一种高速公路联网收费系统的制作方法

本发明属于交通技术领域，特别涉及一种高速公路联网收费系统。

背景技术：

随着etc联网、取消跨地区收费站的推行，以及近年来对信息系统的大力建设，使得信息基础设施及相关产业迅速发展，高速公路联网收费系统已经上升到影响国计民生的重大信息系统。高速公路智能化、精准化、人性化、信息安全国产化的收费服务成为主流。智能的、安全的高速公路收费系统成为建设智慧高速的必经之路。

联网收费系统一般采用“收费车道—收费站—各运营公司收费中心—收费结算中心”的四级收费体制。各级站点的核心都为计算机设备，这些设备通过以太网交换机连成网络。收费车道采集的原始收费数据，通过计算机网络实时传送到收费站，收费站将采集的数据集中后发送给收费结算中心和相应的运营公司的收费中心。在收费结算中心，对每次出口的收费按照该车辆的车型和实际行驶所通过的路段、里程进行分割计算，得出各路段的应收款，然后存入收费结算中心的数据库，并将清算的结果送给相应的运营公司的收费中心。然而由于etc用户也急剧增长，给收费系统带来了新的挑战，主要表现在：

(1)用户数量的急剧增长，导致状态名单的数量由1500万增长至6000万，状态名单的下发、查询已影响到车道系统的正常交易。

(2)etc专用车道、混合车道均配置了天线，大量天线排列在收费广场，造成交易区域重叠，引起邻道干扰、重复扣费现象较为突出，急需解决。

(3)2020年5月6日上线的费显优化工程，增加了对obu路径信息的操作，车道业务逻辑复杂，车道的交易成功率下降，也需要解决。

(4)取消省界收费站后，为了保证在线计费的及时性、准确性，部路网中心对部-站数据传输的及时性做出了明确的要求。一方面，车道至站、站至部中心的数据传输效率需要提升，另一方面对数据传输需加强监控，以便自我发现、自我诊断传输问题。

(5)收费系统采用传统的c/s架构，收费站的服务器，收费车道的车道控制器，都是独立工作模式，在当前的模式下，程序的升级下发，计费模块的升级、下发，状态名单的下发往往需要多个文件进行下发，如果某个文件下发失败，将导致升级、下发失败。软件的升级状态需要人工核对，对于升级失败的软件，需要人工重新下发。随着路网的扩大，采用人工核对、重新下发的方式已经成为联网收费系统的一个运维瓶颈，难以满足取消省界收费站后黑名单、计费模块、程序快速升级、下发的需求。

(6)高速公路经过数十年的发展，收费车道机电系统网络架构复杂，外接设备种类繁多且集中度不高，设备协议种类多且不统一，系统建设界面多且复杂，不能对收费系统实施全面的实时监控，系统新建、维护、维修工作难度大等，也是高速公路营运管理部门面临的一个问题。

技术实现要素：

本发明实施例之一，一种高速公路联网收费系统，该系统包括，省级业务平台，该省级业务平台向上对接国家级联网收费系统，向下对接省内各收费站虚拟化部署平台；所属收费站虚拟化部署平台又包括收费广场业务系统，所述收费广场业务系统又包括虚拟化部署的收费车道系统。

所述收费广场业务系统还包括，车道服务器集群、天线控制器、广场收费交换机、广场视频交换机、智能车道控制终端。收费车道系统的rsu天线接入天线控制器。

智能车道控制终端将非视频信号接入广场收费交换机,将车道摄像机、门架摄像机、广场摄像机视频信号接入广场视频交换机。高速自动栏杆机、红外光栅、车辆检测器、费额显示器设备接入智能车道控制终端，将i/o信号和模拟信号转换成网络信号，通过智能车道控制终端的网络接口接入广场收费交换机,广场收费交换机与收费站平台通过敷设的双光纤线路实现互联，从而实现与车道服务器集群的通信。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1是本发明实施实例之一的高速公路联网收费系统构成示意图。

图2是本发明实施实例之一的智能边缘管理平台系统示意图。

图3是本发明实施实例之一的车道系统架构图。

图4是本发明实施实例之一的省联网中心公有云接入方案示意图。

其中，1——省级联网收费系统，

2——收费站级收费系统，

3——收费广场级收费系统，

4——收费车道级收费系统，

5——虚拟化平台，

6——智能车道控制终端。

具体实施方式

根据一个或者多个实施例，一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统基于云、边、端架构，在云侧建设公有云部署省级联网收费业务系统、智能边缘管理云控平台，在边侧建设虚拟化平台部署站级收费综合管理系统、收费门架管理系统等。在端侧建设车道外接设备、智能车道控制终端及前端车道控制软件。

