雙蜂窩通信技術(shù)在高速公路救援車載視頻監(jiān)控中的應(yīng)用實(shí)踐

摘要 近年來，隨著國內(nèi)高速公路網(wǎng)的快速發(fā)展，高速公路交通流量和出行需求持續(xù)增長，道路交通環(huán)境日趨復(fù)雜，給道路安全保暢工作帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。文章針對(duì)清障施救車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，對(duì)雙蜂窩通信技術(shù)與車載視頻監(jiān)控進(jìn)行了有機(jī)融合，以期解決當(dāng)前傳統(tǒng)的清障施救車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在應(yīng)對(duì)高速公路事故處置過程中存在的終端信號(hào)延遲、圖像畫質(zhì)不高、GPS定位不準(zhǔn)和處置過程追溯滯后等問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類車輛的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理和實(shí)時(shí)監(jiān)督考核，提升高速公路運(yùn)營管理單位的安全保暢能力及信息化水平，進(jìn)一步夯實(shí)交通運(yùn)輸科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)，助力推動(dòng)公司在交通運(yùn)輸行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的創(chuàng)新高地。

關(guān)鍵詞 高速公路；清障施救；車載視頻；監(jiān)控視頻；雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信；無線通信

中圖分類號(hào) TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）20-0033-04

0 引言

高速公路作為現(xiàn)代交通的主動(dòng)脈，其暢通與否直接關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的便利。浙江省地形地貌復(fù)雜，陸域面積中山區(qū)占70.4%，平原占23.2%，河流和湖泊占6.4%，形成了山區(qū)道路多、橋梁多、隧道多的道路特點(diǎn)。近年來，隨著省內(nèi)高速公路網(wǎng)的快速發(fā)展，高速公路交通流量和出行需求持續(xù)增長，道路交通環(huán)境日趨復(fù)雜，給道路安全保暢工作帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。特別是今年以來，隨著高速公路事故頻發(fā)、重大事件多發(fā)，對(duì)重大突發(fā)事件應(yīng)急處置效能和協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制提出了更高要求，道路巡查與清障施救作為保障高速路網(wǎng)安全暢通的關(guān)鍵部分，其重要性日益凸顯。然而，傳統(tǒng)的清障施救車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)山區(qū)高速公路事故處置過程中，由于受運(yùn)營商基站信號(hào)強(qiáng)弱及現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境干擾等方面影響，經(jīng)常存在終端信號(hào)延遲、圖像畫質(zhì)不高、GPS定位不準(zhǔn)和處置過程追溯滯后等問題，難以滿足對(duì)各類事故救援車輛的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理和快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的監(jiān)督考核需求。

浙江交投高速公路運(yùn)營管理有限公司（以下簡稱“公司”）隸屬浙江省交通集團(tuán)，所轄高速公路為1 939 km，占集團(tuán)總里程60.22%；全線隧道共374座，占管轄里程的20.5%，占集團(tuán)隧道總里程的91.4%。一直以來，公司始終堅(jiān)持“四精四化”管理理念，踐行“兩個(gè)第一”使命要求，致力于持續(xù)提升高速公路運(yùn)行管理的專業(yè)化水平。因此，公司利用所屬的充足資源和堅(jiān)實(shí)的研發(fā)隊(duì)伍，以問題為導(dǎo)向，研發(fā)了一種高效、穩(wěn)定的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了實(shí)時(shí)監(jiān)控、高清錄像、GPS定位和雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信等多種功能，能夠在高速公路事故救援及應(yīng)急處置中發(fā)揮重要作用。該文將詳細(xì)介紹雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成、功能特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用效果表明該系統(tǒng)能夠有效提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和終端在線率，進(jìn)一步提升高速公路運(yùn)營管理單位的安全保暢能力及信息化水平，對(duì)交通行業(yè)的落地應(yīng)用及推廣均具有一定的指導(dǎo)意義。

1 現(xiàn)狀問題和解決思路

1.1 車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

高速公路車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)典型系統(tǒng)架構(gòu)主要由車載視頻監(jiān)控終端和攝像頭、語音對(duì)講盒、顯示屏、各種傳感器等組成，其中車載視頻終端集成有衛(wèi)星定位系統(tǒng)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊，作為整個(gè)車載系統(tǒng)通信的主體，保障與管理平臺(tái)的實(shí)時(shí)聯(lián)通。

