智慧高速物联网平台建设创新思考

摘要:从业务场景需求出发，面向智慧高速感知层，通过研究设计物联网平台，构建物联网体系，实现对所有终端设备的统一接入与管理，实现异构感知数据汇聚，实现异网感知设备接入，实现行业协议无缝对接，为上层智慧平台的AI决策和智能分析提供良好的数据支撑。

关键词:智慧高速;终端设备;物联网平台;标准协议;大数据

0引言

随着新基建和智慧高速的快速发展，各种物联网设备的广泛应用，高速公路机电系统整体的技术架构面临重塑，特别是在新的技术构架下，前端感知系统面临着碎片化设备与多样网络导致设备接入困难、海量设备难于管理、设备接入数量增加等一系列难题。因此，需要通过建设物联网平台实现交通领域ETC门架、超限检查站、收费广场、路侧监控、桥隧、服务区等物联感知设备统一接入，建立感知数据标准建模，实现感知数据共享，进而发挥感知层智慧交通数据感知、联动处置的重要功能，真正将人、车、路相结合，实现有效链接与高效联动。

1高速公路数据感知体系现状

1．1现有数据感知体系架构

现有高速公路数据感知传输采用传感器和业务系统直连的方式，前端传感器采用各自私有协议或部分标准协议直接将数据传输到各自的业务系统，业务系统对采集到的数据进行处理，数据汇集和互通通过各业务系统来实现，没有实现集中式的数据汇集和共享，数据感知体系架构图如图1所示［1］。

1．2现有数据感知体系存在的问题

(1)智慧感知体系缺乏系统规划与基础支撑现有数据感知层仅仅是实现对数据的基本采集功能，缺少对采集数据的整体规划，缺少不同传感器之间的功能协作，进而导致采集基础数据在标准统一、数据融合治理方面存在较大难度。(2)碎片化设备与多样网络导致接入困难在高速公路设备领域，需要连接的设备成千上万，包括机电设施、基础设施、收费站设施、服务器设施等，设备的类型千差万别，组网模式形态与标准各异，异构性是急需解决的关键问题。(3)海量设备难于管理在取消省界站时期，新增了大量的智能化终端设备，对设备管养要求进一步提高，设备的实时在线状态、设备属性、服务和事件信息等需要进行统一的管理，多语言、多网络、多协议给设备维护和升级管理提出了巨大的挑战。(4)感知数据缺乏标准，难于共享与联动在智慧高速的架构体系下，多源数据的融合共享是打破各个独立“烟囱”系统的关键，而要实现多源数据融合就需要在数据采集过程中建立统一的标准。

2智慧高速物联网平台设计

2．1物联网平台的含义

物联网平台是指通过构建一层标准化的接入平台，实现对多语言、多网络、多协议设备的标准化接入和管理，实现对ETC门架、超限检查站、收费广场、路侧监控、桥隧、服务区等物联感知设备统一接入，感知数据标准建模、感知数据共享，实现整个交通的实时在线监测以及跨域业务联动。

2．2物联网平台的架构

高速公路物联网设备连接平台体系架构分为物联通信、协议解析、设备管理、应用及服务四层［2］。2．2．1物联通信物联通信实现设备的快速接入、数据的封装与转发、指令的接收与响应，是现实设备与物联网设备管理云平台直接连接的中间平台，满足快接入、高稳定可用、高并发、高容量、高兼容等指标要求，具有以下特点:(1)兼容包括标准协议以及自定义协议，包括MQTT、CoAP、MODBUS、HTTP、TCP、RGMP多种协议。(2)兼容2/3/4/5G、NB—loT、LoRa异构通信网络，处理复杂多变的网络结构。(3)物联网网关作为设备和云平台之间的连接桥梁，具备高并发、高可用、高性能、弹性可伸缩等特点，支持多设备的快速接入与操作控制。2．2．2协议解析。协议解析负责对消息内容的解析服务，包括快速完成各种设备数据协议的解析，将设备上传的原始数据解析成可分析、可洞察的标准数据。平台管理的对象为设备与云平台之间传递的消息，包括消息路由、消息解析以及消息的存储与转发等内容，主要内容如下:(1)消息路由机制。根据不同的设备传递的消息类型、主题以及优先级，预设通配符，映射定义对应的消息处理者，实现消息与消息处理者的动态关联。(2)消息解析模块。该模块为平台的核心模块，主要负责对消息内容的解析。对于设备采集并传输上来的不同协议(MQTT、CoAP、MODBUS、HTTP、TCP、RGMP)的原始数据，根据配置的设备数据模型将其解析成能理解、能分析、能存储的语义化的数据格式。(3)消息存储与转发。实现消息解析后数据的存储，满足大数据存储的各项技术要求。2．2．3设备管理。设备管理对需接入的设备通过后端控制台进行集中可视化管理的平台，提供完整的设备生命周期管理功能，支持设备注册、功能定义、远程配置、远程维护、实时监控、分组管理、设备删除。2．2．4应用服务。应用层是为上级业务应用提供支撑的帮助平台，方便应用程序快速具备物联网应用的能力，缩短开发周期及降低开发成本。应用平台能实现服务的自动注册、负载均衡、限流和熔断等功能，提升服务的高可用性与可伸缩性。(1)开放的API接口体系。平台提供开放的API接口，用户可以通过HTTP/HTTPS调用进行设备管理、数据查询、设备命令交互等操作，在API基础上，根据需求搭建上层应用。(2)主流语言版本的SDK。针对不同的应用程序开发语义，提供封装好的应用接口访问的开发组件，使不同的语言开发者能快速调用物联网平台提供的接口服务，缩短开发周期，提升应用程序性能。

