泉南高速公路柳南段監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析

陳善超

文章以泉南高速公路柳南段監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，分析了該路段監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)過程以及方案設(shè)計(jì)總體規(guī)劃，以期對(duì)類似高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

泉南高速公路柳南段;監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計(jì)方案

U412.36+6-A-43-153-4

0?引言

平滑交通流是泉南高速公路柳南段監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)，其應(yīng)具備預(yù)防、減少交通阻塞的作用，同時(shí)也能對(duì)交通阻塞的蔓延進(jìn)行控制和減緩，甚至對(duì)交通事故的發(fā)生有一定的反應(yīng)控制能力和預(yù)判能力。監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與用戶之間的信息傳遞和信息溝通，為社會(huì)提供了一定量的物流信息，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域路網(wǎng)交通流的合理調(diào)配及規(guī)整，使本區(qū)域綜合交通運(yùn)輸效率提升，而且也能對(duì)收費(fèi)站車道的開放數(shù)量與開放時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)和確定。

1?工程概況

泉南高速公路柳南段全長(zhǎng)為89.98 km，南段與市中心區(qū)連接線長(zhǎng)度為17.81 km左右。伴隨著國(guó)內(nèi)高速公路設(shè)計(jì)和管理技術(shù)水平的逐步提升，監(jiān)控系統(tǒng)也得到了更加廣泛的使用。目前，國(guó)內(nèi)的高速公路越來越多，由此需要不斷地增強(qiáng)高速公路管理質(zhì)量，才能規(guī)避各個(gè)方面的不良問題。所以，在建設(shè)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，不但要和通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等相互結(jié)合，還應(yīng)融入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由此才能確保高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的有效性，也能實(shí)時(shí)地、科學(xué)地監(jiān)控高速公路的路況。例如高速公路遇到了大雨大霧等惡劣的氣候或者意外情況，而這些方面都能通過監(jiān)控系統(tǒng)向車主及時(shí)匯報(bào)所發(fā)生的情況，由此也進(jìn)一步保證了高速公路行車的安全性。

2?高速公路監(jiān)控總體設(shè)計(jì)框架

2.1?視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)建設(shè)模式

2.1.1?模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)該系統(tǒng)而言，視頻矩陣、錄像機(jī)等均為硬件的核心部分，加上傳感器模擬功能，才能有效地進(jìn)行信號(hào)傳輸、信號(hào)控制以及信號(hào)處理等過程。就模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)而論，他本身依賴于視頻切換矩陣聯(lián)網(wǎng)，如果要將有關(guān)的視頻圖像上傳，之前也需要采取多個(gè)視頻端機(jī)等載體。系統(tǒng)本身具備多項(xiàng)功能，例如存儲(chǔ)功能、傳輸功能以及采集功能等。工作人員也希冀圖像采集的質(zhì)量達(dá)到一定的水平，因?yàn)樵谑艿诫娎|傳輸?shù)挠绊懙那疤釛l件下，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控需要通過放大器才能完善功能補(bǔ)償。由此，我們需要在特定范圍內(nèi)讓信噪比下降，但容易產(chǎn)生圖像失真等不良問題，因此應(yīng)當(dāng)采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1.2?模數(shù)結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要功能是由數(shù)字信號(hào)取代模擬視頻信號(hào)，并且需要通過計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)這兩個(gè)承載體傳輸相應(yīng)的視頻，以此達(dá)到模擬信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)二者結(jié)合的監(jiān)控模式，甚至還能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理模式、數(shù)字化管理模式以及媒體化管理模式。將其和模擬監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析可知，光傳輸技術(shù)以及編碼技術(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)信號(hào)和模擬信號(hào)二者結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)都十分重要。據(jù)了解，這兩種技術(shù)完全可以在整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部中擴(kuò)展多個(gè)組織層次，而且也能更快捷地查詢以及存儲(chǔ)相關(guān)視頻信號(hào)，使整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展范圍延伸，最終使整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際的使用過程變得更加便捷和靈敏。

