高速公路通信監(jiān)控系統(tǒng)分析

文/鄔亮、許婷琴

1 前言

不同于一般性質(zhì)的公路，高速公路素來承擔(dān)著較重的交通通行任務(wù)，且長途車輛以及危險品車輛較多，因此在進(jìn)行相關(guān)工程施工的過程中應(yīng)提升高速公路的通行能力以及質(zhì)量。隨著我國高速公路通行里程的不斷增加以及全線通信監(jiān)控的高效落實，保障了高速公路的安全運(yùn)營以及科學(xué)化運(yùn)行。

2 通信監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

自融入世界經(jīng)濟(jì)體系以后，我國高速公路就進(jìn)入快速發(fā)展階段，極大帶動了沿線城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但與此同時，在不斷交織的高速公路網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，交通事故發(fā)生的概率也在不斷增加。

在高速公路中有效應(yīng)用通信監(jiān)控系統(tǒng)，降低了人工方面的成本，極大保障了沿線道路全天候、全方位的監(jiān)控效果，確保高速公路運(yùn)行的通暢和安全。鑒于此，加強(qiáng)高速公路中通信監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)就顯得極為重要[1]。

3 通信監(jiān)控系統(tǒng)組成

該類系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集和閉路監(jiān)視以及信息顯示和中心集控等部分構(gòu)成，它能夠?qū)崿F(xiàn)對高速公路沿線信息的實時采集和全方位記錄，極大保障了交通管制信息發(fā)布以及交通狀況調(diào)控的科學(xué)與高效；另外，可細(xì)化為視頻采集和云臺控制以及信號傳輸和視頻處理等系統(tǒng)，以下做具體介紹。

視頻采集系統(tǒng)主要由分布于高速公路各個觀測點上連接有云臺裝置的攝像機(jī)組成。通過這些高性能數(shù)碼攝像機(jī)，即可采集路況實時視頻圖像信號，而通過云臺裝置則可進(jìn)行沿線區(qū)域的實時視頻監(jiān)控。

云臺控制系統(tǒng)主要由云臺和控制器兩部分構(gòu)成。其主要作用在于遙控攝像機(jī)處理圖像和調(diào)整觀測位置。

信號傳輸系統(tǒng)主要包括電源和視頻以及控制信號等線路，高速公路沿線交通以及收費站等附屬設(shè)施的狀況都是由其具體完成。

視頻處理系統(tǒng)主要由特定的處理器構(gòu)成。通過其與監(jiān)測視頻的連接，即可完成高速公路圖像的分析以及后續(xù)的圖像顯示。

高速公路信息監(jiān)控系統(tǒng)的硬件主要涉及交換機(jī)和監(jiān)控單元以及主干網(wǎng)和遠(yuǎn)程終端等。另外，通信監(jiān)控系統(tǒng)還包括收費監(jiān)控和圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控等，前者主要包括圖像輸入以及語音輸入和通信監(jiān)控等相關(guān)裝置，而后者則由圖像輸入和外場設(shè)備以及寬帶分布式網(wǎng)絡(luò)單元等具體構(gòu)成。其中，不僅包括寬帶分布式網(wǎng)絡(luò)單元，還包括計算機(jī)和通信控制板以及矩陣切換電路等模塊，極大保障了整個系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

4 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

4.1 軟硬件建設(shè)

對于高速監(jiān)控系統(tǒng)來說，因其自身的數(shù)據(jù)信息量往往比較大，因此相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在傳輸速率應(yīng)保持在不低于100Mb/s，且以以太網(wǎng)、局域網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)類型，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以總線型局域網(wǎng)為主，相應(yīng)的傳輸協(xié)議采用通用的TCP/IP 協(xié)議。對于客戶機(jī)，相應(yīng)的操作系統(tǒng)為Windows 2000 Professional，涉及的開發(fā)工具以Delphi 為準(zhǔn)，并采用ORACLE 類型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。另外，攝像頭以及氣象設(shè)備等其他信息采集設(shè)備，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實情況進(jìn)行配置[2]。

