本文结合2023高速公路收费系统国产化改造关键技术研讨会上诸位行业专家的观点，对信创浪潮下的收费系统国产化改造进行了探索。
文／《中国交通信息化》记者 崔雪薇
当前，国际环境复杂多变，科技制裁和威胁层出不穷，我国信息产业面临核心技术“卡脖子”“受制于人”等问题。没有自主核心技术的信息产业将是无根之木，信创已上升为国家战略。党的二十大报告将国家安全和科技自立自强提升到了全新高度，信创作为核心赛道之一，再度成为关注焦点。
收费系统是高速公路运营的核心组成部分，也是实现公路数字化转型的关键，信创浪潮推动下，其国产化改造方兴未艾。本文结合2023高速公路收费系统国产化改造关键技术研讨会上诸位行业专家的观点，对信创浪潮下的收费系统国产化改造进行了探索。
信创全称为信息技术应用创新，来源于“信息技术应用创新工作委员会”。2016年3月，24家专业从事软硬件关键技术研究及应用的国内单位，共同发起成立一个非盈利性社会组织，并将其命名为“信息技术应用创新工作委员会”，简称“信创工委会”。
信创的本质是发展国家信息产业，旨在用我国自主研发的基础软硬件，实现对国外引进产品的国产化，打造一个打破信息孤岛、未来形成资源共享的云平台的完整生态，是信息系统的一次升级。信创产业是数字经济、信息安全发展的基础，也是“新基建”的重要内容，将成为拉动中国经济增长的重要抓手之一，主要由以下四部分组成。
（1）基础硬件：CPU、服务器、存储、交换机、路由器、各种云等。
（2）基础软件：操作系统、数据库、中间件等。
（3）应用软件：OA、ERP、办公软件、政务应用等。
（4）信息安全：边界安全产品、终端安全产品等。
为了推动信创产业的发展，国家积极发布了一系列指导性政策措施。
2021年11月，《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》发布，提出要壮大信息技术应用创新体系。开展软件、硬件、应用和服务的一体化适配，逐步完善技术和产品体系。推动软件企业建立产品质量全生命周期保障机制，通过开展信息技术应用创新产品测试，促进技术创新和产品迭代。
2022年9月，国资委（国务院国有资产监督管理委员会）发布79号文《关于开展对标世界一流企业价值创造行动的通知》，部署了国企、央企信创国产化的具体要求和推进时间表，规定国企、央企须在2027年完成信创全替代，替换范围涵盖芯片、基础软件、操作系统、中间件等领域。
此前，国家制定了“2+8+N”的信创三步走战略，如下图所示。“2”指党、政两大核心体系，首先实现机关范围内的国产化替代，同时顺带打磨产品、培育骨干企业；“8”指金融、石油、电力、电信、交通、航空航天、医院、教育8大关键行业，在产品相对好用、生态比较成熟后，信创将由党政体系扩大到8大关键行业；“N”指其他行业，最终将信创产品扩展到全行业。
2023年至2027年，信创“2+8+N”应用体系的需求将全面爆发，行业信创将接力党政信创，逐步打开市场天花板，大信创时代已经到来。交通行业作为八大关键行业之一，其信创国产化改造工作迫在眉睫。
信创“2+8+N”体系
面临风险和基本改造需求
当前，我国收费系统众多核心系统软、硬件受制于国外厂商，导致其发展难以摆脱对国外先进技术的依赖，主要面临以下几个方面的风险。
（1）缺乏统一的协议：外设相对国产化居多，但缺少统一标准的物联网协议。
（2）技术服务短线：工控机、服务器多为外企或外资品牌，故障排查支持受限。
（3）断货或使用受限：当前系统CPU是X86架构，CPU多由Intel、奔腾等国外厂商生产。
（4）收费系统不适用：缺少适配国产化操作系统的收费软件。
（5）不可自主控制：高速公路收费系统缺少对国产操作系统的应用，无法自主可控。
因此，亟需对收费系统软硬件进行国产化改造，打造新一代国产自主可控高速公路信息系统，为解决上述痛点厘清源头、夯牢根基。基本改造需求包含以下四个方面。
（1）保障系统自主可控，提升信息安全等级：全面提升系统安全管理，保证系统技术防护能力，保障国土隐私数据和企业经营数据的安全。
（2）进行标准化整合、接口统一：外设接入和输出标准化，减轻运维困难；数据标准化，形成数据资源基础，并在此基础上形成资产数字化；形成地方标准化、规范化体系。
（3）避免过度依赖，降低多种风险：避免高价采购，降低系统运行成本，降低被攻击、随时被限制使用和切断供货源的风险。
（4）掌握核心技术，拥有自主知识产权：实现交通领域的关键技术与核心设备的自主可控，为未来新兴技术的融合发展提供可能性。
行业发展新特征
信创国产化改造契机下，以用户需求为主导的价廉、质优、长寿命的收费系统服务呈现出以下新特征。
（1）新技术与行业融合程度进一步加深