車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺(tái)依托移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，結(jié)合B/S架構(gòu)優(yōu)勢，提供運(yùn)輸車輛、作業(yè)車輛的行業(yè)專屬服務(wù)。配套車載視頻監(jiān)控終端，可以安全高效地協(xié)助管理車輛，有效加強(qiáng)管理部門對(duì)清障施救作業(yè)車輛的管理。核心功能有：行車線路全程智能監(jiān)管、司機(jī)考勤、路線趟次管理、行車記錄回放、駕駛過程實(shí)時(shí)監(jiān)測、安全駕駛管控、電子檔案中心、運(yùn)行規(guī)律分析研判、終端運(yùn)維等。各級(jí)監(jiān)控工作人員可通過公司級(jí)車載視頻管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)與車載前端通過關(guān)注和及時(shí)通話等保持溝通，了解或指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)。

車載視頻終端作為車載系統(tǒng)的主體，集成有GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊，作為整個(gè)車載系統(tǒng)通信載體，承擔(dān)著車載系統(tǒng)通信網(wǎng)關(guān)的作用，車載視頻終端架構(gòu)示意圖如圖1所示。從車載視頻終端示意圖可以看出，車載視頻監(jiān)控終端對(duì)無線聯(lián)網(wǎng)（蜂窩網(wǎng)絡(luò)）功能的依賴度越來越強(qiáng)，無線聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定性越來越重要。

1.2 主要功能應(yīng)用

基于移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺(tái)依托移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合B/S架構(gòu)優(yōu)勢，配套車載視頻監(jiān)控終端，安全高效地協(xié)助管理作業(yè)車輛，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營管理單位對(duì)清障施救車輛運(yùn)行的事前預(yù)防、事中掌控、事后追溯、規(guī)范運(yùn)營、作業(yè)和用車，有效加強(qiáng)管理部門對(duì)車輛的管理。系統(tǒng)主要應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述核心功能：

實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控：車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能之一。通過車載攝像頭實(shí)時(shí)拍攝道路狀況，經(jīng)過視頻編碼器處理后，通過無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)將視頻畫面?zhèn)鬏斨凉竟芾砥脚_(tái)。公司管理平臺(tái)可以對(duì)接收到的視頻畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為高速公路事故救援提供有力支持。隨著視頻技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控視頻越來越高清，所需網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬越來越大。

GPS定位功能：能夠?qū)崟r(shí)定位車輛位置，有助于確定救援的發(fā)生地址。在高速公路事故救援中，GPS定位功能能夠幫助指揮中心迅速確定事故地點(diǎn)，調(diào)度附近的救援資源前往現(xiàn)場進(jìn)行施救。救援車輛的實(shí)時(shí)行駛軌跡，都通過無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至中心管理平臺(tái)，中心管理平臺(tái)可實(shí)時(shí)掌握車輛的位置。

遠(yuǎn)程通信功能：救援現(xiàn)場人員能夠與中心管理平臺(tái)保持實(shí)時(shí)溝通。通過雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)，救援現(xiàn)場人員可以與指揮中心進(jìn)行語音和視頻通話，實(shí)時(shí)傳遞現(xiàn)場信息，確保信息的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

1.3 存在問題及原因分析

目前，高速公路清障施救車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)長距離通信主要通過WiFi和4G通信模塊，將車載視頻監(jiān)控終端系統(tǒng)與公司車載視頻監(jiān)控管理平臺(tái)進(jìn)行無線聯(lián)網(wǎng)通信。浙高運(yùn)公司所轄高速公路通行環(huán)境復(fù)雜，山區(qū)橋隧占比高、彎道及長上下坡多，盡管中國移動(dòng)、中國電信、中國聯(lián)通三大運(yùn)營商在干線高速公路周邊大部分地區(qū)實(shí)現(xiàn)了4G/5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋，但受地理限制、基站布局和技術(shù)迭代影響，明顯地表現(xiàn)出局部山區(qū)或部分時(shí)段網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不均勻、信號(hào)連接質(zhì)量差，仍會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)斷網(wǎng)、掉線等異常問題出現(xiàn)，影響車輛監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的連續(xù)性。隨著管理精細(xì)化，數(shù)據(jù)量劇增、低時(shí)延及高度完整性需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了更高要求，而單一運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋難以全天候保證，無法充分支持這些高級(jí)別的業(yè)務(wù)需求。鑒于上述情況，強(qiáng)化車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性顯得尤為關(guān)鍵，需探索從車載監(jiān)控設(shè)備層面實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新和增設(shè)冗余措施，以有效應(yīng)對(duì)山區(qū)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋的局限性。

