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1 目標和概述

1.1 行業痛點

在國家經濟快速增長的大背景之下，高速公路越趨于四通八達，路網機電設施覆蓋逐漸完善，隨著全國統一取消省界收費站，高速公路征費模式也進入的全新的ETC自由流收費時代。但征費標準在不斷完善的同時， 逃費方式也在“迭代升級”，新的偷逃費行為層出不窮，導致通行費用流失嚴重。此外，高速公路實現聯網收費后，高速公路運營管理方如何實現精準計費和無爭議稽核、如何構建一體化的稽核模式和管理服務、如何實現各路段與省中心的記賬管理精準化等問題，都是目前亟待解決的問題。

1.2 主要目標

拓維信息智慧高速邊云協同解決方案，基于邊云協同架構、多流水融合路徑、大數據、AI、邊緣計算等智能化技術，構建高速業務稽核模型庫，豐富稽核管理手段，提高稽核的效率與準確性。通過智能化的稽核手段，多范圍打擊偷逃費行為，實現高速計費、收費的公平公正，最大化減少高速費流失，實現高速公路自由流收費稽核全閉環業務流。通過深度挖掘車輛抓拍圖像， 多維度分析車輛結構化、通行軌跡、超時等要素，真實還原通行過程車輛信息，為偷逃費稽核工作提供證據鏈判定。為高速公路聯網計費、設備物聯監控、通行數據分析、稽核管理體系搭建、清分結算工作提供支撐。大力推進高速收費清單“一張網”建設，增強高速運營服務能力，構建智慧高速系統。

2 解決方案介紹

2.1 系統架構

根據云-邊-端總體方案架構如圖1所示：

圖1 云-邊-端總體方案架構圖

拓維智慧高速云邊協同解決方案涵蓋了“云-邊-端”的全聯接服務，由端層、邊緣層、云層三部分組成。   

端層包含了各種物聯設備和其他數據。其中終端設備包含RSU天線、攝像頭等設備。其他數據中，源系統包含了車道系統、門架系統等源數據；外部系統包含了車管所、部中心等外部源數據。

邊緣層包含了拓維信息邊緣一體機以及華為側相關產品，具備六大邊緣能力。包括邊緣實時計算、業務協同網關、機電設備物聯、AI流量卸載、車輛特征分析、事件識別算法。其中拓維信息邊緣一體機包含了設備物聯協議適配服務產品，通過出色的集成能力，向下鏈接物聯端和設備端，能夠全方位使能設備物聯；以及多級圖片壓縮、傳輸、存儲處理服務產品，實現云端傳輸時減少設備響應時間，減少從設備到云端的數據流量。華為側包含了Atlas 500、Atlas 800、昇騰310處理器、鯤鵬920處理器等相關產品，實現邊緣計算+AI+邊緣物聯的組合功能。

云層包含了路網模型、標簽體系、模型引擎、圖搜服務、路徑擬合及海量圖片在內的六大云端能力和常用的視頻云、大數據等新型ICT技術。上述同時向上對應拓維信息稽核業務場景，可全面實現設備、數據、應用之間的融合。

2.2 邊緣智慧AI

邊緣AI一體機采用Atlas邊緣計算平臺，在收費站通過取消省界收費站項目國標協議接入門架，通過擴展協議接入車道系統。在邊緣側通過邊緣稽核引擎實現AI 圖片壓縮、AI圖片增強分析、分級存儲、運行監測和業務網關，實現門架、車道的流量卸載、運行狀態監測和邊緣稽核基礎數據的智能感知、智能取證、圖片存儲等功能。采用國標協議向省中心提供卸流后的標準流水， 采用稽核擴展協議實現圖片AI處理后的結構化數據，為省中心提供統一的稽核基礎數據。IEF通過站部鏈路對邊緣一體機進行統一管理，提供配置、安裝、升級、運行狀態監測等功能。

（1）邊緣實時計算

邊緣AI一體機可將路段設備采集的信息進行實時計算，辨別打車小標、遮擋車牌、發行數據不一致等異常行為，進行實施稽核。同時可收集省中心平臺在路網全量車中識別發現的可疑車輛信息，車道出口稽核隊員或監控班班長可以使用邊緣實時稽核系統快速掌握將出現在或可能出現在該出口的車輛的信息。對于跨省車輛的聯合執法，可以使用Pad接收邊緣一體機的稽核信息推送，實現實時在途疑似車輛稽核。

（2）業務協同網關

業務網關提供標準化接口協議，實現全流水接入。同時可接入圖片業務和運行檢測業務的標準擴展協議。實現計費與稽核業務協同處理。

（3）機電設備物聯

可通過機電一體化物聯平臺，將路段所有機電化設備進行連接。采集全業務流水數據，并在云端提供統一的設備/應用監控、日志采集等運維能力，提供完整的邊 緣和云協同的一體化服務能力。

（2） AI流量卸載

圖片的智能壓縮可以為滿足行業應用，在百億級別圖片中快速查詢提供基礎，同時降低圖片傳輸的帶寬需求，從而降低接入網絡投資成本。圖片壓縮采用基于深度神經網絡的對象檢測技術，在圖片背景中自動識別出主體對象（如車牌或人臉）并逐一定位，通過車牌識別實現主體車輛對象和背景的分離。圖片壓縮流量卸載子系統具備對圖片壓縮20~50倍的能力，千萬張級別的圖片文件數據量規模經圖片壓縮流量卸載處理后，存儲空間大約占TB級別，網絡帶寬需求也將變為壓縮前的1/20~1/50。