2.1.3?IP智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

對(duì)于此監(jiān)控系統(tǒng)而言，其不但采用了數(shù)字視頻傳輸器和視頻編碼器，還在高速公路的特定位置上安置了模擬攝像機(jī)。此時(shí)，相關(guān)信號(hào)被視頻編碼器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過壓縮以及打包程序之后，最終形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)形式的視頻流，而且在監(jiān)控前端能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化二者之間的轉(zhuǎn)換，即通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞降玫接嘘P(guān)的視頻數(shù)據(jù)。當(dāng)有關(guān)人員在閱覽的過程中需要解碼，那么首先就要采用相應(yīng)的應(yīng)用軟件，并最終在計(jì)算終端上進(jìn)行處理和顯示。

2.1.4?卡口、車輛測(cè)速系統(tǒng)

在高速公路中，公安交警部門原有系統(tǒng)的擴(kuò)容由新建的卡口系統(tǒng)取代，而且該卡口系統(tǒng)遵守原系統(tǒng)的應(yīng)用模式以及設(shè)備功能選型，作為原有系統(tǒng)的延續(xù)，也能和原系統(tǒng)相互兼容。

2.2?視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

2.2.1?編碼與解碼

通過工作人員所使用的編碼、解碼器所支持的編碼格式這一點(diǎn)來分析，這一類格式類型較多，且錯(cuò)綜復(fù)雜，單路到16路各種規(guī)格形式均被該格式對(duì)外供給，且這些格式也支持存儲(chǔ)流、實(shí)時(shí)流的雙流設(shè)計(jì)形式。除此之外，也支持128 kbps～8 mbps數(shù)碼流，換言之，即為超清或者標(biāo)清。這方面也可以依據(jù)不同用戶的實(shí)際需求而進(jìn)行調(diào)整與調(diào)配。

2.2.2?存儲(chǔ)系統(tǒng)

以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的資源調(diào)度功能為中心，IP存儲(chǔ)技術(shù)十分關(guān)鍵，甚至也牽連到數(shù)據(jù)管理服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)，二者同等重要，進(jìn)而才能使存儲(chǔ)管理模式達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在整個(gè)管理平臺(tái)中，在線部署工作能滿足不同的存儲(chǔ)質(zhì)量和存儲(chǔ)容量的基本要求，從而達(dá)到不同用戶的存儲(chǔ)需求。另外，也能將更加完善的備份功能對(duì)外提供，而且同樣支持NAS備份。

2.2.3?系統(tǒng)管理平臺(tái)

此平臺(tái)不但包含了客戶端、媒體服務(wù)器，而且包含了視頻管理服務(wù)器以及數(shù)據(jù)管理服務(wù)器。其中，視頻管理服務(wù)器包含了認(rèn)證過程、注冊(cè)過程、配置過程和控制過程以及警報(bào)過程等，由此才能使視頻解碼完善，也能達(dá)到編碼設(shè)備功能的基本要求。同時(shí)，還支持多個(gè)服務(wù)器協(xié)同工作，最終將多層級(jí)以及多領(lǐng)域的管理平臺(tái)組建起來。除此之外，數(shù)據(jù)管理服務(wù)器的內(nèi)容也比較繁雜，需要準(zhǔn)確地剖析，其主要原因是該服務(wù)器內(nèi)也包含了層層內(nèi)容，例如存儲(chǔ)資源、有關(guān)數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)設(shè)備等。存儲(chǔ)資源的管理和監(jiān)控，這些內(nèi)容均和該服務(wù)器息息相關(guān)。其同樣支持一段時(shí)間的回放功能、剪切功能以及檢索功能等。人機(jī)交互的平臺(tái)是客戶端所供給的，該平臺(tái)包含了警報(bào)功能、云控制和查詢功能等，需要逐漸融GIS功能，這樣更加便于用戶實(shí)際操作。