率先对北斗、高分、物联网、大数据等技术进行试点示范。更加注重问题的解决实效，推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与行业深度融合成为重要任务。
（2）数据资源赋能交通发展进入攻坚阶段
信息源共享理念发生了根本性转变，数据资源整合共享工作取得了众多突破性进展，但关键核心数据共享不一致等情况依然存在，数据治理能力与智慧交通发展需要仍有差距。
（3）网络安全与技术安全形势复杂多变
交通设施的“数”“网”“云”化特征更加凸显，网络安全威胁也更加严峻。功能安全难以与网络安全一体集成，智能设施及衍生应用将拉长防御战线，平台化系统与云化管理将带来巨大数据风险，区块链、人工智能等新技术、新应用也将带来更多未知因素。
六大建设场景
收费系统的国产化改造主要在以下六个场景进行建设探索。
1基于模组化的算力空间均衡调配
对大小站点都同等建设，忽视了各站点对算力需求的不同，造成现有建设计算资源浪费。模组化设计可针对不同站点业务需求差异快速搭建智慧机电系统。
2基于边缘计算的算力时间调配
收费站通行车流量有高峰和低谷，一般以满足高峰期需求为目标进行建设，但是在低谷期会造成资源闲置。可将多余的算力资源通过网络贡献出来，为其他业务需求提供边缘计算支撑，构建云边协同的算力统一调配系统。
3全生命周期最优养护方案
目前的养护预算通常根据历史养护预算数据来估算收支，与实际开销偏差很大。全生命周期管理为设备养护及更换的评估提供了依据，可从中寻找最优方案。
4集约式机房建设
机房建设向集中式推进，将现有的路段分中心和收费站机房建设转为分公司机房建设，通过集约式建设降低机电系统运维和网络安全运维成本。
5集中式云收费服务
以分公司为单位（或更大单位范围）推动云收费，集中软硬件资源及人力资源，节约建设及运营成本，降低管理费用，提高异常情况响应速度，提升全系统运转效率。基于云边端架构，构建安全可控、自主可控的基础信创支撑平台，将基础支撑平台与云收费紧密连接，借力新基建，带动融合创新，引爆数字经济，适应收费新业态，加快推进无人自由流收费模式。
6外场设备链路层安全防护
通过加、解密等手段，建立外场设备的链路层防护，对合法指令进行响应，防范设备受非法指令控制，保障设备设施合法操控。
①终端防护。针对不同的场外设备类别，对应部署设备/软件在屏幕的终端显示环节。一旦发现非法指令，在显示终端及时屏蔽。
②自动识别。基于人工智能技术，针对图片、文字、视频流传输内容进行全自动智能分析。
③算法终端部署。为提高实时响应速度，将非法指令算法检测功能部署在靠近终端的防护点。
④即插即用。设备接口采用即插即用的设计方式，支持零配置部署方式。作为独立设备/软件，可灵活部署于外场设备系统中，不需要既有系统改变接口和设计，不影响既有系统的正常功能。
陕西西镇高速试点
西镇高速公路是陕西省“信创新收费系统”试点路段。试点期间，主要从以下三个方面进行了国产化改造。
（1）硬件设备改造建设：主要完成车道工业控制机、收费站级服务器、收费站级网络交换机、收费站级加速节点服务器等硬件设备的改造更迭。
（2）系统软件改造建设：主要完成车道工业控制机操作系统、收费站级服务器操作系统、收费站级服务器超融合虚拟化系统、收费站级数据库管理系统、收费站级中间件等系统软件的改造更迭。
（3）应用软件改造建设：主要完成入口ETC车道软件、入口混合车道软件（含治超功能）、出口ETC车道软件、出口混合车道软件、收费车道相关设备通信与控制软件、收费站级应用管理软件及数据传输服务软件等更迭。
基于国产化软硬件的新一代收费系统采用“飞腾CPU”“长城，新华三服务器”“麒麟操作系统”“神州通用，达梦数据库”“XSKY超融合平台”，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，在满足运营管理需求的前提下保障了数据安全，提升了服务出行水平。
新一代收费系统完成了路段多收费站全系统建设，产生的入、出口数据经过发行方记账、部省拆分等全流程流转，充分验证了系统处理的时效性和数据的正确性、完整性，已于2023年9月在营盘、柞水、镇安、塔云山等收费站投运并稳定运行，打造了全国高速公路收费系统国产化改造的新标杆。
江苏绕越高速试点
针对现有高速公路收费系统，南京公路集团联合相关单位，在省内多个收费站进行数次实地勘测与需求调研，在中国（南京）软件谷信创关键技术联合攻关与适配中心搭建集成适配环境和仿真验证测试环境，开展国产车道控制器研制、收费系统国产化迁移适配、全系统优化集成等工作，形成一套基于国产化软硬件的“结构合理、低碳环保、智慧高效”的高速公路信创收费平台完整系统，并于2022年6月在殷巷收费站成功上线，目前系统已经安全、稳定、高效、无故障运行超过400天。
