雙蜂窩通信技術在高速公路救援車載視頻監控中的應用實踐

摘要 近年來，隨著國內高速公路網的快速發展，高速公路交通流量和出行需求持續增長，道路交通環境日趨復雜，給道路安全保暢工作帶來了嚴峻挑戰。文章針對清障施救車載視頻監控系統在高速公路的應用情況進行了分析，對雙蜂窩通信技術與車載視頻監控進行了有機融合，以期解決當前傳統的清障施救車載視頻監控系統，在應對高速公路事故處置過程中存在的終端信號延遲、圖像畫質不高、GPS定位不準和處置過程追溯滯后等問題，實現對各類車輛的實時動態管理和實時監督考核，提升高速公路運營管理單位的安全保暢能力及信息化水平，進一步夯實交通運輸科技創新成果轉化和推廣應用的基礎，助力推動公司在交通運輸行業高質量發展的創新高地。

關鍵詞 高速公路；清障施救；車載視頻；監控視頻；雙蜂窩網絡通信；無線通信

中圖分類號 TP391 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0033-04

0 引言

高速公路作為現代交通的主動脈，其暢通與否直接關系國家經濟發展和人民生活的便利。浙江省地形地貌復雜，陸域面積中山區占70.4%，平原占23.2%，河流和湖泊占6.4%，形成了山區道路多、橋梁多、隧道多的道路特點。近年來，隨著省內高速公路網的快速發展，高速公路交通流量和出行需求持續增長，道路交通環境日趨復雜，給道路安全保暢工作帶來了嚴峻挑戰。特別是今年以來，隨著高速公路事故頻發、重大事件多發，對重大突發事件應急處置效能和協同聯動機制提出了更高要求，道路巡查與清障施救作為保障高速路網安全暢通的關鍵部分，其重要性日益凸顯。然而，傳統的清障施救車載視頻監控系統在應對山區高速公路事故處置過程中，由于受運營商基站信號強弱及現場復雜環境干擾等方面影響，經常存在終端信號延遲、圖像畫質不高、GPS定位不準和處置過程追溯滯后等問題，難以滿足對各類事故救援車輛的實時動態管理和快速、準確、實時的監督考核需求。

浙江交投高速公路運營管理有限公司（以下簡稱“公司”）隸屬浙江省交通集團，所轄高速公路為1 939 km，占集團總里程60.22%；全線隧道共374座，占管轄里程的20.5%，占集團隧道總里程的91.4%。一直以來，公司始終堅持“四精四化”管理理念，踐行“兩個第一”使命要求，致力于持續提升高速公路運行管理的專業化水平。因此，公司利用所屬的充足資源和堅實的研發隊伍，以問題為導向，研發了一種高效、穩定的車載視頻監控系統。該系統集成了實時監控、高清錄像、GPS定位和雙蜂窩網絡通信等多種功能，能夠在高速公路事故救援及應急處置中發揮重要作用。該文將詳細介紹雙蜂窩網絡通信車載視頻監控系統的組成、功能特點，實際應用效果表明該系統能夠有效提升系統穩定性和終端在線率，進一步提升高速公路運營管理單位的安全保暢能力及信息化水平，對交通行業的落地應用及推廣均具有一定的指導意義。

1 現狀問題和解決思路

1.1 車載視頻監控系統現狀

高速公路車載視頻監控系統典型系統架構主要由車載視頻監控終端和攝像頭、語音對講盒、顯示屏、各種傳感器等組成，其中車載視頻終端集成有衛星定位系統和蜂窩網絡通信模塊，作為整個車載系統通信的主體，保障與管理平臺的實時聯通。

車載視頻監控系統管理平臺依托移動通信網絡和互聯網，結合B/S架構優勢，提供運輸車輛、作業車輛的行業專屬服務。配套車載視頻監控終端，可以安全高效地協助管理車輛，有效加強管理部門對清障施救作業車輛的管理。核心功能有：行車線路全程智能監管、司機考勤、路線趟次管理、行車記錄回放、駕駛過程實時監測、安全駕駛管控、電子檔案中心、運行規律分析研判、終端運維等。各級監控工作人員可通過公司級車載視頻管理平臺，實時與車載前端通過關注和及時通話等保持溝通，了解或指導現場作業。

車載視頻終端作為車載系統的主體，集成有GPS衛星定位系統和蜂窩網絡通信模塊，作為整個車載系統通信載體，承擔著車載系統通信網關的作用，車載視頻終端架構示意圖如圖1所示。從車載視頻終端示意圖可以看出，車載視頻監控終端對無線聯網（蜂窩網絡）功能的依賴度越來越強，無線聯網穩定性越來越重要。