4.2 服務(wù)器設(shè)置

高速公路運(yùn)行安全有著極為重要的意義，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)發(fā)揮出相應(yīng)的作用，通過高效的雙服務(wù)器配置，穩(wěn)定地提供信息數(shù)據(jù)服務(wù)。對于高速公路通信監(jiān)控系統(tǒng)來說，其主要是由兩臺服務(wù)器和共享磁盤陣列構(gòu)成的，在監(jiān)測中有著顯著的功效，且對于故障處理也有著突出作用。所謂的心跳檢測，具體來說就是定期進(jìn)行客戶端的信息反饋，以獲取兩個服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)；而故障恢復(fù)則是系統(tǒng)故障之前存儲狀態(tài)的一個恢復(fù)，如果出現(xiàn)故障，系統(tǒng)即會模擬時間反向的一個情況，例如重試和記錄運(yùn)行日志等，以達(dá)到既定的一個效果。另外，時鐘同步在分布式系統(tǒng)中也有著極為重要的作用，該系統(tǒng)采用的是主仆式和時間服務(wù)器的時間同步化策略。通過在系統(tǒng)中建立高效的時間服務(wù)器，而系統(tǒng)中的其他節(jié)點則通過通信網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器獲取正確的時間，以達(dá)到修正各自時間的一個目的，實現(xiàn)了系統(tǒng)各節(jié)點時間的同步。

4.3 通訊模塊設(shè)計

對于通訊模塊的設(shè)計來說，其主要從通訊數(shù)據(jù)包設(shè)計以及線程兩方面來具體實施。

4.3.1 通訊數(shù)據(jù)包設(shè)計。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳遞的包主要有請求包和應(yīng)答包兩類，同時這兩類又有其他的部分構(gòu)成，請求包包括登錄和心跳監(jiān)測等，而應(yīng)答包同樣也有著相應(yīng)的分包部分。對于網(wǎng)絡(luò)通信中TCP 通訊包，其前24byte 主要用于相關(guān)信息的存放，為圖形模塊以及數(shù)據(jù)等的傳輸提供基礎(chǔ)條件。因通信模塊中每個線程只承擔(dān)數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，則相應(yīng)的控制就應(yīng)更為具體，例如客戶端向A 發(fā)送數(shù)據(jù)和A 向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)出一種單個的傳遞，這樣一種設(shè)定能夠極大保障系統(tǒng)傳遞信息的高效性[3]。

系統(tǒng)建立stocket 的過程具體如下：首先構(gòu)建相應(yīng)的客戶端并向服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)，以建立Send Socket連接，然后通過客戶端與服務(wù)端數(shù)據(jù)的連接，形成Receive Socket 的連接。通常情況下，以上兩個連接完成以后，即代表客戶端與服務(wù)端建立成功。

4.3.2 線程實現(xiàn)。 主要涉及DeviceThread 和GetOrderThread 等兩個線程，前者以發(fā)送命令和采集參量為主，后者用于讀取命令并執(zhí)行。DeviceThread線程類的實現(xiàn)方式如下：根據(jù)特定對象進(jìn)行分析和設(shè)計，并完成設(shè)備的封裝。對于外圍通信設(shè)備來說，相應(yīng)的通信一般都應(yīng)在DeviceThread 線程類中實施。一個串口對應(yīng)一個相應(yīng)的實例，從該串口發(fā)送命令時即隨即生成，這樣條件下的運(yùn)行對于節(jié)約系統(tǒng)資源無疑是極為便捷的。通常情況下，一個命令發(fā)出以后，ConunandQueu 中的第一個元素就會被清空，而其余的元素則依次前移，由此形成了命令的一個排隊發(fā)送的形式?？傮w而言，在監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建時，為了達(dá)到整體系統(tǒng)的要求，還需要結(jié)合項目的實際情況，綜合性選擇有效措施，以此保證線程高效性。

