基于地理信息系統(tǒng)的高速公路監(jiān)控管理新模式的研究與應(yīng)用

劉彬 陸璐

摘要：隨著高速公路管理系統(tǒng)的發(fā)展，道路視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。文章通過研究基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的視頻監(jiān)控技術(shù)，結(jié)合廣西高速公路信息化系統(tǒng)的需求，提出了廣西高速公路監(jiān)控管理的新模式，并依托工程實例進行了應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)（GIS）;視頻監(jiān)控技術(shù);監(jiān)控管理;應(yīng)用

With the development of expressway management system，the road video surveillance system has a wide application base.Through studying the video surveillance technology based on geographic information system （GIS），and combining the needs of Guangxi expressway information system，this article proposes a new Guangxi expressway surveillance management model，and conducts the application analysis based on engineering examples.

Geographic information system （GIS）;Video surveillance technology;Monitoring management;Application

0 引言

作為高速公路三大系統(tǒng)之一的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是支撐高速公路運營安全保障的重要手段。高速公路監(jiān)控中心的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)整合了管轄路網(wǎng)內(nèi)道路沿線、收費站、隧道和服務(wù)區(qū)的所有視頻資源，并使用液晶拼接墻大屏顯示系統(tǒng)進行集中監(jiān)控。通常，監(jiān)控中心大屏系統(tǒng)以輪詢的方式展示所有的視頻圖像，依靠事件

檢測系統(tǒng)的報警信息和人工審核的方式進行日常的監(jiān)控管理工作，一旦發(fā)生交通事件，需要人工查詢相關(guān)的視頻，并關(guān)聯(lián)到事件的處理流程，過程繁雜，效率低下。為解決這一問題，我們在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以交通事件為驅(qū)動，關(guān)聯(lián)視頻圖像與地理信息，呈現(xiàn)事件全局信息，構(gòu)建新一代的視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，探索高速公路監(jiān)控管理新模式。

1 傳統(tǒng)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)是指在高速公路收費站、樞紐互通、匝道互通、隧道、橋梁、服務(wù)區(qū)等重點位置設(shè)置多個監(jiān)控攝像頭，對道路實時運行狀態(tài)、突發(fā)事件等進行監(jiān)測，當(dāng)發(fā)生緊急事件時，能夠及時有效地采取處理措施，保障高速公路暢通的系統(tǒng)。

在日常監(jiān)控業(yè)務(wù)中，監(jiān)控人員通常要處理兩種情況：

（1）視頻事件檢測報警。報警信息由視頻事件檢測系統(tǒng)產(chǎn)生[1]，并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心，在屏幕上顯示報警信息。系統(tǒng)自動錄下與報警相關(guān)的視頻圖像，由監(jiān)控人員查看核實現(xiàn)場情況。

（2）電話事件上報。報警信息由事件相關(guān)人員電話通知監(jiān)控中心，監(jiān)控人員通過事件相關(guān)人員描述的時間地點等信息，在海量視頻中尋找事件發(fā)生地周邊的視頻錄像核實現(xiàn)場情況。

從處理流程上看，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控模式仍然要消耗大量的人力來尋找視頻以核實情況并進入事件處置流程，其原因主要有以下幾點：

（1）視頻事件檢測誤報率高

現(xiàn)有的視頻事件檢測系統(tǒng)受環(huán)境因素影響較大，誤報率較高。如在大雨、大霧等天氣能見度較差時，會影響系統(tǒng)識別效果;在晝夜轉(zhuǎn)換時，光線變化較快，系統(tǒng)識別率也會下降;高速公路兩邊樹木的蔭影隨風(fēng)搖晃時，會影響系統(tǒng)對車輛的識別。視頻事件檢測的誤報率高會嚴(yán)重困擾監(jiān)控人員，容易使工作人員疏忽而無法及時發(fā)現(xiàn)重要事件。

（2）與地理信息的關(guān)聯(lián)性弱

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將視頻圖像投影到監(jiān)控中心的大屏上，屏幕畫面包括圖像和字符疊加的事件及地點。在電話事件上報的場景中，因視頻圖像與地圖無法直接關(guān)聯(lián)，需要監(jiān)控人員查找事件地點周圍的視頻布設(shè)點，然后調(diào)出對應(yīng)時間段內(nèi)的錄像進行瀏覽，這一過程費時費力。如果增強視頻圖像與地理信息之間的關(guān)聯(lián)性，將能夠有效提高業(yè)務(wù)處理速度[2]。

