2024年3月28-29日，第二十六届高速公路信息化大会暨技术产品博览会在合肥举行。本次大会由中国公路学会主办，《中国公路》杂志社、《中国交通信息化》杂志承办，会上展示了近年来我国智慧高速建设取得的一系列成就。2024年，“新质生产力”和“人工智能+”首次写入政府工作报告，在役公路数字化转型的三年行动也将在全国范围开展。

在撤销省界收费站之后，高速公路的收费模式与体系经历了深刻的变革，智慧收费站的智能化升级已成为高速公路建设的关键导向和发展趋势。总体来看，智慧收费站升级主要得益于几个关键因素：

一是政策扶持力度显著增强，为智慧收费站的改造提供了坚实的后盾；

二是技术创新层出不穷，推动了收费系统智能化水平的提升；

三是公众对出行个性化的需求日益增长，促使收费站提供更加多样化的服务；

四是民众对收费站便捷、高效服务的期望不断提升，促使智慧化改造成为必然之选。

随着全国高速公路步入“一张网运行、一体化服务”的全新发展阶段，无人化智慧收费站的推广与普及，成为了高速公路向智能化、智慧化转型的核心领域，在未来一段时间内占据重要地位。无论是推进现有收费站的智能化改造，还是新建智慧收费站，其核心目标均指向实现窄岛化（乃至无岛化）、无人化操作及自由流收费模式。目的是不再让收费站成为高速公路新的堵点，确保公众能够享受到更加顺畅、高效的通行体验。同时，这也将改变公众对传统收费站的固有印象，将其转变为展现智慧高速品牌形象的服务站点。

图1：高速收费站ETC/人工车道

目前收费站智能化建设的组成，主要包括收费系统的改造、预交易系统的建设、诱导提示系统的建设、集约化设备更新、无人值守设备的加装、站级管理应用系统的建设等几个方面。其中，车道收费系统和站级管理系统是智慧收费站的核心。涉及到两项智慧高速所必备的关键技术：

利用智慧收费云站技术，ETC车道实现了“去亭化”与“去工控机化”的革新，通过智能物联网关整合车道外设，引入了“节-端”收费系统的新型应用模式，简化了收费岛的设计布局。同时，边缘收费一体机的运用增强了站级系统的稳定可靠性，确保收费作业持续无间断。借助效能监测系统，收费站的车道交易、预交易等业务流程得以集中服务化处理，将收费业务逻辑迁移至后端，实现了对多种收费终端形态、技术和支付方式的广泛兼容，以及对车道业务的统一高效管理。这一系列变革最终促使传统的车道交易模式转型为收费广场交易模式，真正实现了交易数据的共享，从而有效解决了收费车道数据共享不畅、邻道相互干扰、交易流水滞留车道等关键问题。

借助轻量级智慧高速管控策略生成引擎，我们得以将日常积累的管控实践经验提炼为智能策略，这些策略被精准地提供给智慧公路的场景化管控应用软件以及边端智能管控节点设备。通过这些策略的指导，人、机器管控设备能够更有效地运作，从而推动收费站从人工控制模式平稳过渡到自动化控制模式。

图2：无岛化智慧收费站

两大关键技术涉及核心设备有站级智慧管控终端、边缘计算节点、边缘收费一体机：

收费站智慧管控终端可为收费站现场人员提供收费站营运数据查询、车道设备管控、运行监测告警、收费拥堵管控、重点车辆管控等功能，提升收费站管理和服务水平。

边缘计算在全息管控系统中扮演着路侧全息感知与控制节点的关键角色，它集成了边缘计算设备，并与智慧管控大脑共同构建了“云边协同”的高速通信链路。这一系统使得边缘计算能够向上层智慧管控大脑传输数据并接收指令，同时向下与各类路侧感知及通信设备进行信息交互。此外，边缘计算还能在水平方向上实现与相邻边缘计算节点的互联。因此，边缘计算是一种集成了边缘计算能力、数据处理功能以及信息服务的一体化设备。

边缘收费一体机是一款集成了软硬件的设备，由双节点服务云服务器以及智慧收费云站系统两大核心部分组成。该设备能够充分满足收费业务对于在线智慧精准收费的需求，通过对收费数据采用统一的接口定义，实现了收费数据的快速在线集中管理。

在技术上，边缘收费一体机运用了虚拟化系统，能够根据用户的角色和权限等级进行按需、分级的资源定义，从而智能地分配运算资源，并确保各用户资源间的安全隔离。用户只需通过客户端向边缘收费一体机发送指令，随后这些指令将在云服务器上进行处理，最终处理结果会被迅速返回至客户端。

图3：高速收费系统架构演化图

图4：威努特高速收费系统超融合解决方案全场景覆盖图

表1 智能收费站与传统收费站优劣对比

威努特超融合系统是一套基于服务器架构的通用型云操作系统，具有软硬件解耦、应用优化、支持混合业务负载等特点。能够为智慧高速提供高性能、高可用、高效率及易于安装维护的IT基础设施平台，加速高速上云进程，通过搭配超融合原生容灾能力，为推动高速行业转型提供完整的一站式上云的云操作系统平台和生态解决方案。

