一种高速公路智慧化主动管控平台的制作方法

1.本发明涉及高速公路智慧管理技术领域，具体为一种高速公路智慧化主动管控平台。


背景技术：

2.随着国民经济的飞速发展和城市群的加速形成，我国的交通活动出行日益频繁，高速公路作为公路交通的主动脉承载着越来越多的出行交通流量，通过高速公路能够使得人们的出行更加的便捷，提高人们的出行安全与出行速度质量，但是，这也使得高速公路也作为了主要的出行流量，这将给高速公路管理带来了较大困难和挑战，交通拥堵、交通事故等现象造成严重的能源浪费、环境污染和经济损失，也给驾驶员在高速公路上行车的安全性带来隐患；但是，作为连接省与省的重要交通要道，我国高速公路有限公司部分高速公路段整体智能化信息化水平有待进一步提高，此时则需要结合外场道路监控数字化改造施工项目，在大规模扩建高速公路的基础上，利用智能化、精细化智慧感知技术，获取精度更高、实时性更好的交通运行信息，较大程度提升高速公路道路通行能力水平，为高速公路出行者提供安全、畅通和优质的高速公路出行服务，具有极其重要的意义。
3.针对上述问题，急需进行创新设计，需要结合高速公路外场监控系统的升级改造契机，因地制宜地增加新型智慧感知手段，提高道路交通运行状态监测的颗粒度和准确度，采集相关智慧感知系统的交通信息数据或对接第三方单位系统的相关业务数据，支撑后续平台的数据分析、融合以及进一步的业务应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高速公路智慧化主动管控平台，以解决上述背景技术中提出的针对目前高速公路的道路交通运行状态的监控手段单一，并且微波车检器也已基本废弃的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高速公路智慧化主动管控平台，包括系统软件架构和物理架构，所述系统软件架构包括智慧感知层、数据采集层、数据分析处理层、应用展示层、标准规范体系和安全保障体系，所述系统物理架构包括电信传输系统、电信光纤、联网营运管理中心、终端设备和高速公路网，所述高速公路网包括电信传输设备、交换机、防火墙、防毒墙、中心大屏和工作站，所述高速公路智慧化主动管控平台系统组成包括数据采集服务、数据融合分析服务、综合信息主动管控平台、管控平台移动服务和系统管理，所述综合信息主动管控平台包括综合展示、监控视频、数据报表、专题分析、情报板管理、清排障管理、养护施工管理、智能交通诱导、系统管理、日志管理和运维管理，所述综合展示包括交通运行状态、重点监控视频、bim地图、数据趋势分析和气象信息，所述监控视频包括实时监控视频和视频回放，所述数据报表包括交通量报表、清排障报表和养护报表，所述专题分析包括历史趋势和节假日拥堵情况分析，所述情报板管理有情报板信息编
辑，所述智能交通诱导包括特殊事件检测、事件报警和交通诱导。
6.优选的，所述数据采集服务包括微波车检数据采集、车载蓝牙数据采集、养排车辆gps数据采集、etc门架系统数据采集、外部单位数据对接、交通基础数据集制作和实时数据监控告警，所述数据采集主要依靠主动获取模式。
7.优选的，所述数据融合分析服务包括多源数据预处理、数据分析控制和数据输出，所述多源数据预处理包括多源数据提取、数据转换及匹配和特征分析及降维，所述数据分析控制包括数据深度学习、服务运行控制和质量监控及统计分析，所述输出输出包括信息统一发布接口和数据仓库存储。
8.优选的，所述管控平台移动服务包括交通路况查看、内部信息通知和公众服务信息发布，所述交通路况查看包括交通路况信息和实时监控视频，所述内部信息通知包括情报板信息、养护施工信息和清排障信息，所述公众服务信息发布包括交通气象和交通事件。
9.优选的，所述系统管理包括用户管理、角色管理、授权管理、安全管理、操作日志管理和运维管理，所述授权管理包括角色权限列表维护和角色与用户相关联维护。
10.优选的，所述系统管理还包括系统接口，所述系统接口包括内部设备数据接口和外部业务数据接口，所述内部设备数据接口包括交通量数据采集、监控视频接口和情报板信息接口，所述外部业务数据接口包括联网收费数据接口、气象数据接口、交通路况数据接口和施工养护数据接口。
11.优选的，所述高速公路智慧化主动管控平台系统还包括数据存储，所述数据存储包括架构设计、数据库设计和数据管理，所述数据库设计包括基础数据库、采集数据库、融合、业务库数据库和历史数据库，所述数据管理包括数据备份策略和数据删除策略。
12.优选的，所述高速公路智慧化主动管控平台系统还包括维护服务，所述维护服务包括预防性维护、故障性维护和维护要求，所述防性维护有系统开发项目的维护及巡检，所述故障性维护包括软件故障的及时修复、提供故障检查、故障排除及备件更换和系统通讯故障的修复。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该高速公路智慧化主动管控平台；1.结合高速公路现有信息化系统和外场道路监控数字化改造项目建设成果，通过多种智慧感知设备，及时获取道路交通状态等多种数据，实现对路段交通运行状态的实时监控管理、多样化分析统计展示以及相关数据报表的统计输出，进一步辅助领导分析决策，实现提加整体的营运管理的工作效率；2.能够达到智能基础设施的初步数字化、初步智能化和初步自动化，交通基础设施具备微观传感和基础预测功能，可以支持低空间和时间解析度的交通信息服务、交通管理和驾驶辅助；3.配合高速的整体车路协同、自动驾驶发展规划，逐步实现智能基础设施的中期等级，即部分网联化、部分智能化和部分自动化，以及后期的基于交通基础设施的有条件自动驾驶和高度网联化初步自动化。
附图说明
14.图1为本发明系统软件架构示意图；图2为本发明系统物理架构示意图；
图3为本发明系统组成总框架结构示意图；图4为本发明数据采集服务架构示意图；图5为本发明对外数据接口示意图；图6为本发明融合分析服务架构示意图。
15.图7为本发明数据融合分析服务的逻辑架构示意图。
16.图8为本发明数据融合分析服务中数据分析控制模块的神经网络示意图。
17.图9为本发明综合信息主动管控平台架构示意图。
18.图10为本发明管控平台移动服务架构示意图。
19.图11为本发明数据存储架构示意图。
20.图12为本发明数据存储中的数据库组成示意图。
21.图13为本发明出现故障后的现场维护流程示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.请参阅图1
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13，本发明提供一种技术方案：一种高速公路智慧化主动管控平台，包括系统软件架构和物理架构，所述系统软件架构包括智慧感知层、数据采集层、数据分析处理层、应用展示层、标准规范体系和安全保障体系，如图2所示，所述系统物理架构包括电信传输系统、电信光纤、联网营运管理中心、终端设备和高速公路网，所述高速公路网包括电信传输设备、交换机、防火墙、防毒墙、中心大屏和工作站，如图3所示，所述高速公路智慧化主动管控平台系统组成包括数据采集服务、数据融合分析服务、综合信息主动管控平台、管控平台移动服务和系统管理，如图9所示，所述综合信息主动管控平台包括综合展示、监控视频、数据报表、专题分析、情报板管理、清排障管理、养护施工管理、智能交通诱导、系统管理、日志管理和运维管理，所述综合展示包括交通运行状态、重点监控视频、bim地图、数据趋势分析和气象信息，所述监控视频包括实时监控视频和视频回放，所述数据报表包括交通量报表、清排障报表和养护报表，所述专题分析包括历史趋势和节假日拥堵情况分析，所述情报板管理有情报板信息编辑，所述智能交通诱导包括特殊事件检测、事件报警和交通诱导。
24.系统采用四层结构能更好地平衡客户机和服务器上的负载，减少网络通讯和竞争，有利于提高系统交易的吞吐量；在连接的客户机数量较多时，三层结构将占用较少的数据库连接数，可降低主机的资源消耗；在业务处理逻辑发生变化时，能够以较小的代价方便地对系统进行修改。
25.智慧感知层是数据来源层，主要包括etc门架、微波雷达、养排车辆gps、车流检测器、等多种智慧感知系统；数据采集层主动管控平台负责采集汇聚各智慧感知系统的交通数据，以及与高速公路公司总部和高速公路联网营运管理中心对接各类相关业务数据；数据分析处理层对多源交通数据进行处理和融合分析，支持后续主动管控平台的交通运行状态监控、统计分析和展示等应用；应用展示层为高速公路管理者提供路段交通运行状态实
