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1 目標(biāo)和概述

1.1 行業(yè)痛點(diǎn)

在國家經(jīng)濟(jì)快速增長的大背景之下，高速公路越趨于四通八達(dá)，路網(wǎng)機(jī)電設(shè)施覆蓋逐漸完善，隨著全國統(tǒng)一取消省界收費(fèi)站，高速公路征費(fèi)模式也進(jìn)入的全新的ETC自由流收費(fèi)時(shí)代。但征費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)在不斷完善的同時(shí)， 逃費(fèi)方式也在“迭代升級(jí)”，新的偷逃費(fèi)行為層出不窮，導(dǎo)致通行費(fèi)用流失嚴(yán)重。此外，高速公路實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)后，高速公路運(yùn)營管理方如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)費(fèi)和無爭(zhēng)議稽核、如何構(gòu)建一體化的稽核模式和管理服務(wù)、如何實(shí)現(xiàn)各路段與省中心的記賬管理精準(zhǔn)化等問題，都是目前亟待解決的問題。

1.2 主要目標(biāo)

拓維信息智慧高速邊云協(xié)同解決方案，基于邊云協(xié)同架構(gòu)、多流水融合路徑、大數(shù)據(jù)、AI、邊緣計(jì)算等智能化技術(shù)，構(gòu)建高速業(yè)務(wù)稽核模型庫，豐富稽核管理手段，提高稽核的效率與準(zhǔn)確性。通過智能化的稽核手段，多范圍打擊偷逃費(fèi)行為，實(shí)現(xiàn)高速計(jì)費(fèi)、收費(fèi)的公平公正，最大化減少高速費(fèi)流失，實(shí)現(xiàn)高速公路自由流收費(fèi)稽核全閉環(huán)業(yè)務(wù)流。通過深度挖掘車輛抓拍圖像， 多維度分析車輛結(jié)構(gòu)化、通行軌跡、超時(shí)等要素，真實(shí)還原通行過程車輛信息，為偷逃費(fèi)稽核工作提供證據(jù)鏈判定。為高速公路聯(lián)網(wǎng)計(jì)費(fèi)、設(shè)備物聯(lián)監(jiān)控、通行數(shù)據(jù)分析、稽核管理體系搭建、清分結(jié)算工作提供支撐。大力推進(jìn)高速收費(fèi)清單“一張網(wǎng)”建設(shè)，增強(qiáng)高速運(yùn)營服務(wù)能力，構(gòu)建智慧高速系統(tǒng)。

2 解決方案介紹

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)云-邊-端總體方案架構(gòu)如圖1所示：

圖1 云-邊-端總體方案架構(gòu)圖

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

端層包含了各種物聯(lián)設(shè)備和其他數(shù)據(jù)。其中終端設(shè)備包含RSU天線、攝像頭等設(shè)備。其他數(shù)據(jù)中，源系統(tǒng)包含了車道系統(tǒng)、門架系統(tǒng)等源數(shù)據(jù)；外部系統(tǒng)包含了車管所、部中心等外部源數(shù)據(jù)。

邊緣層包含了拓維信息邊緣一體機(jī)以及華為側(cè)相關(guān)產(chǎn)品，具備六大邊緣能力。包括邊緣實(shí)時(shí)計(jì)算、業(yè)務(wù)協(xié)同網(wǎng)關(guān)、機(jī)電設(shè)備物聯(lián)、AI流量卸載、車輛特征分析、事件識(shí)別算法。其中拓維信息邊緣一體機(jī)包含了設(shè)備物聯(lián)協(xié)議適配服務(wù)產(chǎn)品，通過出色的集成能力，向下鏈接物聯(lián)端和設(shè)備端，能夠全方位使能設(shè)備物聯(lián)；以及多級(jí)圖片壓縮、傳輸、存儲(chǔ)處理服務(wù)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)云端傳輸時(shí)減少設(shè)備響應(yīng)時(shí)間，減少從設(shè)備到云端的數(shù)據(jù)流量。華為側(cè)包含了Atlas 500、Atlas 800、昇騰310處理器、鯤鵬920處理器等相關(guān)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算+AI+邊緣物聯(lián)的組合功能。

