智慧高速物聯網平臺建設創新思考

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摘要:從業務場景需求出發，面向智慧高速感知層，通過研究設計物聯網平臺，構建物聯網體系，實現對所有終端設備的統一接入與管理，實現異構感知數據匯聚，實現異網感知設備接入，實現行業協議無縫對接，為上層智慧平臺的AI決策和智能分析提供良好的數據支撐。

關鍵詞:智慧高速;終端設備;物聯網平臺;標準協議;大數據

0引言

隨著新基建和智慧高速的快速發展，各種物聯網設備的廣泛應用，高速公路機電系統整體的技術架構面臨重塑，特別是在新的技術構架下，前端感知系統面臨著碎片化設備與多樣網絡導致設備接入困難、海量設備難于管理、設備接入數量增加等一系列難題。因此，需要通過建設物聯網平臺實現交通領域ETC門架、超限檢查站、收費廣場、路側監控、橋隧、服務區等物聯感知設備統一接入，建立感知數據標準建模，實現感知數據共享，進而發揮感知層智慧交通數據感知、聯動處置的重要功能，真正將人、車、路相結合，實現有效鏈接與高效聯動。

1高速公路數據感知體系現狀

1．1現有數據感知體系架構

現有高速公路數據感知傳輸采用傳感器和業務系統直連的方式，前端傳感器采用各自私有協議或部分標準協議直接將數據傳輸到各自的業務系統，業務系統對采集到的數據進行處理，數據匯集和互通通過各業務系統來實現，沒有實現集中式的數據匯集和共享，數據感知體系架構圖如圖1所示［1］。

1．2現有數據感知體系存在的問題

(1)智慧感知體系缺乏系統規劃與基礎支撐現有數據感知層僅僅是實現對數據的基本采集功能，缺少對采集數據的整體規劃，缺少不同傳感器之間的功能協作，進而導致采集基礎數據在標準統一、數據融合治理方面存在較大難度。(2)碎片化設備與多樣網絡導致接入困難在高速公路設備領域，需要連接的設備成千上萬，包括機電設施、基礎設施、收費站設施、服務器設施等，設備的類型千差萬別，組網模式形態與標準各異，異構性是急需解決的關鍵問題。(3)海量設備難于管理在取消省界站時期，新增了大量的智能化終端設備，對設備管養要求進一步提高，設備的實時在線狀態、設備屬性、服務和事件信息等需要進行統一的管理，多語言、多網絡、多協議給設備維護和升級管理提出了巨大的挑戰。(4)感知數據缺乏標準，難于共享與聯動在智慧高速的架構體系下，多源數據的融合共享是打破各個獨立“煙囪”系統的關鍵，而要實現多源數據融合就需要在數據采集過程中建立統一的標準。

2智慧高速物聯網平臺設計

2．1物聯網平臺的含義

物聯網平臺是指通過構建一層標準化的接入平臺，實現對多語言、多網絡、多協議設備的標準化接入和管理，實現對ETC門架、超限檢查站、收費廣場、路側監控、橋隧、服務區等物聯感知設備統一接入，感知數據標準建模、感知數據共享，實現整個交通的實時在線監測以及跨域業務聯動。

2．2物聯網平臺的架構

高速公路物聯網設備連接平臺體系架構分為物聯通信、協議解析、設備管理、應用及服務四層［2］。2．2．1物聯通信物聯通信實現設備的快速接入、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設備管理云平臺直接連接的中間平臺，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，包括MQTT、CoAP、MODBUS、HTTP、TCP、RGMP多種協議。(2)兼容2/3/4/5G、NB—loT、LoRa異構通信網絡，處理復雜多變的網絡結構。(3)物聯網網關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，支持多設備的快速接入與操作控制。2．2．2協議解析。協議解析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。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內容，主要內容如下:(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。該模塊為平臺的核心模塊，主要負責對消息內容的解析。對于設備采集并傳輸上來的不同協議(MQTT、CoAP、MODBUS、HTTP、TCP、RGMP)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，滿足大數據存儲的各項技術要求。2．2．3設備管理。設備管理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。2．2．4應用服務。應用層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。應用平臺能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。(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基礎上，根據需求搭建上層應用。(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。

