高速公路智慧服務區(qū)系統(tǒng)解決方案

王陶陶

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 概述

近年來，隨著我國經濟社會的快速發(fā)展，社會公眾對提升高速公路服務區(qū)（下文中統(tǒng)一簡稱“服務區(qū)”）服務質量的期盼更加迫切，對解決部分服務區(qū)在重大節(jié)假日期間車輛進出難、加油難、旅客如廁難、環(huán)境衛(wèi)生差等問題的愿望更加強烈。服務區(qū)是交通運輸行業(yè)服務群眾的重要“窗口”，也是社會公眾駕乘車輛出行的重要休息場所，對于滿足駕乘人員生理和心理需求、預防疲勞駕駛、為車輛提供加油和維修服務、消除行車安全隱患具有十分重要的作用。因此，根據服務區(qū)的信息化系統(tǒng)建設需求，提出了智慧服務區(qū)系統(tǒng)解決方案，旨在通過探析技術手段，完整、實時記錄服務區(qū)內外環(huán)境情況，記錄、分析進出車輛和人員信息，并通過實現(xiàn)信息發(fā)布、信息服務，提升服務區(qū)綜合品質和服務質量。

2 需求分析

2.1 視頻監(jiān)控需求

服務區(qū)視頻監(jiān)控，旨在解決服務區(qū)重要出入口、公共設施等位置的安全防范問題，既需要大場景的視頻全覆蓋，又需要對例如油庫、配電房、出入口匝道等細部特征位置予以監(jiān)視。隨著技術水平不斷發(fā)展，用戶對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能往往已經不再局限于“看得見”，而需要進一步提高視頻成像品質，向著更高清、更智能的方向發(fā)展。同時，獨立的服務區(qū)視頻監(jiān)控體系需要納入高速公路全程監(jiān)控體系中，省級、地市的服務區(qū)管理中心，需要實現(xiàn)視頻監(jiān)控的聯(lián)網，以納入路網安全應急指揮調度業(yè)務范疇。

2.2 車輛管控應用需求

服務區(qū)車來車往，是高速公路行車驛站，因此無論是公安交通管理部門、交通運輸部門，都可以依據服務區(qū)建設車輛管理的中間站。需要通過記錄進出服務區(qū)車輛的顏色、號牌、型號等特征屬性，并結合具體的時間節(jié)點，能夠在中心數據庫的輔助下實現(xiàn)車輛特征判斷、車流量統(tǒng)計、服務區(qū)容限告警等業(yè)務應用服務。同時，為滿足交警、公安稽查布控以及交通運輸部門整治超限、非法營運等需求，服務區(qū)數據中心能夠接入稽查布控系統(tǒng)，實現(xiàn)嫌疑車輛的定位、攔截。

2.3 信息發(fā)布服務需求

服務區(qū)需要對進出車輛、人員提供信息發(fā)布的服務，信息發(fā)布包括站內發(fā)布和站外發(fā)布，站內發(fā)布主要包括建設WIFI熱點、建設信息發(fā)布窗口，將路況信息、交通管制信息、旅游景點信息、民俗特產信息等以手機短信、廣告發(fā)布機等形式推送給大眾，站外發(fā)布信息主要通過服務區(qū)數據中心，將服務區(qū)狀態(tài)、加油站狀態(tài)、剩余車位數以及下個服務區(qū)距離等信息通過高速主線上的情報板發(fā)布給駕乘人員。

此外，服務區(qū)數據中心需要將車輛、人員的分布、運動趨勢定期匯總收集，并深入挖掘數據關聯(lián)，提供給服務區(qū)運營管理部門，如車輛進出密度、人員熱度分布、店鋪出入人員密度、廣告牌駐足人員分類等。

2.4 系統(tǒng)管理需求

智慧服務區(qū)需要建設綜合管理系統(tǒng)，系統(tǒng)包含設備接入模塊、數據中心、存儲及管理模塊、信息發(fā)布模塊、過車數據研判模塊以及監(jiān)控中心管理等等。管理系統(tǒng)作為服務區(qū)信息化系統(tǒng)的核心，需要承擔設備接入、用戶及數據管理、信息發(fā)布內容及審核管理，系統(tǒng)應提供統(tǒng)一的平臺軟件賬戶和交互界面，不同類型的用戶根據系統(tǒng)分配權限，可獨立操作軟件模塊，實現(xiàn)視頻監(jiān)控、車輛管理、信息發(fā)布管理等業(yè)務應用。