2022年10月，系统经过多次更新，在绕越高速东善桥收费站进行全站级部署。经行业专家论证，该系统具有自主创新、安全可控、效率提升、低碳节能等显著特征，在国内高速公路收费站首次实现了全站级信创部署应用，达到国内领先水平。经统计，收费系统车道交易平均耗时14.53秒，其他车道交易平均耗时15.4秒，收费系统交易时间约提升1秒/次。2023年6月，对收费站视频监控系统进行应用拓展，实现了信创升级。
河南精准收费试点
河南省精准收费试点项目在集约化、轻便化的基础上，通过设置高度集成化、智能化、IP化的收费车道和站级设备，优化收费软件，实现精准收费建设。在河南省高速公路郑州绕城高速西南收费站、云台山收费站进行了精准收费试点站建设，采用云架构收费模式，将车道核心业务迁移至超融合服务器，取消ETC车道的车道工控机，实现车道外设IP化远程控制。所有设备均采用国产品牌，操作系统、桌面云均为国产。
其中，在中原高速平顶山西收费站（一出一入测试）、鲁山收费站（全站少人化改造）进行了少人化试点。在郑州绕城西南收费站试点了云架构收费系统，当前已经改造2入2出混合车道，拆除了车道收费亭，更换了车道外设，取消了实体车道收费计算机。
信创成果
通过信创工作的开展，对现有国产化信创技术进行了验证，得到以下结论。
（1）收费应用软件平滑迁移：通过充分适配，已完成收费平台的应用系统向信创平台的适应性改造迁移，能保证其在安全可靠的软硬件平台上正常运行。
（2）国产化硬件设施具备替代能力：国产CPU、国产操作系统的服务器、存储系统、工控计算机等设备，虽然绝对意义上的性能低于进口设备，但是能够满足收费系统现有需求，已能够完全替代原有进口硬件设备。
（3）国产化基础软件满足需求：较为成熟的国产操作系统、数据库、中间件、桌面应用软件完全能够替代进口同类产品，运行安全可靠。
（4）国产化设施维护便利：国产化设施结构简单、故障率低、维护便利，可大幅节省现场维护投入，有利于构建一体化的运维服务体系。
高速公路收费系统的国产化改造已经取得了阶段性的进步，放眼整个交通行业，信创之路仍存在风险与挑战。
基础软硬件产品与国外仍有明显差距
（1）缺少针对交通业务的专有芯片，例如专用的边缘计算芯片、视频处理芯片、移动计算芯片、物联网终端芯片等。
（2）缺少完全原生态的操作系统，大部分操作系统是基于开源代码的，具有一定风险性，无法保障硬件软件厂商的利益。
（3）操作系统内核不统一，软硬件无法自由搭配，应用适配困难，工程化能力不高。
（4）适用交通运输运载工具的移动操作系统不完善，目前仅有鸿蒙，麒麟和UOS等操作系统，在移动应用上目前没有成熟的版本。
（5）缺少适用交通运输移动应用的国产数据库、中间件和办公软件。
（6）在户外交通运输、海上应用和恶劣天气情况下，外接工控设备的兼容性差。
（7）面向交通运输行业的云计算、工业控制、智能制造等新技术的创新能力不足，无法保证长远可持续发展。
（8）整体基础软硬件的研发投入不足，力量分散，专业化水平不足。
生态薄弱，适配工作繁重
随着信创由党政向关键行业拓展，由一般应用向主要应用、核心应用推进，用户的需求差异性加大，业务场景的复杂性提升，加剧了原有系统的迁移、历史软硬件的兼容、行业特色软件的使用等与信创产品生态薄弱相关的固有问题。一个应用往往要面对芯片、操作系统、数据库等多种组合的软硬件环境，在不同场景中开发、测试，并在实际业务中验证、迭代后才能相对成熟。面对行业客户的需求增长，信创厂商的适配工作细碎且繁重，产业发展对信创厂商的产品、方案、服务等能力提出了更高的要求。
专用解决方案需要研究突破
基于目前面临的问题和现状，需对面向芯片、操作系统等的专用解决方案专用功能进行研发，定位优势功能，延伸系列产品和功能；需在调整算力要求、优化软件算法等方面进行技术优化升级。
我国高速公路收费系统的国产化改造不能为了替代而替代，要将应用牵引落在实处，以产品好用为目标，从切实的行业具体需求着手；要以应用需求作为技术攻关的核心目标，倒逼技术创新；引导优势技术和资源整合，推动信创技术和信创产品又好又快发展，从而达到以应用带动核心技术突破，赋能传统行业的战略目标。
不忘初心，攻坚克难，我们期待收费系统在芯片、操作系统、数据库、中间件及应用软件等多个领域实现全链条自主可控，期待完完全全的“中国造”。
致谢
中国交通通信信息中心主任 林榕
交通运输部公路院中交国通公司董事长 孟春雷
西安公路研究院有限公司总经理 姬建岗
江苏高速公路联网运营有限公司副总经理 杨旭东
河南省高速公路联网监控收费通信服务有限公司副总工程师 马鹏
（原文刊载于2024年第1期《中国交通信息化》）
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