǎng)之間互相通信的能力，對(duì)于功能子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)訪問，可通過第三層的訪問控制進(jìn)行安全控制，保證功能子網(wǎng)之間只有合法的訪問被允許，而非法的功能子網(wǎng)間訪問則無法通過第三層進(jìn)行交換。

省聯(lián)網(wǎng)中心的全局服務(wù)器以萬兆分別接入兩臺(tái)萬兆光口以太網(wǎng)交換機(jī)上，再通過萬兆接口與核心以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行雙歸屬連接，保證各子網(wǎng)快速訪問。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與“一環(huán)五射”舊路收費(fèi)站連接使用的是2M通道，而“一環(huán)五射”舊路改造要將2M通道改造為10/100M通道，同時(shí)區(qū)域管理中心的數(shù)據(jù)傳輸通道改造也為10/100M通道。改造后的傳輸通道直接接入本中心新核心路由器。但原核心路由器上的2M接口較為混亂，目前無法將接口與收費(fèi)站一一對(duì)應(yīng)起來。所以本方案可以待“一環(huán)五射”舊路改造時(shí)，收費(fèi)站通信接口升級(jí)成10/100M通道后，原核心路由器將逐步淘汰，而現(xiàn)階段這兩臺(tái)核心路由器暫時(shí)保留。

此外，還預(yù)留了如ETC系統(tǒng)的其他系統(tǒng)接口，方便高速公路內(nèi)部子網(wǎng)的擴(kuò)展。其他系統(tǒng)可以通過其以太網(wǎng)交換機(jī)以雙歸屬方式通過千兆接口與省聯(lián)網(wǎng)中心的兩臺(tái)核心以太網(wǎng)交換機(jī)相連。

3 監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心采用核心以太網(wǎng)＋業(yè)務(wù)子網(wǎng)的組網(wǎng)方式，在省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心設(shè)置2臺(tái)核心以太網(wǎng)交換機(jī)，各個(gè)接入層子網(wǎng)如交通監(jiān)控子網(wǎng)、視頻監(jiān)控子網(wǎng)、決策支持子網(wǎng)、服務(wù)器及存儲(chǔ)子網(wǎng)、對(duì)外服務(wù)子網(wǎng)等分別為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子網(wǎng)，交通監(jiān)控子網(wǎng)、視頻監(jiān)控子網(wǎng)、決策支持子網(wǎng)和對(duì)外服務(wù)子網(wǎng)的以太網(wǎng)交換機(jī)均通過千兆網(wǎng)口分別與兩臺(tái)核心以太網(wǎng)交換機(jī)相連；服務(wù)器及存儲(chǔ)子網(wǎng)的兩臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)分別通過萬兆光口與兩臺(tái)核心以太網(wǎng)交換機(jī)相連。核心以太網(wǎng)交換機(jī)則通過核心路由器及SDH干線傳輸系統(tǒng)與局監(jiān)控中心和BOT項(xiàng)目路段監(jiān)控中心相連，實(shí)現(xiàn)與局監(jiān)控中心和BOT項(xiàng)目路段監(jiān)控中心的通信傳輸。

大屏幕拼接顯示系統(tǒng)設(shè)備則直接接入視頻監(jiān)控子網(wǎng)，以方便顯示和控制。

這樣，在省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心，通過核心交換機(jī)，省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心交通監(jiān)控、視頻監(jiān)控、決策支持、對(duì)外服務(wù)子系統(tǒng)設(shè)備、大屏幕拼接顯示子系統(tǒng)設(shè)備共同構(gòu)成了一個(gè)綜合的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，與局監(jiān)控中心及各路段監(jiān)控中心以及下屬監(jiān)控機(jī)構(gòu)構(gòu)成了監(jiān)控廣域網(wǎng)。

1）交通監(jiān)控子系統(tǒng)

交通監(jiān)控子系統(tǒng)由1臺(tái)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、1套交通監(jiān)控服務(wù)器（容錯(cuò)服務(wù)器）、1套數(shù)據(jù)存儲(chǔ)陣列、2臺(tái)交通控制工作站、1臺(tái)圖形工作站、1臺(tái)信息查詢工作站、1臺(tái)系統(tǒng)管理工作站、1臺(tái)激光打印機(jī)、1臺(tái)彩色噴墨打印機(jī)、1套KVM切換器、2套LED顯示屏等設(shè)備以及相應(yīng)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成。

服務(wù)器和存儲(chǔ)陣列通過萬兆光口接入服務(wù)器及存儲(chǔ)子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)，其他設(shè)備（工作站、打印機(jī)等）則通過千兆網(wǎng)絡(luò)接口接入交通監(jiān)控子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)，構(gòu)成交通監(jiān)控子網(wǎng)，交通監(jiān)控子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)再通過千兆網(wǎng)絡(luò)接口分別與兩臺(tái)核心以太網(wǎng)交換機(jī)相連。

為了方便值班員的日常監(jiān)控操作，在省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心設(shè)置一套矩陣式KVM切換設(shè)備，該設(shè)備由一套矩陣式KVM切換器和若干臺(tái)控制終端組成。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)4臺(tái)控制終端同時(shí)獨(dú)立控制16臺(tái)工作站。其中矩陣式KVM切換器同時(shí)與交通控制工作站、圖形工作站、信息查詢工作站等相連，4臺(tái)控制終端再與KVM切換器相連，每臺(tái)控制終端再連接1套鼠標(biāo)、1套計(jì)算機(jī)鍵盤、1臺(tái)液晶顯示器。在日常值班室，值班員在任意一臺(tái)控制終端前，都可切換顯示和控制任意一臺(tái)連接到矩陣式KVM切換器上的計(jì)算機(jī)主機(jī)。

