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摘要：本文梳理了湖南省高速公路運營期信息化發展現狀，介紹了湖南省高速公路物聯網平臺的總體架構、業務架構、技術架構以及主要研發內容，以實現湖南省海量高速公路物聯網應用設備的統一接入與管理，實時數據億級高并犮傳輸、存儲與分發，粘結上層智慧應用，助推湖南省高速公路信息化建設更上一個臺階。湖南省高速公路物聯網平臺在湖南省高速公路橋隧坡的安全監測及數字化管養平臺中得到了充分驗證，架構合理，技術先進，效果良好。

關鍵詞：異構感知；物聯網平臺；橋隧坡管養

目前，基于物聯網技術的高速公路信息化應用系統的運行流程為：通過與物聯網設備連接，將采集到的數據傳輸至數據中心服務器，再根據業務應用需求開發相應的數據維護、展示與統計功能。這種系統架構在局部領域運行良好，但是從提升高速公路信息化建設整體水平來看，這些獨立的業務信息化架構存在以下問題：各業務系統根據各自的業務需求，局限地只跟所關聯的設備打交道；各個業務系統分屬不同的系統集成開發商，各自開發關鍵的設備連接管理組件，存在重復開發、重復投資的現象，而且水平各異，沒有實現抽象整合與復用；設備數據的交換與共享通過業務系統的數據共享接口來實現，增加了數據的傳輸與轉換鏈路，不利于數據的快速獲取，信息的原始性、真實性也難以保證。目前的高速公路物聯網應用技術架構無法滿足湖南省高速公路信息化應用發展需求，打造基于湖南省統一的高速公路物聯網平臺的高效、綠色、平安、智慧的高速公路勢在必行。

一、高速公路物聯網平臺架構

（一）總體架構結合傳統物聯網應用的3層架構，增加物聯網平臺層，高速公路物聯網應用的總體架構分為以下4個層次，如圖1所示。感知層：主要為智能的物聯網傳感器、監測器、檢測器以及攝像機等設備。例如通過監控設備可以在線實時獲取高速公路網絡狀態、基礎設施設備健康狀態、道路運行狀態以及外部環境狀態等信息，如表所示。網絡層：網絡傳輸層主要分為接入網和核心網兩大類。接入網負責和感知網進行聯系，將感知網的數據傳輸到核心網中，所以接入網應該包含更多的接入方式以達到兼容，主要分為無線接入網和有線接入網。核心網負責快速傳遞數據和信息。平臺層：主要包括物聯網網關和物聯網管理云平臺兩部分，負責所有設備的快速接入、設備數據的傳輸與同步、設備的可視化遠程管理、上層應用接入平臺以及其他輔助的安全保證策略與平臺、業務輔助分析平臺等。物聯網設備和應用程序之間需由物聯網平臺建立互聯互通的橋梁，不僅可以便捷地對物聯網設備進行集中管理和控制，而且可以縮短產品物聯網化的開發周期。應用層：接入平臺層的業務對應的設備數據，支撐高速公路智慧化應用的挖掘，根據不同的業務需求研發對應的業務系統，實現平臺層的價值最大化。

（二）業務架構湖南省高速＾＞路聯網管理一般采用如下3級管理體制。第一級：省級控制中心。第二級：管理處分中心，設在各管理處內。第三級：還貸性路段橋隧管理所／經營性路段分中心，根據隧道級別及路段具體情況設a。根據高速公路實際管理情況，高速公路物聯網平臺同樣可以設置成分級管理，分為一級平臺（省級控制中心）、二級平臺（管理處分中心）以及三級平臺（路段分中心／橋隧管理所），同時也可以滿足單個層次一個中心的集中管理模式。各級物理網平臺都具備物（包括設備、系統、云平臺以及第三方平臺）的接入能力、物聯網管理云平臺的能力，同時根據物聯網平臺所在的級別規則實現向與上級物聯網平臺的數據同步與協調控制的功能，具體業務架構如圖2所示。