2.5 商業(yè)模式需求

服務區(qū)內除公共設施外，還具有一些商鋪、快捷酒店、餐飲等服務，從商業(yè)模式角度，經營類型的店鋪借助服務區(qū)提供的公共設施開展經營活動，服務區(qū)可通過租賃安防設施、提供信息服務等方式，支持店鋪的經營。站在管理的角度，店鋪的安保設施以往都由店鋪自建，這會帶來不少重復投資，而且不利于系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)管，因此，安防設施需作為公共設施的一部分，由建設方統(tǒng)一建設，并向經營類店鋪提供租賃服務。

3 系統(tǒng)總體設計

3.1 設計目標

建設智慧服務區(qū)綜合管理體系，提升公眾出行服務質量為主線，規(guī)范運營管理，強化服務功能，創(chuàng)新體制機制，優(yōu)化設施配置，完善服務工作管理體系，打造“布局合理、經濟實用、標識清晰、服務規(guī)范、安全有序、生態(tài)環(huán)保”的現(xiàn)代化服務區(qū)，滿足公眾高品質、多樣化服務需求。

3.1.1 政府指導 部門協(xié)作

積極爭取地方政府支持，加強與相關部門的協(xié)調配合，充分發(fā)揮政府和部門指導作用、運營單位主體作用以及行業(yè)學會協(xié)調自律作用，引導社會公眾參與，盡快形成政府、行業(yè)、企業(yè)和公眾共同參與的協(xié)作推進機制。

3.1.2 科學定位 強化功能

以保障基本服務功能為主，不斷強化為駕乘人員提供停車、短暫休息、如廁以及餐飲、加油、車輛維修、公路出行信息播報等基本服務；在此基礎上，因地制宜開展客運接駁、客貨運輸節(jié)點、旅游服務等延伸服務，提升綜合服務能力，滿足公眾多樣化需求。

3.1.3 分類管理 協(xié)同發(fā)展

構建車輛通行費投入為主，服務區(qū)經營所得補貼為輔的服務區(qū)公共設施管養(yǎng)投入保障機制，不斷優(yōu)化駕乘人員停車、如廁等免費服務。充分發(fā)揮市場在資源配置中的調節(jié)作用，鼓勵社會資本投入餐飲、便利店、車輛加油和維修等經營性項目，公平競爭，提供高品質、多樣化服務。

3.1.4 規(guī)范運營 優(yōu)質服務

建立健全服務工作標準化管理體系，不斷提高服務區(qū)服務工作規(guī)范化水平。營造公平競爭的市場環(huán)境，依法經營，為駕乘人員和通行車輛提供符合相關質量技術標準的服務保障。

3.2 智能行為分析

智能視頻分析主要是指穿越警戒面、進入區(qū)域、離開區(qū)域、物品拿取放置、徘徊、停車、快速移動、人員聚集等行為分析，并基于智能視頻行為分析儀提供的事件檢測與行為分析服務實現(xiàn)。通過專用的智能分析客戶端實現(xiàn)各種控制操作。

專用的智能分析客戶端應具備以下主要功能板塊。

3.2.1 跨線檢測

由于實踐中，經常有車輛違章逆行，在高速公路上違章掉頭等情形，因此，需要設置專業(yè)輔助功能，用以提醒管理人員及時預警，發(fā)現(xiàn)此種違法行為。

3.2.2 區(qū)域檢測

實踐中，高速公路上會進行臨時交通管制以及劃分特定區(qū)域作為禁止進入的地域，設定該功能后，將可以對圖像視頻中運動目標進入違禁區(qū)域的行為進行預警和提示。

3.2.3 違法停車預警

實踐中，經常有車輛駕駛人因各種非車輛故障的原因在高速公路上進行違章、違法停車，給高速道路交通帶來極大的隱患。因此，設置此功能，將更有利于管理人員及時發(fā)現(xiàn)違法停車的行為。

3.2.4 遺留、拋灑物檢測

部分車輛駕乘人員，在高速公路上隨意亂扔垃圾，甚至遺忘同車乘坐人員的行為并不罕見，部分大型客、貨車由于車輛圍擋、覆蓋膜等原因，造成高速公路上大面積遺留拋灑物，對高速公路的安全管理造成極大的隱患。

3.2.5 徘徊檢測

實踐中，經常發(fā)現(xiàn)路邊有群眾在向高速路上的過往車輛兜售當地土特產，以至于很多司機在高速公路上急停、倒車、逆行，產生極大的安全隱患。有群眾在高速公路上迷路甚至反復翻越高速公路隔離柵欄。