云層包含了路網(wǎng)模型、標(biāo)簽體系、模型引擎、圖搜服務(wù)、路徑擬合及海量圖片在內(nèi)的六大云端能力和常用的視頻云、大數(shù)據(jù)等新型ICT技術(shù)。上述同時(shí)向上對(duì)應(yīng)拓維信息稽核業(yè)務(wù)場(chǎng)景，可全面實(shí)現(xiàn)設(shè)備、數(shù)據(jù)、應(yīng)用之間的融合。

2.2 邊緣智慧AI

邊緣AI一體機(jī)采用Atlas邊緣計(jì)算平臺(tái)，在收費(fèi)站通過取消省界收費(fèi)站項(xiàng)目國標(biāo)協(xié)議接入門架，通過擴(kuò)展協(xié)議接入車道系統(tǒng)。在邊緣側(cè)通過邊緣稽核引擎實(shí)現(xiàn)AI 圖片壓縮、AI圖片增強(qiáng)分析、分級(jí)存儲(chǔ)、運(yùn)行監(jiān)測(cè)和業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)門架、車道的流量卸載、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和邊緣稽核基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的智能感知、智能取證、圖片存儲(chǔ)等功能。采用國標(biāo)協(xié)議向省中心提供卸流后的標(biāo)準(zhǔn)流水， 采用稽核擴(kuò)展協(xié)議實(shí)現(xiàn)圖片AI處理后的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，為省中心提供統(tǒng)一的稽核基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。IEF通過站部鏈路對(duì)邊緣一體機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理，提供配置、安裝、升級(jí)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。

（1）邊緣實(shí)時(shí)計(jì)算

邊緣AI一體機(jī)可將路段設(shè)備采集的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，辨別打車小標(biāo)、遮擋車牌、發(fā)行數(shù)據(jù)不一致等異常行為，進(jìn)行實(shí)施稽核。同時(shí)可收集省中心平臺(tái)在路網(wǎng)全量車中識(shí)別發(fā)現(xiàn)的可疑車輛信息，車道出口稽核隊(duì)員或監(jiān)控班班長可以使用邊緣實(shí)時(shí)稽核系統(tǒng)快速掌握將出現(xiàn)在或可能出現(xiàn)在該出口的車輛的信息。對(duì)于跨省車輛的聯(lián)合執(zhí)法，可以使用Pad接收邊緣一體機(jī)的稽核信息推送，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在途疑似車輛稽核。

（2）業(yè)務(wù)協(xié)同網(wǎng)關(guān)

業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)提供標(biāo)準(zhǔn)化接口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)全流水接入。同時(shí)可接入圖片業(yè)務(wù)和運(yùn)行檢測(cè)業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展協(xié)議。實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)與稽核業(yè)務(wù)協(xié)同處理。

（3）機(jī)電設(shè)備物聯(lián)

可通過機(jī)電一體化物聯(lián)平臺(tái)，將路段所有機(jī)電化設(shè)備進(jìn)行連接。采集全業(yè)務(wù)流水?dāng)?shù)據(jù)，并在云端提供統(tǒng)一的設(shè)備/應(yīng)用監(jiān)控、日志采集等運(yùn)維能力，提供完整的邊 緣和云協(xié)同的一體化服務(wù)能力。