所述收费业务系统采用虚拟化技术，将现有收费站系统分散设置的收费站级服务器、收费门架服务器、收费车道工控机统一集中部署，组建收费站数据资源池，按需动态分配服务器计算及存储资源，统一承担收费车道收费管理功能、收费站收费管理功能及收费门架管理功能。

所述虚拟化平台分为两个区域，一个是收费车道虚拟化平台，一个是收费站虚拟化平台，两个虚拟化平台之间通过一根裸光纤进行直接连接(通过4g/5g作为备线)，实现两个虚拟化平台的网络互通。

其中，站级收费综合管理系统将传统的站级业务管理系统和车道收费系统进行整合重构，采用b/s架构、跨平台编程语言进行编码，可跨平台运行在windows及linux操作系统上，实现一套站级收费系统并行处理站级及多条车道收费业务的模式。

所述虚拟化平台部署内容包括站级收费综合管理系统、站级数据库、门架后台数据库、门架后台系统。该站级收费综合管理系统包括收费站级系统软件及收费车道软件，所述收费站级系统软件部署在收费站虚拟化平台上，所述收费车道软件分为etc车道软件和混合车道软件，部署在收费车道虚拟化平台上。

根据一个或者多个实施例，一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统，进一步包括边缘智能管理系统，该边缘智能管理系统采用云(集中管控) 边(边缘计算)的管理模式实现对终端和应用的统一纳管，在云端对终端设备、应用程序进行统一的管理，例如统一部署、统一更新升级、统一监控等，提高联网收费系统的部署、升级效率，降低运维工作量。

根据一个或者多个实施例，一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统，还包括智能车道控制终端，该智能车道控制终端(每条车道对应一个终端)对接车道端所有外接硬件设备，具备i/o、rs232/485、rj45、vga、ps2、usb等相关接口，将信号转换为tcp/ip信号，通过智能车道控制终端的网络接口接入收费广场一体化机柜交换机，广场交换机与收费站交换机通过敷设的双光纤线路实现互联，从而实现与车道软件的通信。

该智能车道控制终端包含一套前端车道控制软件，该软件主要负责与车道端所有外设进行接口对接和数据交互，涉及到需要多次与硬件交互或交互流程比较固定的功能直接在前端车道控制软件中实现(例如etc天线交易时，需要软件与天线进行多次交互)。尽量减少站级收费综合管理系统与车道端硬件的交互次数，提高车道端软硬件交互效率。

根据一个或者多个实施例，一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统，包括容灾设计，该容灾设计将收费站虚拟化平台作为收费车道虚拟化平台的容灾平台，在收费站虚拟化平台上部署同样的一套车道控制系统，收费车道虚拟化平台上的虚拟主机和收费站虚拟化平台上的云主机一一对应，通过容灾软件及机制，实现两端数据的准实时同步。当应用异常或主生产系统出现异常(如服务异常停止、网络异常、硬件故障、生产系统宕机维护)而导致应用业务系统不可用时，通过容灾软件快速的从主切换到备，由灾备服务器上的应用提供服务，保证整体业务的连续和不间断。

根据一个或者多个实施例，一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统，采用“瘦客户端”模式，有效解决传统车道软件状态名单查询、费率计算、数据传输等操作时的性能问题。该收费系统在收费站加载所辖所有车道的运营参数(包括黑名单参数、绿通预约名单参数、全网最小费额参数、计费模块等)都只下发至站级，无需下发至车道。由站级系统根据车道编码等标识进行动态加载与调用，进一步利用了站级虚拟化集中资源的优势。

根据一个或者多个实施例，基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统包括：

(一)省级收费系统

在省中心建设公有云部署省级联网收费业务系统、智能边缘管理云控平台。省级联网收费业务系统向上对接交通运输部的联网收费系统，向下对接全省所有收费站的联网收费系统，负责全省收费流水的清分结算、日常稽查、报表统计、用户管理等业务。智能边缘管理云控平台注册全省的边缘节点，提供将云上应用延伸到边缘的能力，联动边缘和云端的数据，同时在云端提供统一的设备/应用监控、日志采集等运维能力，为高速公路收费系统提供完整的边缘计算解决方案。

