潮惠高速公路信息化建設回顧與展望

羅 波

（廣東潮惠高速公路有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

廣東省潮州至惠州高速公路項目是甬莞高速公路（國家高速G15）的西并行線之一，也是廣東省高速公路網規劃“九縱五橫兩環”中“四橫”的組成部分，作為沈陽至海口國家高速公路的復線，是粵東地區與珠三角之間第二條高速公路通道。項目自2011年開始籌建開工，2016年底年全面建成通車，建成通車后有效緩解粵東地區交通壓力，加強珠三角向粵東地區經濟輻射能力，促進粵東地區經濟發展及促進泛珠三角區域經濟合作等都具有重要作用。信息化建設秉承高速公路“建管養運”理念保持同步建設，回顧十年多來建設與運營，是高速公路信息化系統“從無到有”的建設過程。隨著集團數據中心的建成運營，業務逐步遷移上“云”，資源統一整合，高速公路信息化建設也將從“中心化”往“去中心化”發展，從而開始“從有到無”的持續建設。

1 第一階段，籌建階段

信息化建設籌備階段工作重點是提出信息化建設總體目標，設計信息化網絡基礎架構，同時解決項目籌建到開工階段的日常辦公需要。我們根據信息化建設要求部署一套多線程路由器、防火墻、核心交換機、服務器系統、VPN設備等基礎核心硬件。網絡方面，滿足辦公終端的互聯網訪問和上下級單位的專網文件交換，搭建IPsec VPN，滿足業務終端訪問上級單位業務系統服務，公網業務選擇上下行對等互聯網專線和MPLS VPN專線對接上級單位，服務器系統內部署辦公需要的軟件系統，如OA辦公自動化系統，門戶系統、公文交換系統，拓撲見圖1。

圖1 信息化網絡基礎架構

2 第二階段，項目建設階段

潮惠高速建設項目2013年8月全面開工，根據籌建期信息化建設的規劃，結合信息化系統的運行狀態，預測建設項目將產生10TB的基礎數據，我們建立一套服務器平臺和存儲平臺替換原有的服務器系統，物理算力單位元采用高性能服務器雙機熱備，采用VMwarev Sphere架構的虛擬化技術承載各不同業務的操作系統。有效減少物理服務器的數目，降低硬件采購成本，更有效地利用基礎設施；提供實時的遠程管理和維護，快速地備份與服務轉移，提高可用性、安全性以及穩定性。

存儲單元采用IP SAN存儲技術為核心的集中式存儲架構，實現統一數據存儲同時還可根據業務系統數據的重要等級和讀寫速度需求，合理配置具有冗余能力的磁盤陣列。鑒于項目建設全面開工，信息化系統在原業務系統基礎上增加了高速公路項目建設業務相關系統，分別為HCS建設項目管理系統、HDS建設項目檔案管理系統、建設項目安全生產管理信息系統、建設項目施工監控系統等。信息化系統使用群體已不是之前的單位內部人員，項目建設的各類參建單位變成了信息化系統的使用者。由于各類參建單位的地理位置分布于道路建設沿線，橫跨五市十縣，不同于之前單位內部人員在同一物理環境辦公，這對信息化系統可用性、安全性提出新的要求。為滿足各類人員的信息化業務需求，同時保證數據傳輸的完整性和安全性，我們采用了SSL VPN技術，實現外部人員信息化業務需求，既滿足業務人員信息業務需求，同時滿足系統安全要求。秉承“建管養運”一體化建設理念，監控中心計算機系統在主體項目建成前提前完工并投入使用，我們部署了施工視頻監控系統，實現特殊結構物施工現場的實時視頻以大屏方式展示在監控中心，項目管理人員實現遠程監控項目建設情況。施工影像系統、瀝青監測系統滿足了施工工序審計需求，對施工工藝工序、施工材料的控制和管理閉環提供技術保障。

除了滿足項目建設的信息化需求，機電系統建設也是信息化建設的重點內容，構建高速公路生產運營網絡，承載高速公路通信體系、收費體系、監控體系、隧道機電體系，通過建立光纖管道資源鏈接沿線站點和相鄰路段，形成城際級別的廣域網。根據數據帶寬性質和數據業務屬性，建立視頻萬兆環網和數據骨干網，分別承載道路沿線1080P監控視頻和收費、監控業務數據及控制指令，其中數據骨干網采用波分復用技術，根據業務數據屬性作物理隔離，有效節省光纖資源和接入設備。收費站均采用光環網結構鏈接各類機電設備終端，承載車道級收費系統和站級收費系統，通過數據骨干網連接至路段收費管理中心和省聯網收費運營平臺機構。道路和隧道監控實時圖像通過區間光纜匯聚就近收費站，再經過萬兆環網鏈接監控中心。