1.4 解決思路

隨著公司數(shù)字化改革轉(zhuǎn)型發(fā)展，車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端通信對(duì)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的需求也與日俱增。作為車載終端通信關(guān)鍵的實(shí)現(xiàn)部件之一的通信模組，需要更高帶寬和更低延遲確保通信功能的穩(wěn)定和安全。根據(jù)公司所轄高速公路行業(yè)環(huán)境和實(shí)際情況，從提升清障施救車載監(jiān)控視頻終端至中心管理平臺(tái)的信號(hào)質(zhì)量角度出發(fā)，研究設(shè)計(jì)了基于雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)終端在簡單可靠的前提下，綜合設(shè)計(jì)優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)和兼容接口，既節(jié)省了額外增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件投資成本，又降低了車載終端的總體功耗。

2 方案設(shè)計(jì)

該方案遵循適度超前、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、兼容擴(kuò)展的設(shè)計(jì)原則，整體設(shè)計(jì)利用4G傳輸特性好、無漫游切換等優(yōu)勢，配合雙網(wǎng)無縫自動(dòng)切換，做到多元化信息的實(shí)時(shí)傳遞。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)主要包括車載攝像頭、雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊、視頻編碼器、GPS定位模塊、車載終端和中心管理平臺(tái)等，其中雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信是該系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。同時(shí)，該系統(tǒng)具有良好的開放性和兼容性，更有利于標(biāo)準(zhǔn)化安裝。

2.1 雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)原理

雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種集成多種先進(jìn)技術(shù)的綜合性車載監(jiān)控系統(tǒng)?；跓o線聯(lián)網(wǎng)對(duì)車載視頻監(jiān)控終端系統(tǒng)的重要性考慮，針對(duì)單一網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商局部網(wǎng)絡(luò)異常的場景，設(shè)計(jì)了雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將原有的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)單一的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，替換成由2個(gè)通信模塊組成的新型通信部件，以解決網(wǎng)絡(luò)斷網(wǎng)/異常狀況，保障聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定。該系統(tǒng)采用2張SIM卡同時(shí)工作，車載視頻監(jiān)控主機(jī)可同時(shí)連接2家不同運(yùn)營商的基站網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擇優(yōu)使用，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的冗余備份，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在高速公路事故救援中，雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信能夠提供高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，支持實(shí)時(shí)視頻傳輸和遠(yuǎn)程控制功能。雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信充分保障了車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻遠(yuǎn)程預(yù)覽、車輛位置的實(shí)時(shí)定位、實(shí)時(shí)語音對(duì)講等遠(yuǎn)程作業(yè)指揮功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并為后續(xù)的視頻高清升級(jí)、遠(yuǎn)程車輛控制等功能的實(shí)現(xiàn)提供扎實(shí)的應(yīng)用基礎(chǔ)。

2.2 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

系統(tǒng)采用雙卡傳輸系統(tǒng)模塊[1]，由2個(gè)SIM卡座、協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)切換的網(wǎng)絡(luò)處理器和一些網(wǎng)絡(luò)連接接口組成。雙卡同時(shí)在線，當(dāng)其中一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商信號(hào)弱或中斷時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到另一個(gè)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，大幅提升了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率。雙卡傳輸系統(tǒng)模塊組成示意圖如圖2所示：

網(wǎng)絡(luò)處理器是一種可編程器件，專門設(shè)計(jì)用于處理數(shù)據(jù)包和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的任務(wù)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理、協(xié)議分析、路由查找等，能夠協(xié)調(diào)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流。網(wǎng)絡(luò)處理器將2個(gè)模塊分別配置成主、副模塊，并驅(qū)動(dòng)2個(gè)模塊同時(shí)連接2個(gè)不同的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。工作運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)處理器內(nèi)部程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測2個(gè)模塊的聯(lián)網(wǎng)信號(hào)強(qiáng)度和發(fā)送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間[2-3]。如果主模塊網(wǎng)絡(luò)連接正常（信號(hào)強(qiáng)和延時(shí)低），則將主模塊網(wǎng)絡(luò)作為車載監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)主模塊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常（信號(hào)弱或者延遲高）時(shí)，則經(jīng)評(píng)估后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切換。涉及的網(wǎng)絡(luò)切換場景如下：