(二)收费站级收费系统

将传统收费站系统分散设置的收费站级服务器、收费门架服务器、收费车道工控机统一采用3台数据服务器集中部署，组建收费站数据资源池，采用虚拟化技术，按需动态分配服务器计算及存储资源，统一承担收费车道、收费站、收费门架收费管理功能。原系统各车道收费软件、收费站管理软件替换为站级收费综合管理系统，门架收费管理软件利旧直接部署。

(三)收费广场收费系统

收费车道系统釆用集约式布设，在收费广场侧设置一体化机柜，一体化机柜安装车道服务器集群、天线控制器、广场收费交换机、广场视频交换机等设备。收费车道安装的rsu天线接入一体化机柜天线控制器，智能车道控制终端将非视频信号接入一体化机柜收费交换机,将车道摄像机、门架摄像机、广场摄像机等视频信号接入一体化机柜视频交换机。

(四)收费车道收费系统

收费车道新增智能车道控制终端，高速自动栏杆机、红外光栅、车辆检测器、费额显示器等设备接入智能车道控制终端，将i/o信号和模拟信号转换成网络信号，通过智能车道控制终端的网络接口接入一体化机柜收费广场交换机,广场交换机与收费站交换机通过敷设的双光纤线路实现互联，从而实现与车道服务器的通信。

智能车道控制终端需要部署一套前端车道控制软件，该软件主要负责与车道端所有外设进行接口对接与数据交互，涉及到需要多次与硬件交互或交互流程比较固定的功能，会直接在前端车道控制软件中实现(例如etc天线交易时，需要软件与天线进行多次交互)。尽量减少站级收费综合管理系统与车道端硬件的交互次数,提高车道端软硬件交互效率。前端车道控制软件本身不具备业务流程处理功能，所有业务功能(例如特殊车辆收费规则)、参数读取、流水生成等功能都是在站级收费综合管理系统中实现。

根据一个或者多个实施例，基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统的虚拟化平台分为两区域，一个是收费车道虚拟化平台，一个是收费站虚拟化平台，两个虚拟化平台之间通过一根裸光纤进行直接连接(通过4g/5g作为备线)，实现两个虚拟化平台的网络互通。收费车道虚拟化平台主要承载原车道工控机的业务，收费站虚拟化平台承载其它非车道的业务。虚拟化平台为上层应用提供资源共享、自动化部署、安全可靠的基础环境，虚拟化平台主要是实现计算、存储、网络的虚拟化，提供资源池满足应用系统及支撑系统的部署。

正常情况下，车道控制系统运行在收费车道虚拟化平台上，收费车道虚拟化平台部署在收费站广场的一体化机柜中，智能车道控制终端通过tcp/ip协议与虚拟化平台的虚拟主机进行通信。车道前端设备对延迟的容忍度在10ms以内，因此车道前端设备到虚拟化平台要尽可能的接近。每一条车道在虚拟化平台之上对应了一台虚拟主机，且收费车道虚拟化平台只承载车道控制系统，因此收费车道虚拟化平台的资源需求较低，配置三台低配置的服务器集群。

收费站虚拟化平台，部署在收费站机房的虚拟化资源池内，主要承载除车道控制系统外的其他相关业务系统，同时也将承载车道控制系统的容灾环境，因此对资源的需求较高，配置三台或以上的较高配置的服务器集群。

根据一个或者多个实施例，基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统的平台、终端应用快速部署以及升级方案，包括一套基于公网的管理平台，通过公网登录，平台内的业务功能具有省中心、路段、收费站等分级管理功能，通过边缘管理技术，采用云(集中管控) 边(边缘计算)的管理模式实现对终端和应用的统一纳管，在云端对站级服务器、车道工控机节点的统一纳管，实现对站级软件、车道软件的快速部署、升级及监控，从而提高联网收费系统的部署、升级效率，降低运维工作量。采用此模式，预计可以大幅提高站级、车道级软件的运维效率。因此包括以下几个部分：

(一)智能边缘管理平台整体架构

智能边缘管理平台总体架构分为公有云、边缘计算节点、终端三层，边缘计算位于公有云和终端之间，向下支持各类终端设备的接入，向上与公有云对接。

终端设备：支持各类智能化终端设备，如rsu天线、车牌识别等。

边缘计算(边缘计算力，部署在终端就近处)：边缘计算是部署在服务器、工控机上，融合网络、计算、存储、应用核心能力的分布式开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。