3.2.6 流量統(tǒng)計

統(tǒng)計車輛流量，方便交通管理部門提供決策依據，更為有效地預防高速公路擁堵，更為便捷地調配服務區(qū)的人員、貨物、加油站的配置。

3.3 系統(tǒng)架構

圖1 系統(tǒng)架構圖

3.4 系統(tǒng)組成

3.4.1 前端子系統(tǒng)

前端子系統(tǒng)作為系統(tǒng)的感知端、發(fā)布端，承接了視頻、信號的采集以及信息發(fā)布下達的作用。

通過部署匝道口、加油站通道的卡口抓拍前端設備，實現(xiàn)進出服務區(qū)所有車輛的記錄，包括記錄過車圖片，提取車輛結構化屬性信息，如車牌號碼、顏色、車型、車標、車身顏色等，前端子系統(tǒng)采用可見光補光燈進行補光，提升圖像采集效果，保障結構化數據分析準確。此外對于服務區(qū)行車道異常停車行為，通過專用的異常停車監(jiān)控報警球機，實現(xiàn)異常停車信息公布、報警，通知人員催告駛離。

3.4.2 信息發(fā)布前端子系統(tǒng)

信息發(fā)布前端子系統(tǒng)包括服務區(qū)內交互式信息發(fā)布屏、廣告機、車位誘導屏，以及服務區(qū)外高速主線上的外場可變情報發(fā)布板、揚聲器等。

3.4.3 網絡傳輸

智慧服務區(qū)信息化體系，需要以服務區(qū)內建設的視頻專網（局域網）為依托，各視頻監(jiān)控前端、信息發(fā)布前端，需就近接入網絡端口，要求網絡上行端口帶寬不少于百兆。此外，可考慮建設免費WIFI，通過車牌號或手機號注冊，將筆記本電腦、手機、平板電腦等個人移動終端接入互聯(lián)網。

除局域網外，建議服務區(qū)到上級管理中心開通不少于千兆的視頻上行網絡，并就近接入公網路由，以實現(xiàn)服務區(qū)與互聯(lián)網之間的信息交互，也可作為店鋪、廣告機或交互式信息發(fā)布屏的信息來源于鏈路資源。

3.4.4 管理中心建設

管理中心包括監(jiān)控中心及內部設備、機房環(huán)境以及中心平臺監(jiān)控中心包括圖像顯示與控制系統(tǒng)、必要的指揮席位和客戶端席位，主要承擔日常的監(jiān)控管理、設備維護、應急指揮調度等業(yè)務。通過解碼、拼控設備，實現(xiàn)監(jiān)控中心大屏拼接顯示。

中心平臺應全面整合硬件服務器、存儲、解碼器等監(jiān)控中心常用設備，并集成集中管理平臺軟件，實現(xiàn)真正的一體化應用。

4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

4.1 前端系統(tǒng)基本架構

視頻監(jiān)控前端子系統(tǒng)的架構非常簡單，可以采用IPC，以網絡信號輸出視頻流并接受控制信令，系統(tǒng)僅需要通過網線與交換機相連，并按照每臺網絡設備的IP地址實現(xiàn)尋址與通信。通過與中心相連的網線，前端與中心之間可以傳輸視頻信號、控制信號、設備工作狀態(tài)等信息。

圖2 前端系統(tǒng)基本架構

高清智能卡口前端子系統(tǒng)主要由以下功能單元。車輛檢測、圖像采集識別單元：含卡口抓拍單元和補光燈；卡口抓拍單元內設置虛擬線圈，完成車輛檢測功能。

圖3 視頻公路車輛智能檢測記錄系統(tǒng)前端組成結構圖

圖4 現(xiàn)場布局側視圖（單位：m）

4.2 網絡傳輸的子系統(tǒng)設計

高速公路的局域網、接入網、視頻專網三功能網，共同構成網絡傳輸的子系統(tǒng)。這三大功能網，互相補足，互相配合，確保網絡傳輸的安全性和可靠性。

高速公路的前端采集相機和末端服務器共同組成獨立網段的局域網。末端服務器作為各路數據的邊界設備，因此應具備網關功能。專用接入網為服務器上聯(lián)端口、攝像頭分配接入網的IP地址，從而將路口數據進行匯總并接入管理控制中心。視頻專網將平臺服務器、各路數據、分析軟件等客戶端進行融合。

4.3 中心存儲子系統(tǒng)的設計

4.3.1 存儲需求

在實際中，由于高速公路四通八達的特性，導致一旦發(fā)生交通事故，肇事車輛逃逸可能性較大。交通民警在追逃過程中，由于種種原因，導致抓獲嫌疑人時，已經過了兩三個月，甚至半年。因此中心存儲設備需要具備長時間保存海量數據的需求。