（3）與應(yīng)急救援流程缺乏聯(lián)動

在事件處理過程中，除了核實現(xiàn)場發(fā)生的情況，還需要對事件處理的過程進行跟蹤查看。針對事件跟蹤與應(yīng)急救援處置，尚未進行智能聯(lián)動[3]，也需要監(jiān)控人員手動編輯單獨的預(yù)案，這會使視頻預(yù)案的靈活性和復(fù)用性較低，導(dǎo)致其無法推廣應(yīng)用。

2 基于GIS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為了解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的問題，我們研發(fā)了一套基于GIS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將視頻圖像與地圖地理信息高度融合，通過網(wǎng)絡(luò)簡圖快速定位與搜索，聯(lián)動應(yīng)急指揮處理流程，對視頻監(jiān)控預(yù)案進行可視化管理。系統(tǒng)的主要功能分成四個部分：視頻管理基礎(chǔ)功能、地理信息導(dǎo)航、應(yīng)急救援聯(lián)動、視頻預(yù)案可視化管理。其具體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 視頻管理基礎(chǔ)功能

視頻管理基礎(chǔ)功能包括視頻圖像的實時監(jiān)控、視頻回放和視頻事件檢測。

（1）實時監(jiān)控：通過WEB瀏覽器，實時顯示單畫面或多畫面的視頻圖像;能夠?qū)崿F(xiàn)對前端云臺鏡頭的全功能遠程控制;具備視頻實時上墻功能;具備預(yù)案與輪巡播放功能;能夠接收來自隧道管理系統(tǒng)、事件管理系統(tǒng)等發(fā)出的聯(lián)動報警;實現(xiàn)報警點監(jiān)控視頻上墻，圖片抓拍，自動錄像等。

（2）視頻回放：包括分段回放與即時回放;支持錄像下載、剪切及實時錄像回放、報警錄像查看、報警圖片查詢等;可進行回放與實時預(yù)覽比對顯示，支持多種形式的視頻回放。

（3）視頻事件檢測：通過分析前端的流媒體服務(wù)器分發(fā)的視頻數(shù)據(jù)或者高清攝像機的實時數(shù)據(jù)信號，具備交通事件檢測功能的智能分析能力，利用服務(wù)器強大的CPU計算能力和內(nèi)置智能算法對視頻圖像中的交通信息進行檢測與統(tǒng)計，通過網(wǎng)絡(luò)進行上傳和分發(fā)，實現(xiàn)對隧道、路面、收費站、服務(wù)區(qū)的智能監(jiān)控。

2.2 地理信息導(dǎo)航

地理信息導(dǎo)航功能包括地圖圖層信息疊加和路網(wǎng)簡圖導(dǎo)航。

（1）地圖圖層信息疊加：在基礎(chǔ)地圖的信息之上疊加外場設(shè)備，如攝像機、車檢器、情報板等。圖層的疊加是以圖表的位置和顏色分別對應(yīng)設(shè)備的位置與工作狀態(tài)，通過用戶交互點擊圖標(biāo)，顯示設(shè)備對應(yīng)的內(nèi)容。例如，選取地圖上的單個攝像機圖標(biāo)，則顯示當(dāng)前攝像機的監(jiān)控畫面。圈選多個攝像機，界面則同時展示被選中攝像機的監(jiān)控畫面。該展示方式將視頻圖像與地理信息高度關(guān)聯(lián)，提高了視頻查詢的效率。

（2）路網(wǎng)簡圖導(dǎo)航：采用SVG（可縮放矢量圖形）技術(shù)進行路網(wǎng)相對抽象的繪制，形成道路路網(wǎng)，并以此網(wǎng)為基礎(chǔ)進行視頻業(yè)務(wù)的展現(xiàn)及與用戶的交互。例如，選取路網(wǎng)中的單個收費站，則該收費站的相關(guān)信息會一次性展示在界面上，包括收費站所有的視頻圖像、收費站設(shè)備狀態(tài)、車檢器信息、情報板信息等。路網(wǎng)簡圖是所轄路段信息的全匯總，并將業(yè)務(wù)信息按管理或地域分類，提供便捷的業(yè)務(wù)監(jiān)控入口，如圖2所示。