2．3物联网平台的主要功能

2．3．1设备接入。面向高速机电设施、基础设施、收费站设施、服务器设施，可以实现多语言、多网络、多协议设备的快速接入。主要能实现三种方式的设备接入，一是基于设备SKD二次开发，支持行业多语言，包括JAVA/PYTHON/NODE．JS/PHP/C#．NET等;二是支持多网络适配，包括NB－IOT/蜂窝通信/LORA/WIFI/ZIGBEE/有线等;三是支持行业主流的多协议，包括MQTT/COAP/HTTPS/GB1818/GA1400/MODBUS等。遵循通用标准建设物联网设备管理平台，让各类设备厂商遵循标准连接设备，形成不同厂家设备之间的协同和联动，最终逐步实现体系化的高速公路物联网生态。2．3．2物联网设备管理物联网设备管理主要是通过构建设备模型，对设备进行全方位管理［3］。设备模型信息包含设备状态信息，例如设备在线/离线、激活/未激活等信息;设备的档案信息，例如设备安装位置、归属权等静态信息;设备的基本属性，例如设备运行时的温度和湿度;设备的服务信息，例如设备被远程调用执行的动作、指令;设备事件信息，例如设备主动上报的信息、告警、故障通知等。通过对上述设备信息的分组和标识，形成基础资源库，再利用基础资源库拼接组合成相关功能模块。2．3．3实现全生命周期的设备维护通过物联网平台可实现对设备的全生命周期设备维护［4］，主要实现在线升级、日志服务、消息轨迹和远程调试四个功能。(1)在线升级。为海量的前端设备提供设备升级通道，支持固件、软件等升级。同时具备固件版本管理、固件升级策略和固件统计分析等功能，实现固件推送和消息同步等功能，提高设备升级维护的效率和质量，保障设备能及时更新至最新软件版本。(2)消息轨迹查询。通过对设备信息的实时监控，可以追踪设备消息的轨迹，为精准定位设备故障提供参照依据，例如在对门架ETC天线故障排查时，可以利用消息轨迹查询，确定消息在传输路径是否正常，在某一个传输环节是否存在异常情况等等，提高设备故障排查效率和运维时效性。(3)设备远程调试。通过接入层的标准协议的统一，可以实现远程SSH设备登录，实现属性设置调试，服务调用调试和设备模拟器功能等多种设备远程调试手段，减少现场运维的频次，丰富维护手段，提高设备维护的效率。2．3．4实现感知数据高效汇聚利用物联网平台的设备接入和整合能力，可以实现对监控图像、收费数据、道路环境感知等异构数据的汇聚，有利于形成统一的大数据资源池，对行业数据进行统一汇聚、统一建模管理，构建数据秩序，充分挖掘数据价值，不断完善数据的生产要素属性，让数据更好找、更好看、更好用。

3结束语

分析了高速公路现有数据感知系统的现状，根据感知系统存在的问题和信息技术手段的发展趋势，提出了面向智慧高速的物联网平台，实现对异构感知数据汇聚、异网感知设备的接入，实现行业协议无缝对接，为智慧高速上层应用集约调用提供了有效支撑。

参考文献

［1］张锦，徐君翔，郭静妮，等．我国智慧高速公路总体架构设计研究［J］．综合运输，2020(2):1－6+31．

［2］蒋在文．基于MQTT协议的物联网平台设计与实现［D］．西安:长安大学，2012．

［3］张伟刚．基于物联网的高速公路隧道智慧照明节能系统设计［D］．武汉:华中师范大学，2018．

［4］苏冠群，鹿海洋，王明磊，等．智慧高速及其标准化建设现状［J］．中国自动识别技术，2016(2):70－76．

作者:王杨 单位:辽宁艾特斯智能交通技术有限公司