高速公路智能全程監(jiān)控系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)探討

郭軍梅，張江浩，劉玉琦

（1.山西省交通信息通信有限公司，山西 太原 030006；2.華為技術(shù)有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

高速公路行車過程會受到天氣、路況、路面功能等多方面的影響，特別是在災(zāi)害性天氣影響下，不僅能見度較低，還會誘發(fā)嚴(yán)重的安全隱患。為了全面分析出不同環(huán)境對行車的影響，需要技術(shù)人員采用智能化的操控技術(shù)全程監(jiān)控行車狀態(tài)。依據(jù)自動化的成像方式展開監(jiān)控，能全面提高公路行車服務(wù)質(zhì)量。另外，智能全程監(jiān)控系統(tǒng)可在信息網(wǎng)絡(luò)的支持下展現(xiàn)出事故位置，將路況及現(xiàn)場所發(fā)生的問題回傳至系統(tǒng)中，能為后期緊急救援提供技術(shù)性支持。

1 高速公路智能全程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價值

智能全程監(jiān)控系統(tǒng)可在信息網(wǎng)絡(luò)（5G）的支持下對車輛的行車狀態(tài)及速度、路段概況展開全面的監(jiān)控，采集出公路等級信息指標(biāo)，分析出車輛與路面之間的運行狀態(tài)，最終促使車輛的位置信息、行車特點能夠全面呈現(xiàn)至軟件系統(tǒng)中。在信息整合、信息處理、信息回傳的過程中對所涉及的行車信息進(jìn)行的監(jiān)控、測試及信息反饋，能為管理中心提供可靠的行車數(shù)據(jù)依據(jù)，進(jìn)而分析出車輛的運行狀態(tài)。一旦過程中出現(xiàn)交通事故或其他突發(fā)情況，技術(shù)人員可及時分析監(jiān)控所得到的信息，再利用大數(shù)據(jù)及GPS技術(shù)定位出交通事故的發(fā)生地點，為救援提供技術(shù)支持。通過設(shè)定詳實的緊急預(yù)案內(nèi)容，不僅可方便技術(shù)人員解決交通事故，還能給予路段必要的分流處理，有利于科學(xué)、妥善地處理好交通事故，消除行車事故所造成的其他隱患[1]。另外，該系統(tǒng)還能分析出車輛的違規(guī)行駛問題，在關(guān)聯(lián)性的記錄控制中統(tǒng)計出司機、車輛概況等指標(biāo)，將違章實況回傳至管理部門，可方便司機及時處理違規(guī)現(xiàn)象。

2 高速公路智能全程監(jiān)控系統(tǒng)及應(yīng)用特點

2.1 核心監(jiān)控架構(gòu)

智能化全程監(jiān)控過程的主體監(jiān)控對象是各個車輛的車速指標(biāo)、階段性流量以及路面狀況等指標(biāo)的分析與評價，故需要在路段中設(shè)計出有效的采集控制點位，同時對數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，進(jìn)而提高所得到數(shù)據(jù)的可靠性。其中，物聯(lián)網(wǎng)（大數(shù)據(jù)）的構(gòu)架是智能化系統(tǒng)的控制主體，系統(tǒng)可調(diào)出不同地段的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合有效的控制模式進(jìn)行智能化監(jiān)控，進(jìn)而提升軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。首先，監(jiān)控系統(tǒng)可將所得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳遞至感知層，待數(shù)據(jù)處理完畢后對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，給予數(shù)據(jù)分類和優(yōu)化，使需求的數(shù)據(jù)導(dǎo)入至應(yīng)用層中。其次，不同層次的數(shù)據(jù)控制模型、網(wǎng)關(guān)整合要求也存在一定差異。例如感知層可匯總與高速公路相關(guān)的空氣、環(huán)境、氣象數(shù)據(jù)等指標(biāo)，可結(jié)合視頻的形式進(jìn)行呈現(xiàn)、采集與分析；網(wǎng)絡(luò)層主要將子數(shù)據(jù)分享給總服務(wù)端口，采用線上智能監(jiān)督的形式進(jìn)行監(jiān)控，有利于在局域網(wǎng)的信息傳遞、存儲管理中得到關(guān)聯(lián)性的信息存儲要求；應(yīng)用層主要以控制數(shù)據(jù)有效性為目標(biāo)，即將所得到的終端信息進(jìn)行高效采集，再將這些基礎(chǔ)信息整合至數(shù)據(jù)庫中，待指定機組監(jiān)測評價后可投入至移動化的監(jiān)控過程中，方便技術(shù)人員在PC端、App端了解實時路況[2]。