3 第三階段，項目建成運營

潮惠高速于2016年12月底全面建成通車，信息化系統在原基礎繼續擴展，用戶群體進一步擴大，包括高速公路運營者、原項目建設人員及參建單位人員、沿線地方交管部門等。業務系統增加了兩大業務板塊，分別為聯網收費系統和監控一體化平臺，辦公網系統新增了HOS高速公路運營管理系統。信息化系統按業務范圍劃分為收費業務網絡、監控業務網絡、辦公業務網絡，配套設施包括骨干網通信傳輸設備、視頻萬兆網網絡交換設備、運營商業務線路、鏈路連接設備（交換機、路由器、防火墻、VPN網關等）和傳輸介質等，見圖2。算力單元沿用VMware虛擬化品牌，成熟穩定，由于收費系統和監控系統存在業務上的數據交互，我們依托機電三大系統整合以及與安全設施系統整合課題，打通收費業務網絡和監控業務網絡形成生產網。

圖2 信息化系統網絡組成示意圖

系統整合立足于提升潮惠高速營運管理水平，分析潮惠高速機電三大系統現狀，破解設備堆砌、利用率不高，各子系統之間信息互相利用率不高，軟件系統未能整合機電系統資源等問題，整合機電三大系統的前端、信息傳輸以及系統終端開發，開發建立監控一體化平臺軟件，協調監控設備廠家提供通信接口協議，節約建設成本，又充分提高系統的融合應用效率。實現交通控制、事件管理、對講廣播、監控視頻管理、機電養護管理、應急管理、電力監控、通信管理系統的動態數據交換，實現一套軟件，基本覆蓋所有監控設備，結束監控中心多套監控業務系統局面，推進營運管理工作中信息化水平。機電三大系統的深度融合和數據交互挖掘，最大限度提高了高速公路的安全、高效、快捷和暢通，更好服務于公眾。

地方交管部門、執法局在國家重大節假日保持屬地實時管理需要，需查閱道路車流情況，基于生產網絡服務不對外原則，我們在辦公網和生產網之間部署雙網卡服務器作為視頻聯網監控系統，再以端口映射和客戶端方式服務于屬地交管、執法部門和業務相關人員。鑒于信息化系統仍需服務建設結算人員和原建設參建單位，考慮到人員復雜性，在SSL VPN技術基礎上增加雙因子驗證技術。

2017年6月1日《網絡安全法》正式實施，我們開始對信息化系統進行信息安全等級保護工作，信息化工作重心從業務驅動轉為業務、安全雙驅動，同時開展網絡安全建設，嚴格按照定級備案、測距測評、測距整改、終驗的工作基本流程有序開展，我們對系統運行的核心系統，如聯網收費系統，監控系統，OA辦公自動化系統進行定級備案，邀請有資質的測評機構，對公司備案的信息化系統及業務網絡形成等級測評，形成差距性測評報告。我們根據差距測評報告對信息化系統進行多維度專項整改，分別是機房物理安全，網路安全、主機安全、應用數據安全、制度建設，在等保安全整改工作中，遇到一些共性問題和技術難題，例如在應用系統發現存在明文傳輸風險，需通過協調軟件開發商進行督促整改；視頻聯網監控系統的互聯網端口映射風險，通過減少互聯網暴露面，應用發布封裝技術予以加固保護。完善公司信息化和網絡安全制度，規范用戶行為安全，對網絡做好基本分層和用戶權限分級管理；系統和用戶的密碼復雜度要求和更換周期，需要全員配合，借此機會我們同時開展了全員網絡安全意識培訓，更好提高全員網絡安全意識和基本防護能力。在管理方面加強技術外包的運維管理，簽訂相關網絡信息安全與保險協議，明確責任同時等保工作也順利完成終驗。

