機動車區間測速系統時間同步問題的探討

陳曉娟 宋詞 陳豐 羅兵 張嵩輝

摘 要：時間同步是機動車區間測速系統中影響車輛平均速度實時精準的指標。在實際運行中，常常因此項參數出現偏差而導致區間測速系統測速準確度難以做到實時精準。本文結合實踐，針對實測多套機動車區間測速系統的時間同步問題展開探討。

關鍵詞：道路交通；區間測速；時間同步；實時精準；校時

1機動車區間測速系統的原理

其中：v為車輛行駛的平均速度，單位為km/h；L為測速區間距離，單位為m；t1為車輛進入測速區間的時間，t2為車輛離開測速區間的時間，t1、t2 的單位為s。

測速區間距離和車輛行駛通過的時間這兩個參數的準確度直接影響所測車輛平均速度的準確度，故須依據《機動車區間測速技術規范》（GA/T 959-2011），對機動車區間測速系統進行專業檢測，確定系統測速區間的長度值、車輛行駛通過測速區間的時間。當起點和終點位置不變時，區間距離只須在首次檢測時測量即可。因此，影響車輛平均速度的主要因素為機動車通過測速區間的行駛時間，即t2-t1。區間測速原理如圖1：

2機動車區間測速系統時間同步涉及的標準規范

時間同步是機動車區間測速系統的核心指標之一，需要滿足行業標準《機動車區間測速技術規范》（GA/T 959-2011）中第5.4時鐘同步要求“具有與北京時間同步的功能”和第5.11誤差要求“b）24h內計時誤差不得超過1.0s”[1]。區間測速系統時鐘同步的目的有兩個：一是獲得記錄拍攝車輛圖片的準確時間并疊加顯示在圖片上；二是保證車輛進出測速區間的時間準確無誤。為此，區間測速系統時鐘同步不僅要保證區間測速系統時間與北京時間同步，還要保證系統內區間測速起點和終點監控設備時鐘同步，這樣才能確保抓拍的車輛平均速度實時精準。

3 機動車區間測速系統有關時間同步遇到的實際問題

據對2018年以來江西省范圍內經專業機構檢測的62套道路區間測速系統問題統計情況看，存在時間同步問題的系統有22套，占檢測總數的35.5%。專業機構現場時間同步檢測采用的方法為：檢查區間測速系統是否具有與北京時間同步的功能，用標準速度儀上的UTC時間減去8小時為北京時間。檢測中發現涉及時間同步的問題有以下幾種情況：

情況一：交通指揮中心的校時服務器對區間測速攝像機進行時間同步，施工單位采用的是軟件校時方式來進行時間同步，設定同步周期為24小時。檢測的結果為系統平均速度大于標準速度或者小于標準速度，且超出了《機動車測速儀》GB/T 21255規定的當機動車速度小于100km/h時，測速誤差應不超過-6～0km/h和當機動車速度大于或等于100km/h時，測速誤差應不超過機動車速度的-6%～0%[2]。經過分析發現是因為區間測速起點攝像機和終點攝像機的時間不同步，攝像機在一個同步周期內會產生時間偏差，導致車輛區間平均速度的偏差。

解決方法：因為目前常用的區間測速系統均采用NTP時間同步的方式。NTP用于分布式時間服務器和客戶端之間進行時間同步，它是一個跨越廣域網或局域網的復雜時間同步協議，通常可進行毫秒級同步。其工作原理是客戶端定期的發送查詢請求給服務器，服務器收到請求后再發送時間報文給客戶端，從而得到時間的同步[3]。NTP協議在應用時為了簡單，可以屏蔽認證機制，在這種情況下，對網絡的資源占用很小，且抓拍攝像機在進行時間同步時需要時間很短，對正常工作沒有影響。所以縮短系統時鐘同步校準周期（建議校準周期設置在5min內），能縮短攝像機在一個同步周期內會產生時間的偏差，從而解決導致車輛區間平均速度偏差的問題。

情況二：區間測速系統中攝像機長時間斷電重啟造成車輛速度值偏差很大，經分析后發現該臺攝像機通電重啟時還未到系統原設定的時鐘同步周期點，導致測速區間進口抓拍和出口抓拍攝像機時鐘時間不在同一個時間同步周期內，所以時間出現偏差和不同步，造成車輛速度值偏差很大。例如，測速區間進口抓拍攝像機時間快于測速區間出口抓拍攝像機時，在區間測速系統中會造成車輛通過區間的用時變小，根據速度計算公式可得區間測速系統判定車輛速度值變大。反之測速區間進口抓拍攝像機時間慢于測速區間出口抓拍攝像機時，在區間測速系統中會造成車輛通過區間的用時變大，導致區間測速系統判定車輛速度值變小。

解決方法：修改抓拍像機中的應用軟件程序，當攝像機出現重啟時必須先與后臺服務器做時鐘同步校時后再進行正常抓拍，或者在與后臺服務器做時鐘同步之前的抓拍數據舍棄。如在無法修改抓拍像機中的應用軟件程序的情況下，可調小校時周期（1min～10min），降低出現該問題的時間。