公有云服务(云端大规模算力)：云端提供智能边缘服务、iot平台，对端边云场景中涉及的终端设备、边缘计算节点进行管理。同时结合云端大规模的算力，满足海量数据的计算、存储需求。

(1)站级系统架构

站级系统按照构件化层次模型，每个构件都有界面构型、业务模型和数据模型，将每个构件的功能称为一个模块。站级管理软件是一个可插拨的模块化应用软件系统，即以构件组合的方式实现应用软件的定制化。

站级系统提供一个应用程序框架作为客户端展现容器(shell)，通过模块的动态插拔，各模块通过应用程序框架展示模块的界面视图，所有加载到框架容器中的模块界面视图构成了整个站级应用软件的操作界面。

(2)车道系统架构，如图3所示。

(3)省联网中心接入公有云方案。

智能边缘管理平台需要在省联网中心接入公有云，在省中心设置互联网区域，建设互联网专线接入公有云，内网与公有云通过前置机进行业务访问。省联网中心接入公有云的方案如图4所示。

(二)收费站级系统智能边缘管理改造

(1)核心服务容器化

本发明对站级系统软件系统现有的业务功能进行重构，将站级核心服务容器化，让核心业务稳定运行在容器中，实现核心业务的长期、稳定运行，保证系统的可靠性。容器化的服务通过智能边缘管理，可以进行快速的部署和更新，提高运维效率。

(2)应用程序构件化

本发明对站级应用程序按照构件化进行重构，每一个应用功能做成一个构件，具有自己的界面、业务逻辑，每个构件之间松耦合，相互独立，业务功能的升级可以通过对某一个构件进行定制开发，不需要对整个软件进行调整，即可实现业务功能的快速迭代，一个构件的调整也不影响其他业务的稳定运行，保证整个业务体系的安全、稳定运行。

站级系统提供一个应用程序框架作为客户端展现容器(shell)，通过构件的动态插拔，各构件通过应用程序框架展示构件的界面视图，所有加载到框架容器中的构件界面视图构成了整个站级应用软件的操作界面。

根据一个或者多个实施例，基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统，为了解决高速公路联网收费系统软硬件非国产化的安全问题。在考虑国产化软硬件发展趋势的前提下，充分考虑兼容现有收费站、车道的硬件架构。站级软件、车道级软件能够适应国产化硬件，也能适应现有硬件(x86架构)，从而保护现有的投资成本。

采用国产化的服务器、工控机硬件芯片采用arm架构、操作系统选用centos7.4版，数据库选用mysql。

根据一个或者多个实施例，基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统，解决了传统收费车道软件采用“胖客户端”模式产生的问题。

由于传统的车道收费系统将所有的功能集中在车道控制器上完成，包括状态名单查询、费率计算、数据传输等。随着业务的日益复杂，状态名单的日益增长，对车道的运算能力需求日益增加，使得现有的工控机不堪重负，软件性能也不断下降，出现etc交易成功率低，操作卡顿等问题，系统的稳定性、可靠性急需提高。

针对该问题，本发明实施例调整软件架构，将“胖终端”模式改为“瘦终端”模式，降低车道软件的内部逻辑复杂度，减少车道工控机的压力，将工控机的能力集中到设备状态采集和etc交易、人机交互等功能上，保持工控机的高效运行，提高系统的稳定性和可靠性。具体来说，包括：

(1)解决状态名单问题

调整软件架构，将“胖终端”模式改为“瘦终端”模式，将状态名单的下载、加载、查询功能移植到虚拟化平台上。收费站所辖所有车道的运营参数(包括黑名单参数、绿通预约名单参数等)都只下发到虚拟化平台，无需下发至车道。由站级收费综合管理系统根据车道编码等标识进行动态加载与调用，进一步利用了站级虚拟化集中资源的优势。

车道在虚拟化平台内在线请求收费站的状态名单，从而减少状态名单下载的节点，降低车道由于状态名单下发不及时造成的通行费损失和争议处理。

(2)解决etc交易成功率低的问题

车道系统将“胖终端”模式改为“瘦终端”模式，降低车道软件的内部逻辑复杂度，减少车道工控机的压力，将工控机的能力集中到设备状态采集和etc交易、人机交互等功能上，保持工控机的高效运行，将有效的提高etc车道的交易成功率。

