高速公路全程监控系统的实施与应用

韩霜南

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.038

摘 要：高速公路全程监控技术，在保证高速公路安全畅通减少和及时处理交通事故方面，发挥着积极作用。同时为高速公路的养护和堵截漏逃费行为提供了较为重要的辅助手段。因此，研究全程监控系统在高速公路建设中具有极其重要的现实意义。本文结合邯大高速公路的建设，具体分析研究了高速公路的全程监控系统，对全程监控的系统构成及功能需求做了重点分析，阐述了现代智能交通领域中高速公路全程监控的特点和构成。

关键词：高速公路 全程监控 事件分析

中图分类号：U49 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（a）-0038-03

随着社会经济的快速发展，高速公路所承担的服务任务也日益加重。为了提高道路的使用率，保证道路畅通，使高速公路路网的社会效益和经济效益得到更大发挥，树立和谐社会交通系统的优质形象，需要高速公路管理者能在出现交通事故、道路堵塞、恶劣天气等异常情况时及时掌握道路上的现场状况，并实施有针对性的管理措施。保障道路畅通和交通安全已成为提高高速公路运营服务质量的首要任务，全程监控系统的运用可以全天候无死角地进行监控，及時掌握交通状况，对高速公路交通进行更为有效的控制。本文结合邯大高速公路机电工程建设，就全程监控系统的实施与应用做简要的阐述。

1 项目概况

邯郸至大名（冀鲁界）高速公路（以下简称“邯大高速”）是邯郸市“三纵两横一环”高速公路网中的重要一“横”。本路段起于成安县中郎堡村西，与京港澳高速邯郸绕城东南环相接，路线向东南沿省道邯大线走向，经北鱼口村跨县道曹前线后转向东，经成安县城南、团城、北甘罗、蔡庄、南曲高，在棘针寨村南跨省道定魏线，经魏县县城北、王村集路线转向东南，经西店在北马头村北与大广高速相交，跨越漳河行洪区及省道临大线后路线转向东，在大名府古城遗址规划区北部绕过后在金滩镇南连续跨越卫河行洪区和国道106线，在北沙窝庙村南进入山东省境内，与山东规划的青兰高速相接，采用双向六车道高速公路标准建设，设计车速120km/h，路线全长72.55km。本项目全线共设置匝道收费站6处，与山东交界处设置1处主线收费站，服务区2处，养护工区1处。

2 全程监控系统构成

本项目交通全程监控系统由计算机子系统、交通监控子系统、闭路电视监视子系统、交通事件检测子系统等组成。

（1）计算机子系统。该子系统是交通监控系统的中枢指挥系统，按程序自动进行外场交通信息的采集、分析、处理、存储及打印。

（2）交通监控子系统。该子系统包括交通信息采集、交通参数检测、交通控制与诱导等3部分。

（3）闭路电视监视子系统。该子系统由路段监控中心视频监控设备（视频服务器、视频编解码器、工作站等）、显示设备、图像传输设备和外场摄像机等部分组成。

（4）交通事件检测子系统。本项目全程监控系统设置一套完整的事件自动检测子系统，该子系统由事件检测分析仪、事件检测服务器、事件检测工作站、以太网交换机及全套检测软件和管理软件组成。

3 闭路电视监视系统

3.1 系统构成

闭路电视监视子系统主要由外场摄像机、闭路电视控制设备、图像存储和显示设备、传输设备以及传输通道等组成。在沿线约按每2km设置2套摄像机，1套遥控摄像机+1套固定摄像机。在漳河、小引河、卫河特大桥桥下，共设置安保摄像机28台。广平、大名服务区厂区各设置8台彩色遥控摄像机，一台视频管理工作站及磁盘存储阵列，用于监视服务区及路段环网视频的实时状况。

（1）外场摄像机立柱上配置2台摄像机，其镜头分别对着主干道上下行方向，一台为固定式摄像机可进行交通事件的检测和交通参数的测量；另一台可转动，检测交通事件并在发生事故时在该断面实施对事故现场跟踪监视。