3?視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1?道路沿線監(jiān)控

首先，我們需要在前端解碼器內(nèi)接入路況監(jiān)控分中心（如表1所示），這一過程和應(yīng)用EPON組網(wǎng)系統(tǒng)息息相關(guān)，此時(shí)也需要在系統(tǒng)交換機(jī)中接入眾多編碼器，通過EPON光纖進(jìn)行線路的連接過程，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)膿p耗率降低。

3.2?服務(wù)站和收費(fèi)站監(jiān)控

如在編碼器中連接了服務(wù)站和收費(fèi)站的監(jiān)控設(shè)備，此時(shí)編碼器將會(huì)通過SRP光纖接入交換器內(nèi)部，即球機(jī)和槍機(jī)。

3.3?監(jiān)控中心

要提升監(jiān)控中心的控制范圍，則需要將管理服務(wù)器以及IPSAN技術(shù)中的NVR網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置在其中，才能將客戶端和解碼器配置于其中，達(dá)到電視墻的控制管理功能。另外，如工作人員通過監(jiān)控中心系統(tǒng)看到了高速公路中意外的實(shí)際情況，也就會(huì)在處理的過程中采取警報(bào)系統(tǒng)，并且進(jìn)行及時(shí)處理。

4?交通信息發(fā)布系統(tǒng)

4.1?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能交通系統(tǒng)有多個(gè)組成部分，其中最重要的部分是交通信息發(fā)布系統(tǒng)，其主要由室外顯示屏、指揮中心控制系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。該項(xiàng)目重點(diǎn)以高速公路設(shè)置LED誘導(dǎo)顯示牌為核心，對(duì)于搜集到的重要的交通數(shù)據(jù)，工作人員首先應(yīng)當(dāng)利用卡口等系統(tǒng)，再經(jīng)過交通管理綜合應(yīng)用平臺(tái)進(jìn)行處置，導(dǎo)出能面向公眾的即將發(fā)布的誘導(dǎo)信息，當(dāng)自動(dòng)生成了誘導(dǎo)信息后還需要經(jīng)過人工的再三確認(rèn)才能正式對(duì)外發(fā)布。

4.2?系統(tǒng)架構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)由兩個(gè)部分構(gòu)成，其一是下端屏體控制系統(tǒng)二級(jí)結(jié)構(gòu)，其二是管理控制中心。在TCP/IP協(xié)議的實(shí)際作用下，其能夠?qū)⒐饫w專用網(wǎng)絡(luò)和管理中心的電腦二者相互聯(lián)袂，也能和各下端屏體控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。上端誘導(dǎo)系統(tǒng)和下端誘導(dǎo)系統(tǒng)二者完全不同，其能夠在數(shù)據(jù)接口交互各種專用數(shù)據(jù)的引導(dǎo)下通過B/S架構(gòu)且依據(jù)不同的控制中心而進(jìn)行需求的擴(kuò)展。此外，其也可以采取降級(jí)使用的方式進(jìn)行。

4.3?管理控制中心

管理控制中心主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信、統(tǒng)一管理以及屏體監(jiān)控等。這一系列內(nèi)容包含了信息生成功能、預(yù)案庫(kù)管理以及預(yù)案信息生成功能等。

4.4?下端屏體控制系統(tǒng)設(shè)備

下端LED屏體控制系統(tǒng)包含了控制機(jī)、顯示控制器、LED屏體等。該設(shè)備的主要功能就是將控制中心發(fā)布的節(jié)目全部接收，而且還需要在特定的時(shí)間將設(shè)備的狀態(tài)上傳到控制中心。與此同時(shí)，也能為現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)供給通信接口以及操作接口。整個(gè)系統(tǒng)的播放控制均由設(shè)備控制箱內(nèi)部的工控主板負(fù)責(zé)，當(dāng)處于播放節(jié)目和存儲(chǔ)控制參數(shù)的過程中，首先需要控制中心和光纖網(wǎng)絡(luò)二者共同作用，其次才能通過RS485的實(shí)際作用將播放數(shù)據(jù)（由播放節(jié)目生成）傳遞給顯示控制器播放。

