淺談當(dāng)代高速公路機(jī)電工程發(fā)展方向

摘要：高速公路機(jī)電工程建設(shè)在最近這些年有了長(zhǎng)足的發(fā)展，在高速公路管理運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，其核心部分是機(jī)電系統(tǒng)，機(jī)電系統(tǒng)也是高速公路營(yíng)運(yùn)管理的平臺(tái)。本文分析了當(dāng)代高速公路機(jī)電工程發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：當(dāng)代；高速公路；機(jī)電工程；發(fā)展方向

引言

雖然國(guó)內(nèi)各地高速公路全程監(jiān)控在建設(shè)中仍面臨不少挑戰(zhàn)，但隨著監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展，這幾年高速公路全程監(jiān)控在探索中前進(jìn)，取得了一定的成效。相信今后全程監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)更完善，系統(tǒng)也會(huì)加強(qiáng)智能化圖像分析、識(shí)別、檢索等應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合新興的大數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)與計(jì)算，視頻監(jiān)控將會(huì)發(fā)揮更大作用，提供更大范圍聯(lián)網(wǎng)及第三方平臺(tái)對(duì)接實(shí)現(xiàn)資源共享最大化。

1當(dāng)代高速公路機(jī)電工程智能化發(fā)展

目前隨著高速公路監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化和高清化發(fā)展，其必然帶來(lái)海量信息，如何在大量數(shù)據(jù)中挖掘出有用信息越來(lái)越受到用戶的廣泛關(guān)注，這也促使智能分析技術(shù)得到更多應(yīng)用。

1.1車牌識(shí)別

目前車牌識(shí)別應(yīng)用已經(jīng)很普及，它是高速收費(fèi)系統(tǒng)和高速車輛智能監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)的重要組成部分。早先高速公路車牌識(shí)別是基于“標(biāo)清+ 前端智能盒”或后臺(tái)識(shí)別方式，近幾年嵌入式高清抓拍機(jī)的不斷運(yùn)用把車牌識(shí)別推向了一個(gè)新的高度。同時(shí)，識(shí)別技術(shù)由多幀識(shí)別、擇優(yōu)輸出取代了早先的單次識(shí)別，提高了識(shí)別準(zhǔn)確率。目前，微卡口的應(yīng)用（在普通道路視頻監(jiān)控基礎(chǔ)上前端疊加車牌識(shí)別功能）實(shí)現(xiàn)了宏觀監(jiān)控和細(xì)節(jié)識(shí)別的有效結(jié)合，是高速公路視頻監(jiān)控的全新嘗試。

1.2交通事件檢測(cè)

目前對(duì)于高速公路重點(diǎn)路段、事故多發(fā)路段需要通過(guò)智能分析來(lái)進(jìn)行事件檢測(cè)，快速發(fā)現(xiàn)高速公路上的違法違規(guī)事件，保證高速公路的安全運(yùn)行。基于視頻檢測(cè)的交通事件檢測(cè)系統(tǒng)，主要是利用安裝在道路上的攝像機(jī)對(duì)交通情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)先進(jìn)的智能視頻檢測(cè)算法（多目標(biāo)識(shí)別與跟蹤技術(shù)），及時(shí)發(fā)現(xiàn)并上報(bào)特定交通事件。交通事件檢測(cè)在采集高清圖像的基礎(chǔ)上，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)畫面中出現(xiàn)的停車、超速、欠速、逆行、行人出現(xiàn)、拋灑物等各類異常事件進(jìn)行檢測(cè)。目前產(chǎn)品應(yīng)用形態(tài)由早先的服務(wù)器分析模式演變成嵌入式分析盒模式。

