高速公路视频监控系统的设计方案.pdf

2023 年 7 月高速公路视频监控系统的设计方案张云涛（广东新粤交通投资有限公司，广东 广州 510700）【摘要】为有效解决高速公路上视频监控点多袁监控系统无法实现联网导致的管理不足尧信息无法共享等问题袁设计开发了高速公路视频监控系统遥 首先袁该系统有 3 层架构袁分别为前端层尧传输层以及管理层遥 其次袁从软件设计和硬件设计两个方面设计高速公路视频监控系统袁包括分级远程管理尧实时视频监控功能以及语言通话功能等遥 最后袁经实验证明该系统具有可行性袁该系统的设计不仅能够有效保障高速公路安全运营袁还有望为其他公路视频监控系统的构建提供相应参考遥【关键词】高速公路曰视频监控曰监控系统曰远程监控曰视频采集【中图分类号】TN948.6【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）07-0181-030 引言由于高速公路具有高质量的行车条件，行驶车辆速度较快，导致高速公路中容易出现各种类型的交通事故，如重大交通事故或者特大交通事故等，甚至还会发生二次连锁事故。如果不引进先进技术构建完善的高速公路视频监控系统，在交通量较大的情况下，很容易发生交通事故。所以，如何通过利用视频监控系统，全面监视和控制高速公路交通流量和运行，及时发现并处理不同情况，保障高速公路的安全运行是当前相关部门需要解决的问题1。1 高速公路视频监控系统概述1.1 结构组成高速公路视频监控系统设计由道路监控和收费监控两个部分构成。其中，道路监控系统主要监控高速公路的各个干线、互通立交以及山洞隧道等相关高速公路路段，从而帮助管理人员及时了解掌控高速公路上的交通情况。若发现存在交通堵塞或者违章车辆，可以及时给予指导，从而为高速公路的安全运行提供保障。而收费监控系统主要对收费站车道、收费亭、收费广场等地的收费情况，通过的车辆类型，收费员的相关操作过程，收费时的突发事件等进行详细观察与记录，以进行有效监督2。因此，当前高速公路视频信号管理与监控主要分为收费站、监控分中心以及监控中心 3 个部分。1.2 视频监控系统设计思路从高速公路视频监控系统的总体结构上来看，收费监控系统设计和道路监控系统设计均可以分前端摄像机、监控室控制和显示设备、传输链路等 3 个部分。首先，前端摄像机设置在视频监控系统道路沿线，隧道洞口、洞内、收费站、收费亭以及收费车道等部分均设置摄像机。根据前端摄像机的性能优点，可以将其划分成固定式、焦距可控式等类型。其次，传输链路可以选择点对点、端对端等传输模式，结合传输距离介质实现远近距离的数据传输。最后，从监控室控制和显示设备方面来看，视频监控系统配备了高速公路视频控制矩阵、监视器、时滞录像机等设备，并且还可以根据具体情况增添视频分配器或多画面分割器等设备。同时，高速公路收费站和前端摄像机之间、高速公路监控中心和收费站之间的连接，均需要利用光端机传输图像。应用光端机能够更好地满足高速公路沿线交通状况视频的高质量以及实时性要求，抓拍违章车辆。而高速公路监控中心借助矩阵联网，能够有效控制高速公路上各个类型收费站以及沿路的所有图像3。2 高速公路视频监控系统总体设计2.1 总体架构设计高速公路视频监控系统总体架构设计如图 1 所示。本文选用三级架构技术和浏览器/服务器（browser/server,B/S）模式，设计系统的前端层、传输层以及管理层。2.1.1 前端层前端层又是物理设备层，其中主要包含了全景摄像机、录像机、音响和数字编码设备等。这些设备是视频监控系统设计的基础，能够满足视频监控系统图像采集和数据传输的需求。同时，前端层设计能够结合对实际图像的要求，选择不同类型的视频采集传感器，使用数字编码设备对采集到的视频数据进行编码，并将其信号进行大小转换，从而更快地传专题综述1812023 年 7 月输视频信号4。2.1.2 传输层传输层主要负责将前端层采集的信号传输到管理层，不过在传输层当中，不需要考虑信号传输时所存在的信号衰减问题。