智慧高速邊云協同解決方案
發布時間：2021-03-12 16:45:33
拓維信息系統股份有限公司是行業一體化解決方案及服務提供商，華為智能硬件生產銷售商。公司成立于1996年，2008年在深交所上市（股票代碼：SZ.002261），以湖南為總部，擁有近80個分支機構，員工4000余名。公司先后獲得國家規劃布局內重點軟件企業、國家計算機信息系統集成壹級資質企業、中國互聯網百強企業、中國行業信息化杰出供應商、中國教育信息化突出貢獻獎、能力成熟度模型CMMI-DEV五級資質等榮譽資質，擁有400+自主產權軟件產品。
解決方案名稱：智慧高速邊云協同解決方案
申報單位或企業：拓維信息系統股份有限公司
單位或企業的概況
拓維信息系統股份有限公司是行業一體化解決方案及服務提供商，華為智能硬件生產銷售商。公司成立于1996年，2008年在深交所上市（股票代碼：SZ.002261），以湖南為總部，擁有近80個分支機構，員工4000余名。公司先后獲得國家規劃布局內重點軟件企業、國家計算機信息系統集成壹級資質企業、中國互聯網百強企業、中國行業信息化杰出供應商、中國教育信息化突出貢獻獎、能力成熟度模型CMMI-DEV五級資質等榮譽資質，擁有400+自主產權軟件產品。
拓維信息擁有20余年的行業沉淀和技術實力，業務涵蓋軟件服務、教育科技、移動游戲，覆蓋全國33省、海外10+國家。順應時代發展，響應國家戰略，公司以5G、AI、大數據、物聯網、邊緣計算為核心技術，聯合華為等全球領先的科技公司，聚焦數字政府、教育、交通、制造、運營商等重要行業和業務領域，服務超過1000+家政企客戶，為其提供行業一體化解決方案和一站式全生命周期的綜合服務。
合作單位
湖南省交通運輸廳、湖南高速公路、教育部考試中心、長沙市教育局、華為、騰訊、湖南中煙、三一重工、中聯重科、中國移動、中國聯通、長郡教育集團、中國公路協會、天津鯤鵬計算產業技術創新戰略聯盟、邊緣計算產業聯盟、湖南鯤鵬計算產業技術創新戰略聯盟、工業互聯網產業聯盟、教育信息化2.0聯盟、機電一體化應用聯盟等。
推薦理由
拓維信息系統股份有限公司是行業一體化解決方案及服務提供商，華為智能硬件生產銷售商。獲得了國家規劃布局內的重點軟件企業、國家計算機信息系統集成一級資質企業、中國互聯網百強企業、中國行業信息化杰出供應商、中國教育信息化突出貢獻獎、CMMI最高級別（5級）評估等榮譽資質，承擔了國家科技重大專項“核高基”、國家科技部863計劃等重大項目。
作為華為鯤鵬產業鏈核心合作伙伴，拓維信息攜手華為與湖南、貴州等多個省份展開深度合作，打造基于鯤鵬的自主品牌服務器和行業標桿應用，共建鯤鵬產業生態，聚焦邊緣計算、云計算，通過邊云協同方式，以創新解決方案和技術服務持續推動計算產業發展。
智能交通領域是拓維信息的主航道之一，同時也是華為在交通領域的核心合作伙伴，是領先級的合作伙伴。也是中國公路協會成員之一。拓維信息在2011年參與省交通廳十二五規劃，正式服務于交通運輸信息化領域，到現在為止已經持續耕耘了近十年時間，產品和解決方案覆蓋的交通業務領域越來越全面，目前已經涵蓋了大數據應用、交通大腦、聯網治超、交通安全生產、高速聯網大數據中心、高速計費/拆賬收費、智慧隧道、交通機電物聯網、公眾服務出行、城市一卡通等方面，獲得了客戶的一致好評。
解決方案基本情況
解決方案名稱：智慧高速邊云協同解決方案
解決方案涉及領域：智能交通
解決方案的目標和概述：
一、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，路網逐漸完善，高速公路的征費標準也發生了轉變，比如載貨類汽車當前是按按計重收費方式征費，轉變前是按照車輛類型征費。然而，即使征費標準在不斷的完善，逃費的方式還是五花八門的，逃費現象嚴重，通行費用流失重大。另外，高速公路自從聯網收費以來，高速公路公司如何實現路段間的收費，如何監管收費情況，如何構建一體化的稽核模式和管理服務等等問題，都是目前工作重點，是亟待解決的問題。
1. 偷逃費問題突出
高速省界收費站撤站收費的推出，對高速收費現有模式提出了新的挑戰。當前司機逃費的方式千變萬化，從而導致通行費嚴重流失。據有關報道，在全國許多省份已經出現偷逃高速通行費行為，河南、重慶、湖北、廣東等地均曝光出單人金額累計高達上萬元的高速逃費事件。以廣東省為例，2018年高速共發現繳費異常情況多達2億條記錄，而通過人工稽核實際追繳成功的僅為55萬次，每年損失超過5億元。現有人工為主的稽核方式已難以滿足日益增長的需求量。
2. 稽核能力嚴重不足
當前人工稽核方式較為落后，需調取大量的信息并人工識別，并以執法人員現場蹲點方式為主，導致稽核效率低下，耗費人力物力且存在偶然性，準確性難以保證。車輛通行數據龐大，人工稽核難免會出現漏查、誤查等情況。且內部工作人員與車主的私下勾結，使得稽核監管難度愈發增大，如何由內至外，從根本上全方位提高高速收費稽核能力是當前面臨的重大問題。
3. 沒有構建稽核生態，難以形成閉環
高速公路目前的稽核業務系統相對獨立，加上以人工為主的形式下，各自為戰的處境愈發明顯。鑒于沒有前面的頂層設計做基礎，以及各業務系統建設之時只是考慮到覆蓋當前業務的信息化需求，各個業務系統之間存在信息壁壘，功能尚不能互通，數據無法共享，缺乏形成證據鏈的通路。難以構成整體稽核生態，形成閉環，發揮生態在應用層面、管理層面、分析層面、服務層面的作用。
二、解決方案主要目標
