基于云计算的智慧高速公路运营中心研究与设计

陈海天

摘要：为了可以更好地完成高速公路收费、维护管理和安全管理等工作，文章主要分析了基于云计算的智慧高速公路运营中心研究与设计，建立智慧高速公路运营技术平台，更加快速并精准地完成高速公路的收费、维护管理和安全管理等工作，可为建设智慧高速公路提供参考。

关键词：交通;高速公路;云计算

中图分类号：U412.366 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.049

文章编号：1673-4874（2019）10-0179-04

0引言

在我国交通行业的不断发展中，高速公路作为其中重要的基础设施，发展更为迅速。根据数据显示，截至2018年，我国的高速公路总长就已经达到了13.6万km。高速公路的快速发展也为我国运输服务业提供了强劲的发展动力，从而提高了国内经济的发展速度。

在不断发展的过程中，针对国内的高速公路，已经设立了各项分工明细的部门，如收费中心、监管中心等，这些部门与互联网深度相结合，建立了较为完善的数据库和服务器，并且完善了其中的多种应用功能。随着互联网、云计算、GOS+BOM等技术的不断进步，对于如何建立智慧高速公路运营中心也逐渐被人们所重视。

1 基于云计算的智慧高速公路网运营中心框架研究

1.1 云计算架构与传统IT架构的比选

随着云计算的不断发展，各国对于云计算的重视程度也在持续增加。在2015年，党中央与国务院共同发布了《国务院关于促进云计算创新发展培育信息产业新业态的意见》，表示将全力增强云计算服务能力，提高云计算自主创新能力以及大数据的开发利用。在2017年，云计算就已成功在重点领域占据了一定的地位，并形成了较为完善的产业链条和发展格局，加快了相关行业的发展。

我国工信部也在2017年提出了《云计算发展三年行动计划》，并表示在未来将从提升技术水平、增强产业能力、推动行业应用、保障网络安全、营造产业环境等多个方面，推动云计算的健康快速发展。同时，使用科学可靠的解决方案，进一步保障云计算的发展环境，推动核心技术的发展，使云计算服务能力达到国际的领先地位。

在国内IT技术不断进步的推动下，越来越多行业开始应用IT技术。但在传统的IT基础框架下，存在着资源匮乏、工作人员忙：于补救与部署工作这两种不良情况，技术的复杂程度也不断提高，从而拖延了应用的上线时间。

为顺应时代发展，弥补传统工厂基础框架的缺点，我国成功建立了完善的云计算框架。这项技术是通过采用多云处理器进行系统设计，并运用更为完善的管理方案，完成对系统的集中管理，从而达到优化设计、提高资源使用率、降低服务器租用价格、推动行业发展等目的。云计算架构系统拓扑图如图1所示。

通过数据分析，与传统IT基础框架相比，云计算框架具有资源有效利用、降低成本等各项优点。因此，将云计算框架运用到高速公路这一行业中，有着重要的发展意义。

1.2 基于私有云的智慧高速公路运营中心框架设计

目前，我国已成功建立了高速公路网运营中心，包含收费、稽查、监测等多种业务，但由于其功能具有种类多、用户多、计算多等特点，所以其业务具有独有性，建立基于私有云的智慧高速公路运营中心就有着重要的意义。完善建立私有云智慧高速公路運营中心需要分层次，如分为基础设施层、云服务层以及运维业务支撑层等。

基础设施层，其主要包含服务器、网络和存储这些基础设施，并运用这些基础设施搭建出云平台的物理环境。基础设施层的主要作用是通过虚拟化等技术，使服务器、储存以及网络虚拟化构建各类资源池，满足基础服务。

云服务层是指在云平台中主要作为云计算中心的接口与平台。云服务层在云平台中主要承担计算与分析等功能，可以为用户提供更加完善的服务。

2 智慧高速公路网运营中心的计算、网络及储存资源池设计

2.1虚拟化计算设计

虚拟化计算，主要是通过对资源性质进行转换，使物理资源转化为逻辑性质，再进行计算。在运算过程中通过将服务器进行虚拟化，使一台服务器演化咸多台或几十台的虚拟化服务器，从而形成资源池，降低物理条件的限制，提高资源的有效利用，增强计算能力。

2.2 虚拟化网络设计

虚拟化网络主要是通过分布式虚拟交换机进行建立的，其中分布式交换机主要是起到了与各台主机相互连通的链接作用。分布式交换机的两端分别与虚拟机和物理以太网适配器相连，形成了网络的互通，同时也建立了主机与虚拟机之间的联系。

2.3 虚拟化储存设计

虚拟化储存设计主要将存储设备转化为数据储存，并且仍然作为储存容器，即将虚拟机转化为一组文件储存在数据存储中。其中数据储存是逻辑性的储存容器，可以将存储在其内部的存储设备特点掩盖，并准备相同的模型进行虚拟机文件储存。