(3)解决邻道干扰问题

车道系统将交易数据广播到其他车道，结合车牌识别数据，可以有效的解决邻道干扰问题。

(4)解决数据传输效率问题

由于采用虚拟化平台，车道所有收费业务流程都在站级收费综合管理系统中实现，因此在完成整个过车流程后，由站级收费综合管理系统直接生成出入口交易流水，并且导入到数据库，减少数据库写入、读取、打包、车道到站级的流水传输过程，提高数据传输效率。

(5)特情车在线计费

当mtc车辆交易遇到特殊情况时，由站级系统直接发起请求，调用省中心在线计费接口完成计费，中间过程无需前端车道控制软件参与，降低总体收费系统的耦合度，提高处理效率。

(6)计费模块

站级系统通过调用计费模块，实现正常车辆的计费功能。通过部署nginx服务，系统可实现对前端车道控制软件发送的处理请求进行负载均衡，针对多条车道，加载1-2个计费模块即可满足全站所有车道的计费需求。

总之，本发明实施例实现了一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统的方法，涉及由收费站级系统、收费广场收费系统、收费车道收费系统组成的系统构成；包括基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统虚拟化平台设计；包括一种基于智能边缘管理的终端应用快速部署、升级的方法；包括解决高速公路联网收费系统软硬件非国产化的安全问题的方法；传统收费车道软件采用“胖客户端”模式产生的问题的解决方法。采用一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统的方法，填补了我国高速公路收费系统技术领域传统系统架构的技术空白。比较传统方法，该方法使用了云边端架构，使用了虚拟化平台，使用了智能边缘管理平台，使用了国产化硬件技术，使用了开源软件技术，很好的解决了传统高速公路收费系统的安全问题和性能问题。

根据一个或者多个实施例，某省某高速公路收费系统，目前采用本发明的方法实施基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费。基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统的方法，其特点是，包括基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统构成(如图1所示)。

所述的联网收费系统构成由省级收费系统、收费站级收费系统、收费广场收费系统、收费车道收费系统组成。

所述的省级收费系统是在省高速公路联网收费中心建设公有云部署省级联网收费业务系统、智能边缘管理云控平台。省级联网收费业务系统向上对接交通运输部的联网收费系统，向下对接全省所有收费站的联网收费系统，负责全省收费流水的清分结算、日常稽查、报表统计、用户管理等业务。智能边缘管理云控平台注册全省的边缘节点，提供将云上应用延伸到边缘的能力，联动边缘和云端的数据，同时在云端提供统一的设备/应用监控、日志采集等运维能力，为高速公路收费系统提供完整的边缘计算解决方案。

所述的收费站级收费系统应从节约投资、土建、房建、机电、安全等全方位考虑，设计思路如下：

(1)釆用集约化部署,优化收费广场收费系统构成，达到集中控制、集中监管、集中维护的目的。

(2)采用数据虚拟化技术，优化、集成收费站各应用服务期系统，达到计算、存储、应用集中化、按需动态自动部署运行，提高系统安全、稳定性及智能监管维护的目的。

(3)收费系统站级、广场级数据、传输、备份安全一体化的考虑。

(4)优化收费岛设备连接工程界面，釆用模块化布线及统一网络接口汇聚转换，便于工程建设及后期维护。

(5)简化收费土建工程难度，取消etc收费亭及对应收费天棚，扩大收费广场行车视野，提高车辆通行效率。满足基本的etc/mtc混合车道的覆盖。

(6)交安设施应符合标准化etc车道交安标志标牌的相关要求。可考虑模块化电子显示屏，并与门架上设备集成部署。

(7)土建部分，收费广场按传统模式建设，收费广场底部预埋通信管道，收费车道采用模块设计，节约投资成本，方便后期拆除及改造工作。

所述的收费站级收费系统将传统收费站系统分散设置的收费站级服务器、收费门架服务器、收费车道工控机统一采用3台数据服务器集中部署，组建收费站数据资源池，采用虚拟化技术，按需动态分配服务器计算及存储资源，统一承担收费车道、收费站、收费门架收费管理功能。原系统各车道收费软件、收费站管理软件替换为站级收费综合管理系统，门架收费管理软件利旧直接部署。将现有收费站分散设置的服务器采用虚拟化数据资源池模式进行改造，两种方案对比如下：

通过上述比较，采用虚拟化数据资源池模式在技术先进性、发展性、稳定性、可拓展性上更具优势，且满足全省联网收费系统技术要求，系统及设备投资等建设费用低于现有收费模式。在管理、运营维护方面，由于虚拟化技术的使用，能有效解决rsu天线邻道干扰问题，采用远程智能系统监控，可及时发现系统故障，且维护工作量较少，大大降低了业主对收费站运营管理难度。总体上满足了业主的使用，又节省了前期建设投资，且更易于后期的系统维护。

