行业痛点: 

  1.项目建设背景

1.  国家政策

 2018年4月，习总书记在全国网络安全和信息化工作会议发表重要讲话，指出：核心技术是国之重器，必须敏锐抓住信息化发展的历史机遇，推动信息领域核心技术突破。

 2021年8月，交通运输部、科技部印发《关于科技创新驱动加快建设交通强国的意见》（以下简称《意见》）。《意见》提出：到2035年，交通运输基础研究和原始创新能力全面增强，将前沿技术与交通运输全面融合，基本建成适应交通强国需要的科技创新体系。

 陕西交控集团积极响应我国战略布局要求，联合多家单位共同合作按照计划要求开展具体实施工作，西安公路研究院作为陕西交控下属子公司，与飞腾、长城、麒麟等优秀电子信息企业基于国产设备，开发基于可信安全的国产化新一代高速公路收费系统，加速现有高速收费站从传统收费模式向准自由流收费模式转变，提高用户通行效率，缓解收费站通行压力。

2. 行业痛点

1. 安全威胁

 目前，信息安全无处不在，2017年5月，“WannaCry”病毒爆发，造成全球150多个国家，30万用户中招，直接经济损失达80亿美元，而我们目前使用的高速公路收费系统还比较脆弱，且交易量较大，受到攻击后会造成较大的经济损失，因此，急需一套自主可控、安全可靠的收费系统，保证交易的安全性和稳定性。

2. 企业运维成本居高不下

 我国收费系统还未实现无人化、智能化运营管理，导致企业的运维成本居高不下，企业急需一套新的收费管理系统，实现无人化、智能化运营管理，降低企业运营成本。

3. 运营、对接复杂

 现有的收费系统，平台的集成度比较低，外部设备很多，包括扫码枪、打印机等，且由于各个外设的接口不统一，工作界面相互交叉，导致整个系统的运营管理非常复杂，对接工作量巨大。因此需要一套平台集成度高，且外设接口统一的收费系统，降低运营管理复杂度及对接工作量。

 基于上述问题，飞腾联合西安公路研究院，联合开发了全新的高速公路收费系统，解决相关问题。

 方案详情:

2. 项目建设方案

1. 项目建设目标

 本方案是针对传统高速公路收费卡口系统的创新改造，具体建设目标如下：

 （1）小型化、智能化、网络化、信创化

 研制高速公路收费卡口使用的智能控制器，设备结构体积小、效能高，同时具有边缘计算等功能；系统基于全IP网络交换，串口仅用于设备调试等应用；智能控制器、服务器、台式机、虚拟车道终端均采用信创技术路线，收费软件实现信创适配迁移。

 （2）实现现有系统相当效率同时，提升安全性和应急处置能力

 本项目研制成果在仿真测试环境下进行集成验证的同时，与现有收费系统在工作效率、安全稳定性方面进行指标参数比对，实现性能与效率相当。同时，通过虚拟车道终端的设备，提升卡口遇到拥堵等情况下的应急处置能力。

 （3）测试仿真与实际试用结合验证，提升系统成果实用性

 项目实施中，一方面搭建实验室内的测试仿真环境，充分模拟实际应用流程和工作负载，提升系统功能、性能与可靠性；另一方面，通过结合用户试点，搭建实际道路的真实场景，验证系统实战能力，为后续批量生产和应用推广奠定基础。

1. 解决方案整体架构

图1 系统整体架构图

  整体架构基于飞腾CPU，采用云管端边架构，结合云计算、大数据、边缘计算等技术，确保收费系统的先进性、安全性。

端侧：基于飞腾CPU，研制了一款适用于交通领域的车道工控机，车道工控机接入入摄像头、扫码枪、显示牌等数据，实现统一管理的功能。

  边侧：采用边缘计算技术，采用边缘计算云，将设备控制、数据融合、交易服务、站级管理等系统部署在收费站边缘云，实现收费在边侧完成。

  管侧：利用现有的OTN光纤网和SDWAN网络以及5G 移动网络，将边缘云数据及端侧数据，反馈到省级收费中心云平台。

  云侧：利用现有的省收费中心云平台，部署收费稽查、计费服务、运维管理、状态名单管理等业务，实现收费系统运维管理等功能。

  本项目，为了更好地实现车道收费系统部署，基于飞腾D2000 芯片，开发了一款车道工控机，其具体介绍如下：

3. 车道工控机

1. 功能及特点

 产品搭载飞腾D2000/8核高性能CPU，采用中文固件、国产操作系统，保证设备底层安全性。整机采用全金属外壳，无风扇设计，拥有丰富的I/O接口，具备可扩展性，满足交通行业多场景应用需求。 