4.5?設(shè)備安裝點(diǎn)位

當(dāng)車主在高速公路中駕駛的時(shí)候，他們一般都會(huì)關(guān)注交通誘導(dǎo)屏發(fā)布的動(dòng)態(tài)路況信息（如表2所示），所以，要起到良好的分流效果，一定要合理地布設(shè)誘導(dǎo)屏。下面是交通誘導(dǎo)屏設(shè)置點(diǎn)位分析：

（1）交通誘導(dǎo)屏應(yīng)當(dāng)設(shè)置在高速公路的入口和出口兩個(gè)位置，而且要盡可能地靠近路面段，更好地為駕駛員提供相應(yīng)的交通信息。同時(shí)，在設(shè)置的過程中也應(yīng)當(dāng)考慮到設(shè)備的可視化范圍，使車主很容易看清楚前方的路況。（2）如果在出口安置交通誘導(dǎo)屏，并起到交通實(shí)際的誘導(dǎo)效果，需要對(duì)行駛速率以及駕駛員的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行周全的考慮。當(dāng)然，在出口前方也需要保持一定的距離，這樣才能直觀地讓駕駛員有充裕的時(shí)間對(duì)自己駕駛的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。如果在距離出口過近的前方安置交通誘導(dǎo)屏，或者在出口漸變帶邊上安置交通誘導(dǎo)屏，那么其所呈現(xiàn)的信息很容易被駕駛員忽略掉，甚至很有可能產(chǎn)生難以預(yù)料的交通事故。

5?組網(wǎng)設(shè)計(jì)

5.1?現(xiàn)狀通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際的調(diào)查與研究，中心網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)二者構(gòu)成了交通監(jiān)控通信系統(tǒng)，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)也就是普通的星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通過匯聚交換機(jī)的作用，道路監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備將重要的信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。同時(shí)，也需要通過網(wǎng)閘將接入網(wǎng)絡(luò)和中心網(wǎng)絡(luò)二者隔離開來。但是本次工程設(shè)計(jì)的監(jiān)控外場(chǎng)設(shè)備通信鏈路應(yīng)當(dāng)重新接入新機(jī)房中，與此同時(shí)還能設(shè)置數(shù)據(jù)通道，并接入交通管理指揮中心的舊機(jī)房中，這為后續(xù)的系統(tǒng)雙備份功能做好鋪墊。經(jīng)過一系列的調(diào)研可知，不論是新機(jī)房，還是舊機(jī)房，均早已拉通了光纜，且完全能達(dá)到雙向通信。

5.2?監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的顯示中心、存儲(chǔ)中心以及控制中心均由監(jiān)控中心取代，不論是磁盤陣?yán)到y(tǒng)還是媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，抑或是視頻管理服務(wù)器等都可以作為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行效率和數(shù)據(jù)中的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)息息相關(guān)，本次在對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的過程中采取了兩種完全不同的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，依次是中心網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)。

6?系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

泉南高速公路柳南段監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果良好，該監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）安全性高。通常情況下，就一個(gè)完整的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)而言，其包含了各個(gè)方面的內(nèi)容，例如服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站監(jiān)控以及道路沿線監(jiān)控等。其中，服務(wù)區(qū)和收費(fèi)站的監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)收費(fèi)亭、站車道以及收費(fèi)廣場(chǎng)等場(chǎng)合的全面管理，尤其是收費(fèi)站的突發(fā)事件、服務(wù)區(qū)的突發(fā)事件、收費(fèi)員操作行為是否規(guī)范等內(nèi)容，通過該監(jiān)控系統(tǒng)能全面操作以及管理高速公路行車過程的安全性。

