不停車收費公路遠程視頻監控系統的設計及應用

張艷琴

（山西省交通信息通信有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

隨著公路交通量的大幅度增加，交通運營壓力增加，交通運行安全風險也隨之提升，傳統的收費管理模式已不能適應交通管理服務發展的需要。以往收費監控系統也不能滿足現今網絡化、信息化、科技化管理要求的需要，無法實現資源共享，不能進行信息集中管理[1]。因此，為提升公路運行效率，提高車輛進出速度，近年來很多收費公路進出口采用不停車收費系統[2]，通過視頻監控系統實時掌控收費公路進出口車輛運行情況[3-4]，可以大幅度提升服務質量和運行效率。

然而，部分收費公路在建設過程中采用模擬視頻監控系統[5]，監控系統和收費系統相互獨立，建設期間資金投入較大，運營成本較高，限制了收費公路管理和服務水平的進一步提升。因此，采用一體化遠程視頻監控系統[6]，提升管理和服務水平，降低運營成本，可以更好地服務不停車收費公路，減少由于管理水平落后造成的資源浪費，從而提升運行效率，快速應對突發事故，降低安全風險。

1 遠程視頻監控系統概念

遠程視頻監控系統能夠整合企業信息網絡和控制網絡[7]，實時監控道路施工和運營情況，根據實際情況制定管理策略，進而實現綜合自動化管理。在企業網絡內部建立數據庫和資源庫，實現網絡資源共享，提升系統運行效率。監控系統可以實時采集現場運行數據，并分析數據作為遠程故障診斷的基本依據。該系統可解放人力，工作人員不需要到現場即可掌握道路的運行情況，實現遠程對象的控制。對于不停車收費公路，可以實現無人值守，只需要配備一定數量的設備管理人員，實現減員增效，不僅可以降低收費公路運營成本，還能夠提升運行效率[8]。

2 系統需求分析

2.1 提升文明服務質量

在公路收費過程中，由于受管理水平、制度不完善等方面的影響，可能存在部分不穩定因素，造成收費作業流程不規范，文明服務水平較低。采用遠程視頻監控系統可以監督收費作業流程，預防不穩定因素的產生，提升文明服務質量。

2.2 提升管理水平

傳統公路收費和監控系統的建設標準和技術規范不統一，造成軟件和硬件不兼容[9]，收費數據不能實現統一上傳，導致運營管理公司在收費作業管理中出現較多問題。采用公路遠程視頻監控系統，提升收費和監控系統兼容性，實時傳輸收費數據，提升管理水平。

2.3 加強收費站之間聯系與協同工作

傳統的收費監控系統設計是每個監控室只能為其對應的收費站提供服務，各收費站之間不能及時聯系和開展協同工作。如出現逃費車輛等特殊情況時，缺少聯動機制不能及時處理，制約了收費和管理工作的開展。采用公路遠程視頻監控系統，可以實現監控與收費之間的聯系與協同，有利于提升服務水平。

2.4 提升信息化管理水平

傳統的公路運營管理企業或上級管理部門需要了解某一收費站的收費情況時，需經過多方協調。采用公路遠程視頻監控系統可直接通過遠程監控網絡查詢收費信息，第一時間掌握各收費站的運行情況。另外，監督管理人員通過手機APP 可以實時掌握各收費站的收費情況，有效提升工作效率。

3 公路遠程視頻監控系統的設計與實現

3.1 建立數據庫

該系統建設需要覆蓋山西全省60 多個收費站，監控數據量龐大，同時考慮后續公路建設數據存儲的需要，建立數據庫存儲空間應略有富余。該系統采用SQL Server 2020 軟件建立數據庫，存儲結構數據集由表集合組成[10-11]，可以實現數據的快速查找、記錄操作。數據庫具有存儲功能，利用程序代碼可實現數據的調用和計算。系統運行過程中會產生大量的數據，按時間和地點等因素對數據進行分類管理。對文件分類命名，并將其保存路徑和備注存入數據庫，以便在管理過程中對數據進行查看和調用。

3.2 總體框架設計

公路遠程視頻監控系統包括四大模塊，分別為視頻監控模塊、圖像傳輸模塊、數據輸出模塊和控制模塊，總體框架如圖1 所示。

圖1 系統總體框架

3.2.1 視頻監控模塊設計

該模塊主要功能是采集視頻監控資源，包括視頻、音頻、特殊情況報警信息等。收費站端主要組成為光端機，收費所端組成部分包括光端機、硬盤攝像機、電視墻等，視頻監控模塊組成部分如圖2 所示。