图5：威努特超融合技术基础架构产品图谱

高速用户可在超融合的基础架构之上，通过软件定义的方式，提供计算虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等功能和策略制定，构建出一个完整、统一的基础架构资源池。能够满足客户对服务器虚拟化、数据库、OA等一般应用基础架构的需求，同时，硬件标准化本身也可大幅降低管理复杂性，实现快速地迭代以获得更多的功能，支持最新的硬件以及充分释放硬件性能的目的。

威努特超融合系统具有独特的产品技术功能，产品技术先进性明显，包含业务感知优化技术、数据安全技术、运维管理技术。

 在威努特超融合中，计算服务提供了虚拟机的创建服务，包括对整个虚拟机生命周期与虚拟设备的管理。其中虚拟机支持CPU份额管理，份额是在多个虚拟机竞争物理资源的时候按比例分配计算资源，虚拟机CPU的份额可以设置为：高，中，低，对应份额分别为4096，2048，1024。

在开通虚拟机时，威努特超融合可以在内存设置里勾选是否立即分配内存（默认不开启），启用后，系统会立即将物理内存分配给虚拟机，以保证虚拟机可以有足够的内存使用。同时虚拟机内存具有保护功能，即当节点处于内存峰值状态，为了避免虚拟机会争抢内存资源，通常会针对虚拟机开通此功能，以保证重要虚拟机不会被停用。威努特超融合大页内存可用于提升虚拟机性能，但会造成内存预分配。（使用前需在节点管理中针对每个节点内存进行配置）为虚拟机分配2MB内存，关闭时为4KB内存，针对特定应用可提升性能。开启大页内存之后会新建大页内存池，比如初始为20G，虚拟机使用大页内存会从池里获取，内存池不够用会自动扩展。

对于物理CPU，为扩展内存，现代CPU常使用多NUMA架构。多NUMA架构的物理CPU中，存在多个NUMA Node，每个NUMA Node都有CPU和内存，不同NUMA Node之间通过QPI（Intel）等总线进行通信，NUMA Node中的CPU和内存通过IMC总线进行通信。在威努特超融合架构下，CPU访问本地NUMA Node中的内存比访问其他NUMA Node中的内存具有更低的延时。

图7：NUMA逻辑示意图

高速收费系统对数据存储有海量需求，威努特存储虚拟化是一套能够支持X86和ARM双栈架构的分布式块存储，将分散在各个通用服务器上的存储资源整合成池建立分布式存储集群，用户无需再关注RAID、LUN等繁杂概念，只需要关注以虚拟机为中心的业务，简化IT管理，提高IT效率，显著降低前期投入成本和后期运营支出。提供了多副本、重建优先级、压缩算法、可变块大小、读缓存等丰富的存储策略，在同一个集群内不同的虚拟机可以具备不同的存储策略，面向混合应用负载进行优化。

威努特存储虚拟化是基于消息实现的分布式存储，全局元数据存放在Zookeeper里，本地元数据存放在节点本地SSD的元数据分区内，依靠Zookeeper的共识协议保证分布式一致性。为所有写入磁盘的数据都生成了数据校验和（checksum），校验和是数据的256位散列，checksum的数据存储在父节点上，形成一棵自验证的哈希树，在读取数据时，会检查所读取到的数据的校验和，如果与写入时的检验和不符，那么就说明遇到了错误，威努特存储虚拟化会根据其余正常的副本去尝试自动修正错误，避免发生静默数据错误，保证数据完整性和正确性。

图8：威努特存储虚拟化技术架构图

高速收费系统中的交易子系统承载着高速业务最为重要的部分，在业务虚拟机遇到突发情况时，威努特超融合同时支持容灾方案，可以作为灾难恢复环境中的站点，利用容灾组件，提供虚拟机级别的可恢复性，迅速拉起业务，提供底层存储空间优化、压缩去重等特性，为高速灾备的站点提供企业级数据服务能力。

在传统架构中，所有并发请求都集中在单一的存储节点上，这往往会导致性能上的瓶颈。然而，威努特超融合采用的是分布式架构，能够实现横向的线性扩展，从而有效避免了单点成为性能瓶颈的问题。

在传统存储系统中，诸如闪存加速、数据重删与压缩、以及容灾备份等功能组件通常需要额外付费。相比之下，在威努特超融合中，这些高级功能均已被整合在内，无需额外收费。

在威努特超融合架构下，虚拟化软件、服务器、存储被高度集成于一体，客户仅需通过一个统一的管理界面进行操作。这样一来，客户无需再分别维护多种专用设备，从而显著降低了运维工作难度。

通过威努特应用感知可以优化高速业务的数据布局和服务质量，提升业务效率、可用性和安全性。威努特超融合应用感知能结合高速不同的业务应用种类，匹配不同优化策略类型，自定义每个策略的指标等级，如磁盘页面可以匹配应用数据块大小，获取最佳的性能；更高的副本数，获取更高的安全性；针对应用数据类型采用不同的压缩等级，获取更多的可用存储空间；运用应用感知进行数据优先重建和业务优先恢复，如自动恢复重建优先级高的数据，保证数据安全性；自动恢复疏散优先级高的业务应用，保证业务连续性；开启存储性能优化后，获取更高的存储性能。

相比于传统架构，当业务增长时需要更换服务器等硬件资源，威努特超融合支持按服务器台数授权，横向扩展，避免用户资金的二次浪费，极大地提高硬件资源利用率。