嵌入式场景（五）：飞腾高速公路一体化收费站解决方案

      交通工程及沿路设施作为公路的一个重要组成部分，对城市互联和城市发展具有重要意义，因此围绕高速公路的专用收费站设计和建设，将有效促进枢纽集散系统与高速公路连通，显著提升城市高速集散能力，对于交通出行效率和数字化管控具有十分重要的意义。

       高速公路收费站系统作为公路的一个重要组成部分，其设计总体目标是实现公路建设和运营管理的安全、环保和可持续发展，提高管理服务水平，实现“安全、环保、舒适、和谐”的设计理念。随着国产化要求不断提高，因此国产化飞腾处理器（腾云、腾锐）以优异的性能在整体路网、收费、轨道、站服务器端等可充分满足现阶段行业需求，全面实现了国产化，注重信息的采集、融合、处理、决策和发布，有效提高了道路诱导和控制能力，为道路运营管理提供了统一的网络化管理、自动化监控、总体化调控的管理平台。

       本方案将围绕监控系统、收费系统、网络安全、通讯系统、照明系统等进行设计和建设。监控系统前端处理采用腾锐D2000平台，提供视频采集，收费系统主要采用D2000处理器平台，进行轨道端和收费端的控制与网络信息交互。

高速公路收费站借鉴国内外经验和先进的软件、硬件、系统构建经验，灵活运用技术标准和指标，充分考虑到了国产化飞腾处理器平台的功能和性能特点，在技术可行性、保障性、经济性和扩展性等诸多方面进行了设计，根据《公路工程技术标准》，本项目监控设施等级为A级，全线设置国产化监控、收费、通信、照明、配电、管理养护设施，实时收集交通信息并及时发布，迅速采取相应对策疏导交通、保障行车安全，使交通工程设施总体组成最优化。

       该高速收费站的建设规模项如下表1所示：

表1：

整个收费站架构图如下图1所示。

图1 收费站架构图

视频处理前端

图2 视频处理前端框图

前端主要由各种能满足高速公路监控需要的摄像机组成。传输子系统即部署在高速公路整个系统的传输网，本次监控系统的主干传输部分主要是利用光纤进行传输。存储子系统中心集中存储即部署在收费站内的网络存储设备，将由若干台磁盘阵列构成存储网络给前端子系统提供存储服务，并为监控中心和分控客户端提供资料检索与回放服务。其中收费站的图像存储在原来有的硬盘录像机内。显示与控制子系统即部署在监控中心的显示设备和控制设备，由一台飞腾腾锐D2000客户机来实现，该主机具备丰富的外设接口，如USB、串口、显示接口等，具体包括大屏解码控制器、电视墙、解码设备、控制键盘及控制台等外设的接入能力，在本系统中工作人员借助它们完成监视与控制功能。视频数据在站服务器进行保存后，同步会保存到城市分中心，分中心可根据省级高速公路道路建设统一规划，将视频数据上传到省级控制中心，如下图3所示。

图3 高速公路视频数据处理框图

收费系统

收费系统包含入车道的轨道机系统和出车道的收费机系统，以ETC车道为核心，MTC混合车道为辅，每个ETC车道由电子标签读写器（无线ETC射频感应装置）、费额信息显示屏、高速自动闸机、车道控制器、（含显示器、键盘、鼠标）、雨棚显示屏和信号灯、车辆检测器（含视频和线圈）、摄像机（内，外）、车牌识别相机、打印机、声音对讲/告警/播报（MTC）等组成，接口分别包括USB、串口和网口。

本系统采用飞腾腾锐D2000工控主机来进行功能实现，通过RS232接口与CFC读写器、LED显示屏相连，数字IO扩展接口对车辆检测器、闸机进行控制，通过HDMI接口连接显示器，网络接口连接相机设备和站服务器，其余设备均与腾锐D2000主机的USB接口相连，下表2为收费系统控制主机详细配置，图4为收费系统控制主机实物。

表2：腾锐D2000主机产品规格参数

图4高速公路收费系统控制主机

站数据服务器

站服务器主要对站收费系统的收费数据、收费图象、站车辆视频、车辆及通过信息进行本地保存，并数据通过站通讯系统直接上传至城市分中心，再由分中心在必要时候将数据上传至省控制中心，站服务器分别通过2台二层千兆交换机（数据和图象）和2台层交换机上传至对应服务器，站广场数据由站系统监控统一管理，可用于进行站点查看，采用先进先出的原则滚动保存90天。下图5为站服务器实物。

图5 站服务器实物

基于国产飞腾 FT-2000+/64的64核服务器具有自主可控、卓越性能、高可靠性能等特点，具体配置如下：

• CPU：FT-2000+/64核心 2.2GHz
• 内存：256GB DDR4 ECC RDIMM
• 硬盘：2TB 数据中心级SSD
• 网络:  4*千兆网络
• 电源：550W 1+1铂金电源

站AI服务器

站AI服务器，均采用飞腾FT-2000+/64高性能服务器，搭配国产AI计算卡，提供高性能AI计算能力；处理器、AI计算卡、内存、硬盘、固件、操作系统等关键软硬件均实现国产自主，采用通用19英寸机架式，适用于图像视频、语音识别、金融分析、智能客服等各类AI应用，提供强大的算力支撑，加速应用创新。

针对站安全管理，采用了多项创新技术，如视频识别技术、嵌入式系统技术、存储技术、网络技术等，为高速收费特定场景提供智能分析、存储等服务，既可进行本地独立工作，也可联网分中新，组成一个强大的安全防范交通网。另外视频服务器增加了AI算法，可实现：区域入侵、物品放置拿取、剧烈运动、尾随、倒地、声强突变、异常人脸、多张人脸、戴墨镜人脸、打电话人脸等。下图6为站AI服务器实物。

图6 站AI服务器实物

AI  BOX

AI BOX可在站视频处理前端进行部署，采用飞腾CPU+ AI处理算力卡的方式实现，结合行业标准，进行AI对象检测和识别等，可很好的满足交通行业应用需求。前端采集数据直接传输至智能AI BOX进行分析，做到“零延时、低误判”，如有以外可及时向站点告警。另外对历史事件的记录，能够通过筛选精确查看事发情况，降低搜索时间冗长的问题，比如站内碰撞、黑名单车辆等。智能AI BOX可实现终端多元化，可进行本地及服务器端数据输出，确保收费站和收费信息的及时获取，并且作为上级的分中心和省市级中心可以实现实时的信息同步和全局管控。下图7为AI BOX实物。

图7 站AI BOX实物

方案实施效果

基于飞腾国产化平台的高速公路收费站实现了7x24小时稳定运行，满足了客户车辆数据、收费数据、视频数据等总体设计目标，注重了信息采集、融合、处理、决策和发布的原则，有效诱导和控制交通，为道路运营管理部门提供了一个高速收费站的网络化管理、自动控制、总体调控的管理平台，并且各专业方案的设置功能和规模，在满足运营需求、保障了道路行车安全的前提下，尽量降低了工程造价和后期管理运营成本，更重要的是本次高速公路收费站采用国产自主可控的飞腾CPU和麒麟操作系统以及自研后台保障程序和前端控制程序，形成了一整套安全自主可靠的一体化收费站完整解决方案。

合作厂商