4 第四階段，撤銷高速公路省界站工程

2019年政府工作報告提出，深化收費公路制度改革，加快收費清單“一張網”建設，讓收費公開透明。取消高速公路省界收費站項目，聯網收費系統迎接重大變革，信息化系統在原有規模基礎上新增56個門架系統，收費核心算力設備由原來的高性能服務器+集中式存儲架構更換為超融合架構，網絡安全方面對信息化系統提出更高要求，梳理網絡資產，厘清收費業務網和監控網的數據交互，要求無關業務的數據原則上禁止交互，引入安全運維技術，規范運維流程。建設網絡安全中心，解決運維單位權限過高的問題，運維審計不足的問題，安全策略不足等問題。部署補丁測試環境和補丁發布服務器，解決補丁修復導致的系統不穩定。態勢感知系統，實現路段中心網絡設備、收費站系統、ETC門架系統等網設備的安全數據采集匯總、綜合分析和評估網絡安全威脅與異常等功能，形成路段完整的網絡拓撲結構和實時異常告警功能，并支持省中心態勢感知平臺對接功能，更好地保障信息系統安全、穩定運行。

鑒于中美貿易摩擦，加上外部環境不穩定，高精尖科技的技術封鎖，自主可控技術成為國家重要戰略目標，我們引入華為FusionSphere云操作系統、中科曙光StackCube超融合系統超融合架構等自主可控計算單元取代原信息化系統使用的VMware虛擬化品牌。相比原信息化系統計算存儲虛擬化技術，超融合架構在提供存儲的同時，也提供計算能力，這不僅大量降低電力成本，其空間優勢也有效節省機房資源，同時也將計算放在離存儲更近的地方，達到最優的性能。超融合架構采用的全分布式的組件，具有原信息化系統無法實現的橫向擴展優勢，可以像加火車車廂的方式擴展集群規模和性能，比對見表1。

表1 超融合架構與集中式存儲架構對比表

5 第五階段，集團數據中心建立和后續展望

2021年10月，廣東省交通集團大數據中心建成并投入運營，依托數據中心為高速公路“建管養運”業務提供數據支撐，為未來智慧高速、車路協同、物聯網提供基礎環境。

為確保辦公網業務數據傳輸的安全性、完整性和穩定性，首要工作就是路段辦公網絡與數據中心進行組網對接改造，利舊原VPN設備通過IPsec加密傳輸，數據骨干網+互聯網專線的主備雙鏈路模式對接數據中心，見圖3。忙時線路網絡平均延時控制在40 ms正負偏差5 ms，丟包率6%，平均抖動率8.0%。保證業務系統遷移上云后，路段訪問數據中心服務的網絡傳輸質量。互聯網數據流、辦公業務數據流、收費業務數據流、監控業務數據流及后期其他業務數據流通過獨立的防火墻實現邏輯隔離。

圖3 路段中心與數據中心組網示意圖

依托數據中心，建立機電系統數字監測和運行支撐平臺，整合路段一體化監控平臺、網絡安全態勢感知平臺、骨干網網管系統、機電運維管理平臺等，通過主動發起TCP請求的方式建立連接，單向發送數據至數字監測和運行支撐平臺。對集團所屬路段的機電系統關鍵設備、核心業務數據、關鍵運營參數和網絡安全進行統一監測和預警，全面掌握系統運行狀態，為路段機電系統運維提供技術支持和業務指導。數據采集的單向傳輸模式既保持各業務系統網絡的邏輯隔離和網絡邊界的完整性，又方便各路段單位通過辦公網訪問，同時保留系統推送監測、預警信息至互聯網的擴展需要。集團數據中心整體架構見圖4。

圖4 集團數據中心整體架構圖

集團數據中心的建設完成及投入使用后，將極大提升高速公路運營管理的信息化水平和管理效率。后續工作將聚焦以下兩個方面：一是將大力推動路段中心及沿線基礎設施建設。路段中心建設模式將逐步向邊緣計算發展，在車路協同、物聯網、IPV6、北斗衛星通信等技術加持下，構建數字化的采集體系、網絡化的傳輸體系和智能化的運營體系，加強網絡安全和信息系統同步建設，加強對交通基礎數據全生命周期管控，聚焦信息基礎設施設備自主創新、安全可控，打造數字化、網絡化、智能化高速公路生態體系，更好服務于廣大司乘人員。二是將大力推進數據資源整合及數據資源挖掘利用。數據中心建成后，將會產生大量的辦公業務數據、收費業務數據、監控業務數據等數據資源，形成海量的數據資源池，后期將大力整合上述數據資源，運用大數據、人工智能、云計算等先進技術，開展多源數據融合及數據挖掘工作，充分發揮數據資源價值，服務辦公、交通管理、監控管理等業務，通過先進算法及技術提升各項業務工作效率和管理水平。