基于两网融合的智慧高速中心系统建设与应用研究.pdf

30 工程前沿 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究摘要：文章通过对高速公路运营和管理现状进行分析，提出基于监控网和收费网两网融合的智慧高速数据中心系统建设的思路，并通过严格的安全设计实现两网双向数据安全交换，使之达到网络安全等级保护三级要求，在此基础上提出基于两网融合的数据中心系统建设的三类智慧化应用，包括智慧管控、智慧服务和智慧决策。基于两网融合的智慧高速中心系统建设，通过利用现有设施和信息化系统，使数据的价值得到充分发挥，相比于大规模新建设施设备更有利于节省建设成本，对于现阶段智慧高速建设的探索和实践具有一定的参考意义。关键词：两网融合；数据中心；DaaS；智慧高速；系统安全Abstract:Based on the analysis of the current situation of expressway operation and management,this paper puts forward the idea of constructing smart expressway data center system based on the integration of monitoring network and toll collection network,and realizes the two-way data safe exchange between the two networks through strict security design,so as to meet the three-level requirements of network security level protection.On this basis,three kinds of smart applications of data center system construction based on the integration of two networks are proposed,including smart management and control,smart service and smart decision-making.The construction of the smart expressway center system based on the integration of two networks can fully utilize the value of the data by using the existing facilities and information system.Compared with the 基于两网融合的智慧高速中心系统建设与应用研究常知情1，21.郑州大学 管理学院，河南 郑州 4500012.上海平可行智能科技有限公司，上海 200235Research on the Construction and Application of Smart Expressway Center System Based on the Integration of Two NetworksCHANG Zhiqing1,21.School of Management,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,Henan,China2.Shanghai Pingkexing Intelligent Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200235,China010.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.在大数据、人工智能等新兴技术发展的时代背景下，随着感知设备和信息获取途径的多元化，多源数据融合逐渐成为各行业实现智慧化运营和管理的手段。近年来各省相继发布了关于智慧高速建设相关标准和指南。从发布内容上看，各省均在鼓励利用新技术实现高速公路运营状态的全面感知，并通过多源数据的融合实现交通运行管控的智能化、精准化1。