而本文在设计传输层时，应用了无线网桥传输、5G 传输以及有线传输等 3 种模式，能够远程传输信号和控制视频监控系统。2.1.3 管理层管理层配备了高速公路视频监控系统所需的各种服务器和终端设备，以实现对高速公路道路和收费站情况的整体监控，以及对视频数据的分类、存储以及分析处理等。2.2 主要功能模块设计视频监控系统一般借助服务器分析和处理摄像机和录像机所录制的视频，并向管理用户展示最后的视频数据结果。因此，高速公路视频监控系统的软件设计主要由页面端单元模块、运行环境以及监控中心平台模块等 3 个部分构成。2.2.1 页面端单元模块页面端单元模块能够帮助不同用户更加直观地了解和认识视频监控系统的作用，针对该模块的设计需要严格遵循易操作性、可扩展性以及实用性等原则。不同类型的用户能够通过页面端实时、高效地借助 web 网络与服务器有效分析和处理视频监控系统前端层的信息数据，从而达到统筹全局的目的。页面端单元模块设计包含了基础应用，视频、卡口入侵报警，电子地图，运营维护以及事件中心等多个功能，其中最重要的是视频录像回放和视频监控功能。从分级管理方面来看，系统管理员可以赋予不同用户对应的等级，保障用户能够成功登录视频监控系统页面端，从而有效处理相关业务。同时，系统管理人员还可以借助系统实时监控和统筹管理道路以及收费站情况5。2.2.2 远程应用程序接口控制远程应用程序接口控制主要采用传输控制协议（transmission control protocol,TCP），为视频监控系统提供解码器和远端服务器之间的通信接口，能够借助远端服务器中的控制软件有效控制编解码器。2.2.3 监控中心平台监控中心平台能够根据高速公路现场实际情况建立相应的标准协议，并连接视频存储服务器，从而获得关于高速公路的交通时间、交通堵塞、收费站收费操作、紧急救援等视频，为后续事件的确定和执行提供相应参考依据。本文设计的视频监控系统，还具备较高的容错能力和纠错能力，既可以实现和上级平台的无缝衔接，又能够实现音视频的编解码处理6。2.2.4 运行及开发环境搭建本文利用 B/S 模式搭建运行环境，借助 Microsoftvisual studio 2018 开发视频监控系统的数据采集平台，相关参数如表 1 所示。项目浏览器软件环境浏览器硬件环境服务器软件环境服务器硬件环境处理器Intel Core i9Intel Core i9操作系统Win10 系统Windows 2012数据库SQL Server 2012SQL Server 2012物理内存16 GB64 GB硬盘容量2 TB8 TB运行环境架构.Net Framework 4.6.Net Framework 4.6表 1 软件尧硬件开发及运行环境设计图 1 高速公路视频监控系统总体架构设计全景摄像机球机枪机前端层监控点 1监控点 2监控点 3监控点 N无线网桥传输层合同段 1合同段 2合同段 3合同段 4合同段 N监理 1监理 2监理 N互联网管理层管理中心5G专题综述2.2.5 前端单元模块前端单元模块借助视频编辑码压缩全景摄像机采集的视频信息，通过通信组网将其传输至高速公路监控中心和监控分中心，并由监控中心保存接收到的信息和存储录像。同时，前端单元模块的设计好坏，对高速公路视频监控系统质量有直接影响。2.2.6 通信模块高速公路视频监控系统设计，实现了省监控中心与下级多个类型收费站之间的多级联网控制。且系统联网控制模式分为软件和硬件联网模式两种。1822023 年 7 月其中，软件联网模式需要借助各个地方的监控中心和计算机软件，对视频矩阵主机进行管理，从而达到相应的联网控制要求。从通信模式上来看，本文利用以太网联网通信模式，通过矩阵主机实现省高速公路的全面监控联网。这样不仅能够有效降低高速公路联网的成本，还能够进一步提高其工作效率。