高速公路智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究

蘇亞斌

（河北高速公路集團(tuán)有限公司大廣分公司，河北衡水 053000）

0 引言

監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路三大管理系統(tǒng)之一，隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的發(fā)展，高速公路監(jiān)控管理系統(tǒng)要引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，拓展系統(tǒng)服務(wù)功能，使系統(tǒng)滿足信息共享、車輛信息監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析、實(shí)時感知數(shù)據(jù)等方面的要求。在智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要采用分布式部署方案，統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換、設(shè)備接口、網(wǎng)絡(luò)傳輸、監(jiān)控業(yè)務(wù)等方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建立數(shù)據(jù)共享平臺，自動統(tǒng)計(jì)分析各路段的路況，為有關(guān)部門管理決策提供依據(jù)。

1 工程概況

某高速公路里程已達(dá)7 000km，形成五縱四橫一環(huán)八連的高速公路網(wǎng)。高速公路管理模式為“一省一局”，均由公路局作為管理主體，這為全省高速公路建設(shè)統(tǒng)一的監(jiān)控管理系統(tǒng)創(chuàng)建了有利條件。當(dāng)前，該省部分地區(qū)已經(jīng)建立起了集施工信息、值班管理、視頻監(jiān)控等傳統(tǒng)監(jiān)控管理功能于一體的信息系統(tǒng)，但尚未開發(fā)智能調(diào)度、智能管理、智能分析等功能，且各監(jiān)控系統(tǒng)平臺相互獨(dú)立，導(dǎo)致監(jiān)控管理信息化、智能化、協(xié)同化水平偏低。為解決這一問題，提出一種標(biāo)準(zhǔn)化的智能管理系統(tǒng)架構(gòu)，目的在于打破信息孤島、系統(tǒng)平臺不一的局限，構(gòu)建起統(tǒng)一的智能監(jiān)控管理系統(tǒng)。

2 高速公路智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)思路

2.1.1 “云”監(jiān)控管理系統(tǒng)

智能監(jiān)控管理系統(tǒng)基于“云”服務(wù)設(shè)計(jì)理念，采用邏輯一致、獨(dú)立運(yùn)行的設(shè)計(jì)方法，提高系統(tǒng)容災(zāi)能力[1]。在與總中心斷網(wǎng)的情況下，各監(jiān)控分中心可以獨(dú)立完成監(jiān)控、調(diào)度工作；在與總中心聯(lián)網(wǎng)的情況下，監(jiān)控分中心可以與其他監(jiān)控分中心實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)聯(lián)動、數(shù)據(jù)共享。

2.1.2 SOA架構(gòu)

本系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)，設(shè)置獨(dú)立功能模塊，各功能模塊之間解耦合，確保系統(tǒng)能夠有效應(yīng)對監(jiān)控業(yè)務(wù)的變化；系統(tǒng)各模塊提供相應(yīng)的服務(wù)，單點(diǎn)維護(hù)或發(fā)生故障都不會對其他模塊運(yùn)行造成影響；系統(tǒng)具備較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，可以對接高速公路其他智能管理系統(tǒng)。

2.1.3 元數(shù)據(jù)架構(gòu)

利用創(chuàng)新性技術(shù)創(chuàng)建廣譜數(shù)據(jù)總線是本系統(tǒng)架構(gòu)的核心構(gòu)成機(jī)制。系統(tǒng)數(shù)據(jù)建模與訪問以元數(shù)據(jù)為中心，基于元數(shù)據(jù)架構(gòu)建設(shè)集成性系統(tǒng)；廣譜數(shù)據(jù)總線采用元數(shù)據(jù)驅(qū)動，基于元數(shù)據(jù)建模，支持多媒體數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)等多種類型數(shù)據(jù)的處理，能夠?yàn)榫C合信息數(shù)據(jù)集成應(yīng)用創(chuàng)造條件[2]。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用分布式云服務(wù)設(shè)計(jì)，覆蓋省監(jiān)控中心（省中心）、各區(qū)域監(jiān)控分中心（區(qū)域中心）、各路段監(jiān)控子中心（路段中心），通過系統(tǒng)監(jiān)控全省各路段的運(yùn)行情況。