（2）管理性強(qiáng)。高速公路上各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)際運(yùn)作情況均能通過高速公路內(nèi)部監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)地反映出來，而且系統(tǒng)所采取的是分級(jí)分區(qū)域管理模式，這樣既能滿足高速公路管理的基本要求，同時(shí)也能使監(jiān)控中心在不同的領(lǐng)域中進(jìn)行全盤管理。

（3）可靠性。實(shí)時(shí)監(jiān)控是監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能之一，唯有此功能才能將資料影像全部歷歷在目地映入管理人員的腦海和視覺中。該監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，在運(yùn)作和管理的過程中具備可靠性和實(shí)效性，能將高速公路的突發(fā)情況實(shí)時(shí)地顯示出來，使整個(gè)流程更加具備客觀真實(shí)性。

（4）聯(lián)動(dòng)性。一旦高速公路上發(fā)生了任何異常情況，該系統(tǒng)均能和報(bào)警系統(tǒng)以及通知系統(tǒng)相互聯(lián)動(dòng)，從而預(yù)警意外事故的發(fā)生。

（5）可擴(kuò)展性。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)均采取了開放式的架構(gòu)，也同樣支持功能的擴(kuò)展，由此保證整個(gè)監(jiān)控空間不存在任何死角。

7?結(jié)語

國(guó)內(nèi)各個(gè)地區(qū)的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)力度隨著高速公路數(shù)量的增多以及科學(xué)水平的提升而增強(qiáng)，這對(duì)高速公路的行業(yè)發(fā)展有著很強(qiáng)的實(shí)際意義。鑒于此，本文提出了一種IP智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，從而使傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的劣勢(shì)不斷改善，不但能讓視頻清晰度提升，還能讓數(shù)據(jù)傳輸損耗量縮減，應(yīng)用效果良好。但對(duì)于未來的展望，還有不少問題需要改善：

（1）為能彌補(bǔ)漏洞，設(shè)計(jì)人員需要使整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的融合性更強(qiáng)，這一點(diǎn)也包含了車輛識(shí)別、計(jì)費(fèi)卡口以及視頻監(jiān)控等各個(gè)方面的信息，由此才能使整個(gè)管理系統(tǒng)更加完整，而且也更加趨于服務(wù)化的發(fā)展，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的融合性和協(xié)調(diào)性。

（2）目前，國(guó)內(nèi)高速公路逐漸形成了四通八達(dá)的路網(wǎng)，但是監(jiān)控系統(tǒng)還沒能做到全覆蓋，有很多路段在發(fā)生異常情況后卻沒能被發(fā)現(xiàn)。為了防止此類情況繼續(xù)發(fā)生，今后需要使各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互能力的提升，避免異常問題擴(kuò)大。

（3）未來監(jiān)控系統(tǒng)隨著高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的革新和發(fā)展必將從簡(jiǎn)單的監(jiān)控系統(tǒng)朝著專業(yè)化的視頻監(jiān)控發(fā)展，即通過融入智能化技術(shù)而自主地判斷高速公路監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)到的問題，并提示解決方案，這將成為國(guó)內(nèi)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱?晶，彭?敏，于?泉，等.高速公路系統(tǒng)數(shù)據(jù)關(guān)系分析與數(shù)據(jù)中心頂層設(shè)計(jì)[J].公路，2019（3）：214-220.

[2]費(fèi)倫林.特長(zhǎng)縱坡智能監(jiān)控系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019（2）：259-261.

[3]王?丹.高速公路智能全程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的軟件架構(gòu)及通信[J].公路工程，2018（6）：304-380，314.

[4]楊?宏.盤興高速：打造質(zhì)量控制平臺(tái)[J].中國(guó)公路，2018（2）：76-77.

[5]王?才，羅宏立，于群松.淺談隧道監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方式[J].公路，2018（10）：209-213.