融合通信網絡在智慧高速公路中的應用

詹金南

（福建省高速公路集團有限公司南平管理分公司，福建 南平 354000）

0 引 言

我國的高速公路通過大規模建設已經獲得了歷史性的突破，高速公路總里程在世界上排名第一[1]。高速公路已經基本形成了網絡格局，完成了由初始階段的連通到現階段的全網覆蓋，高速公路行業也從最初的以建設為主發展到以“建設、養護、管理、服務、安全”共同發展的階段，高速公路的運營管理相關企業應該利用智慧高速公路的信息化建設來提高高速公路在運營和管理服務方面的能力[2]。

1 智慧高速公路的定義和內涵

智慧高速公路作為智慧交通工程的重要組成部分，是智慧交通工程在公路運行方面的衍生與應用，主要起到便捷管理、方便出行等作用。根據智慧交通工程的定義，智慧高速公路項目主要是通過對新型信息化技術與通信技術的運用，實現參與交通通行者（人）、交通工具（車）與交通設施（路）的信息傳遞與“溝通”，使得交通管理部門能夠及時有效地做出反應，進行實時的交通需求的管理與調整，進一步地提高交通參與能力與服務意識，從而保障高速公路的安全、高效、便捷、通暢、綠色環保運行，減少交通事故與公路堵塞的情況。智慧高速公路的含義包括3個方面，（1）運營時的狀態智能感應；（2）實時的運營與管理；（3）及時有效的信息服務。

2 智慧高速公路建設遇到的困難

2.1 收費的檢查

根據相關的國家收費公路統計公報顯示，我國的高速公路總里程已經突破1.4×105km，高速公路收到的費用超過5 000億元。每年，不同省份的高速公路收費都會出現偷逃的現象，損失的數額大約在幾百萬元到數億元之間。目前，MTC/ETC/路徑識別點三套系統正式地開啟獨立運行的模式，無法有效地展開數據的挖掘和關聯性匹配等相關工作。此外，在夜間惡劣的環境下，車牌識別系統常常會出現狀態不佳的情況，因此導致識別的準確率下降，從而加大了收費檢查的難度。

2.2 應急的指揮

在智慧高速公路信息化建設的過程中，提高安全應急指揮的調度服務能力是一項非常關鍵的內容。在高速公路的復雜環境中，常會出現無法看清、無法聽清、無法調動及無法統一指揮等問題，需要及時解決平臺化和標準化等一些安全應急管控業務的要求，創建一個能夠可視調度平臺+GIS+精準定位服務的架構，從而讓手持移動終端能夠快速地接入、平臺能夠自動地預警響應，快速地將資源調撥到現場進行有效及時的救援工作。

2.3 路網的監控

現階段，我國對于智慧高速公路的建設與監控一直處于待發展建設階段，還不能較為自主地完成對物聯網、后臺大數據的掌握與實際應用。因此，我國在布局建設智慧高速的信息化方面還應該加強對橋面、隧道和邊坡等基礎設施的建設，提高對收費站、主線電機等監控服務器的驗修水平，進一步實現智慧高速的信息化建設[3]。

3 融合通信網絡的解決措施

3.1 以SDN云化數據中心網絡為基礎，實現業務部署的自動化

以往高速公路信息化的應用系統的建設形式，是為業務系統單獨創建一套IT硬件設施。如果要擴大業務系統的容量，實現新業務系統的自動部署，通常需要對數據中心網絡的架構進行創新和變換，收費系統和路網監測產生的相關數據需要傳送到數據中心進行高效、快捷的處理。高速公路路網運營管理的企業為了能夠提高IT資源的使用率、節省運維的成本，未來將實現路網業務系統ICT架構的云化模式[4]。因此，新一代以SDN的數據為基礎的中心網絡要有如下3個方面的能力。第一，數據中心網絡部署要實現自動化，對故障能夠進行精細的管理，從而有效解決硬件出現的故障問題；第二，通過擴展相關的設備，幫助服務器和網絡相接通，從而實現高速接入的升級和擴展。第三，在大數據分析的基礎上，創建云數據中心的立體安全防御保護的相關體系結構。

3.2 IP+光超寬長距骨干的承載，實現未來高速公路的發展

收費系統是高速公路業務中一個優先級別最高的系統，通信網絡的收費系統包括了對業務數據和監控圖像等的收費，系統能夠有效確保收費數據的完整性和安全性[5]。此外，路網監測的運用，特別是高清視頻監控在收費站、服務區等一些場合的分布，要求骨干級別的通信網絡要提供超大的帶寬。在高速公路區域中心的省級骨干的傳輸網，可以利用IP+光的網絡技術。通過IP網絡設備的強大路由轉發能力以及波分設備的大帶寬超長距離傳輸，有效承載高速公路業務，實現廣域聯網的收費以及聯網的監控。

3.3 結合傳送路段網，提高收編高速公路業務大小顆粒的可靠性

高速公路路段內的骨干通信網絡是網絡的匯聚層級，負責收費、監控及辦公等業務。該層級網絡需要極其精確的可靠度，還要節約光纖資源，以保證業務之間做到互不牽制。HybridMSTP的傳輸方案，能夠給高速公路路段網帶來安全性高、可靠性高、易維修護理的業務負責方案。通過在內部設置PCM單板的方式，使得低速業務能夠直接接入，從而減少網絡節點。這樣不但能夠節約機房的空間以及投入的成本，還可以有效減少網絡的故障點，從而實現統一的維護和管理。此外，借助HybridMSTP設施中的SDH硬管道能夠確保業務安全性較高的承載，并且借助分組的軟管道帶寬統計復用有效增強帶寬的使用率。HybridMSTP的技術成功地實現一網承載多業務的功能，節約了大量的光纖資源，同時MSTP通過不同的通道將不同的業務進行隔離，以保證數據的安全。

3.4 靈活運用有線無線方案，高速公路前端接入全場景承載

高速公路中的收費系統、路網感知及指揮調度3個應用業務的前端的接入場景形式是多種多樣的，其中涉及了視頻的監控、收費的監控、情報板、路網感知傳感器及氣象站等。由于前端具有多樣化的特點，所以通信接入設備需要具有豐富的接口種類以及不同數量的接口，要適應嚴峻的室外工作的環境，具有寬溫、防塵以及防水等性能，同時還要具備有線通信和無線通信的能力。在高速公路前端業務接入的不同場合中，需要結合業務的不同特性，靈活地運用有線和無線的通信接入網絡的方案，其中包含了工業以太網交換機、工業物聯網關及xPON等。對于光纖資源較為豐富的高速公路，可以使用xPON或者是工業交換機的通信接入措施；對于沒有光纖資源的場合，可利用點到多點的微波產品做接入通信網絡[6]。

3.5 端到端的安全防護體系，幫助實現高速業務等保的目標

根據國家發布的關于信息安全等級保護管理層面的規定要求，相關部門單位要對高速公路的信息化系統展開安全性的建設，通信網絡和數據中心的安全需要滿足等級保護的標準。根據安全等級保護三級網絡安全提出的標準以及相關的網絡安全解決的計劃要求，應該在高速公路數據中心互聯網的出口部署DDOS流量檢測和清洗設備、防火墻以及入侵防御等相關設施，抵御來自互聯網的已知威脅；設置沙箱抵御來自互聯網的未知性威脅；此外，在路段網絡聚集交換的節點旁邊需要掛防火墻，方便對接入層展開安全性的訪問控制、識別過濾相關的協議，從而實現安全的防護。

4 結 論

針對智慧高速建設遇到的各種問題和挑戰，結合通信網絡端到端的解決方案，有效助推了智慧高速公路路網應用基礎通信平臺的建設，大大提高了高速公路路網運營管理企業的資源使用效率，減少了運維的成本。高速公路的運營管理企業應該不斷加強對智慧高速公路信息化建設的關注，從而提高高速公路的運營管理服務的能力。