（2）图像显示及控制。在主监视器上或在显示屏上能显示单播、组播的图像，能轮巡不同组合的图像。软矩阵具有对任一摄像机的镜头、光圈及云台的控制的功能。

（3）交通控制。依据上传的交通参数的处理和判断、对交通事件报警、对采集到的气象信息将生成不同的控制方案，下达道路信息指令、诱导交通、减缓和消除交通堵塞，在发生事故时为及时紧急实施救援、减少损失赢得时间。

（4）交通状况的监视。监控软件生成的模拟地图上将显示本路外场设备的桩号、工作状态，显示外场设备测量的实时参数及各路段的运行状态。

3.2 系统功能

（1）路监控中心可对遥控摄像机进行控制，控制包括摇摄、仰俯摄、变焦距、聚焦等。可选择任意一路视频输入到任一台监视器上显示，对所有的遥控摄像机图像进行录像。系统具有编程功能，可将摄像机和监视器分组切换，轮巡显示。

（2）将本地视频信号上传到省监控中心。在省中心的指令下可任意切换两路图像信号，以原始的数据编码形式上传，通过通信系统的以太网板将本地的图像信号上传到省中心，在省中心将以相应的设备接收图像信号并解码后显示。

（3）正常运行时，来自外场编码设备的图像信息经H.264压缩编码后进入路中心的软矩阵，本地解码设备的视频输出端（已解码）分别接入大屏幕拼接屏，在视频工作站软件的控制下对主干线上传的图像进行轮巡显示，如图1所示。

（4）通过软件具备将本路监控视频信息发布在公网上，使得出行者、管理者可随时随地及时方便的了解本路的交通运行状况。

在路监控中心，设置数字视频本地接入设备，负责对外场上传的视频信号进行解码、切换控制和输出、进行大屏监视。

3.3 视频图像网络发布

为便利各级领导对高速公路交通营运的检查和指导，使领导在远离机房，在有公网的地方都能清晰地观察本路交通运行情况，特配置了网络发布系统。endprint

（1）网上发布目标。

高速公路监控图像发布系统包括局域网发布、广域网发布两个部分内容。局域网发布也称为“内网发布”，监控图像只对专网内用户开放，通过办公自动化网络访问；广域网发布是将高速公路监控视频发布到公众互联网上。监控图像发布系统充分满足远程指挥调度对高速公路运行信息及时传递的需要，也可为公众用户出行提供信息帮助。

（2）系统设计和信号传输过程。

数字视频发布系统在外场对视频信号进行数字化后，向监控路中心传送监控图像，在路中心通过流媒体服务器（MS）与视频管理服务器（PL）将监控图像向内部办公网、公众互联网进行发布，同时进行存储，使管理者既能观看监控系统实时图像，又能观看历史图像回放。

（3）视频发布。

收费站与外场图像均通过光传输系统传至路中心。在路中心管理处设置存储器用于存储发布系统历史图像；在路中心管理处设置流媒体发布服务器（MS）与视频管理服务器将收费站广场图像和外场图像向内部办公网、公众互联网转发。路中心管理处与公网之间的连接及IP地址由业主提供。

发布系统主要由视频管理服务器和MS组成，可实现对OA办公网、公众互联网的视频发布功能。软件采用模块式设计结构，主要由平台管理模块、调度管理模块、控制管理模块、报警管理模块、客户端接入模块、录像管理模塊和流媒体转发服务模块等几个主要的服务模块组成。该系统管理软件的模块式结构使其具有较强的分布式服务管理功能，各个服务模块软件可以任意组合安装，各个功能模块独立运行，系统功能不受影响。

流媒体服务器中与OA办公网相连的Web服务子模块在侦听到OA办公网用户查询实时监控视频的HTTP请求后，通过与网管平台的指令交互，第一时间申请到与该视频相关的低速编码设备信息，申请成功后，再通过流媒体服务器将该路视频流TCP单播的方式发送到申请端，保证该视频流不会受到广域网上多级路由的影响。

反向控制实时视频的技术实现：对于向OA办公网或公网的公众开放反向控制的需求，流媒体服务器的Web子模块将接收到的控制指令转发给网管平台，由网管平台直接跟前端编码通信，完成对云台的控制操作，根据相关控制协议发送相应的类型的控制信令至对应的前端的编码设备，从而实现对前端云台的直接控制。