1.3交通流量采集

傳統(tǒng)的高速公路交通流量采集是通過(guò)地感線圈、微波方式，目前基于高清視頻的交通流量采集逐漸得到運(yùn)用。視頻交通流量采集系統(tǒng)采用模式識(shí)別算法、人工智能算法和車輛跟蹤算法等多領(lǐng)域的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)畫面中特定區(qū)域（如車道內(nèi)）的車輛進(jìn)行識(shí)別和分辨，對(duì)過(guò)往車輛數(shù)、排隊(duì)長(zhǎng)度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)還采用視頻測(cè)速技術(shù)對(duì)過(guò)往車輛的速度進(jìn)行測(cè)量。其支持以下交通流數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和計(jì)算：車流量、瞬時(shí)速度、車頭時(shí)距、車頭間距、車道空間占有率、車輛排隊(duì)長(zhǎng)度等，視頻流量采集具有安裝簡(jiǎn)易、維護(hù)方便、適用性高等特點(diǎn)。

2當(dāng)代高速公路機(jī)電工程通信系統(tǒng)發(fā)展

高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)是高速公路機(jī)電系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，也是監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的綜合信息傳送平臺(tái)，隨著通信行業(yè)新技術(shù)日新月異的發(fā)展和高速公路發(fā)展智能交通的需要，高速公路通信系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展需要新技術(shù)的支撐

推動(dòng)高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)不斷進(jìn)步和發(fā)展的一個(gè)重要措施就是要對(duì)現(xiàn)在的技術(shù)進(jìn)行不斷的完善，然后不斷的研發(fā)新的優(yōu)秀技術(shù)。但是，由于我國(guó)對(duì)新技術(shù)信息的了解和判定仍然沒(méi)有一個(gè)相對(duì)完善的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以在研發(fā)和引進(jìn)新技術(shù)時(shí)還應(yīng)該堅(jiān)持適度原則，盡量先在小面積組網(wǎng)中使用。而分析我國(guó)高速公路通信信息發(fā)展條件可知，新技術(shù)的開發(fā)與引進(jìn)應(yīng)該以投資小使用大為主要考慮原則。給予這種背景，高速公路通信系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展方向可以專供接入網(wǎng)信息業(yè)務(wù)擴(kuò)展、預(yù)防設(shè)備壟斷和加強(qiáng)法律作用幾個(gè)方面。除了需要完善技術(shù)之外，高速公路通信系統(tǒng)還應(yīng)該對(duì)產(chǎn)權(quán)維護(hù)搶修制度進(jìn)行進(jìn)一步的完善和落實(shí)。通過(guò)采取多種手段提高維護(hù)效率和降級(jí)維護(hù)成本。

3當(dāng)代高速公路機(jī)電工程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控發(fā)展

3.1網(wǎng)絡(luò)高清發(fā)展

目前高速公路視頻監(jiān)控高清化除了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，還可以采用HDSDI數(shù)字高清方式。HD-SDI 技術(shù)特點(diǎn)是“無(wú)壓縮、低延時(shí)”，這是網(wǎng)絡(luò)高清系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際項(xiàng)目中，HD-SDI 數(shù)字高清并沒(méi)有大規(guī)模運(yùn)用，其主要原因在于：第一，HD-SDI 數(shù)字高清沒(méi)有強(qiáng)有力的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范支持，主流芯片、產(chǎn)品廠商雖然有相應(yīng)的SDI 產(chǎn)品，但多處于觀望狀態(tài)；第二，HD-SDI 傳輸距離是最大瓶頸，其100 米的傳輸距離具有很大的局限性，遠(yuǎn)距離需要借助中繼設(shè)備，這樣必然帶來(lái)項(xiàng)目成本上升；第三，HD-SDI 無(wú)壓縮面臨海量存儲(chǔ)，遠(yuǎn)高于網(wǎng)絡(luò)高清，所以后端存儲(chǔ)還是需要通過(guò)壓縮編碼，但是目前針對(duì)SDI 的芯片編碼能力有限，編碼技術(shù)有待進(jìn)一步提高。