在高速公路的运营中心中所需要的数据可以分为结构化与非结构化数据。在虚拟化存储中，两种数据需要采用不同的方式进行存储，其中结构化数据可以采用磁盘阵列系统作为存储资源池进行存储。而非结构化数据则需要将元数据和真实数据分开，形成分布式的存储方式。虚拟存储池由多台物理设备的存储空间组合而成，可以提高存储的利用率，提供更好的服务。虚拟化资源池示意图如图2所示。

2.4 云管理系统设计

云管理系统在智慧高速公路运营中心中，主要负责对云资源、云服务、监控等方面进行管理工作。

其中云资源管理是对于各种性质的资源进行统一收集管理，并进行池化工作。运用服务器、网络以及存储等自动化工具，将已经收集到的资源转化为统一的接口，可以实现对各项资源的管理与分配工作。

云服务管理则是为各类用户提供访司的通道与接口，可以使用户实现对于资源的查看、运用与管理等操作。同时云服务管理也为云服务的请求过程进行统一管理，并将各项服务内容进行科学及系统的定义和规划。

3 智慧高速公路运营中心目标及功能设计

3.1智慧高速公路运营中心实现目标

为建立更加完善的智慧高速公路运营中心平台，需要建立一个完善的地理信息数据库，其建立方式主要运用二维与三维模型。完善的地理信息数据库，与GIS网络相结合，运营中心将具有全面的信息数据以及完善的业务这两个优点。同时，也可以达到以下发展目标：

（1）基于GIS网络，实现对路线、收费统计、监管、数据统计等进行展示。

（2）根据不同的出入口和标识站，建立一个费用的函数模型，并根据网络拓扑架构图和出入口车道与标识站的流水，进行综合计算，计算出车辆的行走路线和精确费用额度，并根据相关的规定，实施下发或降级的处理方案。

（3）可以实时监测到指定时间和地点的车流量、车牌照等信息数据。

（4）可以清晰地查看到高速公路中收费站或管理中心等部门清分数据。

（5）可以展示出车道与标识站这些地点中所运行的设备状况以及各种紧急信息。

3.2 功能分析

智慧高速公路运营中心具有收费、清分、结算等功能，以下对其中不同系统所具有的功能进行简要分析。

智慧高速公路运营中心为可以更好地进行业务应用，建立以收费车道、清分结算中心以及管理中心组成的三层框架结构。其主要过程是在收费车道采集信息数据，之后传输到清分结算中心，清分结算中心进行统计、分析及检查，并将一定的权限分配给收费车道，收费车道可以通过权限查询相关数据。其中收费车道所收集的数据主要是通过规定的专线与清分结算中心进行数据传输，清分结算中心与管理中心则通过专网进行数据的流通。这种三层框架结构的工作流程，实现了数据的流通与共享。

清分结算中心的子系统是由各种不同功能的模块所构成，如报表统计、数据储存、信息发布、网络管理等。

收费车道子系统主要是对各种信息数据的收集和实时管理，但因为车道种类的不同，其收集的数据和管理功能也存在不同。如ETC车道中的子系统主要包含了自动扣費、车道设备管理、特情处理等模块。而MTC车道子系统则包含牌照信息搜集、收费、系统运行参数等模块。收费车道子系统还有一个重要的监测系统，即交通流及设备设施监测系统，其主要作用之一是对收费车道所收集的信息，如车脸图片、牌照识别数据等数据进行深层次挖掘，在数据挖掘后，可以得出车辆轨迹分析、反推稽查等数据分析的结果。另一主要作用是对设备设施的监测，主要针对收费车道中的车道设备、标识站和清分结算中的软硬件进行实时的监控，及时发现突发事件，并在突发事件发生后可以及时检测，并交与相关部门进行处理，从而快速恢复正常工作。

3.3 智慧高速公路运营中心性能要求

虽然智慧高速公路运营中心平台具有众多软件功能，但这些功能需要达到一定的标准：

（1）系统至少可以满足并发用户数上达到200个以上。

（2）系统可以实现同时计算在多条路径上至少70万的车辆，并可以在费额下发过程中<5S。

（3）在本地、路段中心以及收费站这三处进行对收费系统的查询，都可以快速调查，延迟时间<2S。

（4）应用地理信息数据库中的3D模型，如收费站等，其反应时间≤10S。

4 结语

在近些年的发展中，高速公路行业融入了各种先进的科学技术，具有完善的数据库与服务器。但在科学技术不断创新的大环境下，如云计算、GIS网络等的发展，对传统的高速公路事业提出了新的挑战，只有正确地认识到智慧高速公路运营中心这一理念，科学合理地运用先进的云计算、GIS技术，才能更好地实现高速公路行业的不断发展和进步。