無論是案件偵破，還是交通管理部門的日常工作，均需要中心存儲系統(tǒng)，可以及時、有效地保存車輛通過卡口的照片、短暫視頻、車輛號牌等數據信息。因此，存儲中心應設置相應的劃分規(guī)則，用以區(qū)分核心存儲數據和非重要存儲數據。核心存儲數據應具備保存一年左右的時間，并且保障數據的完整性和可靠性。非重要存儲數據則只需保障數據的穩(wěn)定性和短暫實用性。

同時，存儲設備應預留擴展接口，為以后外接相關存儲設備增加可能性，使以后可以更為簡單、便捷地對存儲系統(tǒng)進行擴容。

4.3.2 設計原則

設計的存儲系統(tǒng)是本系統(tǒng)中視頻、圖片、過車信息、違法信息等數據匯聚存儲的核心，具有以下需求。

4.3.2.1 高性能

由于高速公路沿線布置攝像頭往往是成百上千的數量，甚至是上萬路的攝像頭數量。這些密集攝像頭生成的數據均連續(xù)不斷地24 h寫入服務器的存儲中心，而且還需要考慮對存入數據的讀取能力。因此，高性能成為存儲系統(tǒng)首要條件，以此來保障在日后使用過程中，充分滿足用戶需求以及存儲設備的工作穩(wěn)定性。

4.3.2.2 大容量的存儲空間

前文中已經提到，大容量的存儲空間的重要性，在此不再累述。

4.3.2.3 集中式共享

通過文檔共享的設置，將分別存儲的數據集中在服務器云端，從而可以隨意在任一網端接口對需要的數據進行采集和更新。

4.3.2.4 數據可靠性

只有保障數據的安全、可靠，才能保障整個系統(tǒng)的輸出是正確的，才能保證即使出現(xiàn)單點，甚至多點故障的惡劣情況下，也能保證系統(tǒng)的正常使用，才能真正有效地服務交通管理部門。

4.3.2.5 可擴展性

由于現(xiàn)代科技日新月異的發(fā)展，以及群眾對高速公路交通的需求不斷增加，從而導致監(jiān)控范圍和需要采集的信息不斷增多。存儲設備的容量也在不斷增大，因此，保證存儲設備的可擴展性顯得尤為重要，也是滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的思路。

4.3.2.6 網絡化

將存儲系統(tǒng)納入網絡中，不但符合互聯(lián)網思維中云存儲的理念，而且也更容易收集數據、更容易集中存儲數據、更容易監(jiān)控和維護存儲設備，同時也更容易實現(xiàn)集中式共享功能。

4.3.2.7 易用性

應將系統(tǒng)的操作界面的UI（UI設計是指對軟件的人機交互、操作邏輯、界面美觀的整體設計）設計的更易于掌握和維護，便于管理。

4.3.2.8 系統(tǒng)備份、容災功能

由于各種不可控的因素，為了進一步保障用戶數據的完整性和安全性，系統(tǒng)需要定時備份和具備容災的功能。

4.4 信息發(fā)布系統(tǒng)設計

服務區(qū)信息發(fā)布系統(tǒng)，分為站內信息發(fā)布和站外信息發(fā)布兩部分，其中站內信息發(fā)布主要通過交互式廣告屏滾動播放并發(fā)布天氣、路況、旅游、民俗特產等信息，站外信息發(fā)布主要通過高速公路主線上的外場可變情報發(fā)布板實現(xiàn)服務區(qū)、加油站狀態(tài)、前方道路管制信息的發(fā)布。

4.5 服務區(qū)綜合管理平臺設計

如何更高效地搭建一套完整而先進的監(jiān)控中心平臺已經成為業(yè)界比較關心的問題，盡管圖片直存技術的問世在一定程度上減少了監(jiān)控服務器的數量，但是分布式服務器模式在中小型項目中仍然略顯拖沓，網絡磁盤陣列、卡口服務器、中心管理服務器等服務器設備一旦出現(xiàn)問題，則會引起整個交通監(jiān)控中心的故障，因此盡量減少服務器故障節(jié)點逐漸成為監(jiān)控中心新一代技術的重點突破口，而交通存儲平臺一體機也在這個大的背景下應運而生。

服務區(qū)綜合管理平臺所接入的路數并不多，同時，服務區(qū)地處偏遠，綜合考慮設備維護、占用空間、電力消耗等因素，建議采用集成了平臺軟件、服務器、存儲、解碼設備的平臺一體機實現(xiàn)服務區(qū)綜合管 控的集成化管理。