2.2.1 物理架構(gòu)設(shè)計(jì)

省監(jiān)控中心部署各類型服務(wù)器，包括通信類、應(yīng)用服務(wù)類、流媒體類、數(shù)據(jù)庫類、數(shù)據(jù)分析類服務(wù)器，省中心設(shè)置防火墻，在公網(wǎng)環(huán)境下發(fā)布服務(wù)信息，并通過內(nèi)部專網(wǎng)對接各監(jiān)控分中心和子中心[3]。

2.2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)服務(wù)。系統(tǒng)服務(wù)面向?yàn)g覽器用戶提供Web服務(wù)，采用Java EEWeb服務(wù)器，為運(yùn)行監(jiān)測模塊、應(yīng)急調(diào)度模塊、源管理模式、高清卡口模塊、視頻管理模塊、業(yè)務(wù)通訊模塊等各種功能模塊提供交互支持。系統(tǒng)服務(wù)架構(gòu)集成多樣化的監(jiān)控管理服務(wù)，基于廣譜數(shù)據(jù)總線組建實(shí)時數(shù)據(jù)庫，增強(qiáng)了智能管理系統(tǒng)的適用性與靈活性[4]。

（2）瀏覽器前端。瀏覽器前端采用視頻控件、F2Net個性化前端技術(shù)。視頻控件可以對接視頻服務(wù)，播放網(wǎng)絡(luò)視頻，支持云臺和焦距控制，滿足雙向語音需求；F2Net支持矢量地圖服務(wù)，集成天地圖平臺提供通用地理信息控件，可以跟蹤和監(jiān)控海量車輛運(yùn)行，在短時間內(nèi)快速定位車輛，多維顯示車流量。

（3）基礎(chǔ)服務(wù)。系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)服務(wù)包括對象數(shù)據(jù)管理服務(wù)、實(shí)時數(shù)據(jù)總線服務(wù)、實(shí)時數(shù)據(jù)管理服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)和地理信息服務(wù)。前三項(xiàng)服務(wù)歸類為廣譜數(shù)據(jù)總線服務(wù)，采用分布式數(shù)據(jù)訪問設(shè)計(jì)，支持?jǐn)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時傳輸；系統(tǒng)采用ORACLE數(shù)據(jù)庫，且采用ArcGISserver管理矢量地理信息。

（4）后臺數(shù)據(jù)處理服務(wù)。路段中心布設(shè)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，用于采集車檢器、氣象儀、能見度儀、高清卡口、GPS移動車輛、收費(fèi)站、DCS現(xiàn)場控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；后臺數(shù)據(jù)處理服務(wù)提供LED控制、視頻錄制、視頻云臺控制、即時通訊、實(shí)時數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)共享交換功能。

（5）智慧分析服務(wù)?；谠朴?jì)算集群部署指揮分析服務(wù)器，用于分析視頻攝像機(jī)采集的數(shù)據(jù)，掌握道路交通狀況，計(jì)算平均車速和車流量；整合車檢器、收費(fèi)站獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合道路基礎(chǔ)特征數(shù)據(jù)，預(yù)測未來時間段的交通狀況；采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，分析過往的交通大數(shù)據(jù)，為交通規(guī)劃提供決策依據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)采集與交換設(shè)計(jì)

2.3.1 數(shù)據(jù)采集與控制

數(shù)據(jù)采集與控制服務(wù)采用模塊化設(shè)計(jì)，區(qū)域中心和路段中心執(zhí)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集與控制架構(gòu)，具體分為以下三層：

（1）調(diào)度層。采集器實(shí)時采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入實(shí)時數(shù)據(jù)總線，并監(jiān)聽實(shí)時數(shù)據(jù)總線上的設(shè)備控制指令，根據(jù)指令完成設(shè)備控制任務(wù)[5]。

