CN110533907A - 智慧高速公路操作系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智慧高速公路操作系统，该操作系统包括交通设施层、智慧通信站层、数据中心层和业务应用层，采用了四层结构自下而上构成，结构科学、层次分明以及可扩展性强，该操作系统运用了软件操作系统理念定义未来的智慧高速系统，克服了传统高速公路机电工程体系形成数据孤岛导致数据融合利用能力很差的问题，打破旧体系架构，结合软件操作系统模式重新构建智慧高速公路体系架构，以使得构建的智慧高速公路体系架构能够对高速公路交通设施的统一和有效的管理。
Description
技术领域
本发明涉及交通技术领域，特别是涉及一种智慧高速公路操作系统。
背景技术
高速公路经过了几十年的技术发展，形成了庞大的高速公路网络结构，由于进一步的技术发展以及高速公路信息化基础设施的不断迭代更新，传统的高速公路体系架构已经不能满足新技术系统建设的要求。因此，高速公路系统结构需要重构设计，以满足未来的发展需求。
在传统的高速公路机电工程体系当中，高速公路机电体系划分为几大功能系统，包括收费系统、监控系统和稽查系统等，这些功能系统都由各自的独立的系统支撑，各系统都构成了独立的数据竖井，这样的一条条数据竖井就形成了一个个数据孤岛，数据融合利用能力很差，而且也因为各个系统相对独立，这样的竖井结构也导致了终端设备的相对独立，安装选址也无统一规划，杂乱无章，而杂乱无章的设备还会使得高速公路设施建设不能得到有效复用，增加了建设成本和建设难度。
发明内容
基于此，有必要针对传统高速公路机电工程体系存在的上述技术问题，提供一种智慧高速公路操作系统。
一种智慧高速公路操作系统，包括：依次通信连接的交通设施层、智慧通信站层、数据中心层和业务应用层；其中，
所述交通设施层包括位于高速公路上的多种交通设施；
所述智慧通信站层配置于多个交通通信站内，所述多个交通通信站分别部署在所述高速公路的多个站点位置上；所述智慧通信站层，用于在所述多个站点位置采集所述交通设施层的所述多种交通设施产生的交通数据，发送至所述数据中心层；
所述数据中心层包括设备管理接口、智慧交通内核、交通调度管理器和操作系统接口；其中，所述设备管理接口，用于接收所述智慧通信站层发送的交通数据，并通过所述智慧交通内核传递至所述交通调度管理器，所述交通调度管理器利用所述智慧交通内核提供的交通调度算法对所述交通数据进行统一处理，得到适应于多种交通业务系统的交通调度方案；
所述业务应用层包括所述多种交通业务系统，通过所述数据中心层的操作系统接口获取所述交通调度方案，并基于所述交通调度方案生成交通调度指令，通过所述数据中心层下发至所述智慧通信站层和交通设施层。
上述智慧高速公路操作系统包括交通设施层、智慧通信站层、数据中心层和业务应用层，该操作系统采用了四层结构自下而上构成，结构科学、层次分明以及可扩展性强，该操作系统运用了软件操作系统理念定义未来的智慧高速系统，克服了传统高速公路机电工程体系形成数据孤岛导致数据融合利用能力很差的问题，打破旧体系架构，结合软件操作系统模式重新构建智慧高速公路体系架构，以使得构建的智慧高速公路体系架构能够对高速公路交通设施的统一和有效的管理。
附图说明
图1为一个实施例中智慧高速公路操作系统架构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在一个实施例中，提供了一种智慧高速公路操作系统，如图1所示，图1为一个实施例中智慧高速公路操作系统架构图，该智慧高速公路操作系统(Smart HighWay OperatingSystem)是指用于管理参与高速公路交通运输各个要素单元的分布式操作系统，该操作系统可以作为高速公路智能化、数字化的基石，与传统的高速公路机电工程体系不同，基于该操作系统，可以对参与高速公路交通运输各个要素单元进行统一、有效的管理。