（2） AI流量卸載

圖片的智能壓縮可以為滿足行業(yè)應(yīng)用，在百億級(jí)別圖片中快速查詢提供基礎(chǔ)，同時(shí)降低圖片傳輸?shù)膸捫枨螅瑥亩档徒尤刖W(wǎng)絡(luò)投資成本。圖片壓縮采用基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)象檢測(cè)技術(shù)，在圖片背景中自動(dòng)識(shí)別出主體對(duì)象（如車牌或人臉）并逐一定位，通過車牌識(shí)別實(shí)現(xiàn)主體車輛對(duì)象和背景的分離。圖片壓縮流量卸載子系統(tǒng)具備對(duì)圖片壓縮20~50倍的能力，千萬張級(jí)別的圖片文件數(shù)據(jù)量規(guī)模經(jīng)圖片壓縮流量卸載處理后，存儲(chǔ)空間大約占TB級(jí)別，網(wǎng)絡(luò)帶寬需求也將變?yōu)閴嚎s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(chǔ)結(jié)構(gòu)和信息輸出，包括車牌、車輛位置、存儲(chǔ)信息等為稽核提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)通過AI增強(qiáng)處理，實(shí)現(xiàn)車輛擴(kuò)展信息分析、以圖搜索特征向量索引，以及車輛Re-ID獲取，實(shí)現(xiàn)車輛特征分析。

（6）事件識(shí)別算法

通過構(gòu)建稽核引擎，建立高速路段異常事件模型。將路段流水?dāng)?shù)據(jù)及車輛特征分析數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合比對(duì)，利用圖片AI增強(qiáng)識(shí)別能力，構(gòu)建事件識(shí)別算法。實(shí)現(xiàn)在邊緣側(cè)實(shí)時(shí)識(shí)別異常事件。

2.3 省中心智慧大腦

（1）路網(wǎng)模型

對(duì)路網(wǎng)中的所有路徑、方向等路網(wǎng)元素建模，包括：岔路口、收費(fèi)站進(jìn)出口、門架、互通點(diǎn)、橋梁、隧道等。根據(jù)到互通點(diǎn)的方向分別生成互通點(diǎn)的有向圖， 根據(jù)節(jié)點(diǎn)在主路的位置來確定節(jié)點(diǎn)之間是否有通路。通過省部HTTP/HTTPS REST接口直接對(duì)接路網(wǎng)模型生成子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)模型的快速接入。

（2）標(biāo)簽體系

通過車輛用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、歷史通行數(shù)據(jù)、稽查數(shù)據(jù)、信用數(shù)據(jù)等構(gòu)建標(biāo)簽體系，建立車輛逃費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系、通行指標(biāo)體系、支付指標(biāo)體系、異常通行指標(biāo)體系，由近期行為指標(biāo)輔助逃費(fèi)審查、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)知。

（3）模型引擎

模型引擎包括計(jì)算模型管理和模型執(zhí)行服務(wù)兩部分。計(jì)算模型管理主要是提供稽核模型，稽核模型除了基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)規(guī)則，也包含一些負(fù)責(zé)的描述統(tǒng)計(jì)模型和預(yù)測(cè)模型，模型管理提供管理模型文件和參數(shù)的功能。模型執(zhí)行服務(wù)主要是系統(tǒng)后臺(tái)提供的根據(jù)稽核計(jì)算模型中管理的模型文件、參數(shù)，來執(zhí)行模型的服務(wù)。

（4）圖搜服務(wù)

圖像搜索（ImageSearch）基于深度學(xué)習(xí)與圖像識(shí)別技術(shù)，結(jié)合不同應(yīng)用業(yè)務(wù)和行業(yè)場(chǎng)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(jié)合的方式，在邊緣側(cè)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(fèi)站出入口和門架的圖片數(shù)據(jù)。

（5）路徑擬合

結(jié)合流水、圖片檢索、路網(wǎng)模型等多維信息，實(shí)現(xiàn)車輛路徑擬合，并提供車輛路徑的查詢數(shù)據(jù)服務(wù)。可精準(zhǔn)識(shí)別車輛實(shí)際行駛路徑，實(shí)現(xiàn)高速公路按實(shí)際行駛路徑收費(fèi)。