網(wǎng)絡(luò)高清的優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)下，可以進(jìn)行靈活的組網(wǎng)、便捷的遠(yuǎn)程訪問(wèn)以及大平臺(tái)的搭建，是主流的方案，然而網(wǎng)絡(luò)高清在傳輸過(guò)程中需要進(jìn)行壓縮編碼、解碼，中間環(huán)節(jié)會(huì)出現(xiàn)丟包、網(wǎng)絡(luò)堵塞等問(wèn)題，從而導(dǎo)致視頻畫面延時(shí)，對(duì)于需要云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的場(chǎng)景這將非常不利。雖然網(wǎng)絡(luò)高清是現(xiàn)在高速視頻監(jiān)控項(xiàng)目的首選，但網(wǎng)絡(luò)高清與HD-SDI 高清不是完全獨(dú)立的，事實(shí)上兩者在項(xiàng)目中可以相輔相成。我們應(yīng)該站在客戶的角度理性對(duì)待，合理設(shè)計(jì)，比如某項(xiàng)目監(jiān)控點(diǎn)間的距離為100 米之內(nèi)時(shí)，整套系統(tǒng)則可采取整體HD-SDI 數(shù)字高清方式，通過(guò)同軸電纜或光端機(jī)傳輸，后臺(tái)直接接入高清SDI 矩陣并輸出顯示。此種模式適用于中小型高速公路視頻監(jiān)控項(xiàng)目的高清改造，其在保留原有模擬系統(tǒng)的布線狀態(tài)下更新設(shè)備即可，可最大限度滿足用戶的習(xí)慣性需求。

3.2 H.265 產(chǎn)品或?qū)⒃诟咚俟芬曨l監(jiān)控得到充分運(yùn)用

這兩年來(lái)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在向更高分辨率演進(jìn)，高速公路監(jiān)控高清化和所有行業(yè)監(jiān)控一樣，將面臨網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲(chǔ)的問(wèn)題。目前應(yīng)用的H.264 從技術(shù)上無(wú)法解決高清視頻高碼率問(wèn)題，超高的網(wǎng)絡(luò)帶寬、高昂的存儲(chǔ)投資將成為高清視頻進(jìn)一步應(yīng)用的瓶頸。尤其對(duì)需要改造的高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)，受到網(wǎng)絡(luò)帶寬限制，無(wú)法在原有網(wǎng)絡(luò)條件下利用H.264 大規(guī)模升級(jí)到高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。目前，采用H.265 標(biāo)準(zhǔn)方案的監(jiān)控產(chǎn)品嶄露頭角。H.265 是ITU-TVCEG 繼H.264 之后所制定的新視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，在保留原來(lái)某些技術(shù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)對(duì)一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)，用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時(shí)和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。在碼率大幅降低的情況下，H.265編碼視頻的主觀質(zhì)量與H.264 編碼視頻近似甚至更好。以1080P 分辨率為例，實(shí)時(shí)幀1.5Mbps 的H.265 碼流即可達(dá)到H.264 碼流主觀質(zhì)量，而碼率只有常規(guī)H.264 的1/3 ～ 1/4。H.265帶來(lái)的超低碼流特性將解決帶寬和存儲(chǔ)問(wèn)題（H.265 技術(shù)同樣適用HD-SDI存儲(chǔ)編碼）。超低碼流結(jié)合目前4G 商用，也使得高清無(wú)線傳輸成為可能，對(duì)高速路條狀、跨區(qū)域場(chǎng)景尤為合適。同時(shí)H.265 在邊緣低照效果和強(qiáng)光抑制方面的優(yōu)越性也非常適合高速場(chǎng)景。可以預(yù)計(jì)，H.265 產(chǎn)品將在高速公路視頻監(jiān)控得到充分運(yùn)用，但我們也應(yīng)該清醒認(rèn)識(shí)到，這需要一定的培育周期，目前H.265 面臨的聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和專利收費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)亟需解。

結(jié)論

智能系統(tǒng)在高速公路機(jī)電工程中得到了重要應(yīng)用，通過(guò)對(duì)智能系統(tǒng)的特點(diǎn)分析，智能系統(tǒng)將在高速公路機(jī)電工程的監(jiān)控、信號(hào)處理和遠(yuǎn)程信號(hào)控制方面得到全面的應(yīng)用和發(fā)展。

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