1.2 主要功能應用

基于移動物聯網的車載視頻監控系統管理平臺依托移動通信網絡，結合B/S架構優勢，配套車載視頻監控終端，安全高效地協助管理作業車輛，實現運營管理單位對清障施救車輛運行的事前預防、事中掌控、事后追溯、規范運營、作業和用車，有效加強管理部門對車輛的管理。系統主要應實現下述核心功能：

實時遠程監控：車載視頻監控系統的核心功能之一。通過車載攝像頭實時拍攝道路狀況，經過視頻編碼器處理后，通過無線蜂窩網絡將視頻畫面傳輸至公司管理平臺。公司管理平臺可以對接收到的視頻畫面進行實時監控，為高速公路事故救援提供有力支持。隨著視頻技術的發展，監控視頻越來越高清，所需網絡傳輸帶寬越來越大。

GPS定位功能：能夠實時定位車輛位置，有助于確定救援的發生地址。在高速公路事故救援中，GPS定位功能能夠幫助指揮中心迅速確定事故地點，調度附近的救援資源前往現場進行施救。救援車輛的實時行駛軌跡，都通過無線蜂窩網絡實時傳輸至中心管理平臺，中心管理平臺可實時掌握車輛的位置。

遠程通信功能：救援現場人員能夠與中心管理平臺保持實時溝通。通過雙蜂窩網絡，救援現場人員可以與指揮中心進行語音和視頻通話，實時傳遞現場信息，確保信息的及時性和準確性。

1.3 存在問題及原因分析

目前，高速公路清障施救車載視頻監控系統長距離通信主要通過WiFi和4G通信模塊，將車載視頻監控終端系統與公司車載視頻監控管理平臺進行無線聯網通信。浙高運公司所轄高速公路通行環境復雜，山區橋隧占比高、彎道及長上下坡多，盡管中國移動、中國電信、中國聯通三大運營商在干線高速公路周邊大部分地區實現了4G/5G網絡信號的覆蓋，但受地理限制、基站布局和技術迭代影響，明顯地表現出局部山區或部分時段網絡信號不均勻、信號連接質量差，仍會導致網絡斷網、掉線等異常問題出現，影響車輛監控數據的連續性。隨著管理精細化，數據量劇增、低時延及高度完整性需求對網絡提出了更高要求，而單一運營商網絡覆蓋難以全天候保證，無法充分支持這些高級別的業務需求。鑒于上述情況，強化車載視頻監控系統的網絡穩定性顯得尤為關鍵，需探索從車載監控設備層面實施技術創新和增設冗余措施，以有效應對山區運營商網絡覆蓋的局限性。

1.4 解決思路

隨著公司數字化改革轉型發展，車載視頻監控系統終端通信對蜂窩通信網絡穩定性的需求也與日俱增。作為車載終端通信關鍵的實現部件之一的通信模組，需要更高帶寬和更低延遲確保通信功能的穩定和安全。根據公司所轄高速公路行業環境和實際情況，從提升清障施救車載監控視頻終端至中心管理平臺的信號質量角度出發，研究設計了基于雙蜂窩網絡通信的車載視頻監控系統，該系統終端在簡單可靠的前提下，綜合設計優化整體結構和兼容接口，既節省了額外增加網絡設備的硬件投資成本，又降低了車載終端的總體功耗。

2 方案設計

該方案遵循適度超前、經濟實用、兼容擴展的設計原則，整體設計利用4G傳輸特性好、無漫游切換等優勢，配合雙網無縫自動切換，做到多元化信息的實時傳遞。系統的整體設計主要包括車載攝像頭、雙蜂窩網絡通信模塊、視頻編碼器、GPS定位模塊、車載終端和中心管理平臺等，其中雙蜂窩網絡通信是該系統的核心技術之一。同時，該系統具有良好的開放性和兼容性，更有利于標準化安裝。

2.1 雙蜂窩網絡通信系統原理

雙蜂窩網絡通信車載視頻監控系統是一種集成多種先進技術的綜合性車載監控系統。基于無線聯網對車載視頻監控終端系統的重要性考慮，針對單一網絡運營商局部網絡異常的場景，設計了雙蜂窩網絡通信車載視頻監控系統，將原有的車載視頻監控系統單一的網絡通信模塊，替換成由2個通信模塊組成的新型通信部件，以解決網絡斷網/異常狀況，保障聯網穩定。該系統采用2張SIM卡同時工作，車載視頻監控主機可同時連接2家不同運營商的基站網絡進行擇優使用，增強網絡穩定性，實現網絡連接的冗余備份，從而確保數據傳輸的可靠性。在高速公路事故救援中，雙蜂窩網絡通信能夠提供高速、穩定的網絡連接，支持實時視頻傳輸和遠程控制功能。雙蜂窩網絡通信充分保障了車載視頻監控系統的視頻遠程預覽、車輛位置的實時定位、實時語音對講等遠程作業指揮功能的正常運轉，并為后續的視頻高清升級、遠程車輛控制等功能的實現提供扎實的應用基礎。