（三）技術架構從上文的描述中可以看出高速公路物聯網平臺的定位：高速公路物聯網平臺處于感知層與應用層之間，連接物聯網應用設備與上層應用，與各種異構設備進行雙向通信獲取同步數據，傳遞指令，同時提供開放的API應用服務接口，便于上層應用系統靈活快速接入，起到承上啟下的作用，是高速公路物聯網應用的“戰略要塞”與“咽喉之地”。高速公路物聯網平臺的實現技術架構如圖3所示。

二、主要研發內容

（一＞基礎設施標準管理平臺（IMP）基礎設施標準管理平臺（InfrastructureManagerPlatform，IMP）是指物聯網平臺中進行設備接入、雙向通信、設備管理、數據安全控制等方面的管理與控制需規定的數據格式、語義規范以及傳輸協議等內容。IMP是物聯網平臺中其他應用平臺的基礎支撐，是實現標準的數據采集、傳輸、存儲與分析的基石。

（二）物接入通信平臺（CMP）在高速公路機電設備領域，需要連接的設備成千上萬，設備的類型千差萬別，組網模式形態與標準各異，異構性比較明顯是急需解決的關鍵問題。CMP主要研究設備的快速接入、數據的封裝與轉發、指令的接收與響應，是現實設備與物聯網管理云平臺直接連接的中間平臺，需要滿足快接入、高穩定可用、高并發、高容量、高兼容等指標要求，具有以下特點。1、兼容包括標準協議以及自定義協議，如MQTT、CoAP、MODBUS、HTTP、TCP、RGMP等多種協議，開發并不斷豐富Agent庫。2、兼容2／3．／4G、NB－IoT、LoRa等各種異構通信網絡，處理復雜多變的網絡結構。3、物聯網網關（IoT－Hub）作為設備和云平臺之間的連接橋梁，具備高并發、高可用、高性能、彈性可伸縮等特點，支持上億設備的快速接入與操作控制。

（三）物解析管理平臺（PMP）PMP負責對消息內容的解析服務，包括快速完成各種設備數據協議的解析，將設備上傳的原始數據解析成可分析、可洞察的標準數據。本平臺管理的對象為設備與云平臺之間傳遞的消息，包括消息路由、消息解析以及消息的存儲與轉發等研究內容。通過本平臺可以實現簡單快速地通過物解析服務，在云端解析和計算各種設備中的數據。本平臺的主要研究內容如下。1、消息路由機制。根據不同的設備傳遞的消息類型、主題以及優先級，預設通配符，映射定義對應的消息處理者，實現消息與消息處理者的動態關聯。2、消息解析模塊。該模塊為本平臺的核心模塊，主要負責對消息內容的解析。比如對于設備采集并傳輸上來的不同協議（MQTT、CoAP、MODBUS、HTTP、TCP、RGMP等）的原始數據，根據配置的設備數據模型將其解析成能理解、能分析、能存儲的語義化的數據格式。3、消息存儲與轉發。實現消息解析后數據的存儲，需滿足大數據存儲的各項技術要求，消息存儲借助于大數據分布式存儲技術，本平臺不對具體的實現解決方式進行研究與開發，只考慮兼容主流的已有的消息存儲中間件。

（四）設備管理平臺（DMP）DMP是對需接入的設備通過后端控制臺進行集中可視化管理的平臺，提供完整的設備生命周期管理功能，支持設備注冊、功能定義、遠程配置、遠程維護、實時監控、分組管理、設備刪除。

（五）數據分析平臺（DAP＞設備數據（設備本身數據以及設備采集的數據）存儲在數據中心，DAP利用大數據統計分析算法，通過可視化圖表、空間可視化等工具將物聯網平臺中存儲的數據宏觀展示出來，同時也提供設備歷史數據查詢功能，比如設備概況統計（接入數、在線率、在線數、故障數等）、API調用統計、數據簇情況（數據接入量、數據解析成功／失畋率）等。