具体来说，该智慧高速公路操作系统主要包括依次通信连接的交通设施层、智慧通信站层、数据中心层和业务应用层，该四层架构以自下向上构成智慧高速公路操作系统。
其中，交通设施层包括位于高速公路上的多种交通设施，该交通设施层主要是指在高速公路上布置的各种交通设施，这些交通设施可以包括路面上行驶的车辆、路上布置的高清摄像机、车辆检测的雷达设备、路面检测设备、气象检测设备、5G移动通讯设备、DSRC设备、车路协同RSU设备、路面情报板、信号灯和/或电子标识牌等等。这些具体的交通设施、参与交通的车辆和交通参与者所携带的交通电子设备都属于该交通设施层，交通设施层所包括的设备可以通过有线和/或无线链路将自身所产生的大量交通数据传送到智慧高速公路操作系统中，这些交通数据构成了智慧高速公路操作系统中用于表示数字高速公路的基本数据元。
智慧通信站层作为智慧高速公路操作系统的交通设施及交通基本数据的接入层，为大部分交通设施的安装及数据接入提供基础条件，即智慧通信站层可以用于接入上述交通设施层中各种交通设施产生的大量交通数据。其中，该智慧通信站层可以配置于多个交通通信站内，这些交通通信站通常会被分段部署在高速公路的多个站点位置上，如可以在一条高速公路上，按照一定的距离设置多个站点位置，然后在多个站点位置上部署交通通信站，以达到在高速公路上将交通通信站分段部署的目的。而智慧通信站层可以配置于分段部署的智慧交通通信站内，是智慧高速公路分布式操作系统的重要部分。该智慧通信站层可以在高速公路上的多个站点位置，采集上述交通设置成的多个交通设施所产生的各种交通数据，即在各个站点位置将站点附近的交通设施数据进行汇集，在数据汇集后可以统一传输至数据中心层进行处理。
数据中心层是智慧高速公路操作系统的系统核心层，它主要用于对交通大数据的分布式存储及应用、实时交通调度与指挥以及对业务应用层的各种运营管理系统提供接口资源和基础数据服务。具体的，该数据中心层可以包括设备管理接口、智慧交通内核、交通调度管理器和操作系统接口。
其中，设备管理接口主要是为业务应用层系统提供了一种设备控制管理的方式，以使得业务应用层系统可以通过设备管理接口对高速公路路面的交通设施进行操作与控制。该设备管理接口可以用于接收智慧通信站层发送的交通数据，并通过智慧交通内核传递至交通调度管理器，而交通调度管理器则利用智慧交通内核提供的交通调度算法对交通数据进行统一处理，得到适应于多种交通业务系统的交通调度方案。其中，该智慧交通内核(Kernel)主要用于提供任务调度和对智慧通信站层硬件体系架构的支持。而交通调度管理器是智慧高速公路操作系统核心大数据计算器，它实时将高速公路上各个通信站上传的交通信息数据以及交通事件信息通过交通调度算法，计算出实时的交调调度方案供业务应用层系统进行应用。
业务应用层是指基于智慧高速操作系统内核上的各种应用系统，主要用于完成高速公路的收费、监控和运营管理，是智慧高速的业务支持系统集合。其中，该业务应用层可以包括如收费系统、营运系统、监控系统和交通综合服务系统等多种交通业务系统，可以通过数据中心层提供的操作系统接口(OSAPI)获取其计算得到的交通调度方案，并基于该交通调度方案生成相应的交通调度指令，通过数据中心层下发至智慧通信站层和交通设施层。
在业务应用层对交通设施层的控制上，在一些实施例当中，智慧交通内核还可以用于通过数据中心层提供的操作系统接口(OSAPI)接收上述业务应用层发送的对交通设施层的交通设施进行控制的控制指令，并通过设备管理接口将控制指令下发至所述智慧通信站层，以使所述智慧通信站层根据所述控制指令对所述交通设施进行控制。
由此，多种业务应用层系统能够通过数据中心层提供的操作系统接口(OSAPI)实现与操作系统进行交通业务数据的交互，使得该智慧高速操作系统能够作为多种高速公共业务应用系统的数据源，业务应用层系统在通过智慧高速操作系统获取数据源的基础上还能进一步向智慧通信站层和交通设施层下发交通调度指令，有利于对智慧高速公路的各种交通设施进行统一的管理控制。