所述的收费广场收费系统：收费车道系统釆用集约式布设，在收费广场侧设置一体化机柜，一体化机柜安装车道服务器集群、天线控制器、广场收费交换机、广场视频交换机等设备。收费车道安装的rsu天线接入一体化机柜天线控制器，智能车道控制终端将非视频信号接入一体化机柜收费交换机,将车道摄像机、门架摄像机、广场摄像机等视频信号接入一体化机柜视频交换机。

所述的收费车道收费系统：收费车道新增智能车道控制终端，高速自动栏杆机、红外光栅、车辆检测器、费额显示器等设备接入智能车道控制终端，将i/o信号和模拟信号转换成网络信号，通过智能车道控制终端的网络接口接入一体化机柜收费广场交换机,广场交换机与收费站交换机通过敷设的双光纤线路实现互联，从而实现与车道服务器的通信。所述的收费车道收费系统包括etc专用车道系统、混合车道系统。

(1)etc专用车道系统

etc车道配备智能车道控制终端(每条车道配备一台终端)，该设备需要对接车道端所有外接硬件设备，具备rs232/485、rj45、vga等相关接口，可运行linux、android或windows操作系系统。

智能车道控制终端需要部署一套前端车道控制软件，该软件主要负责与车道端所有外设进行接口对接与数据交互，涉及到需要多次与硬件交互或交互流程比较固定的功能，会直接在前端车道控制软件中实现(例如etc天线交易时，需要软件与天线进行多次交互)。尽量减少站级收费综合管理系统与车道端硬件的交互次数,提高车道端软硬件交互效率。

前端车道控制软件本身不具备业务流程处理功能，所有业务功能(例如特殊车辆收费规则)、参数读取、流水生成等功能都是在站级收费综合管理系统中实现。

(2)混合车道系统

混合车道配备智能车道控制终端(每条车道配备一台终端)、cpc卡读写器、票据打印机、移动支付设备、显示器及收费键盘。

由于混合车道需要收费员在亭内值守，并且需要操作键盘、读写器等与系统进行交互，因此需要前端车道控制软件具备ui操作界面，界面可显示车道硬件状态，车道视频流情况，车道上下班信息，过车操作提示信息等。

前端车道控制软件本身不具备业务流程处理功能，所有业务功能(例如特殊车辆收费规则)、参数读取、流水生成等功能都是在站级收费综合管理系统中实现。

所述高速公路联网收费系统与传统收费系统配置差异：

(1)收费站机房

收费站机房不再单独设置收费服务器，釆用虚拟化资源池模式建设，内置站级收费综合管理系统、收费门架管理系统等。

(2)收费广场

增设收费广场一体化机柜，内置数据、传输、电力等机电设备，负责各条收费车道数据、图像的接入和传输。

(3)收费车道

etc收费车道不再单独设置收费亭和收费车道控制器(混合车道设置收费亭)，收费车道软件釆用虚拟化方式安装于收费站机房虚拟化资源池中，所有数据及控制信令，通过网络接口实现对车道设备的集中管理与控制。

收费车道增设智能车道控制终端，集中接入本车道各设备信号，并统一转换成网络接口与收费广场一体化机柜连接进行传输。

本发明的一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统，还包括虚拟化平台设计：

(一)虚拟化技术选型要求

由于高速公路联网收费系统的稳定性、可靠性以及性能要求非常高，因此本发明中的虚拟化平台需要满足以下要求：

(1)支持将多个物理机组成集群，同时支持动态资源分配功能，实现虚拟机所拥有的资源可以手工或自动地进行再分配，保障业务系统的服务水平；

(2)支持在线的虚拟机迁移功能，在不停机的状态下，手工或自动地实现虚拟机在集群内的不同物理机之间迁移，保障业务连续性；

(3)支持ha功能，当一台物理机发生故障时，之上的虚拟机可以实现在集群之内的其它物理机上重新启动，保障业务连续性；

(4)每个虚拟机可以支持虚拟多路cpu技术，以满足高负载应用环境的要求；

(5)虚拟化平台的存储虚拟化需要使用分布式存储技术，通过分布式存储技术将物理服务器的本地硬盘组成一个存储资源池，并挂载给虚拟化平台使用。分布式存储通过数据多副本保证数据的安全性，需要支持2/3副本，且副本之间为强一致。