圖2 視頻監控模塊

收費所內配置閉路電視監視系統，可以確定通過進出口的車輛類型，觀察收費廣場的運行情況，監督收費人員的工作程序是否規范，并在特殊情況下進行錄像和記錄，便于開展監督和管理。并在各收費站也建立簡單的閉路電視監控系統，與收費所的CCTV 監控系統配合實現集中監控管理。

3.2.2 圖像傳輸模塊設計

圖像傳輸模塊是將收集的圖像傳輸到監控中心或上級管理部門，該模塊通過CCTV 服務器連接網絡，利用編碼卡進行數字化壓縮，打包后通過媒體交換層傳輸至控制層和視頻應用層。利用數據包傳輸的方式，有利于解碼器對視頻和音頻進行處理。同時，該模塊還可以對數據信息進行集中儲存，以便后期查找和調用。

3.2.3 數據輸出模塊設計

系統收集的視頻、音頻信息在監控中心進行匯總和處理，處理后的圖像將在電視墻上顯示。監控中心還可以對監控數據、錄像和各類終端設備進行管理，總控中心設置在省公路管理局，管理各收費站的信息，并根據現場情況進行全局指揮監控，總控中心組成如圖3 所示。

圖3 監控中心組成示意圖

在各收費所設置分控中心，對所管轄的區域進行指揮管理，其組成構造與總控中心相近，如圖4 所示。

3.2.4 控制模塊設計

控制模塊主要功能是管理整個系統，根據需要查看和調用各類信息和數據，對各種設備的運行數據進行記錄，并分析系統各部分的運行情況。各監控點將數據和信息傳輸到監控中心，經過解碼后由控制模塊集中管理，并根據需要發送到各個客戶端，在屏幕上向用戶展示。該模塊組成包括計算機、大屏幕、拼接控制器和雙色LED 條形屏等，通過軟件操作控制大屏幕，用戶可以根據需要進行視頻界面切換、數據和信息的查看，操作界面如圖5 所示。

圖5 系統操作控制操作界面

4 遠程視頻監控系統的實施

4.1 需要解決的問題

為保證公路遠程視頻監控系統的順利實施，應首先解決網絡通信中存在的問題。一方面，網絡通信傳輸速度慢，光纖傳輸的應用雖然會增加建設前期投入，但傳輸效率高，有效解決了以往帶寬不足造成的網絡傳輸問題。另一方面，網絡通信困難，由于收費站分布在不同區域，造成收費監控系統結構復雜，各區域的收費網絡處于不同的局域網，相互之間通信困難。采用NVR 網絡視頻錄像機便于對視頻進行瀏覽、回放、存儲和管理，解決了通信困難問題。

4.2 系統實施步驟

根據設計要求，公路遠程視頻監控系統實施分為數字化編碼和監控中心改造兩步。第一步數字化編碼，包括視頻和音頻兩部分，即利用視頻編碼器將收費廣場、車道和亭內攝像機收集的模擬信號轉換為數字信號，以便視頻和音頻數據的傳輸、處理和存儲，數字化編碼處理流程如圖6 所示。視頻和音頻數據經過編碼后匯聚到千兆交換機，通過光纖傳輸到各地市公路管理局，再通過專用鏈路傳輸至省公路管理局。

圖6 數字化編碼處理流程

第二步省級監控中心改造，各地市公路管理局的監控數據傳輸至省公路管理局后，匯總后通過省級監控中心進行解碼，實現在監控中心觀看各收費站的監控視頻和音頻，完成省內各收費站監控數據在省級監控中心的匯總和整合，為后續進行遠程調控與管理提供技術支持。

5 結語

隨著我國經濟的快速發展，交通建設方面的信息化水平不斷提升，全國大多數省市已經建立了省級聯網監控中心。交通運輸信息化建設可提升收費公路的運行效率，解決交通運輸行業發展遇到的很多難題，提升道路管理和服務水平。為提升收費公路運行效率，在收費公路進出口、省界位置相繼采用不停車收費管理。利用遠程視頻監控系統可整合公路信息資源，更好地實現交通信息的收集、存儲和共享，服務交通行業信息化建設快速發展。通過系統需求分析，根據公路遠程視頻監控系統設計目的和要求，從視頻監控、圖像傳輸、數據輸出、控制四大模塊進行系統總體框架設計。解決了以往監控系統網絡通信帶寬不足和通信困難問題，通過數字化編碼和省級監控中心改造實現系統的實施。