上述智慧高速公路操作系统包括交通设施层、智慧通信站层、数据中心层和业务应用层，该操作系统采用四层结构自下而上构成，结构科学、层次分明以及可扩展性强，该操作系统运用了软件操作系统理念定义未来的智慧高速系统，克服了传统高速公路机电工程体系形成数据孤岛导致数据融合利用能力很差的问题，打破旧体系架构，结合软件操作系统模式重新构建智慧高速公路体系架构，以使得构建的智慧高速公路体系架构能够对高速公路交通设施的统一和有效的管理。
在智慧高速公路操作系统的数据传输方面，可以在智慧高速公路操作系统中加设通信网络层(Net)实现各层间的数据传输。在一些实施例当中，该通信网络层(Net)可以基于光纤和/或5G网络进行构建，这样能够保证智慧高速公路操作系统的数据链路通过有线与无线相结合的方式进行实现，实现海量交通数据高带宽低时延的数据传输，是实现智慧高速的各层级的分布式部署的基础。其中，该通信网络层(Net)可以用于建立智慧通信站层与数据中心层之间的通信连接，以使得智慧通信站层在采集到大量的交通数据后，可以通过光纤将这些交通数据传输到数据中心层。除此以外，该通信网络层(Net)还可以用于建立智慧通信站层与交通设施层的通信连接，即交通设施层中的各种交通设施所产生的交通数据可以通过5G通信网络等形式发送到智慧通信站层，以使得智慧通信站层与交通设施层之间可以通过无线网络进行通信。
在一些实施例中，智慧通信站层作为智慧高速公路操作系统交通设施和交通基本数据的接入层，具体可以划分为硬件接口(I/O)、硬件驱动层(HWDrv)、硬件抽象层(HAL)、交通终端协处理器(TTCP)、数据缓存器和数据交换接口(DEXAPI)。其中，硬件接口(I/O)、硬件驱动层(HWDrv)和硬件抽象层(HAL)主要作用是将不同类型、不同型号的交通设施设备进行抽象化、结构化，上层应用系统软件与下层硬件设备实现隔离，实现系统硬件设备无关性；而交通终端协处理器(TTCP)主要通过各种边缘计算算法处理硬件设备产生的道路数据，并根据计算结果形成交通终端级别的交通调度指令；数据缓存器，可以用于存储智慧通信站层所处理的数据；数据交换接口(DEXAPI)为双向数据操作接口，主要是将智慧通信站层处理过的数据或交通事件上传到数据中心层及接收数据中心层下发的控制指令。
具体来说，硬件接口(I/O)、交通终端协处理器(TTCP)和数据交换接口(DEXAPI)可以依次连接。该交通终端协处理器(TTCP)可以通过硬件接口(I/O)与交通设施层进行数据交互，还可以通过数据交换接口(DEXAPI)与数据中心层进行数据交互。交通终端协处理器(TTCP)，则主要用于通过硬件接口(I/O)接收交通设施层产生的交通数据，通过数据交换接口(DEXAPI)将交通数据发送至数据中心层，还用于通过数据交换接口(DEXAPI)接收数据中心层下发的交通调度指令，基于该交通调度指令通过硬件接口(I/O)对交通设施层的多种交通设施进行控制。
进一步的，上述交通终端协处理器(TTCP)，还可以用于在接收到交通设施层产生的交通数据后，对该交通数据进行边缘计算形成交通设施控制指令，并基于该交通设施控制指令通过硬件接口(I/O)对交通设施层的多种交通设施进行控制。
对于数据中心层，智慧高速公路操作系统中的数据中心层作为该智慧高速公路操作系统的系统核心层，除了设备管理接口、智慧交通内核、交通调度管理器和操作系统接口以外，在一些实施例当中，还可以包括数据文件系统、安全管理器和配置管理器。
在具体实现上，数据文件系统能够支持海量的交通数据的存储及快速访问，为智慧高速公路操作系统提供了数据存储及快速访问功能，主要用于存储该数据中心层产生的数据；而安全管理器则为智慧高速公路操作系统提供安全策略及安全机制、保证系统安全运行、数据完整及信息访问安全等功能，主要用于对数据中心层产生的数据进行安全性校验；配置管理器主要用于实现对智慧高速操作系统全生命周期的设备布置及软件组件的管理、记录及追踪等功能，对智慧高速公路操作系统配置的硬件设备和软件组件进行管理。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种智慧高速公路操作系统，其特征在于，包括：依次通信连接的交通设施层、智慧通信站层、数据中心层和业务应用层；其中，