（六）應用使能平臺（AEP）AEP是為上級業務應用提供支撐的幫助平臺，方便應用程序快速具備物聯網應用的能力，縮短開發周期及降低開發成本。應用使能平臺是一種以技術為中心的產品，具備生態持續性，以與行業無關的可擴展的中間件為核心，采用微服務框架，實現服務的自動注冊、負載均衡、限流和熔斷等功能，提升服務的高可用性與可伸縮性，主要包括以下內容。1、開放的API接口體系。平臺提供開放的API接口，用戶可以通過HTTP／HTTPS調用進行設備管理、數據查詢、設備命令交互等操作，在API的基礎上，根據自己的個性化需求搭建上層應用。2、主流語言版本的SDK。針對不同的應用程序開發語義，提供封裝好的應用接口訪問的開發組件，使不同的語言開發者能快速調用物聯網平臺提供的接口服務，縮短開發周期，提升應用程序性能。

（七）安全認證平臺（SAP）SAP提供多重防護保障設備云端安全，提供用戶資源訪問安全認證機制，提供產品級以及設備級的不同粒度的秘鑰，并支持用戶自定義秘鑰訪問權限，以最大限度保證用戶設備及應用層接入的安全性。提供統一的鑒權中心，提供靈活多變的鑒權方式，為每個設備頒發唯一證書，提供TLS以及DTLS（適用于CoAP）加密通道，保證用戶數據的傳輸安全。

三、應用情況

由于湖南省交通科學研究院在橋隧坡交通安全狀態監測技術與設備領域積累了較為豐富的技術、設備成果和工程化、產業化經驗，基于本文提出的全省統一的高速公路物聯網平臺的全新架構，我院對已有的相關系統和設備全面升級重構，組織研發了湖南省高速公路橋隧坡的安全監測及數字化管養平臺，接入了全省10座大型橋梁、5座特長隧道、6個高邊坡共1662個物聯網設備，實現了對湖南省高速公路重大基礎設施的實時監測、安全預警和科學運管。基于本文中的高速公路物聯網平臺，屏蔽設備接入與數據采集等異構環節，專注橋隧坡的安全監測及數字化管養的業務應用，大大提高了系統開發效率和系統的穩定行、健壯性。

四、結束語

在建設交通強國的重大戰略及物聯網技術發展等多重因素驅動下，結合湖南省高速公路機電信息化應用架構中出現的新問題和新需求，本文提出建設一套湖南省統一的高速公路物聯網平臺，為物聯網應用和物聯網設備之間搭建高效、穩定、安全的應用平臺，起到設備與上層應用互聯互通的中間橋梁作用，打通各種類型的設備，屏蔽設備的差異性，快速接入設備，為上層應用提供統一、規范的設備數據接入服務，讓上層應用專注于業務處理，不過多關注設備的實現細節，大大降低開發成本，提升開發效率，縮短開發周期，方便高速公路運營管理方快速集成業務系統，實現集成統一的運營管理平臺，使高速公路運營管理更加高效智能，從而更大程度提升湖南省高速公路整體的信息化水平，助力湖南省智慧高速公路的建設。本文的研究內容已在湖南省高速公路的橋隧坡安全管養領域得到應用與驗證，取得了良好的應用效果。在后續的工作中，將持續優化完善高速公路物聯網平臺，加大推廣。

參考文獻

［II陳波．蘇武．智慧高速公路物聯網技術應用與發屣探討［J1．中國交通信息化．

［2］張林妮．基于物聯網技術的商速公路機電養護信息管理系統［J1．中國交通信息化．2018（8）

［3］張偉剛．基于物聯網的高速公路隧道智慧照明節能系統設計［D1．武漢：華中師范大學．2017（5）．

［4］楊娟．基于物聯網的四川高速公路智慧交通系統設計［D］．成都：西南交通大f，2017（5）．

［5］韓廣廣基于物聯網技術的高速公路信息采集與應用研究［D］．廣州：華南理工大學，2017（6）．

［6丨江長秋．高速公路機電管理系統物聯網云平臺的設計與研究［D］．西安：長安大學，2018（3）．

［7］葉文超，馬濤．物聯網平臺發展分析及建議M．廣東通信技術．2018（12）．

［8］李澤平．基于物聯網的高速公路隧道監控系統設計［J】．科技技術創新．2018（22）．

作者：廖飛 單位：湖南省交通科學研究院有限公司