(6)虚拟化系统内建虚拟交换机,实现vm之间或与物理机之间的网络调度，支持同一物理机上vm之间的网络隔离(支持vlan)。

(二)虚拟平台内容

本发明的虚拟化平台分为两区域，一个是收费车道虚拟化平台，一个是收费站虚拟化平台，两个虚拟化平台之间通过一根裸光纤进行直接连接(通过4g/5g作为备线)，实现两个虚拟化平台的网络互通。收费车道虚拟化平台主要承载原车道工控机的业务，收费站虚拟化平台承载其它非车道的业务。虚拟化平台为上层应用提供资源共享、自动化部署、安全可靠的基础环境，虚拟化平台主要是实现计算、存储、网络的虚拟化，提供资源池满足应用系统及支撑系统的部署。

正常情况下，车道控制系统运行在收费车道虚拟化平台上，收费车道虚拟化平台部署在收费站广场的一体化机柜中，智能车道控制终端通过tcp/ip协议与虚拟化平台的虚拟主机进行通信。车道前端设备对延迟的容忍度在10ms以内，因此车道前端设备到虚拟化平台要尽可能的接近。每一条车道在虚拟化平台之上对应了一台虚拟主机，且收费车道虚拟化平台只承载车道控制系统，因此收费车道虚拟化平台的资源需求较低，配置三台低配置的服务器集群。

收费站虚拟化平台，部署在收费站机房的虚拟化资源池内，主要承载除车道控制系统外的其他相关业务系统，同时也将承载车道控制系统的容灾环境，因此对资源的需求较高，配置三台或以上的较高配置的服务器集群。

(三)虚拟化平台容灾设计

车道控制系统主要运行在收费车道虚拟化平台上，鉴于车道控制系统的重要性以及对业务连续性的要求，将收费站虚拟化平台同时作为收费车道虚拟化平台的容灾平台，在收费站虚拟化平台上部署同样的一套车道控制系统，收费车道虚拟化平台上的虚拟主机和收费站虚拟化平台上的云主机一一对应，通过容灾软件及机制，实现两端数据的准实时同步。当应用异常或主生产系统出现异常(如服务异常停止、网络异常、硬件故障、生产系统宕机维护)而导致应用业务系统不可用时，可以通过容灾软件快速的从主切换到备，由灾备服务器上的应用提供服务，保证整体业务的连续和不间断。

(四)虚拟化平台安全性设计

(1)虚拟防火墙。为了加强虚拟机的安全性，虚拟化平台提供虚拟防火墙功能，虚拟防火墙可以对单个虚拟机生效，也可以对一个网段内的虚拟机生效。虚拟防火墙支持对于上行和下行的规则及行为的限定，并支持可选的常用协议。

(2)密钥登陆。针对虚拟化平台上的linux虚拟机，平台提供了ssh密钥的登陆方式，提供了更高的安全性，保护了用户的资源，ssh密钥的方式是不允许直接使用用户名和密码登录的，只接受ssh公钥/私钥验证身份。

(3)日志审计。用户在虚拟化平台上做的任何操作，都会记录到虚拟化平台的日志审计中心中，通过日志审计功能，可以实现操作追溯，切实提高平台的安全性。

(4)回收站。删除的资源，包括虚拟主机、硬盘等，虚拟化平台会在回收站中保留一段时间，这期间用户可以进行恢复操作。

(5)备份与恢复。虚拟化平台自身提供备份功能，可以实现对虚拟主机和硬盘的备份，备份空间为分布式存储池中的一个单独区域，通过备份，可以将虚拟机或者硬盘恢复到任意一个备份时间点。

根据一个或者多个实施例，本发明的一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统的方法，还包括一种基于终端应用快速部署、升级的方法。

本智能边缘管理平台是一套基于公网的管理平台，通过公网登录，平台内的业务功能具有省中心、路段、收费站等分级管理功能，通过边缘管理技术，采用云(集中管控) 边(边缘计算)的管理模式实现对终端和应用的统一纳管，在云端对站级服务器、车道工控机节点的统一纳管，实现对站级软件、车道软件的快速部署、升级及监控，从而提高联网收费系统的部署、升级效率，降低运维工作量。采用此模式，预计可以大幅提高站级、车道级软件的运维效率，为高速公路收费系统提供完整的边缘计算解决方案。其系统设计图如图2所示。车道系统架构图如图3所示。