情況三：區間測速設備校時服務器不是使用同一個校時，在實測的62套區間測速系統中，這類問題在早期的時候出現比較多，尤期是高速公路區間測速系統，有的區間測速系統橫跨兩個交警大隊，而他們又有自己各自的校時服務器，相當于一套區間測速系統中的幾臺設備終端分別和不同的校時服務器進行校時，造成設備校時系統復雜、混亂，校時周期以及校時服務器本身之間很難做到一致，最終導致各抓拍設備時間不同步的問題。

解決方法：讓所有設備都只與同一個校時服務器校時，確保所有設備時間同步。

情況四：前端攝像機與校時服務器長時間斷網，但起點攝像機、終點攝像機與前端服務器的網絡是聯通的，系統還能對區間通行的超速車輛進行抓拍，但抓拍的車輛平均速度會出現偏差。經分析發現是測速區間進口抓拍和出口抓拍攝像機不能與校時服務器做時鐘同步，導致攝像機時鐘出現偏差，造成抓拍的車輛速度值偏差。

解決方法：建議修改抓拍攝像機和終端服務器中的應用軟件程序，當攝像機出現長時間無法與后臺服務器做時鐘同步的情況下，終端服務器應當舍去在無法進行時鐘同步期間所抓拍的數據，以確保抓拍的車輛平均速度準確無誤。

情況五：系統采集的車輛車速與車輛實際平均速度偏差較大檢測中發現測試車輛每次以大致相同的平均速度經過該區間，與系統內記錄的速度值偏差很大。調整系統后臺距離參數后，問題還是存在且無規律性。經分析發現原因為時間同步程序運行過程中遺漏個別前端子系統，（按時間同步程序設定的步驟，前端子系統時鐘時間與服務器時鐘時間不一致時則把前端子系統時鐘時間更正為服務器時鐘時間）。檢查引起車速偏差較大的子系統，發現其時鐘時間與服務器時鐘時間不一致，所以檢測系統測出的平均速度值偏差較大。

解決辦法：對同步周期程序進行修改，每個攝像機與服務器比對時鐘時間后都對服務器發送一個反饋信號，避免遺漏。

4機動車區間測速系統時間同步對抓拍平均速度的影響

下面以測速區間距離5km、限速80km/h的國道為例，計算時間同步及誤差對區間測速系統抓拍的車輛平均速度的影響，詳見表1。

5結束語

機動車行駛速度管理是日常交通安全管理工作的一項重要內容，機動車區間測速系統作為目前高速公路、國省道等道路常用的測速系統之一，非常有必要探討其工作運行的穩定性、準確性、可靠性。筆者結合工作實踐，總結分析了區間測速系統在專業檢測及測試中時間同步存在的問題，提出了相應的對策，舉例說明了時間同步對區間測速系統抓拍車輛平均速度的影響，指出其影響和存在的問題均為區間測速系統時間同步的設置不當所致，且這些問題均為軟故障。表面上系統錄入的區間長度準確，車輛平均速度的算法無誤，但由于時鐘同步這一不引人注意的參數出現偏差導致區間測速系統測速準確度難以做到實時精準。而這類問題僅憑肉眼無法識別、容易被忽略，只有通過專業檢測才能發現此類軟故障，從而提出有針對性的系統升級改造措施，確保區間測速系統抓拍取證規范、準確、可信。

參考文獻

[1]公安部道路交通管理標準化技術委員會.機動車區間測速技術規范：GA/T 959-2011[S].北京：中國標準出版社，2011.

[2] 中華人民共和國公安部.機動車測速儀：GB/ T21255-2019[S]北京：中國標準出版社，2019.

[3] 張旭博，黃河，廖章梁 . NTP 協議安全分析 [J].通信技術，2020，53.

延伸閱讀

為保證區間測速違法行為取證有效，除本文提到的時間同步問題外，還應設置配套的標志、違法信息項的采集。

一、關于區間測速配套標志，根據《機動車區間測速技術規范》GA/T 959-2011的要求，實施區間測速的路段應在起點前方200m～1000m處設置預告標志，并在起點和終點分別設置起點標志和終點標志[1]。機動車區間測速告知標志與限制速度標志配合使用。機動車區間測速告知標志的樣式參照《機動車區間測速技術規范》GA/T 959-2011附錄A。標志中漢字高度與尺寸按《道路交通標志和標線 第2部分：道路交通的標志》GB 5768.2-2009的3.7.2和3.7.7的要求，得出下表：

限制速度標志屬于禁令標志的一種，按照《道路交通標志和標線 第2部分：道路交通的標志》GB 5768.2-2009的表7的要求如下：

二、關于區間測速違法信息項，根據《機動車區間測速技術規范》GA/T 959-2011的要求違法合成圖片疊加應包括：號牌號碼、 號牌種類、 車輛類型、駛入時間、 駛出時間、 違法地點、 違法行為、 平均速度、 限速值、 區間編號、 區間名稱、 區間距離、設備編號、 防偽碼、 測速方向。