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      3. 基于中臺技術的取消高速公路省界收費站系統研究

        2021-08-16 09:37:33 來源:中國交通信息化 作者:譚峰,李密等 評論:
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        取消高速公路省界收費站是我國深化收費公路制度改革的重要舉措,也是交通運輸行業向數字化轉型、向智慧高速公路邁進的重要里程碑[1-3]。取消高速公路省界收費站工程推動形成全網一體化運營服務新態勢,有助于解決高速公路省界的交通擁堵情況,提升高速公路的通行效率,實現全國范圍內的一網暢通[4-6]。本文以湖南省高速為例,對取消高速公路省界收費站系統的建設展開探討,對系統現狀進行分析,指出系統的建設目標,提出了基于中臺技術的系統總體技術架構,并對系統的網絡部署架構進行了研究。


        系統現狀

        取消高速公路省界收費站系統是對我國現有收費模式和技術進行的重要變革。對系統建設現狀的分析是系統實現的重要基礎,湖南省高速省中心和分中心的主要業務系統包括:收費數據管理系統、收費業務管理系統、路徑識別管理系統、ETC發行管理系統、清分結算系統、通行費拆分系統。通過對湖南省高速省中心和分中心相關業務系統存在主要以下問題。
        (1)業務系統垂直建設,缺乏整體規劃。業務系統分散開發、分散管理、獨立運維,系統架構復雜多樣,功能、服務、接口、數據模型等方面標準化不足,嚴重制約了業務發展水平,亟需建立全面系統的智慧高速框架體系。
        (2)缺乏統一建設標準和數據模型,數據難以共享整合。人、車、路、環境數據尚未整合,數據驅動的智慧高速基礎待夯實,數據模型不完善,制約各系統數據共享與交換;MTC與ETC從站級到省中心級業務數據都未融合,影響收費與稽查管理。
        (3)缺乏統一基礎服務能力支撐,標準性和開放性不足。傳統架構無法滿足高速體制改革帶來的業務變化,亟需基礎服務平臺支撐業務發展,以互聯網架構支撐高效低成本運營。
        (4)缺乏統一運營手段與運營體系。統一運營手段與運營體系的缺失,帶來了圖像查詢困難、偷逃費稽查困難、收費管理與考核粗放、運營管理缺乏精細化管理等諸多問題,提高了運營成本。

        建設目標

        根據湖南省高速取消省界站系統工程的實際需求和系統現狀,確定以下系統業務目標和技術目標。
        (一)業務目標
        (1)重構計費與賬務管理支撐體系,支撐取消省界收費站后的業務運行。建設支撐分段計費的ETC門架系統,為取消省界收費站及分段計費提供基礎支撐。重構省中心計費管理系統,基于取消省界站后的開放式高速公路分段收費方式,實現省中心云端計費。打造時間、空間和狀態關聯的統一賬務體系,保證賬務清晰。
        (2)構筑保障體系,支撐取消省界站后的高速業務發展。建立省-部聯動的稽查與信用管理系統,運用大數據與人工智能分析,進行智能化稽查管理。同時充分結合第三方數據,逐步完善綜合信用管理體系。針對保障高速運行、聯網計費的機電設施,構建一體化的物聯、設備感知與管理平臺,保障基礎設施安全、穩定運行。
        (3)增強運營能力與業務創新。打造符合高速特征的運營支撐體系,對內提高運營支撐效率,對外創新運營業務,實現高速業務的創新與增值。
        (二)技術目標
        (1)建設統一支撐平臺,快速支撐業務。引入行業領先的中臺策略,構建高速聯網智慧中臺,以“平臺+業務”的模式,實現數據、業務、技術的充分解耦,和積木式業務構建。
        (2)引入先進技術,提升業務水平。引入大數據、云計算、人工智能、物聯網、邊緣計算等先進技術,實現一體化的路網感知和可靠的數據傳輸,使聯網計費更精準、更全面、更可靠,稽查手段更豐富、更精準、更智能。
        (3)構建運營支撐體系,驅動業務轉型。以數據為驅動,技術為手段,構建全面數據運營體系,實現湖南高速以業務支撐為中心向以客戶運營服務為中心的業務轉型。