2．3物聯網平臺的主要功能

2．3．1設備接入。面向高速機電設施、基礎設施、收費站設施、服務器設施，可以實現多語言、多網絡、多協議設備的快速接入。主要能實現三種方式的設備接入，一是基于設備SKD二次開發，支持行業多語言，包括JAVA/PYTHON/NODE．JS/PHP/C#．NET等;二是支持多網絡適配，包括NB－IOT/蜂窩通信/LORA/WIFI/ZIGBEE/有線等;三是支持行業主流的多協議，包括MQTT/COAP/HTTPS/GB1818/GA1400/MODBUS等。遵循通用標準建設物聯網設備管理平臺，讓各類設備廠商遵循標準連接設備，形成不同廠家設備之間的協同和聯動，最終逐步實現體系化的高速公路物聯網生態。2．3．2物聯網設備管理物聯網設備管理主要是通過構建設備模型，對設備進行全方位管理［3］。設備模型信息包含設備狀態信息，例如設備在線/離線、激活/未激活等信息;設備的檔案信息，例如設備安裝位置、歸屬權等靜態信息;設備的基本屬性，例如設備運行時的溫度和濕度;設備的服務信息，例如設備被遠程調用執行的動作、指令;設備事件信息，例如設備主動上報的信息、告警、故障通知等。通過對上述設備信息的分組和標識，形成基礎資源庫，再利用基礎資源庫拼接組合成相關功能模塊。2．3．3實現全生命周期的設備維護通過物聯網平臺可實現對設備的全生命周期設備維護［4］，主要實現在線升級、日志服務、消息軌跡和遠程調試四個功能。(1)在線升級。為海量的前端設備提供設備升級通道，支持固件、軟件等升級。同時具備固件版本管理、固件升級策略和固件統計分析等功能，實現固件推送和消息同步等功能，提高設備升級維護的效率和質量，保障設備能及時更新至最新軟件版本。(2)消息軌跡查詢。通過對設備信息的實時監控，可以追蹤設備消息的軌跡，為精準定位設備故障提供參照依據，例如在對門架ETC天線故障排查時，可以利用消息軌跡查詢，確定消息在傳輸路徑是否正常，在某一個傳輸環節是否存在異常情況等等，提高設備故障排查效率和運維時效性。(3)設備遠程調試。通過接入層的標準協議的統一，可以實現遠程SSH設備登錄，實現屬性設置調試，服務調用調試和設備模擬器功能等多種設備遠程調試手段，減少現場運維的頻次，豐富維護手段，提高設備維護的效率。2．3．4實現感知數據高效匯聚利用物聯網平臺的設備接入和整合能力，可以實現對監控圖像、收費數據、道路環境感知等異構數據的匯聚，有利于形成統一的大數據資源池，對行業數據進行統一匯聚、統一建模管理，構建數據秩序，充分挖掘數據價值，不斷完善數據的生產要素屬性，讓數據更好找、更好看、更好用。

3結束語

分析了高速公路現有數據感知系統的現狀，根據感知系統存在的問題和信息技術手段的發展趨勢，提出了面向智慧高速的物聯網平臺，實現對異構感知數據匯聚、異網感知設備的接入，實現行業協議無縫對接，為智慧高速上層應用集約調用提供了有效支撐。

參考文獻

［1］張錦，徐君翔，郭靜妮，等．我國智慧高速公路總體架構設計研究［J］．綜合運輸，2020(2):1－6+31．

［2］蔣在文．基于MQTT協議的物聯網平臺設計與實現［D］．西安:長安大學，2012．

［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［D］．武漢:華中師范大學，2018．

［4］蘇冠群，鹿海洋，王明磊，等．智慧高速及其標準化建設現狀［J］．中國自動識別技術，2016(2):70－76．

作者:王楊 單位:遼寧艾特斯智能交通技術有限公司