方案基于邊云協同、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，豐富稽核管理的手段，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、超時等方式，真實還原通行過程車輛信息，為偷逃費稽核提供證據鏈判定。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。
三、解決方案概述
拓維信息智慧高速邊云協同解決方案，基于邊緣計算+云計算協同，依托Atlas人工智能計算平臺底座，結合多流水融合路徑、大數據、AI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，提高效率與準確性，多范圍打擊偷逃費行為。方案基于云邊協同的部署形式，通過邊緣計算、AI、大數據等新ICT技術實現高速公路自由流收費稽核全閉環業務流。通過深度解析挖掘車輛抓拍圖像，多維度分析車輛特征、通行軌跡、超時等方式，真實還原通行過程車輛信息，為偷逃費稽核提供證據鏈判定。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、清分結算工作提供數據支撐，最大化減少高速通行費損失，保證高速計費的公平公正。
四、系統架構
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、云層三個部分組成。
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。擁有六大邊緣能力。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+邊緣物聯的組合出擊。
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。
代表性及推廣價值：
一、方案亮點
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。
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。
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。
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，滿足圖找圖的搜索功能。
二、應用情況
湖南省高速公路年偷逃費金額約4億。目前湖南正在全省部署AI稽核（湖南全省約400個收費站，正在陸續部署）。湖南省ETC費顯工程在5月6日正式上線，為了探索ETC費顯計費新模式下的稽核思路，湖南高速積極開展收費稽核系統有效性驗證工作，試點共涉及12 個收費站的45個門架的圖片數據處理，分析統計5月6日到8月31日的偷逃費情況。
通過這四個月的驗證工作，在偷逃費行為方面，我們發現疑似網內循環、疑似假冒免費OBU、卡簽車牌不一致、大車小標/貨車客標、疑似私開道口、跑長買短等新型逃費行為。針對這些行為，采用有別于傳統的數據分析方式，利用AI技術提高了數據分析有效性，可以精準找出部分大車小標車輛、屏蔽了CPC卡甚至屏蔽車牌的車輛等，還原偷逃費車輛行駛軌跡。同時在運營管理層面，對交易金額和交易次數的收費站進行TOP排名，對于排名靠前的收費站進行了整頓。通過這些整頓行動，無論車輛數、行程次數以及逃費金額都有較大減少，稽核行動取得較好效果。
在追繳金額方面，分析統計疑似偷逃費預估＞3000萬/年。按湖南省偷逃費補繳規則可按2-6倍追繳（省份間追繳規則有差異，部分省份不是按倍數追繳），預估追繳金額可達1~2億元左右。
下一步，湖南省高速將建立覆蓋全湖南高速的標簽體系，建立車輛逃費風險評估體系，實現逃費風險預知；實現實時稽核，在出口對漏收車輛實現攔截；借助AI和大數據技術，發現內部運營管理的潛在問題，發現設備故障。針對綠通車、貨車等團伙作案，全面深入開展收費稽核工作。
三、聯合發布
今年8月27日,在重慶召開的第二十二屆中國高速公路信息化大會上，拓維信息攜手湖南省高速公路集團聯網收費中心和華為聯合發布了"AI收費稽核創新方案”，將AI技術和云邊端協同架構應用于高速收費稽核業務，快速形成偷逃費證據鏈,為各級收費稽核提供數據支撐服務,達到應收盡收,有效消除收費爭議，提升服務質量的目標。
在發布會上，湖南省高速公路集團聯網收費中心副主任譚峰分享了AI收費稽核創新方案在湖南省的成功實踐：“在試運行3個月的試點路段中發現了多起疑似偷逃費行為，大幅提高了收費稽核的工作效率。通過與華為、拓維信息的合作，借助業界領先的云、計算、AI及集成一體化方案，實現了敏捷創新，加快推進了湖南智慧高速建設的步伐。
四、技術示范效應
華為首個交通行業邊緣計算一體化落地 試點項目
全國少數幾個云邊協同，按實際路徑計費、實時稽核省份，每年增收>2億
全國首個基于鯤鵬且在網運行的解決方案，性能提高1.5倍 上線至今圖片庫規模50億，日增量3000萬張圖片
云邊協同：數據、技術雙向協同，發揮邊緣計算、AI、物聯網、大數據技術優勢
AI賦能：最大化流量卸載、全特征AI分析，減少網絡資源投入>1000萬/年，初始網絡投資2億
計費增強：100%無爭議計費，交易、通行、圖片、牌識、定位等多流水融合
實時稽核、實時追繳：提高稽核效率，降低稽核成本，通行費增收