为此，文章结合高速公路运营和管理现状，提出了基于高速公路监控网和收费网两网融合的数据中心系统 DaaS 平台的建设思路，通过两网数据打通后智慧化功能的实现，充分发挥数据的价值，为高速公路运营和管理人员提供辅助决策的依据。1 高速公路运营和管理现状目前，高速公路运营和管理过程中主要面临如下问题：（1）数据分散，缺乏路段综合感知。现有数据资源分散在各个系统、数据之间整合共享程度低、数据缺少融合挖掘分析，难以实现对道路交通运行状态的快速全面感知。基于单一系统的数据很难对造成异常作者简介：常知情，女，本科，工程师，研究方向为智能交通。large-scale newly built facilities and equipment,it is more conducive to saving the construction cost,which has certain reference significance for the exploration and practice of the smart expressway construction at the present stage.Key Words:integration of two networks;data center;DaaS;smart expressway;system security分类号：U495 工程前沿31工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月交通流、交通事件、道路异常状况的深层次原因进行分析，无法从根本上采取措施以改善交通状况。（2）被动处置，智慧管控手段不足。事件的发现和处理大多基于被动响应型方法，事后发现和处置的效果有限，缺少事前发现的手段和措施，智慧化水平比较低，缺少对交通拥堵、突发事件等交通常态化事件的预判能力，需要通过整合现有资源将对事件的被动处置向主动预防进行转变2。2 智慧高速数据中心系统整体架构2.1 逻辑架构为了充分挖掘和发挥路段已建系统既有数据，特别是收费门架系统数据的服务功能，有力支撑路段智慧应用系统的建设，中心系统建设的重点即搭建一套DaaS 软硬件集成平台，实现各个系统业务数据的接入汇聚，统一管理，计算处理和存储转发，从而更好地支撑高速公路各业务板块智慧能力的提升。中心系统逻辑架构分为基础设施层、数据服务层和业务应用层。基础设施层是 DaaS 平台的底层硬件平台，由服务器主机、存储系统、网络及安全设施、视频分析设备以及相应的操作系统所组成，为数据应用及业务系统提供可靠的物理环境。数据服务层完成新建外场感知数据、路段既有系统数据的接入、汇聚、计算、存储及数据集成，并以服务的方式进行封装，向上级业务系统包括外部系统提供适配接口进行调用3。业务应用层面向智慧管控、智慧服务和智慧决策三个方面提供相应的功能输出，结合 UI（用户界面）为用户提供服务。2.2 网络部署单独构建的 DaaS 平台数据源主要来自原有路段监控系统和收费系统。由于目前两个系统各自独立成网，且安全等级不同，因此需要重点考虑 DaaS 平台的网络部署方式以及安全架构，如图 1 所示。DaaS 平台单独构建路段局域网，通过安全边界分别拉通收费系统专网和监控系统专网，同时根据实际需求申请专线连通互联网业务平台。平台将收费网、监控网以及互联网在业务层面进行阻隔，根据业务需要设置网络和安全策略，单独与收费网、监控网和互联网进行数据交互。3 智慧高速数据中心系统的安全建设DaaS 平台是监控网、收费网、管养网（办公区）的数据汇聚点，因此对 DaaS 平台的网络安全保障是重点。DaaS 平台与收费网、监控网、管养网（办公区）之间进行双向数据安全交换，收费监控与收费数据之间进行单向视频传输，管养网（办公区）与互联网进行双向数据安全交换。DaaS 平台本身的安全通信网络、安全计算环境、安全区域边界三项不低于网络安全等级保护三级要求。在 DaaS 内设置安全管理区，在 DaaS 安全管理区设置堡垒机、日志审计、漏洞扫描等，在用户终端区设立防病毒等实现网络安全管理。在管养网设置 DaaS对外共享数据前置区，设置 Web 网关。在 DaaS 与管养网边界处设置物理隔离，在 DaaS 与收费数据、DaaS与收费监控、收费数据与收费监控边界处设置逻辑隔离。按照划分等级保护、纵深防御的保护思想，安全建设方案涵盖物理环境安全、安全计算环境、安全区域边界、安全通信网络、安全管理中心、安全管理措施六个方面4。（1）物理环境安全。通过物理设施的建设，辅助以视频监控的手段实现物理环境安全保护，可以在现有机房设施的基础上增加基于人脸识别的物理访问控制和温湿度控制等机房环控内容。