4.4 事務(wù)管理模塊設(shè)計

事務(wù)處理模塊分為查詢統(tǒng)計模塊和橋梁、隧道、道路等管理模塊以及變電站管理模塊。查詢統(tǒng)計模塊用于收集用戶查詢信息，將該信息傳遞給通信模塊；橋梁、隧道、道路等管理模塊用于不同路段不同設(shè)備的狀況顯示，并收集用戶的控制信息將該信息傳遞給通信模塊；變電站管理模塊用于各個變電站不同設(shè)備的狀態(tài)顯示，并收集用戶的控制信息將該信息傳遞給通信模塊。具體實現(xiàn)時，橋梁模塊負(fù)責(zé)監(jiān)視橋梁的道路運(yùn)行情況，隧道模塊負(fù)責(zé)監(jiān)視隧道交通情況，道路模塊則監(jiān)視非橋梁和隧道的道路情況[4]。

4.5 視頻交通事件自動檢測系統(tǒng)設(shè)計

在交通安全領(lǐng)域中，視頻交通事件自動檢測系統(tǒng)設(shè)計起到的作用很大。在通過事故多發(fā)段固定攝像頭對視頻錄像、數(shù)據(jù)采集后將其作為輸出點，然后在處理分析圖像后可全面檢測交通參數(shù)，達(dá)到各種交通事件事故的自動化動態(tài)監(jiān)測。此時，系統(tǒng)能夠快速報警，為交通安全運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。而針對交通事件中的自動檢測系統(tǒng)而言，需要將固定的攝像機(jī)等全套設(shè)備安置于對應(yīng)的監(jiān)控分析系統(tǒng)中，確保事件監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠直接、快速地傳遞到系統(tǒng)中心，從而在綜合性分析數(shù)據(jù)后給出決策。

5 通信監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

5.1 云計算服務(wù)于通信監(jiān)控系統(tǒng)

在實踐的過程中，通過海量工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器，在相應(yīng)的系統(tǒng)中全面儲存交通的通行情況、天氣信息以及車流數(shù)據(jù)，并且構(gòu)建服務(wù)中心，然后利用云計算的方式處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)，就能夠達(dá)到高速處理的效果，并且還能全面分析獲取的數(shù)據(jù)，這對增加行車路線的選擇、強(qiáng)化高速公路的安全通行性能有著非常重要的幫助。在未來工作開展的過程中，通過互聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用以及在協(xié)同云計算機(jī)技術(shù)作用下，省去了服務(wù)器的運(yùn)算過程，在一定程度上能夠為用戶的訪問提供良好的基礎(chǔ)，大大降低交通堵塞風(fēng)險[5]。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)于通信監(jiān)控系統(tǒng)

在新時期背景下，通信監(jiān)控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢也逐漸向著物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)方面去發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中相互聯(lián)通信息技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在高速公路ETC 車道和高速公路視頻建設(shè)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。在未來的發(fā)展中，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷更新與加強(qiáng)，該技術(shù)還能逐漸應(yīng)用于車輛道路環(huán)境周圍，將各項周圍環(huán)境有機(jī)連接在一起，同時將通信技術(shù)、信息技術(shù)、電子控制技術(shù)等連接成一體，實現(xiàn)高效監(jiān)控，為車輛的出行提供豐富、安全且準(zhǔn)確的信息，大大提高車輛交通運(yùn)行的能力。

6 結(jié)語

在現(xiàn)代高速公路穩(wěn)定、高效運(yùn)行過程中，通信監(jiān)控系統(tǒng)有著極為重要的現(xiàn)實價值。盡管我國在通信監(jiān)控系統(tǒng)方面的建設(shè)尚處在起步階段，但相信在社會各界以及技術(shù)高速發(fā)展的條件下，我國在這方面的應(yīng)用和實踐必定會更為高效和科學(xué)，能夠更為便捷地服務(wù)于高速公路運(yùn)營。