（5）車輛特征分析

通過在AI圖片壓縮過程中，將圖片的基礎結構和信息輸出，包括車牌、車輛位置、存儲信息等為稽核提供基礎數據支撐。同時通過AI增強處理，實現車輛擴展信息分析、以圖搜索特征向量索引，以及車輛Re-ID獲取，實現車輛特征分析。

（6）事件識別算法

通過構建稽核引擎，建立高速路段異常事件模型。將路段流水數據及車輛特征分析數據進行擬合比對，利用圖片AI增強識別能力，構建事件識別算法。實現在邊緣側實時識別異常事件。

2.3 省中心智慧大腦

（1）路網模型

對路網中的所有路徑、方向等路網元素建模，包括：岔路口、收費站進出口、門架、互通點、橋梁、隧道等。根據到互通點的方向分別生成互通點的有向圖， 根據節點在主路的位置來確定節點之間是否有通路。通過省部HTTP/HTTPS REST接口直接對接路網模型生成子系統，實現路網模型的快速接入。

（2）標簽體系

通過車輛用戶基礎數據、歷史通行數據、稽查數據、信用數據等構建標簽體系，建立車輛逃費風險評估體系、通行指標體系、支付指標體系、異常通行指標體系，由近期行為指標輔助逃費審查、風險預知。

（3）模型引擎

模型引擎包括計算模型管理和模型執行服務兩部分。計算模型管理主要是提供稽核模型，稽核模型除了基礎統計規則，也包含一些負責的描述統計模型和預測模型，模型管理提供管理模型文件和參數的功能。模型執行服務主要是系統后臺提供的根據稽核計算模型中管理的模型文件、參數，來執行模型的服務。

（4）圖搜服務

圖像搜索（ImageSearch）基于深度學習與圖像識別技術，結合不同應用業務和行業場景，利用特征向量化與搜索能力，幫助客戶從指定圖庫中搜索相同或相似的圖片。本方案采用云邊結合的方式，在邊緣側采用Atlas的AI推理能力處理圖片的特種向量化，在省中心搜索所有收費站出入口和門架的圖片數據。

（5）路徑擬合

結合流水、圖片檢索、路網模型等多維信息，實現車輛路徑擬合，并提供車輛路徑的查詢數據服務。可精準識別車輛實際行駛路徑，實現高速公路按實際行駛路徑收費。

（6） 海量圖片

根據高速業務需求需要實現省內高速公路門架、收費站入、出口所有車道（含MTC、ETC）的高清車牌識別， 高清車牌識別結果（車牌信息和圖片）的存儲，并實現圖片數據查詢和管理便捷、可靠、高效；完善現有多義性路徑識別系統、接入交警卡口識別數據輔助路徑識別建設， 識別高清車牌等圖片文件也需要高性能的查詢和便捷的管理功能。

針對海量圖片的存儲歸檔和快速查詢能力，采用大數據分布式存儲作為存儲引擎，能夠將圖片小文件快速存儲歸檔，提供多副本容錯機制，并向客服系統、稽核系統、站點系統、證據調用等系統提供快速查詢定位的服務。

2.4 方案亮點

（1）多路徑融合，還原行車軌跡

前臺車牌和ETC/CPC標示信息識別，中臺路徑還原融合，實現行車軌跡精準還原。

（2）邊緣一體，云邊協同

利用邊緣計算+AI+邊緣物聯的組合，以綜合通行數據為基礎，進行大數據預測分析，提升稽核效率與準確性。

（3）多流水數據融合，收費稽核智能糾偏

通過端側數據與其他業務系統數據之間的智能處理與融合，實現融合糾偏，得到最完整、最有說服力、最實時的收費稽核證據鏈。

（4）多維度AI稽核引擎，確保收費安全可控

方案具有4個特色及多維AI稽核模型庫，支持N個稽核應用場景，確保自由流收費安全可控。

（5）海量圖片高效處理

基于圖片處理的全流程，從圖片的產生、傳輸、存儲、應用各個環節采用針對性的處理，保障海量圖片的高效傳輸與便捷應用；同時對海量圖片提供圖搜服務引擎，滿足以圖找圖的搜索功能。

3 代表性及推廣價值

隨著取消省界收費站，高速公路的收費方式將發生很大的改變。由于交通運輸部“撤站”方案做出較大調整，ETC高調出場，這預示著，ETC自由流收費將成為高速公路取消省界站后收費的主要趨勢。自由流收費技術為取消省界站后實現全國聯網收費改革提供了適合的技術解決方案。

湖南省高速公路集團通過采用拓維信息智慧高速AI稽核及計費增強解決方案首創的多流水融合路徑、大數據、AI、邊緣計算等智能化技術，構建高速業務稽核模型庫，實現全域數據融合、車輛精細感知、車輛軌跡精準還原，提高稽核效率與準確性，多范圍打擊偷逃費行為，不僅每年可為運營方減少1億元左右的通行費損失，同時協助交管、公安部門打擊偷逃費違法行為，提供完整證據鏈、提高辦案效率，具有交通行業智慧創新典型示范效應。

同時，基于拓維信息近20年的物聯網技術沉淀， 基于邊緣一體機物聯網關構建的一體化高速機電設備聯網感知系統，實現對高速機電設備的一站式監控、管理與運維，通過設備健康大數據分析，實現設備預防性維護，減少設備故障發生率，使客戶設備運維效率提升20％，設備可靠性提升30％，大大降低了業主的運維成本。

摘自《自動化博覽》2021年2月刊