        總體架構

        湖南省取消高速公路省界收費站系統總體架構,采用新的厚中臺、瘦前臺架構模式,核心打造業務中臺、數據中臺和技術中臺,實現對業務、數據、技術的充分解耦。面向高速機電自動化設施,建設一體化物聯感知體系,實現高速機電一體化的物聯、監控和數據采集?;跇I務中臺、數據中臺和技術中臺,構建業務能力、數據能力和技術支撐能力,建設一體化IT支撐能力開放中心,全面支撐整個高速聯網中心的業務系統實現,總體架構如圖1所示。
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        圖1 系統總體架構
        (一)技術中臺
        技術中臺主要由微服務管控平臺和大數據平臺組成,作為技術底座與業務中臺和數據中臺協同支撐取消省界收費站系統建設。在x86集群硬件基礎上建設公有云、私有云和生產云,通過不同類型的云端,承載取消省界收費站的數據中心和核心業務。在邊緣側,進行基于arm的嵌入式實時工業系統建設,實現門架側邊緣業務計算。
        微服務管控平臺負責對所有應用微服務的部署、配置、卸載、銷毀等全過程進行統一管理,包括微服務的創建發布、微服務管理列表、微服務健康狀態檢查、微服務彈性伸縮和配置項管理等相關微服務的管控功能。
        大數據平臺以Hadoop、MR、Hive、HBase、Elastic Search、Spark、kafka等技術為核心,提供PB級以上的海量數據采集、加工處理、存儲、分析、挖掘、管控、數據應用功能,具有高并發、高吞吐、低時延、高可靠、低成本、按需動態擴容、自動化部署等特性。平臺擁有靈活的整合能力,即可獨立架構,也可與現有系統混合使用。平臺的分布式數據集成主要承擔混合和多源數據的集中處理,分布式數據存儲和計算由大數據內核提供支撐;分布式ETL處理完成的數據,可根據業務需求回傳到高速業務系統中用于展示或者查詢的RDB數據庫,也可由大數據內核的HBase組件直接提供快速的檢索及查詢展示;數據分析與挖掘平臺負責數據深度分析與挖掘處理,通過挖掘平臺中封裝的豐富模型與算法、以及專為高速業務自主定制開發的滑窗算法與高速流量模型,支撐湖南高速通用性和定制化的挖掘分析需求。
        (二)數據中臺
        數據中臺通過內外部多源異構的數據采集、治理、建模、分析和應用,使數據對內優化管理與提高業務,對外實現數據合作與價值釋放,成為數據資產管理中樞,實現了數據的分層與水平解耦,擁有沉淀公共數據能力。在具體實踐上,主要通過ETL工具完成全域數據采集與接入,對接路網感知一體化平臺和業務系統數據,對湖南省范圍內的高速基礎數據、通行業務數據、路網設備數據進行采集,同時接入外部數據;通過數據中心實現對采集的數據統一存儲、融合和建模,實現跨域數據整合和知識沉淀;通過數據資產管理的方法,結合數據特有特征,從產生與流轉、存儲與整合、分析與價值發現等方面對數據進行有效管理;通過數據開發,實現統一的開發規范、數據規范、模型規范和數據標準,以滿足統一的數據開發和應用需求;通過數據服務,面向業務統一數據出口與數據查詢邏輯,屏蔽多數據源與多物理表。
        數據中心是數據中臺的建設核心,通過采用“Hadoop+MPP+x86”混搭架構以及云化ETL、MPP、Hadoop、流式計算等新技術,實現湖南高速數據中心高擴展、高性能、高可靠的技術架構,提供了實時處理與交互能力框架。根據高速業務特點,采用微服務技術,構建能力開放技術平臺,通過能力開放平臺實現內部能力的對外開放和外部能力的接入;運用云化ETL或其他可視化工具從數據源抽取數據到數據倉庫,通過視圖、指標、標簽等自助配置能力,提升整體運營效率;利用數據倉庫,融合多域數據模型,實現對數據資產有效管理,更靈活地支撐更多業務;運用MPP(SQL)與Hadoop(NoSQL)等新技術實現對結構化和非結構化數據進行快速融合計算、處理、分析;采用數據挖掘和AI技術為高速稽核提供數據支撐,同時構建數據集市滿足各分中心的自主業務開發需求。
        (三)業務中臺
        業務中臺采用微服務架構業務系統所必需的獨立業務元素,封裝業務領域的通用解決方案,達到業務能力下沉并復用的目的。在具體實現上,基于Spring Cloud的微服務架構,進行業務功能的拆分,基于Nacos快速實現動態服務發現、服務配置、服務元數據及流量管理。系統微服務可規劃為公共微服務和業務微服務兩類,公共微服務實現統一的數據流管理、統一認證、流程引擎、消息中心等基礎微服務,業務微服務則實現路網服務、人車服務、資源服務等業務相關微服務,所有微服務在分布式微服務管控平臺支撐下,實現注冊發現、負載均衡、服務網關、服務認證和鑒權、限流和容錯等管理功能,提供多業務場景下的業務能力和業務快速迭代能力。

        網絡部署

        按照分域分層的方法設計網絡部署架構,湖南省高速公路IP網絡由縱向廣域網和橫向局域網構成。湖南高速廣域網作為IP網絡的主干,用于縱向連通省中心、管理處、路段分中心(BOT)和收費站(含橋隧所)各層級內部局域網,由各級路由設備和各級之間的長途通信鏈路組成。湖南高速各層級局域網包含省中心局域網、管理處局域網、路段分中心局域網以及收費站(含橋隧所)局域網,用于高速公路各業務系統的部署及接入,由交換機及相關安全設備組成。局域網通過接入廣域網網實現省中心、管理處、路段分中心、收費站(含橋隧所)之間的縱向業務互聯,網絡部署架構如圖2所示。
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        圖2 網絡部署架構

        結束語

        本文以湖南省高速公路取消省界站系統建設為背景,分析了系統現狀,給出了系統建設的業務和技術目標,提出了基于中臺技術的系統總體技術架構,并對網絡部署進行探究。系統的實際運營情況表明,該系統節省了高速用戶的通行時間,提升了高速公路的用戶體驗,降低了高速公路的運營和管理成本,促進了高速公路高質量發展和運營服務水平的提升。

        本文作者:譚峰(1),李密(1),曾春江(2),曾明杰(1)(1.湖南省高速公路聯網收費管理有限公司,湖南;2.拓維信息系統股份有限公司)

      4. 關鍵字: 中臺技術
      5.    責任編輯:zhuoqun
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