（2）安全计算环境。DaaS 核心交换区汇聚大量网络访问数据，汇聚各大网络访问流量，部署高级威胁检测 APT 设备和网络审计，集成沙箱检测能力，帮助发现高级威胁攻击，检测横向恶意代码攻击，有效发现内部横向渗透攻击行为，检测新型网络攻击，发现异常，追踪溯源。（3）安全区域边界。在视频+监控、收费、互联网区域边界通过部署区域防火墙/网闸，实现跨边界防护、不同区域之间的访问控制、关键网络节点处的图 1 DaaS 平台网络部署示意图32 工程前沿 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究入侵防范、对恶意代码和垃圾邮件的检测与防护，以及对用户行为和重要安全事件的安全审计。（4）安全通信网络。通过通信网络安全传输、通信网络安全接入及通信网络安全审计等机制实现。（5）安全管理中心。通过在网络中部署运维审计系统、日志审计系统、数据库审计系统、安全管理系统、设备运行状态监测系统、集中安全审计系统等，实现系统管理、审计管理、安全管理和集中管控，共同满足等保三级安全管理中心部分的要求。（6）安全管理措施。建立、颁布、执行安全管理制度；成立安全管理机构；制定、执行安全管理业务流程。4 智慧高速数据中心系统的具体应用4.1 智慧管控（1）重点车辆监管。具体包括客运车辆监管、超限车辆车牌比对、超限车辆数据发布、超限车辆违规证据输出等，实现对超限车辆的在途监控、实时位置跟踪和轨迹预测，通过对超限超重超速车辆进行轨迹分析，将信息推送至交警部门，可以精确查询指定车辆的当前位置、行驶方向、桩号、车辆信息及行驶路线等信息，为交警执法提供依据。（2）交通应急处置。具体包括事件接报、事件预案管理、应急资源管理、应急指挥、信息发布、信息展示、统计分析功能等，可以根据交通事件处置预案进行指挥，实时掌握处置车辆位置、处置人员状态，利用辅助决策模块启动事件影响分析和获得辅助决策结果，并向处置人员发送指令，同时接收处置人员反馈的处置信息。（3）ETC 车路协同。ETC 车路协同功能主要通过收费系统与监控系统打通，通过监控系统将需要 ETC门架发布的信息传输给 ETC 门架天线 RSU。RSU 通过通信协议向 OBU 发送指令，OBU 蜂鸣进行响应。主要功能包括超车预警、车辆碰撞预警、前方道路拥堵预警、道路施工预警、交通事件报警等5。4.2 智慧服务（1）交通突发事件告警。通过路侧智能摄像头，捕获道路特情信息，如车辆事故、道路异物等，并通过智慧应用主动推送相关管理人员，加快道路特情处置效率，排除道路事故隐患，从而提高道路车辆的通行效率。（2）外场设备状态告警。智慧应用通过数据类采集服务，实时获取外场设备状态，设备出现异常时，主动推送相关管理人员，加快外场设备检修。从而更好地引导司机安全驾驶、道路特情告知从而提高道路车辆的通行效率。（3）高峰时段流量预警。智慧应用通过数据类采集服务，采集路段每日通行数据，从而预测出未来某日交通通行情况，当通行能力达到预警阈值，可通知相关管理人员，提前做好高峰流量的处置准备，以减少道路拥堵，增加道路车辆的通行效率6。（4）路侧设备协同预警。当道路发生事故时，智慧应用可自动化协同路侧设备、外场设备改变显示状态，如改变轮廓灯闪烁频率、颜色，以引导司机谨慎驾驶，减少二次交通事故发生的可能性，从而提高道路车辆的通行效率。4.3 智慧决策（1）常发堵点识别。现有的交通拥堵监测主要通过人工监测、紧急电话或感应线圈检测器实现。人工监测效率较低且容易出现疏漏，紧急电话的时效性不佳，且对拥堵程度判断的准确性不足；感应线圈检测器只能监测到部分交通数据，系统安装时需要破坏路面且后续维护保障麻烦，存在较大的使用局限性。基于监控数据的交通拥堵状态自动监测技术，是根据实时的交通特征参数，迅速对特征参数作出判断，检测出交通拥堵状态的存在，并对监测到的交通拥堵状态进行预警或报警，有助于交通管理部门及时采取应对措施，最大限度地降低交通拥堵的严重程度、缩小影响范围。（2）节假日流量预测。节假日交通流量数据的采集主要来源于收费系统和监控系统。如通过对节假日经过监测点的车辆进行识别，从而得到有价值的交通流信息如时间、车牌号、车道和速度等，然后统计出未来节假日监测点的交通流量7。（3）路段运行态势预估。针对早晚高峰、节假日及事故状态下的路段运行态势预估，在获取高速公路实时采集信息后，对下一短时段内的交通状况进行判别是调度管理的前提和基础。