2.2 智能化機組的應(yīng)用特點

高速公路智能化監(jiān)控測試中，服務(wù)器可利用視頻成像的形式展現(xiàn)基礎(chǔ)監(jiān)控圖像，在關(guān)聯(lián)性調(diào)控測試的基礎(chǔ)上對指定信息進(jìn)行監(jiān)控，所以機組具有以下服務(wù)特征：第一，視頻圖像的分辨率較高，可清晰、準(zhǔn)確地進(jìn)行線上監(jiān)控，而其中的圖像采集系統(tǒng)均可在關(guān)聯(lián)性服務(wù)系統(tǒng)的支持下進(jìn)行信息收集，再利用所收集的信息進(jìn)行測試優(yōu)化，有利于提升監(jiān)控機組的服務(wù)質(zhì)量。第二，高速公路兩側(cè)需要配置公共服務(wù)設(shè)施，其中監(jiān)測系統(tǒng)也可分析出電力供應(yīng)裝置的運行情況，即可在智能化的監(jiān)測控制中對全路段的用電裝置的功能進(jìn)行測試，以確保變壓器、供電裝置、配電裝置的基礎(chǔ)功能。第三，機組運行中，終端控制裝置可及時收集監(jiān)控訊息，采用全程監(jiān)控的形式將所得到的監(jiān)測畫面?zhèn)鬏斨练?wù)器中，要求技術(shù)人員分類所得到的路況信息，再給予詳實的評判，方便后期進(jìn)行調(diào)控優(yōu)化。若這一過程中出現(xiàn)信息遺漏、信息失真抑或消息傳遞錯誤的情況時，技術(shù)人員可在服務(wù)控制的過程中快速發(fā)掘錯誤部分，在攝像拍攝的支持下給予保存優(yōu)化，完善數(shù)據(jù)調(diào)控、檢索和取證技術(shù)，可為后期交通事故的處理提供數(shù)據(jù)支持。

3 高速公路智能全程監(jiān)控系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用措施

3.1 圖像優(yōu)化及處理技術(shù)

對收集的圖像信息進(jìn)行分析，同時運用AI智能校驗的形式展開統(tǒng)計工作，有利于全面提高視頻圖像處理的有效性。在此過程中，裝置可統(tǒng)計進(jìn)入高速公路的車輛信息，包括司機、車牌號、行車狀況，并對違規(guī)進(jìn)行拍照，同時可抓拍車輛的運營信息，并給予有效的圖像追蹤，進(jìn)而實現(xiàn)車輛的全程監(jiān)控。其中，不同等級高速公路的行車流量是不同的，所以需要技術(shù)人員根據(jù)車輛實況進(jìn)行篩選分類，采用額定控制模式抓捕圖像基礎(chǔ)信息。因此，圖像處理可從以下兩方面進(jìn)行：第一，行駛速度：車輛行駛速度的監(jiān)測方式是采用歸一化的跟蹤系統(tǒng)對車輛進(jìn)行全過程的監(jiān)控評價，在自動對焦系統(tǒng)的支持下測試出車輛的實際位置，使用圖像處理技術(shù)處理好車輛的運行信息[3]。圖像處理的信息包括車輛的基礎(chǔ)運行信息，如車型、顏色等指標(biāo)，在將所得到的信息進(jìn)行整合分析后，可排除畫面與車輛實況之間的差異。在此過程中，系統(tǒng)可在水平向、垂直向的濾波測試中整合車輛的運行情況，采用加速度模型判斷在不同時間段內(nèi)車輛的運行速度，可避免車輛超速的負(fù)面影響。第二，人車辨識：部分高速公路路段會有行人（綠化工作者、技術(shù)人員等）出現(xiàn)，故在全自動監(jiān)控過程中，可對行人進(jìn)行標(biāo)識，明確各工作人員的任務(wù)情況，再給予該路段一定警示，可降低行車安全隱患的發(fā)生概率。另外，部分車輛出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)應(yīng)給予該車輛故障標(biāo)識，由AI智能分析校驗出車輛行駛的異常狀況，確定是人為停運或車輛故障，再給予必要的故障分類，以便將準(zhǔn)確的故障信息傳達(dá)至終端服務(wù)器，這一過程均是在殘余光流檢測的支持下進(jìn)行。若車輛在高速路段發(fā)生車禍時，系統(tǒng)也可第一時間將反饋的圖像上傳至指定區(qū)域，方便技術(shù)人員第一時間進(jìn)行處理優(yōu)化[4]。

3.2 信息傳輸及存儲控制

信息傳輸控制過程中，可對所收集的服務(wù)器、服務(wù)站、二級監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行控制，采用二層結(jié)構(gòu)模型對收集的信息進(jìn)行一體化處理，再對服務(wù)區(qū)、控制站、控制端口的編碼進(jìn)行測試，同時在 EPON接口調(diào)控中進(jìn)行存儲控制，方便整合視頻及圖像的編碼格式，最終得到H.264型號的文件格式。其中，這項技術(shù)具有以下技術(shù)特征：第一，自動化控制系統(tǒng)可在TCP/IP的分類統(tǒng)計中確定出不同端口的地理位置，能在GPS技術(shù)的控制中提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。通過在開放性的MGN構(gòu)架模塊的測試中得到高速公路的基礎(chǔ)信息，再聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)端口、視頻控制、存儲測試、命令測試的基礎(chǔ)上對控制指令進(jìn)行交互，能方便技術(shù)人員對指定的信息進(jìn)行管控，從而進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、視頻圖像分析、數(shù)據(jù)存儲管理及信號分享等過程。第二，通過對不同測試數(shù)據(jù)進(jìn)行批量處理，在額定的拓?fù)湟晥D操控中明確各機組的運行狀態(tài)，方便后期進(jìn)行預(yù)警控制。通過對涉及的信息進(jìn)行編碼、維護(hù)、存儲及協(xié)調(diào)測試，再配合統(tǒng)一化的網(wǎng)端維護(hù)優(yōu)化中升級服務(wù)系統(tǒng)，也能給予必要的升級調(diào)控，鞏固操作系統(tǒng)的可靠性[5]。第三，全自動監(jiān)控系統(tǒng)可分享裝置的部署情況，結(jié)合大數(shù)據(jù)進(jìn)行集數(shù)化管理，能夠控制傳統(tǒng)信息統(tǒng)計過程的工作量。其中，系統(tǒng)可在ISC SI的存儲控制中對所涉及的信息進(jìn)行控制，同時在編碼分享、圖文信息的交互轉(zhuǎn)換中進(jìn)行數(shù)據(jù)加工。當(dāng)用戶需要進(jìn)行某一路段實況信息的查閱時，系統(tǒng)可結(jié)合媒體的交換形式測試出編碼相關(guān)的存儲模式，再結(jié)合關(guān)聯(lián)性的帶寬控制需求對存儲視頻進(jìn)行二次編碼，得到指定時限的行車狀況，方便后期進(jìn)行違章處理，也可提升信息的交互效率。

3.3 供電信息的傳輸及控制

為各路段提供充足的電力，可方便技術(shù)人員對所涉及的監(jiān)控信息進(jìn)行查閱，同時調(diào)研、監(jiān)控出時效性的監(jiān)控數(shù)據(jù)，從而維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，該系統(tǒng)需要從以下控制模式進(jìn)行：第一，供電信息傳輸中，系統(tǒng)可將所涉及的視頻信息進(jìn)行壓縮，結(jié)合必要的回傳處理提高機組的運行穩(wěn)定性。其中，為方便信息的存儲與控制，需要對圖像及視頻進(jìn)行壓縮，并給予二次加密技術(shù)進(jìn)行信息傳遞，有利于視頻信息的存儲控制。需要注意的是，技術(shù)人員應(yīng)對所涉及的信息進(jìn)行分類，快速調(diào)取出需求的目標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)而提升視頻內(nèi)容的質(zhì)量。第二，電力信息監(jiān)控中，大數(shù)據(jù)可收集各類用電裝置的標(biāo)準(zhǔn)功能和測試數(shù)據(jù)指標(biāo)，在必要的對比分類中進(jìn)行統(tǒng)計，能夠促使電力在持續(xù)控制協(xié)調(diào)的過程中展開分析測試，經(jīng)過用電分析、用電測試、用電統(tǒng)計后分析出各個電力裝置的運行環(huán)境，進(jìn)而方便技術(shù)人員對高速公路路段進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測控制。另外，若供電裝置與測試點的位置相對較遠(yuǎn)時，則應(yīng)選擇太陽能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)供電，再結(jié)合信號轉(zhuǎn)錄裝置標(biāo)識出用電異常問題，有利于消除供電不持續(xù)、斷電、線路短路等負(fù)面現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，高速公路智能全監(jiān)控系統(tǒng)的有效應(yīng)用，能夠在數(shù)字視頻、圖像分析、文字整合的過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，再大數(shù)據(jù)的支持下進(jìn)行信號監(jiān)控，有利于凸顯出智能化控制的有效性。另外，技術(shù)人員應(yīng)及時優(yōu)化用電裝置，在必要的視頻分析過程中進(jìn)行智能化監(jiān)測，進(jìn)而提升高速公路全程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效率。