2）視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要由1套視頻監(jiān)控子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)、1套視頻管理服務(wù)器、1套視頻存儲(chǔ)陣列、2臺(tái)視頻監(jiān)控工作站、11臺(tái)視頻解碼節(jié)點(diǎn)設(shè)備（4路標(biāo)清）、2臺(tái)視頻解碼節(jié)點(diǎn)設(shè)備（4路高清）、2臺(tái)22'液晶主監(jiān)視器等組成。其中視頻監(jiān)控子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)利用原有的核心以太網(wǎng)交換機(jī)；8臺(tái)視頻解碼節(jié)點(diǎn)設(shè)備（4路標(biāo)清）利用原有設(shè)備。

視頻管理服務(wù)器及視頻存儲(chǔ)陣列通過萬兆光口分別接入服務(wù)器及存儲(chǔ)子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)，其他設(shè)備（工作站、打印機(jī)等）則通過千兆網(wǎng)絡(luò)接口接入視頻監(jiān)控子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)，構(gòu)成視頻監(jiān)控子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)視頻的存儲(chǔ)、管理、解碼輸出及網(wǎng)上視頻瀏覽等；視頻監(jiān)控子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)再通過千兆網(wǎng)絡(luò)接口分別與兩臺(tái)核心以太網(wǎng)交換機(jī)相連。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過核心以太網(wǎng)交換機(jī)及通信系統(tǒng)提供的1000M傳輸通道與局監(jiān)控中心/BOT項(xiàng)目路段監(jiān)控中心相連。向局監(jiān)控中心/BOT項(xiàng)目路段監(jiān)控中心發(fā)布切換控制命令，完成圖像的切換上傳、切換輸出控制等操作。

3）大屏幕投影子系統(tǒng)

大屏幕拼接顯示子系統(tǒng)主要由液晶顯示屏、多屏拼接控制器、工作站、RGB矩陣切換器、RGB長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)分配器等構(gòu)成；多屏拼接控制器通過10/100M接口與省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心視頻監(jiān)控子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)相連；拼接控制工作站通過1000M接口與省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心視頻監(jiān)控子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)相連。從視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻解碼節(jié)點(diǎn)設(shè)備解碼出40路標(biāo)清視頻和8路高清視頻接入多屏拼接控制器，經(jīng)拼接處理后進(jìn)入大屏幕拼接顯示屏顯示。同時(shí)，在省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心各工作站上也可通過RGB長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)分配器將局域網(wǎng)內(nèi)工作站顯示器的畫面分配出來，通過RGB矩陣切換器切換出8路RGB信號(hào)，接入多屏拼接控制器上，與視頻、圖形等內(nèi)容綜合拼接顯示。實(shí)現(xiàn)對(duì)省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心視頻、計(jì)算機(jī)顯示畫面、電子地圖等信息的綜合拼接放大顯示，形成一個(gè)查詢準(zhǔn)確、顯示全面、操作便捷、管理高效、美觀實(shí)用的綜合顯示系統(tǒng)。

4）決策支持子系統(tǒng)

決策支持子系統(tǒng)主要由1臺(tái)決策支持子網(wǎng)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、1臺(tái)決策支持工作站、1臺(tái)顯示控制工作站、1套視頻解碼節(jié)點(diǎn)設(shè)備（4路高清）、4套55”液晶顯示屏、1套多屏拼接控制器、1套R(shí)GB矩陣切換器、2套R(shí)GB長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)分配器等組成。

由于該系統(tǒng)服務(wù)級(jí)別較高，因此該系統(tǒng)不單獨(dú)設(shè)置服務(wù)器，但可以調(diào)用交通監(jiān)控服務(wù)器和視頻管理服務(wù)器里的相關(guān)數(shù)據(jù)和視頻。

決策支持工作站和顯示控制工作站均通過千兆網(wǎng)絡(luò)接口介入決策支持子網(wǎng)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過軟件調(diào)用各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)一處理分析，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮。

液晶拼接屏主要用于對(duì)上傳的視頻以及決策支持工作站的顯示畫面進(jìn)行拼接放大顯示。根據(jù)顯示的需要，采用2×2×55'液晶拼接顯示屏，從1臺(tái)視頻解碼節(jié)點(diǎn)設(shè)備解碼出4路高清視頻接入液晶拼接顯示屏。另外在決策支持工作站及顯示控制工作站設(shè)一套VGA信號(hào)分配器，分配出工作站的顯示器信號(hào)，轉(zhuǎn)換為RGB信號(hào)輸入RGB矩陣切換器，可切換輸出1～4路計(jì)算機(jī)圖形信號(hào)接入液晶拼接顯示屏，與視頻信號(hào)一起拼接放大顯示。

4 結(jié)束語

本方案著重說明了黑龍江省高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的改造，通過此方案可以對(duì)道路信息、交通流信息、氣象信息、設(shè)備運(yùn)行等信息實(shí)現(xiàn)三個(gè)等級(jí)的監(jiān)控和管理，整個(gè)系統(tǒng)功能更完善、信息數(shù)據(jù)的利用更廣泛，對(duì)我省整體改造提供了價(jià)值的幫助。

[1]黑龍江省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)要求,2004

[2]李亞強(qiáng),周宏,錢旻旻.高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的管理和維護(hù)[A].第一屆全國(guó)公路科技創(chuàng)新高層論壇論文集智能交通與機(jī)電工程卷[C],2002年

[3]穆東.國(guó)外高速公路如何收費(fèi)[J].黨政論壇(干部文摘),2011年8期