时监控、统计分析决策、专题分析、报表管理、手机端综合展示等应用管理；标准规范体系和安全保障体系建立数据采集交互标准、安全管理规范体系，保障系统整体稳定运行。
26.综合展示将集中展示系统业务范围内的各类信息，并能实现部分人机交互操作，包括交通运行状态监控、重点枢纽节点视频、交通流量实时概况、收费实时概况、信息趋势统计图表、实时气象信息、交通异常处理、路段实时监控、视频回放和存取管理；专题分析通过收集并整理历年来我国高速公路的节假日流量数据，并根据施工、恶劣天气等因素造成流量较大变化的异常数据进行排除，对筛选后的流量数据进行统计分析，作为预测分析的基础数据，结合节假日实时数据进行对比，形成专题分析报告；系统按照情报板类型分类展示，同时bim显示情报板地址，点击其中情报板，用户可查看情报板信息；系统专为清排障中心设计操作管理终端，方便清排障中心人员实时查看交通路况信息和事件事故信息，第一时间发现需清排障作业的事件；系统专为养护施工提供信息辅助服务，方便养护中心人员实时查看交通路况信息和事件事故、管制、气象信息；智能交通诱导主要通过不断分析采集来的交通数据，来识别确定道路的使用情况、天气状态、特殊事件（事故、火灾等）等多种分析模型，当模拟结果超过系统规定的阈值时便自动提示报警；最后系统提供各路段范围内各类数据报表展示、导出功能。
27.而系统管理是整个主动管控平台的重要组成部分，为其他各子系统提供功能支持，由用户管理、角色管理、权限管理、操作日志管理及查询等模块组成，用户管理提供系统用户信息维护功能，包括增加用户、修改用户属性、删除用户以及为用户设置权限、维护用户状态如正常和冻结、为用户重置密码等操作；角色管理在分配用户具体权限之前先按照角色分类定义好系统角色，每类角色匹配职责范围内的应用权限，主要包括对角色基本信息的增、删、改等日常维护功能；授权管理将用户与角色对应，分配各个角色可获取的权限；安全管理通过容灾备份措施，有效提高数据存储的可靠性，在发生异常事件时能够实现恢复和快速切换，实现数据安全保障；操作日志管理通过日志查询模块实现对系统运行日志的查询、统计分析等操作；运维管理对系统中的各个子系统包括数据采集服务、数据分析处理服务、数据备份服务等服务运行状态进行控制和管理，并监控系统运行节点的实时状态，在发生服务异常时第一时间主动尝试自恢复，并记录信息。必须时，发出系统告警及时通知相关人员进行处理。
28.如图4所示，数据采集服务包括微波车检数据采集、车载蓝牙数据采集、养排车辆gps数据采集、etc门架系统数据采集、外部单位数据对接、交通基础数据集制作和实时数据监控告警，所述数据采集主要依靠主动获取模式。
29.数据采集主要依靠主动获取模式，采用tcp/ip同步短连接方式，也就是socket方式主动获取各个智慧感知系统的交通信息数据，或者通过web service服务接口方式，调用系统中的相关接口来定时获取交通信息数据，而通讯协议开发主要是通过tcp/ip的tcp型socket编程接口与各个智慧感知系统数据库指定端口进行通讯连接，基于微波检测技术的智慧感知系统可获取的交通信息数据包括：交通参数监测包括流量、车速、占有率、车头时距等和交通状态识别包括根据监测参数辨识路段交通运行状态；基于蓝牙检测技术的智慧感知系统可获取的交通信息数据包括：交通参数监测包括流量、行程时间、车速、占有率等和交通状态识别包括根据监测参数辨识路段交通运行状态，如红黄绿；养排车辆gps数据采集可获取的数据包括车辆经纬度信息、时间等信息；基于etc门架系统可获取的交通信息数
据包括：交通参数监测包括车道流量、断面车速等和交通状态识别包括根据监测参数辨识路段交通运行状态，如红黄绿，如图5所示，通过开发专用的数据接口，实现数据库服务器与高速公路有限公司总部的数据交换或数据共享，接受来自高速公路有限公司的业务数据，包括高所公路公司以及高速公路联网营运中心的手机数据、流量数据、事故事件数据、养护数据等数据以及第三方bim地图数据。
30.如图6所示，数据融合分析服务包括多源数据预处理、数据分析控制和数据输出，所述多源数据预处理包括多源数据提取、数据转换及匹配和特征分析及降维，所述数据分析控制包括数据深度学习、服务运行控制和质量监控及统计分析，所述输出输出包括信息统一发布接口和数据仓库存储。