多用户转发的技术实现：对于OA办公网或公网上多个用户同时查看同一路实时视频或录像文件的情况，流/录像采集服务子模块在接收到第一个用户的查询请求时执行对专网视频流/录像文件的申请，对于后面的查询用户只需让视频转发服务子模块增加一路对OA办公网或公网查询用户的流转发即可。系统管理员可以根据OA办公网或公网接入的带宽的不同，指定流转发服务子模块转发到OA办公网或公网上的发布视频流的最大网络带宽，也可以自定义流转发服务子模块可同时转发的视频流的数量，即指定OA办公网或公网上在线查询实时流和录像文件的最大用户数。

（4）网络安全。

监控视频在公网的发布，公网用户的访问，都增加了内部专网安全性的风险，因此，在公网上配置一套视频管理服务器和流媒体发布服务器，当公网授权用户发起视频调用请求时，与公网视频管理服务器进行协商，公网视频管理服务器与专网视频管理服务器进行协商，专网视频管理服务器与专网流媒体发布服务器进行协商，专网流媒体发布服务器将调用视频流转发给公网流媒体发布服务器，完成视频的发布。在内网与公网之间配置企业级防火墙，能阻断病毒的入侵灵活扩展病毒防范、网络流量监控，实现2～7层的全面安全，为用户提供安全防护、安全远程接入等功能。专网与公网从硬件到业务的隔离，保证了专网的可靠性和安全性。

4 交通事件自动检测系统

4.1 系统构成

交通事件自动检测系统由视频事件分析仪、事件检测管理服务器以及全套检测软件和管理软件，外场监控摄像机及相关的传输设备构成。利用沿线布设的监控摄像机采集的视频图像作为信号输入，通过对视频图像的处理分析，在图像的覆盖范围内，能够进行道路交通参数、各种交通事件和事故的自动检测，并且系统能够自动报警和录像存储，为道路的交通安全管理和道路运营提供极大的帮助。

对全线摄像机的视频信号进行交通事件事故检测，以实现对道路的智能化监控。所有摄像机图像信号传输到监控中心后，无需进行解压直接送入到视频事件检测系统中去进行视频事件自动检测，每台交通视频事件分析仪能够同时处理8路视频信号。

视频事件分析仪由计算机单元、图像处理软件、视频解码单元、视频信号数字化系统以及通信卡和相关的分析软件构成等构成。视频事件分析仪设在监控分中心，高清固定摄像机的图像经分配后接入视频事件分析仪，视频事件分析仪通过10/100/1000M以太网接口接入监控分中心的监控以太网交换机，通过以太网与同设在监控分中心的交通事件管理工作站实现通信。

4.2 系统功能

（1）交通事件检测功能。系统可对道路上发生的异常交通事故进行自动检测，包括车辆停驶、车辆慢行、车辆逆行、交通拥堵、行人穿越、遗弃物品、车辆驶出道路、路面突发异常、火灾等。

（2）报警功能。交通事件检测报警，当检测到交通事件时，系统能够自动报警，并可对报警进行类型划分和优先级控制。

（3）录像功能。当系统检测到交通事件时，可对事件过程进行自动记录和存储。系统至少提供事件发生前后各2min的视频录像，通过录像可对事故进行再现，以备后查。

5 结语

高速公路全程监控系统是一种提高路网交通安全水平、改善通行能力和提升交通服务品质的有效技术手段，可以实时、直观地展现高速公路现场的情况，管理者能够及时掌握公路交通动态和道路运营状况，快速发现交通异常事件，从而迅速实施交通疏导和救援措施。智能交通的快速发展能够为使用者提供安全、舒适、快捷、高效的交通服务，为管理者提高应急处理能力和服务水平提供更多详实的现场信息，为社会和经济发展做出更多的贡献。

参考文献

[1] 张彬彬.高速公路交通事件检测算法及检测器布设方案研究[J].吉林大学学报，2010（6）：66.

[2] 郑基.高速公路智能全程监控系统及关键技术研究[J].科技创新与应用，2015（11）：226.

[3] 刘宇平，席胜花.数字高速公路的关键技术[J].信息系统工程，2011（3）：192.endprint