2.2 主要技術創新點

系統采用雙卡傳輸系統模塊[1]，由2個SIM卡座、協調網絡切換的網絡處理器和一些網絡連接接口組成。雙卡同時在線，當其中一個無線網絡運營商信號弱或中斷時，系統自動切換到另一個，保證系統數據傳輸的可靠性，大幅提升了系統的數據傳輸效率。雙卡傳輸系統模塊組成示意圖如圖2所示：

網絡處理器是一種可編程器件，專門設計用于處理數據包和執行網絡相關的任務，負責網絡數據包處理、協議分析、路由查找等，能夠協調和優化網絡數據流。網絡處理器將2個模塊分別配置成主、副模塊，并驅動2個模塊同時連接2個不同的運營商網絡。工作運行時，網絡處理器內部程序實時監測2個模塊的聯網信號強度和發送數據的網絡延遲時間[2-3]。如果主模塊網絡連接正常（信號強和延時低），則將主模塊網絡作為車載監控系統的聯網通信網絡；當主模塊網絡出現異常（信號弱或者延遲高）時，則經評估后進行網絡切換。涉及的網絡切換場景如下：

主模塊網絡出現異常時，同時監測副模塊的網絡狀況，對比兩個模塊的網絡優劣，當副模塊網絡更佳時，則將車載監控系統的聯網通信網絡切換至副模塊網絡。

主模塊網絡恢復正常時，切回成主模塊網絡。

主副模塊網絡都正常或都異常時，對比兩個模塊的網絡優劣，無明確的好壞區分時，則不做網絡切換，繼續保持原網絡狀態。

通過該主、副模塊的設置和切換，能夠保障優先使用主模塊網絡，方便流量費用管理。

2.3 系統應用實踐

從2023年12月開始，公司在所轄六個管理中心先后部署了200多臺雙蜂窩網絡通信車載視頻監控系統終端。系統通過實時數據，車輛狀態及無線信號采集、信息匯聚、智能分析等多種技術手段，運用流量檢測模型、車輛狀態控制模塊等實現車輛數據的備份傳輸，有效避免了數據的丟失現象。

截至目前，雙蜂窩網絡通信車載視頻監控系統運行穩定，應用效果得到充分驗證，解決了長期以來清障施救車輛在作業過程中“看不到、定不準”的問題。自系統上線以來，通過自動數據備份傳輸達4 723條，實時向平臺推送車輛狀態15 627次，由于移動信號原因導致數據丟失記錄信息從原來的7%下降到1%左右，車輛狀態從原來的延遲10 min左右，提高到10 s以內，準確率達100%。

該系統通過對移動數據前糾后補的方式，提高了車輛管理數據的及時性，提高了施救生產數據的完整性，在實際應用中發揮了重要的數據保障作用。通過實時傳輸事故現場的視頻畫面和定位信息，指揮中心能夠迅速了解現場情況并作出科學決策；通過高清錄像回放和GPS定位信息分析，準確判定事故責任并優化救援方案；通過遠程通信功能保持與現場救援人員的溝通聯系，確保信息的及時傳遞和協同工作的實現，保障了高速公路

事故救援和應急處置的實際需求。

3 總結與展望

在高速公路事故救援中，雙蜂窩網絡通信能夠提供高速、穩定的網絡連接，支持實時的視頻傳輸和遠程控制功能。雙蜂窩網絡通信車載視頻監控系統，有效解決了山區高速公路單一網絡運營商網絡覆蓋異常區域的聯網問題，實現了對事故現場的全面監控和及時響應。積極推動了新一代信息技術與交通運輸行業的創新融合，充分保障了車載視頻監控系統的視頻遠程預覽、車輛位置實時定位、實時語音對講等遠程作業指揮功能的正常運轉，并為后續的視頻高清升級、更多數據接入、更及時的遠程車輛控制等功能的實現提供扎實的應用基礎。

展望未來，隨著技術的不斷創新進步和應用需求的不斷擴展，車載視頻監控系統將繼續發揮其在道路安全保暢領域的重要作用，雙蜂窩網絡通信車載視頻監控系統也需要不斷升級和改進，進一步優化雙模塊的網絡質量評估準確性和網絡切換帶來的延時間隔，提高系統穩定性。預計在不久的將來，該系統在全面推動公路基礎設施數字化轉型升級和公司數字化轉型的過程中，會迎來更為廣闊的市場空間，不斷提升高速路網運行質量、通行效率和運營能力，也為人民群眾帶來更安全、更美好的出行環境。

參考文獻

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[3]陳杰.淺析.Ping命令在網絡運維中的應用[J].網絡安全技術與應用，2014（4）：94-95.

收稿日期：2024-09-19

作者簡介：琚冬祥（1972—），男，本科，高級工程師，研究方向：交通工程管理、運營管理。