31.如图7所示，根据数据融合分析的需要，从数据库服务器中提取出视频图像数据、收费流量数据、手机信令数据等交通信息以及其他基础数据，根据融合分析需要，对提取的数据进行时空一致性转化，筛选出目标数据项，经过数据融合模块的分析处理，得到融合后的结果，再将融合结果存入业务数据库中，支撑后续的智能化管控应用，如图8所示，数据分析控制模块中包括多源交通数据融合深度学习算法程序、运行管理控制模块和数据质量监控及统计分析模块，本发明选择深度学习神经网络算法作为融合估计方法是鉴于该算法的三个特性：即自学习性、自组织性和自适应性，所采用的神经网络模型包括一个输入层、一个隐藏层和一个输出层，结构如图8所示；运行管理控制模块对融合分析服务的数据提取、数据融合、文件删除服务、日志删除服务等服务运行状态进行控制和管理，并监控系统运行节点的实时状态，展示融合运算情况明细；数据质量监控及统计分析模块实时记录和监控多源交通数据分析融合系统提取的原始数据量，并对比分析原始数据与有效数据的同步差异，评估数据质量。
32.如图10所示，管控平台移动服务包括交通路况查看、内部信息通知和公众服务信息发布，所述交通路况查看包括交通路况信息和实时监控视频，所述内部信息通知包括情报板信息、养护施工信息和清排障信息，所述公众服务信息发布包括交通气象和交通事件。
33.如图11所示，系统通讯的接口设计主要分为两类：第一类，内部设备数据接口:主要完成对系统内部智慧感知设备的数据采集和部分外设（如情报板）的输出控制功能，第二类，外部业务数据接口：主要完成对系统外部业务的数据采集和数据交互功能；在数据存储方面，为了提高数据库的高可用性，采用双节点rac asm的架构设计，rac架构可以实现多节点负载均衡、提供高可用性、提高每秒交易数和连接数、可扩展性好等优点；asm冗余存储可以提高存储设备的高可用性、资源利用率、平衡i/o负载、对存储设备更加方便的管理。
34.系统管理包括用户管理、角色管理、授权管理、安全管理、操作日志管理和运维管理，所述授权管理包括角色权限列表维护和角色与用户相关联维护。
35.系统管理还包括系统接口，所述系统接口包括内部设备数据接口和外部业务数据接口，所述内部设备数据接口包括交通量数据采集、监控视频接口和情报板信息接口，所述外部业务数据接口包括联网收费数据接口、气象数据接口、交通路况数据接口和施工养护数据接口。
36.高速公路智慧化主动管控平台系统还包括数据存储，所述数据存储包括架构设计、数据库设计和数据管理，所述数据库设计包括基础数据库、采集数据库、融合、业务库数据库和历史数据库，所述数据管理包括数据备份策略和数据删除策略，如图12所示，设计数
据库时，系统的数据存储方式采用综合数据仓库存储，基础数据库存储路段（桥梁、隧道）、收费站、服务区等基本信息、路侧监测和发布设施信息、路段bim信息等；采集数据库存储了从各智慧感知设备中获取数据，以及通过数据通讯接口获得的业务数据；融合、业务库数据库是数据分析处理服务根据基础数据、采集数据库以及历史数据，按照不同的业务需求进行数据的分析、处理和深度挖掘而产生的可供业务使用、信息屏示、输入输出以及分析预测等各类需要的数据图形或图表数据；历史数据库存储以往系统以往产生过期的（如生成时间超过一年）的各种历史业务数据。
37.高速公路智慧化主动管控平台系统还包括维护服务，所述维护服务包括预防性维护、故障性维护和维护要求，所述防性维护有系统开发项目的维护及巡检，所述故障性维护包括软件故障的及时修复、提供故障检查、故障排除及备件更换和系统通讯故障的修复，提出的系统运维和售后服务方案，在培训和试运行期间按照服务方案演练完善，系统验收后保证提供预防性、故障性维护和技术支持服务。预防性维护内容主要包括系统开发项目的维护及巡检，巡检每周1次；故障性维护内容包括完成系统软件故障的及时修复、配合硬件厂商提供故障检查、故障排除及备件更换服务，及系统通讯故障的修复，维护流程如图13所示。
38.关于本发明的硬件要求，表格如下：关于本发明的软件要求，表格如下：
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。