（2）功能層。執(zhí)行編解碼轉(zhuǎn)換操作，統(tǒng)一數(shù)據(jù)對象格式，統(tǒng)一不同型號設(shè)備的通信協(xié)議，并為不同類型設(shè)備提供編解碼器，使各設(shè)備之間可以有效執(zhí)行指令。

（3）協(xié)議層。設(shè)置能夠適配不同類型設(shè)備通信接口需求的公共組件，如TCP/IP協(xié)議、關(guān)系數(shù)據(jù)庫交換等。

2.3.2 運(yùn)行策略

（1）監(jiān)聽。自定義間隔時間，下達(dá)數(shù)據(jù)采集指令，根據(jù)指令讀取設(shè)備上的報(bào)文。

（2）同步與異步。數(shù)據(jù)采集器支持兩種采集方式，在同步采集方式下，采集器發(fā)出指令，讀取設(shè)備回復(fù)，在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)多個設(shè)備通信；在異步采集方式下，通過相互分離的設(shè)備接口發(fā)送指令、接收恢復(fù)，滿足高頻率數(shù)據(jù)采集需求。

（3）采集頻率。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器支持自定義定時、定頻，無需考慮單次輪詢時間，在采集完成一輪循環(huán)后進(jìn)入到下一輪循環(huán)，滿足設(shè)備故障巡檢要求[6]。

2.3.3 數(shù)據(jù)共享交換

（1）實(shí)時數(shù)據(jù)交換。在外部系統(tǒng)接口的支持下，調(diào)取中間數(shù)據(jù)庫，根據(jù)權(quán)限設(shè)置實(shí)時轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)總線節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)，預(yù)先設(shè)定允許讀取的設(shè)備數(shù)據(jù)。

（2）事件數(shù)據(jù)交換。采用HTTPREST服務(wù)接口，支持本系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的信息聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)各路段監(jiān)控中心之間的業(yè)務(wù)信息共享，方便路段監(jiān)控中心從本系統(tǒng)中提取更加完整的時間信息[7]。

（3）數(shù)據(jù)共享發(fā)布。系統(tǒng)可以將事件信息、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)通過脫密、轉(zhuǎn)換的方式濾除敏感信息，再共享發(fā)送給網(wǎng)站、微信、微博以及第三方應(yīng)用平臺，滿足對外數(shù)據(jù)公布的需求。

2.4 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

2.4.1 REST服務(wù)接口

REST適用于Web應(yīng)用程序，用于支持客戶端與服務(wù)器之間的交互請求，可以在任何時間點(diǎn)重啟服務(wù)器請求，適合云計(jì)算環(huán)境，改善客戶端數(shù)據(jù)緩存性能。在REST服務(wù)接口下，系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問劃分為多種資源，每個資源都配置一個地址，共享同一界面。

2.4.2 中間交換庫接口

系統(tǒng)保留中間交換庫接口，避免中間表數(shù)據(jù)因未及時接收數(shù)據(jù)而被新數(shù)據(jù)覆蓋。中間表設(shè)置一個字段標(biāo)記，記錄當(dāng)前數(shù)據(jù)狀態(tài)，即當(dāng)時狀態(tài)與被刪除狀態(tài)兩種狀態(tài)。系統(tǒng)提供其他狀態(tài)自定義功能，不強(qiáng)制要求交換程序中刪除數(shù)據(jù)記錄[8]。

3 結(jié)語

高速公路管理系統(tǒng)要向智能化方向發(fā)展，運(yùn)用SOA體系架構(gòu)和分布式部署方案，圍繞元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)“云”管理系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中融入交通地理信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時獲取信息、共享交換數(shù)據(jù)、深度挖掘數(shù)據(jù)、智能分析數(shù)據(jù)等功能。監(jiān)控智能管理系統(tǒng)要覆蓋全省的路網(wǎng)信息系統(tǒng)，與其他管理系統(tǒng)對接，不斷優(yōu)化系統(tǒng)功能，全方位掌握全省范圍內(nèi)的交通信息狀況。