實時證據鏈：減少爭議，降低輿情
無縫擴展：邊緣算力滿足未來業務需求，路網模型支撐運營
五、商業價值
全國取消省界收費站工作已全面鋪開，基本已全部實現自由流收費模式，而此情況下，計費不精準、偷塔費猖獗等負面效應幾乎出現在每一個省份，如何解決這些問題，成為每個省高速公路管理機構主要痛點。對此，湖南高速通過采用拓維智慧高速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，每年減少2個億左右通行費的損失，具有作為行業典型示范效應。
同時，基于拓維近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。
六、社會價值
黨中央、國務院高度重視深化收費公路制度改革、取消高速公路省界收費站工作。2019年3月，《政府工作報告》中提出“深化收費公路制度改革，推動降低過路過橋費用，治理對客貨運車輛不合理審批和亂收費、亂罰款，兩年內基本取消全國高速公路省界收費站，實現不停車快捷收費，減少擁堵、便利群眾”。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。
在開放式自由流收費新形勢下，分段計費方式，交易場景碎片化、頻繁化，會誘發各種偷逃通行費情況。同時，漏收、錯收異常可能也會隨之增多。按照新的設計，自由流收費將依托ETC門架系統計費和收費，門架系統的穩定性、可靠性是關鍵，但收費環境多、情況復雜，錯漏風險變得難以把控。此外，收費主責權分散，并回歸路段，主體增多后，收費情況將變得更復雜，如何幫助路段創造條件與省中心進行精準記賬、對賬校核管理變得更為迫切。高速稽核是高速運營的“千里眼、順風耳、啄木鳥”。在高速公路稽核查處治理車輛偷逃費案例中，如何在千萬條交易數據中發現逃費車輛，并追繳漏掉通行費是必須深刻研究的重點課題，也是如何做好高速公路“醫生”重要職責。
同時，偷逃費影響的不只是通行費流失，由于計費不精準，造成的“亂收費”、“天價收費”、“不明收費”等異常情況，這些社會輿論對高速公路管理機構，乃至國家交通管理部門形成了巨大的社會負面影響。解決計費和稽核問題，是對國家交通發展社會影響和經濟效益的雙重發展。
解決方案詳細介紹：
一、系統架構
根據云-邊-端總體方案架構如下圖：
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、云層三個部分組成。
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。擁有六大邊緣能力。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+邊緣物聯的組合出擊。
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。
二、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。同時可將省中心平臺在路網全量車中識別發現的可疑車輛信息進行接收，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改出口的可以車輛的信息。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。
4、 AI流量卸載
圖片的智能壓縮可以實現為滿足行業應用中在百億級別圖片中快速查詢提供基礎，也將降低圖片傳輸的帶寬需求，從而降低接入網網絡投資成本。圖片壓縮采用基于深度神經網絡的對象檢測技術，將在圖片背景中自動識別出主體對象（如車牌或者人臉）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將具備對圖片壓縮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。
三、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、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，也會包含一些負責的描述統計模型和預測模型，模型管理提供管理這些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案，在邊緣側采用atlas 的AI推理能力處理圖片的特種向量化，在省中心索引所有收費站出入口和門架的圖片數據提供搜索能力。
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，識別點高清車牌識別圖片文件也需要高性能的查詢和方便的管理功能。
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做為存儲引擎，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。
三、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，滿足圖找圖的搜索功能。
產業營銷能力介紹
無時間限制，可通過各方傳媒渠道、展會、研討會、發布會等多種形式，線上+線下進行產品方案宣講、產品演示、案例介紹等，并可實地考察案例現場，了解產品實際效果。