主模塊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常時(shí)，同時(shí)監(jiān)測副模塊的網(wǎng)絡(luò)狀況，對(duì)比兩個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)劣，當(dāng)副模塊網(wǎng)絡(luò)更佳時(shí)，則將車載監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)切換至副模塊網(wǎng)絡(luò)。

主模塊網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時(shí)，切回成主模塊網(wǎng)絡(luò)。

主副模塊網(wǎng)絡(luò)都正常或都異常時(shí)，對(duì)比兩個(gè)模塊的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)劣，無明確的好壞區(qū)分時(shí)，則不做網(wǎng)絡(luò)切換，繼續(xù)保持原網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

通過該主、副模塊的設(shè)置和切換，能夠保障優(yōu)先使用主模塊網(wǎng)絡(luò)，方便流量費(fèi)用管理。

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

從2023年12月開始，公司在所轄六個(gè)管理中心先后部署了200多臺(tái)雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端。系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，車輛狀態(tài)及無線信號(hào)采集、信息匯聚、智能分析等多種技術(shù)手段，運(yùn)用流量檢測模型、車輛狀態(tài)控制模塊等實(shí)現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)的備份傳輸，有效避免了數(shù)據(jù)的丟失現(xiàn)象。

截至目前，雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)用效果得到充分驗(yàn)證，解決了長期以來清障施救車輛在作業(yè)過程中“看不到、定不準(zhǔn)”的問題。自系統(tǒng)上線以來，通過自動(dòng)數(shù)據(jù)備份傳輸達(dá)4 723條，實(shí)時(shí)向平臺(tái)推送車輛狀態(tài)15 627次，由于移動(dòng)信號(hào)原因?qū)е聰?shù)據(jù)丟失記錄信息從原來的7%下降到1%左右，車輛狀態(tài)從原來的延遲10 min左右，提高到10 s以內(nèi)，準(zhǔn)確率達(dá)100%。

該系統(tǒng)通過對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)前糾后補(bǔ)的方式，提高了車輛管理數(shù)據(jù)的及時(shí)性，提高了施救生產(chǎn)數(shù)據(jù)的完整性，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了重要的數(shù)據(jù)保障作用。通過實(shí)時(shí)傳輸事故現(xiàn)場的視頻畫面和定位信息，指揮中心能夠迅速了解現(xiàn)場情況并作出科學(xué)決策；通過高清錄像回放和GPS定位信息分析，準(zhǔn)確判定事故責(zé)任并優(yōu)化救援方案；通過遠(yuǎn)程通信功能保持與現(xiàn)場救援人員的溝通聯(lián)系，確保信息的及時(shí)傳遞和協(xié)同工作的實(shí)現(xiàn)，保障了高速公路

事故救援和應(yīng)急處置的實(shí)際需求。

3 總結(jié)與展望

在高速公路事故救援中，雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信能夠提供高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，支持實(shí)時(shí)的視頻傳輸和遠(yuǎn)程控制功能。雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有效解決了山區(qū)高速公路單一網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋異常區(qū)域的聯(lián)網(wǎng)問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)事故現(xiàn)場的全面監(jiān)控和及時(shí)響應(yīng)。積極推動(dòng)了新一代信息技術(shù)與交通運(yùn)輸行業(yè)的創(chuàng)新融合，充分保障了車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻遠(yuǎn)程預(yù)覽、車輛位置實(shí)時(shí)定位、實(shí)時(shí)語音對(duì)講等遠(yuǎn)程作業(yè)指揮功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并為后續(xù)的視頻高清升級(jí)、更多數(shù)據(jù)接入、更及時(shí)的遠(yuǎn)程車輛控制等功能的實(shí)現(xiàn)提供扎實(shí)的應(yīng)用基礎(chǔ)。

展望未來，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新進(jìn)步和應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)展，車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)揮其在道路安全保暢領(lǐng)域的重要作用，雙蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)也需要不斷升級(jí)和改進(jìn)，進(jìn)一步優(yōu)化雙模塊的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評(píng)估準(zhǔn)確性和網(wǎng)絡(luò)切換帶來的延時(shí)間隔，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。預(yù)計(jì)在不久的將來，該系統(tǒng)在全面推動(dòng)公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)和公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，會(huì)迎來更為廣闊的市場空間，不斷提升高速路網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量、通行效率和運(yùn)營能力，也為人民群眾帶來更安全、更美好的出行環(huán)境。

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收稿日期：2024-09-19

作者簡介：琚冬祥（1972—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：交通工程管理、運(yùn)營管理。