所述交通设施层包括位于高速公路上的多种交通设施；
所述智慧通信站层配置于多个交通通信站内，所述多个交通通信站分别部署在所述高速公路的多个站点位置上；所述智慧通信站层，用于在所述多个站点位置采集所述交通设施层的所述多种交通设施产生的交通数据，发送至所述数据中心层；
所述数据中心层包括设备管理接口、智慧交通内核、交通调度管理器和操作系统接口；其中，所述设备管理接口，用于接收所述智慧通信站层发送的交通数据，并通过所述智慧交通内核传递至所述交通调度管理器，所述交通调度管理器利用所述智慧交通内核提供的交通调度算法对所述交通数据进行统一处理，得到适应于多种交通业务系统的交通调度方案；
所述业务应用层包括所述多种交通业务系统，通过所述数据中心层的操作系统接口获取所述交通调度方案，并基于所述交通调度方案生成交通调度指令，通过所述数据中心层下发至所述智慧通信站层和交通设施层。
2.根据权利要求1所述的智慧高速公路操作系统，其特征在于，还包括通信网络层，用于建立所述智慧通信站层与所述数据中心层之间的通信连接。
3.根据权利要求2所述的智慧高速公路操作系统，其特征在于，所述通信网络层基于光纤通信网络和/或5G通信网络构建。
4.根据权利要求1所述的智慧高速公路操作系统，其特征在于，所述交通设施层包括所述高速公路上行驶的车辆、高清摄像机、车辆检测的雷达设备、路面检测设备、气象检测设备、5G移动通讯设备、DSRC设备、车路协同RSU设备、路面情报板、信号灯和/或电子标识牌。
5.根据权利要求1所述的智慧高速公路操作系统，其特征在于，所述智慧通信站层包括：依次连接的硬件接口、交通终端协处理器和数据交换接口；所述交通终端协处理器通过所述硬件接口与所述交通设施层进行数据交互，还通过所述数据交换接口与所述数据中心层进行数据交互；其中，
所述交通终端协处理器，用于通过所述硬件接口接收所述交通设施层产生的交通数据，通过所述数据交换接口将所述交通数据发送至所述数据中心层；还用于通过所述数据交换接口接收所述数据中心层下发的所述交通调度指令，基于所述交通调度指令通过所述硬件接口对所述交通设施层的多种交通设施进行控制。
6.根据权利要求5所述的智慧高速公路操作系统，其特征在于，所述交通终端协处理器，还用于在接收所述交通设施层产生的交通数据后，对所述交通数据进行边缘计算形成交通设施控制指令，并基于所述交通设施控制指令通过所述硬件接口对所述交通设施层的多种交通设施进行控制。
7.根据权利要求5所述的智慧高速公路操作系统，其特征在于，所述智慧通信站层还包括数据缓存器，用于存储所述智慧通信站层处理的数据。
8.根据权利要求1所述的智慧高速公路操作系统，其特征在于，所述数据中心层还包括：数据文件系统、安全管理器和配置管理器；其中，所述数据文件系统，用于存储所述数据中心层产生的数据；所述安全管理器，用于对所述数据中心层产生的数据进行安全性校验；所述配置管理器，用于对所述智慧高速公路操作系统配置的硬件设备和软件组件进行管理。
9.根据权利要求1所述的智慧高速公路操作系统，其特征在于，所述智慧交通内核，还用于通过所述操作系统接口接收所述业务应用层发送的对所述交通设施层的交通设施进行控制的控制指令，并通过所述设备管理接口将所述控制指令下发至所述智慧通信站层，以使所述智慧通信站层根据所述控制指令对所述交通设施进行控制。
10.根据权利要求1所述的智慧高速公路操作系统，其特征在于，所述业务应用层包括：收费系统、营运系统、监控系统和交通综合服务系统。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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