2.3 應(yīng)急救援聯(lián)動

與應(yīng)急救援處置系統(tǒng)的聯(lián)動包括事件實時視頻查看和預(yù)案執(zhí)行跟蹤。

（1）事件實時視頻查看：接到事件報警后，在地圖上以事發(fā)地為中心生成緊急處置圈，并顯示圈內(nèi)道路及周邊收費站和服務(wù)區(qū)的視頻圖像。若事發(fā)地周圍路段沒有布設(shè)攝像機，系統(tǒng)會自動連接前往現(xiàn)場查看的無人機和救援車的視頻，以保證現(xiàn)場實況快速回傳。

（2）預(yù)案執(zhí)行跟蹤：根據(jù)應(yīng)急處置預(yù)案進行事件處理的視頻跟蹤。如應(yīng)急救援車派出后，通過預(yù)案中的執(zhí)行路徑，自動打開相關(guān)的視頻監(jiān)控畫面，能夠查看到其具體的執(zhí)行情況，保證處置流程的可見可控。

2.4 視頻預(yù)案可視化管理

視頻預(yù)案可視化管理與應(yīng)急救援預(yù)案不同，主要針對節(jié)假日車流高峰期和重大計劃事件安全保障。

（1）節(jié)假日車流監(jiān)控預(yù)案：根據(jù)往年節(jié)假日的流量高峰地點進行定制，匯集收費站、服務(wù)區(qū)、匝道互通等地點的視頻圖像，在需要時可一鍵上墻。節(jié)假日預(yù)案復(fù)用性強，能有效為節(jié)假日的現(xiàn)場監(jiān)控管理與資源管理提供可靠依據(jù)。

（2）重大計劃事件預(yù)案：一般指計劃性的參觀考察，根據(jù)計劃編制沿線的視頻圖像，可實時預(yù)知前方路況，根據(jù)實際情況提供即時路線的方案，保障計劃順利執(zhí)行。

3 視頻監(jiān)控新模式應(yīng)用

廣西交通投資集團河池高速公路運營有限公司管轄路段包括六河路、宜河路、宜柳路、河都路和河百路等五條高速公路，共計476.3 km。河池公司客服中心管轄河池、都安北、宜州三個監(jiān)控室，其中河池監(jiān)控室是河池公司的應(yīng)急指揮中心。2018年11月，河池應(yīng)急指揮中心安裝了基于GIS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實踐了以事件為驅(qū)動的視頻監(jiān)控模式。在初期應(yīng)用階段，應(yīng)急指揮中心同時使用傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和基于GIS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，分別用液晶拼接電視墻和一塊2.7 m×11.04 m的小間距LED大屏進行展示。監(jiān)控人員在使用中發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)系統(tǒng)中要在56個小屏幕中來回輪巡查找事件，較為耗時，相鄰屏幕之間的畫面不一定具有關(guān)聯(lián)性。而在整屏的GIS視頻監(jiān)控系統(tǒng)（如圖3所示）上，使用簡圖導(dǎo)航，就能快速巡查一遍所轄路段;在應(yīng)急處置聯(lián)動上，其智能關(guān)聯(lián)與流程跟蹤功能減輕了監(jiān)控人員的工作負擔(dān)，提高了工作效率。

4 結(jié)語

本文結(jié)合廣西高速公路信息化系統(tǒng)的需求，分析了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的不足，提出了基于GIS的視頻監(jiān)控管理模式。通過基于GIS的視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，初步證明了該模式的有效性，為智慧高速的進一步發(fā)展提供了有力的支撐。

參考文獻：

[1]李秀麗.基于視頻處理的高速公路交通事件檢測與管理系統(tǒng)研究[J].交通世界（下旬刊），2017（10）：6-7.

[2]王羽中，汪 海，汪 源.關(guān)于GIS與視頻集成技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用探討[J].中國新通信，2018，20（22）：68-69.

[3]馬兆有，俞春俊，高 巖.高速公路應(yīng)急管理現(xiàn)狀及對策研究[J].交通工程，2018，18（3）：18-22.