省联网中心接入公有云方案包括，智能边缘管理平台需要在省联网中心接入公有云，在省中心设置互联网区域，建设互联网专线接入公有云，内网与公有云通过前置机进行业务访问。省联网中心接入公有云的方案如图4所示。

本发明对站级系统软件系统现有的业务功能进行重构，将站级核心服务容器化，让核心业务稳定运行在容器中，实现核心业务的长期、稳定运行，保证系统的可靠性。容器化的服务通过智能边缘管理，可以进行快速的部署和更新，提高运维效率。收费站核心服务包括：

数据库服务；

部-站数据传输服务；

省-站数据传输服务；

站-车道数据传输服务；

黑名单查询服务；

在线计费服务；

psam在线授权服务；

数据统计服务。

(2)应用程序构件化

本发明对站级应用程序按照构件化进行重构，每一个应用功能做成一个构件，具有自己的界面、业务逻辑，每个构件之间松耦合，相互独立，业务功能的升级可以通过对某一个构件进行定制开发，不需要对整个软件进行调整，即可实现业务功能的快速迭代，一个构件的调整也不影响其他业务的稳定运行，保证整个业务体系的安全、稳定运行。

站级系统提供一个应用程序框架作为客户端展现容器(shell)，通过构件的动态插拔，各构件通过应用程序框架展示构件的界面视图，所有加载到框架容器中的构件界面视图构成了整个站级应用软件的操作界面。

站级应用程序构件包括：

主界面构件；

交接班管理构件；

合计数管理构件；

报表管理构件；

稽查管理构件；

参数管理构件；

票据管理构件；

运行监测构件。

本发明的一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统的方法，还包括解决高速公路联网收费系统软硬件非国产化的安全问题的方法：

没有网络安全就没有国家安全，通过发展自主可控、安全可信的核心基础软硬件，解决受制于人的问题，是确保网络安全乃至国家安全的必由之路。近几年国内机构在芯片、操作系统、数据库、中间件等基础软硬件研发方面取得积极进展，但面对日益严峻的网络安全形势，必须坚持并加快国产化替代步伐。

本发明在考虑国产化软硬件发展趋势的前提下，充分考虑兼容现有收费站、车道的硬件架构。站级软件、车道级软件能够适应国产化硬件，也能适应现有硬件(x86架构)，从而保护现有的投资成本。

国产化的服务器、工控机硬件芯片采用arm架构、操作系统选用centos7.4版，数据库选用mysql。

根据一个或者多个实施例，一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统，还包括解决传统收费车道软件采用“胖客户端”模式产生的问题。

传统的车道收费系统将所有的功能集中在车道控制器上完成，包括状态名单查询、费率计算、数据传输等。随着业务的日益复杂，状态名单的日益增长，对车道的运算能力需求日益增加，使得现有的工控机不堪重负，软件性能也不断下降，出现etc交易成功率低，操作卡顿等问题，系统的稳定性、可靠性急需提高。

针对以上问题，本发明调整软件架构，将“胖终端”模式改为“瘦终端”模式，部署站级收费综合管理系统，将传统的站级业务管理和车道收费管理系统进行整合重构，采用b/s架构，降低车道软件的内部逻辑复杂度，减少车道工控机的压力，将工控机的能力集中到设备状态采集和etc交易、人机交互等功能上，保持工控机的高效运行，提高系统的稳定性和可靠性。车道端“瘦身”的业务功能，移植到站级服务器上的功能主要包括：

psam在线授权服务(优先省中心授权，再做授权终端授权)；

状态名单查询服务；

在线计费服务。

(一)解决目前胖客户端存在的问题的方法

针对现有车道系统存在的普遍问题，本次升级改造，提出针对性解决方案，包括：

(1)解决状态名单问题

(2)解决etc交易成功率低的问题

(3)解决邻道干扰问题

(4)解决数据传输效率问题

(5)在线计费

(6)计费模块

综上所述，本发明采用一种基于虚拟化、智能边缘管理的高速公路联网收费系统的方法，填补了我国高速公路收费系统技术领域传统收费系统架构的技术空白。比较传统方法，该方法使用云边端架构，使用了虚拟化平台，使用了智能边缘管理平台，使用了国产化硬件技术，使用了开源软件技术，很好的解决了传统高速公路收费系统的安全问题和性能问题，提高了收费车道交易的准确性，在当前高速公路收费已实现全国联网的形式下，对于提升高速公路用户的体验具有较好的推广意义。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。