高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)分析

楊平

摘 要：高速公路監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)路況及車流視頻信息的綜合分析，從而提升交管部門應(yīng)急處突的能力，為智能交通提供可靠的數(shù)據(jù)保障。本篇通過高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及功能，來探討高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：高速公路;監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計(jì)

當(dāng)今社會(huì)，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)無處不在，例如公安的天網(wǎng)系統(tǒng)，排球比賽的鷹眼挑戰(zhàn)系統(tǒng)，車站的人臉識(shí)別系統(tǒng)。2020年1月1日全國高速公路取消省界收費(fèi)站及并網(wǎng)切換是收費(fèi)系統(tǒng)的革命性變化，收費(fèi)全面由人工轉(zhuǎn)向ETC，車牌識(shí)別作為關(guān)鍵技術(shù)發(fā)揮了舉足輕重的作用。

一、關(guān)于高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)

1、監(jiān)控系統(tǒng)的概念

高速公路上的監(jiān)控系統(tǒng)分為道路監(jiān)控，門架及收費(fèi)站監(jiān)控兩部分。前者的實(shí)施主體是公安交管部門，其目的為監(jiān)察公路違法行為;后者的實(shí)施主體是收費(fèi)部門，其目的是保證通行費(fèi)應(yīng)征不漏。高速公路監(jiān)控的功能主體是攝像機(jī)、直接監(jiān)控對(duì)象是車，間接監(jiān)控對(duì)象是人。

2、監(jiān)控系統(tǒng)的特性

（1）實(shí)時(shí)性。視頻顯示終端能夠?qū)崟r(shí)反映被監(jiān)視場所的狀況，因此傳輸延時(shí)作為一個(gè)衡量監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)劣的指標(biāo)格外重要。

（2）安全性。監(jiān)控系統(tǒng)要保證視頻數(shù)據(jù)的完整性不被刪除修改，能夠在停電時(shí)自動(dòng)觸發(fā)UPS供電繼續(xù)工作，能夠在無視頻信號(hào)時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

（3）兼容性。監(jiān)控系統(tǒng)各部分應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一協(xié)議接口，實(shí)現(xiàn)功能模塊化，接口標(biāo)準(zhǔn)化，連接網(wǎng)絡(luò)化，存儲(chǔ)數(shù)字化，便于系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)充。

3、監(jiān)控系統(tǒng)的作用

（1）不利天氣監(jiān)測。如雨雪、大風(fēng)、沙塵暴等影響公路通行的極端天氣，方便交管部門采取管制限行措施。

（2）交通事故監(jiān)測?？梢詭椭痪{(diào)查取證，劃分事故責(zé)任。

（3）交通違法監(jiān)測。例如逆行、超速、違規(guī)變道、拋灑丟棄、隨意停車、套牌、逃費(fèi)等。

（4）路產(chǎn)路權(quán)保護(hù)。對(duì)于交通事故造成的公路設(shè)施損壞、路面污損和盜竊公路設(shè)施的行為進(jìn)行證據(jù)固定，確保國有資產(chǎn)損失追究。

（5）行駛路線核驗(yàn)。取消高速公路省界收費(fèi)站工程并網(wǎng)切換實(shí)施以來，CPC卡取代紙質(zhì)通行券或IC卡成為非ETC車輛進(jìn)出高速的收費(fèi)依據(jù)，有效避免了通過倒換卡券偷逃通行費(fèi)的行為，高速超時(shí)費(fèi)也載入史冊(cè)不再提起，其主要原因是CPC卡能夠與處于高速公路公路交匯處的門架進(jìn)行信息交互，記錄車輛行駛的關(guān)鍵點(diǎn)位、從而獲得車輛進(jìn)出高速公路唯一的真實(shí)的行駛軌跡，當(dāng)門架與CPC通信故障或者寫入失敗時(shí)，車道攝像機(jī)就成為確定車輛行駛軌跡的唯一依據(jù)。

二、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)分析

1、基本組成部分的設(shè)計(jì)

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要由音視頻采集設(shè)備、音視頻傳輸設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、控制及顯示設(shè)備五部分組成。

音視頻采集設(shè)備主要是車道或門架攝像機(jī)。攝像機(jī)的核心是圖像傳感器。主要分為CCD和CMOS兩種。CCD（Charge Coupled Device）于1969年誕生于美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，基于光電效應(yīng)理論，將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲得數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，典型應(yīng)用如掃描儀。CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）作為圖像傳感器的后起之秀，以其低成本的優(yōu)勢迅速占領(lǐng)市場，在手機(jī)攝像廣泛應(yīng)用。