有效的短时段交通量预测能对高峰时段和拥堵路段提供及时信息，为高速公路交通管理者提供决策支持，其中包括交通流量预测和交通状态预测。交通流量预测是指利用交通流量的历史数据对未来的交通量变化情况进行预测，同时根据历史数据的实时更新对预测结果进行实时调整，以提升交通流量预测的准确性。交通状态预测是指根据道路交通拥堵的程度进行分级。道路交通管理者能够 工程前沿33工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月获知未来道路交通状态的变化趋势，进而可通过调整交通管控措施实现对未来交通状态的及时调控。（4）路段时空影响预估。包括事件后果预测与评估（事件影响范围、持续时间等）、事件持续时间预测（对事件的响应时间，事件的清除时间和交通的恢复时间进行预测）。通过高速公路交通事件时空影响范围评估，可以预测道路拥堵事件或者突发事件对道路通行造成影响的范围以及影响的持续时间，有助于道路管理者对路段通行信息的整体把控，通过实施事先制订的应急预案，及时疏散交通流，提高道路的通行效率，提升道路运营管理水平8。5 结束语借助新兴技术手段实现多源数据的融合，并加以分析和应用是高速公路智能化建设过程中的重要手段。文章提出的基于监控网和收费网的融合思路改变了原本系统各自独立的现状。通过构建 DaaS 平台分别拉通收费系统专网和监控系统专网，通过安全边界将收费网、监控网以及互联网在业务层面进行阻隔，根据业务需要，设置网络和安全策略，单独与收费网、监控网和互联网进行数据交互。在满足监控网和收费网对安全等级要求的同时，通过两网数据融合可以实现智慧管控、智慧服务和智慧决策等智能化应用，响应了各省份对智慧高速建设的要求，可为高速公路相关运营单位提供有益借鉴。参考文献1 唐小军,章立辉,兰凤民.以京雄、延崇高速公路为例谈智慧高速公路的发展对策J.公路,2022,67(4):250-255.2 王刚,刘旭,谷岩.高质量发展需求下智慧高速建设目标和思路J.中国交通信息化,2022(12):28-29.3 杜豫川,刘成龙,吴荻非,等.新一代智慧高速公路系统架构设计J.中国公路学报,2022,35(4):203-214.4 章谦骅,章坚武.基于云安全技术的智慧政务云解决方案J.电信科学,2017,33(3):107-111.5 胡启洲,张晓亮,吴翊恺,等.车路协同下高速公路运行态势监测方法J.东南大学学报(自然科学版),2020,50(6):1143-1147.6 祁朵,毛政元.基于自适应时序剖分与KNN 的短时交通流量预测J.地球信息科学学报,2022,24(2):339-351.7 李浩,张杉,曹斌,等.基于城市道路卡口数据的交通流量预测J.重庆大学学报,2020,43(11):29-40.8 陈丹蕾,陈红,任安虎.考虑时空影响下的图卷积网络短时交通流预测J.计算机工程与应用,2021,57(13):269-275.（上接第 16 页）水泵一一对应，最终汇入出水井，经出水井泄压后，通过 d1200 mm 出水管道重力排入北京路排洪沟内。如图 4 所示，该工程 d1200 mm 出水管道终点设计标高为 18.80 m，高于北京路排洪边沟 20 年一遇洪水位，因此可解决迎宾大道与深圳路下穿段积水问题。图 4 出水系统示意4 结束语立交排水的关键主要有两点：一是要保证高处雨水能被有效截留，二是及时排出低处汇集的雨水。在确定排水设计方案时，必须用立体思维统筹考虑整个立交系统的积水特点及排水问题，制订最优的排水方案。综上所述，在解决立交下穿道路的排水不畅问题时，需要关注造成下穿道路积水的原因，并统筹考虑道路结构特点后确定合适的径流系数、暴雨强度、汇水范围等参数。选择高效性与稳定性均较好的排水系统设计方案，充分解决立交道路的排水问题，为雨季时立交下穿道路的安全使用提供保障。参考文献1 胡晨昊.城市道路立交排水设计:以凌空路-迎宾大道立交为例J.城市道桥与防洪,2016(8):152-153,174.2 周文鸿.城市道路下穿立交管线通道及排水系统设计综述J.浙江建筑,2018,35(9):51-56.3 温军燕,罗维.杭州市庆春立交雨水泵站排涝问题及治理对策J.中国给水排水,2016,32(18):14-18.4 汪雨薇.道路立交区排水方案及水力计算方法探讨J.市政技术,2022,40(5):112-117.5 李怡冰,方诗圣.海绵城市理念在城市立交改造中的应用研究J.给水排水,2020,56(2):53-56.