2.2.7 数据采集模块数据采集模块能够采集外场监测设备数据、网络数据信息、状态信息以及交通事件信息等数据信息，并有对应的功能模块对采集数据进行有效分析和处理。并且，视频监控系统所提供的接口，还可以互连和共享数据。视频监控系统主要以不同的高速公路为单位，独立进行视频监控。因此，高速公路视频监控系统的联网只能够有效连接监控中心和监控分中心、收费中心和收费站等。但不管是针对哪一级监控室，均可以实时显示和存储所得的视频信号，从而为后期查阅提供支持7。2.2.8 交通监控及联动模块交通监控模块主要利用视频监控系统控制视频信号灯，其控制模式分为单控模式和群控模式两种。其中群控模式是由管理人员来确定的，管理人员通过控制信号灯界面，能够更好地选择系统的指示器控制方案设计。而交通联动模块需要借助软件才能够实时接收视频事件、紧急电话等报警信息。当视频监控系统接收到相应的报警信息之后，系统就会及时提示管理人员，并将其报警位置以及附近的相关图像切换到指定位置，供管理人员确认交通事件。3 应用方案3.1 高速公路视频联网控制方案设计高速公路视频联网控制可以分为以个人计算机（personal computer,PC）为主的多媒体控制模块和以微处理器为主的矩阵控制模块。其中，矩阵控制模块是一种传统的闭路电视（closed谣circuit television,CCTV）控制模块，能够实现视频监控系统的系统配置、用户编程、视频切换控制、遥控摄像机控制、报警联动等功能，且能够在闭路的视频监控系统中得到充分应用。同时，该系统还具备网络接口和串行接口，能够和 PC 链接。而多媒体控制模块主要利用软件实现矩阵切换控制、报警功能等操作，并且具备网上视频浏览功能。3.2 视频图像传输方案设计高速公路收费亭、收费车道以及收费广场等地的摄像机所拍摄的图像和视频，其传输距离较近且传输的视频路数非常有限。因此，可以利用同轴电缆或者光纤来进行视频传输模拟，具有较高的性价比。受高速公路道路摄像机设置距离的影响，图像传输需要根据实际情况来选择对应的方案。例如，可以先将视频就近传输到对应的收费站或收费点，然后通过收费站的图像系统将视频统一传输到高速公路监控中心8。4 结语本文首先以计算机技术和人工智能为核心，结合三级架构技术和 B/S 模式，对高速公路视频监控系统进行设计。用户可以随时随地通过浏览器进入系统，监测高速公路行驶的情况。其次，从软件和硬件等方面完成了系统设计，并结合项目的实际情况，设计了无线网桥、5G 通信以及远程通信控制组网，从而使该系统更具可扩展性，以此进一步提高了用户的工作效率，并实现了对影响高速公路通行能力的各种类型事件进行分类、报警和记录等管理。最后，经过试验分析，证明了该系统能够满足高速公路的项目需求，保障了管理人员对高速公路的实时监控。参考文献1 朱彦姣.高速公路特长隧道中高清视频监控系统的设计J.机电信息，2021（8）：39-40.2 毛瑞.高速公路隧道监控系统联合设计方案探析J.中国交通信息化，2021（3）：126-129.3 刘昌新.高速公路养护监控管理系统的设计与实现D.兰州：兰州大学，2020.4 倪四清，左光恒，张俊.高速公路建设远程视频监控系统的设计与实现J.工业仪表与自动化装置，2022（2）：76-80.5 张慧辰，孔晨晨，杨卓敏.基于视频分析的高速公路违法行为识别系统设计与实现J.科学技术创新，2022（3）：182-185.6 毛昭勇，王亦晨，王鑫，等.面向高速公路的车辆视频监控分析系统J.西安电子科技大学学报，2021，48（5）：178-189.7 万敏达，王昌伟，乔建军，等.广深高速智能监控分析系统J.中国交通信息化，2020（11）：102-106.8 王海英，李贺华，李旭瑶，等.高速公路建设远程视频监控系统的设计与实现J.公路，2020，65（9）：183-188.作者简介院张云涛（1990），男，汉族，湖南邵阳人，本科，工程师，主要从事高速公路交通工程施工及管理工作。专题综述183