 同时，结合软件系统实现收费站与调度、生产等主站系统之间的通信，为主站系统实现收费站监视控制、信息查询和远程浏览等功能提供数据、模型和图形的传输服务。智能控制器具有数据通信ETC机的功能、性能、外观接口、人机界面、信息模型及通信服务等特点。

2. 工控机设计要求

 硬件总体架构

图2 硬件架构图

• 核心处理器采用飞腾公司最新研发的高性能通用处理器腾锐D2000，该处理器集成八个FTC663核，主频达到2.0GHz，集成两个DDR4-3200控制器；
• 兼容 ARM v8 指令系统，支持 64 位和 32 位指令；
• 兼容 ARM v8 虚拟化体系结构，支持业界主流的 KVM、 Xen 虚拟机；
• 支持单精度、双精度浮点运算指令；
• 支持 ASIMD 处理指令；
• 支持处理器安全架构 PSPA1.0。
• L2 Cache：每个 Cluster 内有 2MB，共 8MB；
• L3 Cache：分为 8 个 Bank，共 4MB；
• 集成 34 Lanes PCIe 3.0 接口： 2 个 X16（每个可拆分成 2 个 X8）， 2个 X1；
• 集成 2 个千兆 Ethernet 接口(RGMII)，支持 10/100/1000Mbps 自适应；
• 集成 1 个 SD 卡控制器，兼容 SD 2.0 规范；
• 集成 1 个 HDA (HD-Audio)，支持音频输出，可同时支持最多 4 个Codec；
• 集成 4 个 UART， 1 个 LPC Master， 32 个 GPIO， 4 个 I2C， 1 个 QSPI，
• 2 个通用 SPI， 3 个 CAN， 2 个 WDT， 16 个外部中断；
• 集成 2 个温度传感器；
• 集成 128KB On Chip Memory

3. 主要功能

• 抗恶劣环境能力强。需要具备防尘、抗高低温、抗震动、抗冲击等适应恶劣环境的能力；
• 可靠性高。需要设计更牢靠的结构设计与可靠性设计，能保障其10000小时长时间稳定可靠安全运行；
• 高性能。核心处理器采用天津飞腾公司最新研发的高性能通用处理器腾锐D2000，同时可搭配16GB的大内存，处理速度更快，处理能力更强。

4. 技术指标

 方案实施效果:

• 优化性能，提高收费站运营经济效益

 本项目研制成果为人工收费与自动收费功能兼备的国产高速公路收费卡口系统，预期成果在实用性、可维护性、经济性等方面都将具有比传统系统更好的效果。系统更简化，核心设备小型化，且数据以IP网络交互为主，采用国产关键设备，更安全、更快捷，大大降低系统维护成本，减少人工工作量，提高卡口收费效率，同时提升整体运营的经济效益。

• 从点到面，提升交通行业信创推广效益

本项目作为交通行业信创的先导区项目，一方面具有很强的信创技术与交通行业业务相融合的示范效益，另一方面在交通行业的信息采集、监控、计算、存储、控制等通用和专用设备信创化，以及软件信创化适配等方面积累丰厚的管理和技术经验，以及实物化的产品成果，可直接复用于交通行业后续的信创建设，直接起到缩短周期、节约成本的切实经济效益。

• 技术全面自由化，规避间接隐性支出。
• 落实国策，倍增交通行业信创深远社会价值

本项目是国家、省市政府及交通行业各级主管部门关于信创的政策在交通行业的具体落实。与国家信创战略相一致，本项目具有一定的政治使命和战略意义，同时也将倍增交通行业信创更深远的社会价值。

• 先行先试，打造国内首家高速公路信创卡口

 以高速公路卡口改造为契机，充分发挥各家单位在信创工程实施中的技术和产品优势，打造省内首家高速公路信创卡口应用场景，具有典型示范效果，后期将在全省高速公路卡口进行推广应用，助力江苏交通信创产业的大规模建设。

• 构建生态，引导交通行业信创产业蓬勃发展

 成功案例: