基于高分可視化技術(shù)的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

潘進(jìn)忠

甘肅紫光智能交通與控制技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730000

0 引言

我國高速公路體系日益完善，信息化建設(shè)的需求也越來越迫切。對(duì)于龐大的高速公路體系，傳統(tǒng)的指揮調(diào)度和運(yùn)營監(jiān)控模式已經(jīng)無法滿足使用要求，高速公路監(jiān)控要求出現(xiàn)新的變化。為了適應(yīng)高速公路發(fā)展的新需求，需要積極開展智慧高速公路建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高速公路監(jiān)控智能化管理。從我國高速公路信息化建設(shè)情況來看，我國高速公路信息化建設(shè)已經(jīng)逐漸完善，監(jiān)控系統(tǒng)也逐漸呈現(xiàn)信息化趨勢。但是由于高速公路監(jiān)控信息來源不一、格式不統(tǒng)一，導(dǎo)致高速公路信息化建設(shè)存在局限。為了推動(dòng)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，需要建立一套基于現(xiàn)有技術(shù)的高分可視化系統(tǒng)，有效連接高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享和統(tǒng)一，為高速公路發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)工程概述

1.1 工程概況

某地高速公路監(jiān)控中心負(fù)責(zé)該地區(qū)12 個(gè)高速公路路段的路網(wǎng)監(jiān)測，監(jiān)控人員可以了解高速公路路況、出行狀況及高速公路突發(fā)事件。高速公路的數(shù)據(jù)由該地區(qū)的機(jī)電維護(hù)站機(jī)房匯總，機(jī)房會(huì)搜集高速公路路段的通信、監(jiān)控及收費(fèi)等相關(guān)信息，并且統(tǒng)一接入高速公路管理平臺(tái)，為用戶提供出行建議和服務(wù)。高速公路信息統(tǒng)一接入12122 服務(wù)電話，由監(jiān)控中心匯總后下達(dá)指令，在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)高速公路狀況信息可視化，可以為高速公路安全運(yùn)行提供保障。為了適應(yīng)高速公路發(fā)展的需求，擬在當(dāng)前的高速公路公司綜合樓設(shè)置高速公路信息中心，對(duì)該地區(qū)的12 段高速公路進(jìn)行可視化監(jiān)控管理。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要用于運(yùn)營管理和監(jiān)控高速公路，并且傳遞數(shù)據(jù)、圖像等信息。以高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的信息作為應(yīng)急調(diào)度的數(shù)據(jù)來源，充分發(fā)揮信息化的作用。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)新需求

（1）采集基本的交通數(shù)據(jù)。采集路況信息、天氣情況等，并且對(duì)全縣交通運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督管理，提升監(jiān)控管理人員的及時(shí)反應(yīng)能力，并且為用戶提供必要的路段信息。

（2）減少交通事故。保障道路交通安全，建立高效的監(jiān)督系統(tǒng)，減少交通意外事故，減少二次事故發(fā)生率。

（3）實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控。傳統(tǒng)的監(jiān)控方式是由監(jiān)控人員進(jìn)行視頻監(jiān)控，并且以此掌握道路信息，但是由于高速公路數(shù)據(jù)復(fù)雜，監(jiān)控大屏無法呈現(xiàn)所有數(shù)據(jù)，因此需要利用監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與分析，利用可視化、高分辨的方式展現(xiàn)監(jiān)控圖像，滿足高速公路管理需求。

（4）滿足節(jié)假日出行的需求。重大節(jié)日高速公路車流迅速增加，而且行車人員疲勞駕駛率增加，交通意外發(fā)生率提高，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該成為應(yīng)對(duì)重大節(jié)假日的保障平臺(tái)，以滿足居民出行需求，降低交通事故發(fā)生率。

2 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

2.1 多元數(shù)據(jù)整合

高速公路信息化會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，由于不同的信息化系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息不統(tǒng)一，造成信息碎片化及信息孤島，降低了信息的可用性。在應(yīng)對(duì)高速公路突發(fā)狀況時(shí)，監(jiān)控人員需要分析處理海量信息，影響了決策效率[1]。為了解決信息碎片化的問題，需要建立統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)，整合多源數(shù)據(jù)，包括高速公路視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、情報(bào)板數(shù)據(jù)、應(yīng)急指揮數(shù)據(jù)等，從而提供關(guān)鍵信息，提升決策效率，有效應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。

2.2 數(shù)據(jù)可視化管理

傳統(tǒng)的監(jiān)控模式利用專業(yè)大屏幕播放信息，監(jiān)控人員從屏幕了解相應(yīng)信息。當(dāng)前的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)以列表和數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行管理，可視化系統(tǒng)和數(shù)據(jù)信息不統(tǒng)一。高速公路監(jiān)控管理需要應(yīng)對(duì)龐大的信息，傳統(tǒng)的屏幕播放和信息管理系統(tǒng)無法應(yīng)對(duì)當(dāng)前高速公路管理的需求。為了應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景，需要將數(shù)據(jù)信息與可視化技術(shù)結(jié)合，直觀且全面地展現(xiàn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)可視化管理。

2.3 指揮調(diào)度效率化

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)不斷增加，子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一，而且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式不直觀，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法發(fā)揮相應(yīng)作用；高速公路信息中心協(xié)同不足，無法對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行綜合判斷。構(gòu)建高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，可以利用大屏實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)多業(yè)務(wù)場景的可視化，對(duì)高速公路的日常場景、收費(fèi)場景及事件處置場景進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，并且調(diào)控各個(gè)系統(tǒng)，提升各個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同能力，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，以滿足高速公路安全運(yùn)行的需求。

3 高分可視化技術(shù)的應(yīng)用

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是利用相應(yīng)技術(shù)打造的多級(jí)聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，每個(gè)子系統(tǒng)能夠獨(dú)立運(yùn)作，也能夠彼此協(xié)調(diào)，完成相對(duì)復(fù)雜的工作。在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中，所有信息都能夠及時(shí)交換和共享。系統(tǒng)能夠滿足高速公路安全運(yùn)行的需求，為廣大群眾提供服務(wù)，也具有集成性和開放性，能夠滿足未來高速公路運(yùn)營的需求。

在展示高速公路監(jiān)控信息時(shí)，高分可視化技術(shù)可以聯(lián)動(dòng)不同的子系統(tǒng)，在一個(gè)平面上顯示不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，從而確保信息全面且準(zhǔn)確；利用高分可視化技術(shù)，可以顯示全路段信息，并且有效調(diào)度高速公路路段信息，包括GIS 地圖信息、可變信息標(biāo)注等。管理人員在高速公路監(jiān)控大屏中了解相關(guān)信息，可以明白突發(fā)事態(tài)的情況及路段信息，可以確保決策正確、資源調(diào)配合理。

3.1 屏幕選擇

將高分可視化技術(shù)應(yīng)用于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，能夠充分利用高速公路的大屏顯示功能，充分展示高速公路相關(guān)信息。為了滿足高速公路運(yùn)營管理需求，通常選用LCD 屏幕、DLP 屏幕和小間距LED 屏幕。相比于其他兩種屏幕，DLP 屏幕的分辨率高、視角廣，能夠充分展示高速公路相關(guān)信息。DLP 屏幕使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生較大的拼縫，可以將其應(yīng)用于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，充分顯示相關(guān)信息，為指揮調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。因此，本次高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)選擇DLP 屏幕。高分可視化技術(shù)和DLP 大屏技術(shù)結(jié)合，可以利用DLP 屏幕的高分辨率，顯示每個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，確保每個(gè)子系統(tǒng)都可以發(fā)揮出相應(yīng)功能。

3.2 信息采集和展示

應(yīng)用高分可視化平臺(tái)時(shí)，為了確保其功能，需要對(duì)高速路段的監(jiān)控信息進(jìn)行全面采集和匯總，并統(tǒng)計(jì)和分析相關(guān)信息。將高分可視化系統(tǒng)和大屏顯示、GIS地理圖像信息結(jié)合，能夠確保定位準(zhǔn)確，圖像清晰，并且使數(shù)據(jù)直觀地展示在管理人員面前，協(xié)助管理人員處理突發(fā)情況。

4 設(shè)計(jì)方案

該工程的監(jiān)控系統(tǒng)共分為4 層，其中第4 層為監(jiān)控大廳，第3 層為信息中心機(jī)房和光纜交接室，第1、2 層分別為電源進(jìn)線室和通信電源室。根據(jù)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的需求，將此監(jiān)控系統(tǒng)作為轄區(qū)內(nèi)的高速公路信息中心及應(yīng)急指揮調(diào)度中心。為了滿足相關(guān)需求，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、機(jī)房工程和視頻電話系統(tǒng)，并設(shè)置高分可視化工作站，將高分可視化技術(shù)應(yīng)用于高速公路道路監(jiān)控系統(tǒng)，收集必要的數(shù)據(jù)、語音和圖像信息，并且對(duì)高速公路進(jìn)行可視化管理。

4.1 業(yè)務(wù)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）視頻網(wǎng)。視頻網(wǎng)主要采集高速公路的道路沿線、收費(fèi)廣場車道、隧道內(nèi)外、事故現(xiàn)場等區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，在工程中，利用單模光纖將采集到的圖像視頻信息傳輸?shù)叫畔⒅行暮蛿?shù)據(jù)中心，借助數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控電視墻，能夠展示視頻網(wǎng)采集到的信息，并通過監(jiān)控系統(tǒng)記錄設(shè)備故障、截取攝像機(jī)視頻等，為合理調(diào)度提供依據(jù)。

（2）收費(fèi)網(wǎng)。該工程的高速公路選擇4 級(jí)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)的方式組成收費(fèi)網(wǎng)，4 級(jí)結(jié)構(gòu)分別為戰(zhàn)級(jí)網(wǎng)絡(luò)、中心級(jí)網(wǎng)絡(luò)、市級(jí)網(wǎng)絡(luò)和省級(jí)網(wǎng)絡(luò)，由于收費(fèi)網(wǎng)信息相對(duì)完善，而且收費(fèi)網(wǎng)設(shè)置在信息中心附近，因此只需要將相關(guān)服務(wù)器搬到信息中心機(jī)房，然后上傳收費(fèi)網(wǎng)信息到信息中心，便于后續(xù)管理[2]。

（3）綜合網(wǎng)。綜合網(wǎng)的主要功能是綜合管理高速公路辦公管理系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和12122呼叫語音系統(tǒng)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并且完成數(shù)據(jù)交換。該監(jiān)控系統(tǒng)工程主要是對(duì)轄區(qū)內(nèi)高速公路監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及內(nèi)部管理數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，將數(shù)據(jù)通過機(jī)電維護(hù)站綜合網(wǎng)上傳到信息中心，并且與轄區(qū)內(nèi)的隧道監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警等進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事件的綜合管理，并且將原有的12122 電話系統(tǒng)遷移到新的通信中心[3]。

4.2 機(jī)房工程

為了滿足高速公路監(jiān)控需求，根據(jù)樓層分布，信息中心共分為4 層，分別為第1 層的電源進(jìn)線室、第2 層的通信電源室、第3 層的信息中心監(jiān)控機(jī)房和光電纜交接室以及第4 層的監(jiān)控大廳。整個(gè)信息中心的用電負(fù)荷為一級(jí)，生活用電和系統(tǒng)用電分開，為了保障信息中心用電，在第1 層的電源進(jìn)線室設(shè)置UPS，為指揮中心提供獨(dú)立用電。根據(jù)信息中心的用電需求，配置相應(yīng)容量的UPS，并且配置相應(yīng)的電源電池柜和通信電池柜。

第3 層的信息中心監(jiān)控機(jī)房和光電纜交接室也配置相應(yīng)的配線柜，主要分為視頻網(wǎng)、收費(fèi)網(wǎng)、光綜合、綜合網(wǎng)布線總配線柜，以及備用柜。本層選擇集中布線的方式，將不同網(wǎng)絡(luò)的綜合布線總配與其他網(wǎng)絡(luò)連接，并且選擇單模光纜接到機(jī)房通信機(jī)柜，以滿足數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)男枨?。綜合布線系統(tǒng)共用接地系統(tǒng)，以保障接線用電安全，并且機(jī)房內(nèi)的所有設(shè)備、光纜、接地裝置和端接點(diǎn)均進(jìn)行標(biāo)識(shí)，打上標(biāo)簽，便于后期的管理和維護(hù)。

