高速公路監控系統設計的相關分析

楊平

摘 要：高速公路監控系統通過對路況及車流視頻信息的綜合分析，從而提升交管部門應急處突的能力，為智能交通提供可靠的數據保障。本篇通過高速公路監控系統的構成及功能，來探討高速公路監控系統的具體設計。

關鍵詞：高速公路;監控系統;設計

當今社會，高清視頻監控系統無處不在，例如公安的天網系統，排球比賽的鷹眼挑戰系統，車站的人臉識別系統。2020年1月1日全國高速公路取消省界收費站及并網切換是收費系統的革命性變化，收費全面由人工轉向ETC，車牌識別作為關鍵技術發揮了舉足輕重的作用。

一、關于高速公路的監控系統

1、監控系統的概念

高速公路上的監控系統分為道路監控，門架及收費站監控兩部分。前者的實施主體是公安交管部門，其目的為監察公路違法行為;后者的實施主體是收費部門，其目的是保證通行費應征不漏。高速公路監控的功能主體是攝像機、直接監控對象是車，間接監控對象是人。

2、監控系統的特性

（1）實時性。視頻顯示終端能夠實時反映被監視場所的狀況，因此傳輸延時作為一個衡量監控系統優劣的指標格外重要。

（2）安全性。監控系統要保證視頻數據的完整性不被刪除修改，能夠在停電時自動觸發UPS供電繼續工作，能夠在無視頻信號時自動報警。

（3）兼容性。監控系統各部分應當統一協議接口，實現功能模塊化，接口標準化，連接網絡化，存儲數字化，便于系統的升級和擴充。

3、監控系統的作用

（1）不利天氣監測。如雨雪、大風、沙塵暴等影響公路通行的極端天氣，方便交管部門采取管制限行措施。

（2）交通事故監測?？梢詭椭痪{查取證，劃分事故責任。

（3）交通違法監測。例如逆行、超速、違規變道、拋灑丟棄、隨意停車、套牌、逃費等。

（4）路產路權保護。對于交通事故造成的公路設施損壞、路面污損和盜竊公路設施的行為進行證據固定，確保國有資產損失追究。

（5）行駛路線核驗。取消高速公路省界收費站工程并網切換實施以來，CPC卡取代紙質通行券或IC卡成為非ETC車輛進出高速的收費依據，有效避免了通過倒換卡券偷逃通行費的行為，高速超時費也載入史冊不再提起，其主要原因是CPC卡能夠與處于高速公路公路交匯處的門架進行信息交互，記錄車輛行駛的關鍵點位、從而獲得車輛進出高速公路唯一的真實的行駛軌跡，當門架與CPC通信故障或者寫入失敗時，車道攝像機就成為確定車輛行駛軌跡的唯一依據。

二、高速公路監控系統的具體設計分析

1、基本組成部分的設計

高速公路監控系統主要由音視頻采集設備、音視頻傳輸設備、存儲設備、控制及顯示設備五部分組成。

音視頻采集設備主要是車道或門架攝像機。攝像機的核心是圖像傳感器。主要分為CCD和CMOS兩種。CCD（Charge Coupled Device）于1969年誕生于美國貝爾實驗室，基于光電效應理論，將光學信號轉換為模擬電流信號，經過模數轉換器獲得數字信號進行存儲，典型應用如掃描儀。CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）作為圖像傳感器的后起之秀，以其低成本的優勢迅速占領市場，在手機攝像廣泛應用。

鎧甲光纜作為高速公路遠通信的主要傳輸介質，具有抗拉抗壓、防鼠防潮的特點，同時配合信號放大器防止由于信號衰減造成的圖像失真。

云臺通過矩陣控制器旋轉攝像頭進行拍攝。云臺是指兩個交流電機組成的平臺，可以進行水平和垂直方向的運動，在監控系統的設計過程中，最好選擇密封性能好，載荷能力強，防水防塵防雷性能優異的云臺。

視頻分配器和視頻切換器分別是一對多和多對一的關系。視頻分配器可以將同一視頻分別傳輸給不同地理位置的監視器上。而視頻切換器則是為了節省顯示終端將多路視頻通過切換的方式逐一顯示在一臺監視器上。畫面分割器則是同時將多路視頻顯示在一臺監視器上，通常有4畫面、9畫面、16畫面等布局.

2、設備技術參數的設計

（1）當車速以120km/h通過門架時，非高速高清攝像機不能獲得清晰的圖像。高速攝像機是指幀率高，專門對高速物體運動狀態進行精確捕捉。過高的幀率對攝像機的存儲系統造成壓力;像素越高畫面越細膩，但是過高像素會因為降低單個像素的亮度產生噪點。因此產品性能通常是需求和成本妥協的結果。

（2）4K電視的流行使H265成為視頻編碼主流，相比H264，同等圖像質量視頻體積將減少39%～44%，因此在硬盤錄像機容量有限的情況下，使用高壓縮率編碼可以存儲更多的視頻。

（3）監視器又稱為顯示器，主流顯示技術有LCD和OLED兩種，一般有分辨率和刷新率兩個主要指標。高分辨率可以使畫面更細膩更自然;高刷新率使得畫面切換更連續，響應更快速。

3、字符疊加與字符識別

字符疊加與字符識別是兩種相反的過程，前者是將字符同步嵌入到圖像當中，進行視頻狀態描述;后者則是將圖像中的字符分離出來，進行字?；蛱卣髦灯ヅ?，獲取圖像中的潛在信息，最典型的應用是車牌識別。

（1）視頻畫面加字符描述可以準確反映正在發生的事態。例如對高速公路收費過程的監控。首先要保證亭內攝像機和車道攝像機時間同步，借助字符疊加板的字符標注功能添加時間、車道、車號、車種車型、工號、收費金額等信息。

（2）單個像素通常有R、G、B三個分量，每個分量有0～255種取值。字符識別的過程主要是對圖片先高斯模糊去除噪點;接著進行二值化將彩色圖片轉換為背景為黑色、前景為白色的黑白圖像;然后字符切割，最后通過特征值比對獲得結果。

三、結語

綜上所述，高速公路監控系統的高密度、網絡化、數字化、智能化正穩步推進、尤其在全國取消高速公路省界收費站以后，以高速高清數字攝像機為視頻采集終端，以5G通信技術為傳輸方式，以大數據應用為信息處理平臺的智能交通系統正在形成中，必將為交通強國戰略提供堅實保障。

參考文獻

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（作者單位：新疆交通投資有限責任公司吐哈分公司）