鎧甲光纜作為高速公路遠(yuǎn)通信的主要傳輸介質(zhì)，具有抗拉抗壓、防鼠防潮的特點(diǎn)，同時(shí)配合信號(hào)放大器防止由于信號(hào)衰減造成的圖像失真。

云臺(tái)通過矩陣控制器旋轉(zhuǎn)攝像頭進(jìn)行拍攝。云臺(tái)是指兩個(gè)交流電機(jī)組成的平臺(tái)，可以進(jìn)行水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，在監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，最好選擇密封性能好，載荷能力強(qiáng)，防水防塵防雷性能優(yōu)異的云臺(tái)。

視頻分配器和視頻切換器分別是一對(duì)多和多對(duì)一的關(guān)系。視頻分配器可以將同一視頻分別傳輸給不同地理位置的監(jiān)視器上。而視頻切換器則是為了節(jié)省顯示終端將多路視頻通過切換的方式逐一顯示在一臺(tái)監(jiān)視器上。畫面分割器則是同時(shí)將多路視頻顯示在一臺(tái)監(jiān)視器上，通常有4畫面、9畫面、16畫面等布局.

2、設(shè)備技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)

（1）當(dāng)車速以120km/h通過門架時(shí)，非高速高清攝像機(jī)不能獲得清晰的圖像。高速攝像機(jī)是指幀率高，專門對(duì)高速物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行精確捕捉。過高的幀率對(duì)攝像機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)造成壓力;像素越高畫面越細(xì)膩，但是過高像素會(huì)因?yàn)榻档蛦蝹€(gè)像素的亮度產(chǎn)生噪點(diǎn)。因此產(chǎn)品性能通常是需求和成本妥協(xié)的結(jié)果。

（2）4K電視的流行使H265成為視頻編碼主流，相比H264，同等圖像質(zhì)量視頻體積將減少39%～44%，因此在硬盤錄像機(jī)容量有限的情況下，使用高壓縮率編碼可以存儲(chǔ)更多的視頻。

（3）監(jiān)視器又稱為顯示器，主流顯示技術(shù)有LCD和OLED兩種，一般有分辨率和刷新率兩個(gè)主要指標(biāo)。高分辨率可以使畫面更細(xì)膩更自然;高刷新率使得畫面切換更連續(xù)，響應(yīng)更快速。

3、字符疊加與字符識(shí)別

字符疊加與字符識(shí)別是兩種相反的過程，前者是將字符同步嵌入到圖像當(dāng)中，進(jìn)行視頻狀態(tài)描述;后者則是將圖像中的字符分離出來，進(jìn)行字?；蛱卣髦灯ヅ?，獲取圖像中的潛在信息，最典型的應(yīng)用是車牌識(shí)別。

（1）視頻畫面加字符描述可以準(zhǔn)確反映正在發(fā)生的事態(tài)。例如對(duì)高速公路收費(fèi)過程的監(jiān)控。首先要保證亭內(nèi)攝像機(jī)和車道攝像機(jī)時(shí)間同步，借助字符疊加板的字符標(biāo)注功能添加時(shí)間、車道、車號(hào)、車種車型、工號(hào)、收費(fèi)金額等信息。

（2）單個(gè)像素通常有R、G、B三個(gè)分量，每個(gè)分量有0～255種取值。字符識(shí)別的過程主要是對(duì)圖片先高斯模糊去除噪點(diǎn);接著進(jìn)行二值化將彩色圖片轉(zhuǎn)換為背景為黑色、前景為白色的黑白圖像;然后字符切割，最后通過特征值比對(duì)獲得結(jié)果。

三、結(jié)語

綜上所述，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的高密度、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化正穩(wěn)步推進(jìn)、尤其在全國取消高速公路省界收費(fèi)站以后，以高速高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)為視頻采集終端，以5G通信技術(shù)為傳輸方式，以大數(shù)據(jù)應(yīng)用為信息處理平臺(tái)的智能交通系統(tǒng)正在形成中，必將為交通強(qiáng)國戰(zhàn)略提供堅(jiān)實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)

[1]莊國雄.高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（26）：89-90.

[2]李鑫.高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與特點(diǎn)研究[J].黑龍江交通科技，2015，38（12）：163+165.

[3]譚蘭蘭.黃黃高速公路機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[D].重慶交通大學(xué)，2014.

（作者單位：新疆交通投資有限責(zé)任公司吐哈分公司）