第4 層的監(jiān)控大廳設(shè)置DLP 大屏和3 座綜合控制臺(tái)，綜合控制臺(tái)前面設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)坐席，便于管理人員監(jiān)控高速公路相關(guān)情況。在坐席第1 排設(shè)置領(lǐng)導(dǎo)指揮坐席，領(lǐng)導(dǎo)指揮坐席配備麥克風(fēng)，便于領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行調(diào)度指揮；在第2 排設(shè)置監(jiān)控員和信息員坐席，為了給用戶提供服務(wù)，在每個(gè)坐席設(shè)置視頻網(wǎng)終端、綜合網(wǎng)終端和12122 座機(jī)；在第3 排設(shè)置其他業(yè)務(wù)設(shè)備，包括服務(wù)區(qū)監(jiān)控管理工作站、辦公內(nèi)網(wǎng)終端、可視化平臺(tái)、收費(fèi)系統(tǒng)查詢終端、火災(zāi)報(bào)警工作站等，對(duì)其他工作站進(jìn)行統(tǒng)一管理[4]。

4.3 視頻會(huì)議系統(tǒng)

通過視頻會(huì)議系統(tǒng)，可以與高速公路各級(jí)分公司進(jìn)行溝通交流，并且對(duì)不同區(qū)域開展指揮調(diào)度。在視頻會(huì)議系統(tǒng)中，設(shè)置大屏顯示、擴(kuò)聲、會(huì)議發(fā)言等子系統(tǒng)，并且利用通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鏈接，以滿足溝通交流、演練觀摩、遠(yuǎn)程會(huì)議的需求。

4.4 高分可視化工作站

高分可視化工作站是具備超高分辨率的專業(yè)圖形工作站，具有超強(qiáng)的計(jì)算力、圖片解析力，并且能夠與屏幕管理系統(tǒng)兼容，從而實(shí)現(xiàn)高速公路監(jiān)控全面信息化管理。該工程中，將高分可視化技術(shù)引入高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，在設(shè)置高分辨率GIS 地圖顯示引擎軟件的基礎(chǔ)上，由信息中心對(duì)管轄路段信息進(jìn)行綜合管理。利用高分可視化技術(shù)，可以對(duì)高速公路地圖進(jìn)行放大、縮小處理，并且能夠調(diào)節(jié)檢測器、攝像機(jī)等，以及收集收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)及隧道等位置的信息；如果高速公路路段發(fā)生意外，可以及時(shí)預(yù)警；如果高速公路路算測流量超標(biāo)，也可以進(jìn)行告警，便于后續(xù)的調(diào)度管理。

在應(yīng)對(duì)應(yīng)急事件時(shí)，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的高分可視化工作站可以結(jié)合不同子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，全面整合相關(guān)資源。高分可視化工作站可以在對(duì)事故信息進(jìn)行精準(zhǔn)定位的基礎(chǔ)上，及時(shí)掌握相應(yīng)信息，標(biāo)注事故發(fā)生原因、地點(diǎn)、時(shí)間及具體情況，統(tǒng)計(jì)事故相關(guān)車輛信息，對(duì)周邊交通進(jìn)行調(diào)度管理，以免事故影響擴(kuò)大化。面對(duì)車流量暴漲的節(jié)假日，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的。高分可視化工作站能夠統(tǒng)計(jì)道路交通信息，并且引導(dǎo)車輛，確保車輛通行順暢，一旦車流量超標(biāo)，會(huì)開啟監(jiān)控視頻并且預(yù)警，便于后期調(diào)度管理[5]。

5 結(jié)束語

綜上所述，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路信息化的重要組成部分，能夠保障高速公路正常運(yùn)行。為了滿足高速公路監(jiān)控需求，需要充分發(fā)揮高分可視化技術(shù)，融合不同子系統(tǒng)，協(xié)調(diào)各方面數(shù)據(jù)，并且根據(jù)相應(yīng)信息作出決策，提升應(yīng)對(duì)應(yīng)急事件、節(jié)假日的能力，提升高速公路管理水平。