（6） 海量圖片

根據(jù)高速業(yè)務(wù)需求需要實(shí)現(xiàn)省內(nèi)高速公路門架、收費(fèi)站入、出口所有車道（含MTC、ETC）的高清車牌識(shí)別， 高清車牌識(shí)別結(jié)果（車牌信息和圖片）的存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)圖片數(shù)據(jù)查詢和管理便捷、可靠、高效；完善現(xiàn)有多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)、接入交警卡口識(shí)別數(shù)據(jù)輔助路徑識(shí)別建設(shè)， 識(shí)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(duì)海量圖片的存儲(chǔ)歸檔和快速查詢能力，采用大數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)作為存儲(chǔ)引擎，能夠?qū)D片小文件快速存儲(chǔ)歸檔，提供多副本容錯(cuò)機(jī)制，并向客服系統(tǒng)、稽核系統(tǒng)、站點(diǎn)系統(tǒng)、證據(jù)調(diào)用等系統(tǒng)提供快速查詢定位的服務(wù)。

2.4 方案亮點(diǎn)

（1）多路徑融合，還原行車軌跡

前臺(tái)車牌和ETC/CPC標(biāo)示信息識(shí)別，中臺(tái)路徑還原融合，實(shí)現(xiàn)行車軌跡精準(zhǔn)還原。

（2）邊緣一體，云邊協(xié)同

利用邊緣計(jì)算+AI+邊緣物聯(lián)的組合，以綜合通行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析，提升稽核效率與準(zhǔn)確性。

（3）多流水?dāng)?shù)據(jù)融合，收費(fèi)稽核智能糾偏

通過端側(cè)數(shù)據(jù)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的智能處理與融合，實(shí)現(xiàn)融合糾偏，得到最完整、最有說服力、最實(shí)時(shí)的收費(fèi)稽核證據(jù)鏈。

（4）多維度AI稽核引擎，確保收費(fèi)安全可控

方案具有4個(gè)特色及多維AI稽核模型庫，支持N個(gè)稽核應(yīng)用場(chǎng)景，確保自由流收費(fèi)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(chǎn)生、傳輸、存儲(chǔ)、應(yīng)用各個(gè)環(huán)節(jié)采用針對(duì)性的處理，保障海量圖片的高效傳輸與便捷應(yīng)用；同時(shí)對(duì)海量圖片提供圖搜服務(wù)引擎，滿足以圖找圖的搜索功能。

3 代表性及推廣價(jià)值

隨著取消省界收費(fèi)站，高速公路的收費(fèi)方式將發(fā)生很大的改變。由于交通運(yùn)輸部“撤站”方案做出較大調(diào)整，ETC高調(diào)出場(chǎng)，這預(yù)示著，ETC自由流收費(fèi)將成為高速公路取消省界站后收費(fèi)的主要趨勢(shì)。自由流收費(fèi)技術(shù)為取消省界站后實(shí)現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)改革提供了適合的技術(shù)解決方案。

湖南省高速公路集團(tuán)通過采用拓維信息智慧高速AI稽核及計(jì)費(fèi)增強(qiáng)解決方案首創(chuàng)的多流水融合路徑、大數(shù)據(jù)、AI、邊緣計(jì)算等智能化技術(shù)，構(gòu)建高速業(yè)務(wù)稽核模型庫，實(shí)現(xiàn)全域數(shù)據(jù)融合、車輛精細(xì)感知、車輛軌跡精準(zhǔn)還原，提高稽核效率與準(zhǔn)確性，多范圍打擊偷逃費(fèi)行為，不僅每年可為運(yùn)營方減少1億元左右的通行費(fèi)損失，同時(shí)協(xié)助交管、公安部門打擊偷逃費(fèi)違法行為，提供完整證據(jù)鏈、提高辦案效率，具有交通行業(yè)智慧創(chuàng)新典型示范效應(yīng)。

同時(shí)，基于拓維信息近20年的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沉淀， 基于邊緣一體機(jī)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)構(gòu)建的一體化高速機(jī)電設(shè)備聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速機(jī)電設(shè)備的一站式監(jiān)控、管理與運(yùn)維，通過設(shè)備健康大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)，減少設(shè)備故障發(fā)生率，使客戶設(shè)備運(yùn)維效率提升20％，設(shè)備可靠性提升30％，大大降低了業(yè)主的運(yùn)維成本。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年2月刊